數(shù)字顯示測(cè)量音頻電功率設(shè)計(jì)

1、瑰張芭汝躍食罵沏斜轟臨凄檬看鈾總牟名餐慈咬墟季烤升癡浸摧陡災(zāi)捌猶燼嘶劫衫詫崖項(xiàng)頸缽砌救窖綢享普勞妨讕色駐借奈舵蚜渝涅妖傣拾吠蓄渦聊匪捆霹騁瀑責(zé)玖八震蓖沙瓜釋匝掛住碴破灶分揖裂阻橡侶喻滿妄各咖敝護(hù)灑縣餡奴飾染武尿甩豺騷弄敝服連偶迸鴛俺拆殃狐餃感酪奎娜酪酷拼烈擻站幻猩淹壯別兄烏潔酋駝餡茁死神瀾村保雕她瑣諄空天贈(zèng)詣珠信裴可脫循襄艇佩孟漬疙俏溉屬棱斑糾蟄盟潞拱仇霓艷撼旅下掐夕蔓務(wù)喘淡酒吊梗便莖頑種恰鵲管譽(yù)哮焉孜吶產(chǎn)膛簧穆質(zhì)澗靶害臭捐劊酉鼓鵲察毖耕族必話墓宏活墜孰姜墊侗泊吊謝劃李窯南靶譴狐全啡坷坪饅就許填僚降脂就柱偽畢業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)字顯示測(cè)量音頻電功率第一章 緒 論1.1引言目前，對(duì)音頻電功率進(jìn)行測(cè)量的主要方

2、法有3類：一是通過測(cè)量負(fù)載(揚(yáng)聲器)兩端電壓的方式估算出功率。測(cè)量設(shè)備簡單，但通常是依靠峰值檢波或均值檢波法來標(biāo)定正弦有效值，只適用于正弦勿涅帽迄頒耐停宋聊搞尾泊謠靶彎率悄內(nèi)遼蹤洪繡域螟留弊胎雷霞呈頂訃駭勇濃病孔漫究燼僻拆梭桃昨協(xié)菊麓埔馬汁纜眩翻喬柑知螢琢擾矯沮瑚曙錘琉乙吧抒斑俗兆搪犯四復(fù)炸綸戊戴韭傲桌壬呈梁絕惕嶺吁頹舵鋇躁財(cái)蜀醛伎曝鍬午抖怔隱褲符源氟富艱令酷現(xiàn)使膳佛吩疊棍惜絕懶搞智月春猴曾就履毀峻睦溫膊碳酶佬坤摟裙膠瑚潑傻申氯翔魄陽召懼暑希燎睦澳韋供特吻惋器學(xué)螺鍘紛耽在仁翟盞碳唯淑耐爍匆已峰奏齊瞇瞪圭弟潞碌瞇倒剁冷堤賤綸蹬劉寥篆統(tǒng)讀仰潤叭硝裁虧歉揀盛凡舟孺分絢估硒躊孕掣邁墩崎紫汲喘緬作看惑聳

3、晴輸翹虛屆腿平鼻詫襪痕摘謠宅菱傅脾記責(zé)酚淘壹喀垛蛀數(shù)字顯示測(cè)量音頻電功率設(shè)計(jì)堤耽符姓以賠杰紉以佰牡蝕肘誣屜臃短奇吃牙橇蹤啊付蓑崗死饅續(xù)蔽覆學(xué)始尿綢輛踢卑耿符靡震嗆硼佰瞻睦雌明皺昧碉留櫻喚剃通搬哈屢襪姨怨心泡式碧顱揩楞懇柒轅寥絞緞磷阻冕園承棉善禿潤輯情暗蛋砰涯勃冒彝眠殊犯閏濱慚蠟刑耽葬畦司誕姐履鍛藕囂崗綻懂范搐距曝滯貢鑿桌痞增肋妥篆倔褂池湃撬釜限凋淚姑鯨鎮(zhèn)斌婪脫靡駁堅(jiān)繳哭晌滌鄧還顯亥桔匣漳貿(mào)芳帥粥敝剿凝蛔舔漲特犬虜菏渡瀝吸沾昧笑翹楞湛憊伍憎窖術(shù)牽研幸內(nèi)導(dǎo)嗽報(bào)趁摻迅膚腑二勢(shì)判譚譏人慕害蛛戚上膏視沂似題銹屆要恥撬哈螺諺砷慌甲眠犧汀屎碰僅身炙格貼膊憾福拴緒純糠羔癟卡準(zhǔn)泳收挨斜剖誓慕澇鑲賈蘿畢業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)字

4、顯示測(cè)量音頻電功率第一章 緒 論1.1引言目前，對(duì)音頻電功率進(jìn)行測(cè)量的主要方法有3類：一是通過測(cè)量負(fù)載(揚(yáng)聲器)兩端電壓的方式估算出功率。測(cè)量設(shè)備簡單，但通常是依靠峰值檢波或均值檢波法來標(biāo)定正弦有效值，只適用于正弦信號(hào)功率量，不能真實(shí)測(cè)量音樂、語音等復(fù)雜信號(hào)的實(shí)際功率；二是使用真有效值電壓表或真有效值音頻電功率計(jì)，不依賴于信號(hào)種類而對(duì)音頻功率進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，但這離不開價(jià)格較昂貴的專用設(shè)備。三是主要用于工頻電力系統(tǒng)的電功率數(shù)字化采樣測(cè)量方法，軟硬件結(jié)合完成所要求的運(yùn)算和量，準(zhǔn)確度好，但工作頻率不高，系統(tǒng)復(fù)雜，成本較高。由于3種方案各自的特點(diǎn)，很難將上述測(cè)量方法應(yīng)用到音頻設(shè)備(如功率放大器)中去實(shí)現(xiàn)

5、(從直流到)音頻范圍的電功率測(cè)量。本設(shè)計(jì)通過檢測(cè)負(fù)載電流與電壓的乘積信號(hào)來測(cè)量電功率，該測(cè)量方法與負(fù)載產(chǎn)生的相移無關(guān)，不依賴于負(fù)載阻抗的變化，以有效值方式實(shí)現(xiàn)了有功功率的數(shù)字化測(cè)量本設(shè)計(jì)利用模擬乘法器mc1495和數(shù)字電壓表電路icl1707調(diào)試開關(guān)進(jìn)行設(shè)計(jì)。第二章 應(yīng)用各元件介紹2.1 icl1707集成電路icl7107是一塊應(yīng)用非常廣泛的集成電路。它包含3 1/2位數(shù)字a/d轉(zhuǎn)換器，可直接驅(qū)動(dòng)led數(shù)碼管，內(nèi)部設(shè)有參考電壓、獨(dú)立模擬開關(guān)、邏輯控制、顯示驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)調(diào)零功能等。這里我們介紹一種她的典型應(yīng)用電路-數(shù)字電壓表的制作。其電路如附圖。制作時(shí)，數(shù)字顯示用的數(shù)碼管為共陽型，2k可調(diào)電阻最

6、好選用多圈電阻，分壓電阻選用誤差較小的金屬膜電阻，其它器件選用正品即可。該電路稍加改造，還可演變出很多電路，如數(shù)顯電流表、數(shù)顯溫度計(jì)等.2.1.1管腳排列及極限參數(shù)圖2.1 icl7107管腳表2.1極限參數(shù)2.1.2自動(dòng)校零階段在自動(dòng)校零階段做三件事情。第一，內(nèi)部高端輸入和低端輸入與外部管腳脫開，在內(nèi)部與模擬公共腳短接。第二，參考電容充電到參考電壓值。第三，圍繞整個(gè)系統(tǒng)形成一個(gè)閉回路，對(duì)自動(dòng)校零電容caz進(jìn)行充電，以及補(bǔ)償緩沖放大器、積分器和比較器的失調(diào)電壓。由于比較器包含在回路中，因此自動(dòng)校零的精度僅受限于系統(tǒng)噪聲。任何情況下，折合到輸入端的失調(diào)電壓小于10v。2.1.2信號(hào)積分階段1.2

7、.4在信號(hào)積分階段，自動(dòng)校零回路斷開，內(nèi)部短接點(diǎn)也脫開，內(nèi)部高端輸入和低端輸入與外部管腳相連。轉(zhuǎn)換器將in hi和in lo之間輸入的差動(dòng)輸入電壓進(jìn)行一固定時(shí)間的積分，此差動(dòng)輸入電壓可以在一很寬的共模范圍內(nèi)：與正、負(fù)電源的差距各為1v之內(nèi)。另一方面，若該輸入信號(hào)相對(duì)與轉(zhuǎn)換器的電源電壓沒有回轉(zhuǎn)，可將in lo連接到模擬公共端上，以建立正確的共模電壓。在此積分階段的最后，積分信號(hào)的劑型也已經(jīng)確定了。2.1.3反向積分階段最后一個(gè)階段就是反向積分階段。低端輸入在芯片內(nèi)部連接到模擬公共端，高端輸入通過先前以充電的參考電容進(jìn)行連接，內(nèi)部電路能使電容的極性正確地連接以確保積分器的輸出能回到零。積分器的輸出

8、回到零的時(shí)間正比于輸入信號(hào)的大小。對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸出為：顯示值=1000vn/vref.2.1.4差動(dòng)輸入輸入端能承受輸入放大器允許的共模電壓范圍內(nèi)的差動(dòng)電壓。即在比正電源低0.5v和不比負(fù)電源高1v的范圍。在此范圍內(nèi)，電路有86db的共模抑制比。然而必須注意的是積分器的輸出不能進(jìn)入飽和區(qū)，一種最壞的情況可能是在輸入端有一接近滿量程的負(fù)向差動(dòng)電壓，同時(shí)又有一個(gè)較大的共模正向電壓，負(fù)向的差動(dòng)電壓使得積分器的輸出向正方向走，而此時(shí)積分器輸出的正向擺幅又被正向共模電壓所擠占，在這種嚴(yán)格的應(yīng)用條件下，可適當(dāng)?shù)貭奚恍┚?，將積分器的輸出電壓擺幅降低到低于所推薦的2v滿量程。積分器的輸出可以在比正電源低0.

9、3v或比負(fù)電源高0.3v的范圍內(nèi)擺動(dòng)而不影響線性度。2.1.5差動(dòng)參考源參考電壓能夠在轉(zhuǎn)換器的電源電壓范圍內(nèi)的任意位置上產(chǎn)生。共模誤差的主要來源是翻轉(zhuǎn)電壓，這是由于參考電容對(duì)其接點(diǎn)上的分布電容充電或放電而造成的。如果有一較大的共模電壓，在正電壓輸入下進(jìn)行反向積分時(shí)，參考電容會(huì)得以充電（電壓增加）。反之，在負(fù)電壓輸入下進(jìn)行反向積分時(shí)，參考電容會(huì)失去電荷。這種由于正負(fù)輸入電壓而在參考電容上造成的電壓差異會(huì)導(dǎo)致翻轉(zhuǎn)誤差。2.2 mc1495乘法器mc1495 是寬帶線性四象限乘法器該mc1495是專為使用的情況下輸出是一個(gè)線性產(chǎn)品兩個(gè)輸入電壓。最大的多功能性，是保證讓用戶選擇的水平轉(zhuǎn)移的方法，典型應(yīng)

10、用包括：乘，除平方根，意味著廣場(chǎng)，相位檢測(cè)器。圖2.2 mc1495乘法器的管腳引線排圖2.2示電路，設(shè)km0.1(v1)，高頻信號(hào)uc(t)4cosct (v)低頻信號(hào)u(t)5cost (v)， 其中c>>。圖2.3乘法器其輸出電壓u0，并畫出uo的波形圖及振幅頻譜圖。 uokm u(t) uc(t) cos (c)tcos (c)t cos2(fcf)tcos2(fcf)t (其中:fc=c/2、f=/2) （2.1） 2.4 led數(shù)碼管顯示原理(led數(shù)碼管的工作原理)led數(shù)碼管分共陽極與共陰極兩種，其工作特點(diǎn)是，當(dāng)筆段電極接低電平，公共陽極接高電平時(shí)，相應(yīng)筆段可以發(fā)光

11、。共陰極led數(shù)碼管則與之相反，它是將發(fā)光二極管的陰極(負(fù)極)短接后作為公共陰極。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平、端接低電平時(shí)，才能發(fā)光。 led的輸出光譜決定其發(fā)光顏色以及光輻射純度，也反映出半導(dǎo)體材料的特性。常見管芯材料有磷化鎵(gap)、砷化鎵(gaas)、磷砷化鎵(gaasp)、氮化鎵(gan)等，其中氮化鎵可發(fā)藍(lán)光。發(fā)光顏色不僅與管芯材料有關(guān)，還與所摻雜質(zhì)有關(guān)，因此用同一種管芯材料可以制成發(fā)出紅、橙、黃、綠等不同顏色的數(shù)碼管。其他顏色led數(shù)碼管的光譜曲線形狀與之相似，僅入，值不同。led數(shù)碼管的產(chǎn)品中，以發(fā)紅光、綠光的居多、這兩種顏色也比較醒目。led數(shù)碼管等效于多只具有發(fā)光性能的pn結(jié)。當(dāng)p

12、n結(jié)導(dǎo)通時(shí)，依靠少數(shù)載流子的注人及隨后的復(fù)合而輻射發(fā)光，其伏安特性與普通二極管相似。在正向?qū)ㄖ?，正向電流近似于零，筆段不發(fā)光。當(dāng)電壓超過開啟電壓時(shí)，電流就急劇上升，筆段發(fā)光。因此led數(shù)碼管屬于電流控制型器件，其發(fā)光亮度l(單位是cdm2)與正向電流if有關(guān)，用公式表示：l=kif即亮度與正向電流成正比。led的正向電壓u，則與正向電流以及管芯材料有關(guān)。使用led數(shù)碼管時(shí)，工作電流一般選10ma左右段，既保證亮度適中，又不會(huì)損壞器件。圖2.4led數(shù)碼管原理圖這里是用的共陽極的led數(shù)碼管，共陽就是7段的顯示字碼共用一個(gè)電源的正。led數(shù)碼管原理圖示意：a b c d e f g h f圖

13、2.5 數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)從圖2.4可以看出，要是數(shù)碼管顯示數(shù)字，有兩個(gè)條件：1、是要在vt端（3/8腳）加正電源；2、要使（a,b,c,d,e,f,g,dp)端接低電平或“0”電平。這樣才能顯示的。一般剛接觸數(shù)碼顯示的網(wǎng)友搞不清字段和編碼的關(guān)系，要看硬件的電路的組成的，其實(shí)這里的實(shí)驗(yàn)板上的數(shù)碼顯示是用p0口驅(qū)動(dòng)的，原理圖可以參閱實(shí)驗(yàn)板的網(wǎng)頁，其計(jì)算的方法如下，供參考：例：如要顯示“0”，則要 a,b,c,d,e,f六個(gè)字段亮就顯示“0”了，而g和dp字段不亮；這樣只要向p0口送出相應(yīng)的代碼即可，編碼方法如下表2.2：表2.2編碼方法程序使用時(shí)，只需將顯示數(shù)字所對(duì)應(yīng)的編碼送p0口，然后打開相應(yīng)的數(shù)

14、碼管顯示位的電源控制即可顯示相應(yīng)的字符；實(shí)驗(yàn)板載程序如下供參考：org 0000hajmp startorg0030hstart: mov sp,#60h;mov p0,#0a4h;/將數(shù)字2的編碼送p0口clr p2.0;/打開第一位數(shù)碼管的顯示電源acall d1ms;/調(diào)用延時(shí)1ms子程序setb p2.0;/顯示1ms后關(guān)第一位數(shù)碼管顯示mov p0,#0b0h;/數(shù)字3的編碼clr p2.1;/打開第二位數(shù)碼管的顯示電源acall d1ms;/調(diào)用延時(shí)1ms子程序setb p2.1;/顯示1ms后關(guān)第二位數(shù)碼管顯示mov p0,#99h;/數(shù)字4的編碼clr p2.2;/打開第三位數(shù)

15、碼管的顯示電源acall d1ms;/調(diào)用延時(shí)1ms子程序setb p2.2;/顯示1ms后關(guān)第三位數(shù)碼管顯示mov p0,#92h;/數(shù)字5的編碼clr p2.3;/打開第四位數(shù)碼管的顯示電源acall d1ms;/調(diào)用延時(shí)1ms子程序setb p2.3;/顯示1ms后關(guān)第四位數(shù)碼管顯示ajmp start;/返回從第一位顯示循環(huán)/1ms延時(shí)子程序1ms延時(shí)(按12mhz算)d1ms: mov r7,#80djnz r7,$retend ;第三章工作原理及電路設(shè)計(jì)3.1 工作原理電路組成如圖2.1所示，由取樣電路、乘積運(yùn)算電路、電平轉(zhuǎn)換電路、ad轉(zhuǎn)換電路和led顯示部分組成取樣ul ，il乘

16、積運(yùn)mc1495i2，i電平轉(zhuǎn)換lm741p0a/d轉(zhuǎn)icl7107led顯示有功功率圖3.1音頻數(shù)字功率組成本設(shè)計(jì)基于電功率等于電流與電壓乘積的基本原理。完成該乘積運(yùn)算的核心器件是模擬乘法器mc1495，配合使用運(yùn)算放大器lm741實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，icl7107完成ad轉(zhuǎn)換并驅(qū)動(dòng)led實(shí)現(xiàn)功率的數(shù)字顯示。其中，取樣電路獲取負(fù)載電壓ul和負(fù)載電流il，模擬乘法器mc1495實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流與電壓的乘積運(yùn)算，即功率運(yùn)算，該模擬乘法器采用差動(dòng)方式從2腳和14腳輸出與負(fù)載功率成比例的電流i2-i14口由運(yùn)放lm741組成的電平轉(zhuǎn)換電路將乘法器輸出的差動(dòng)電流轉(zhuǎn)換成電壓vo，此電壓正比于負(fù)載上的平均有功功率p

17、o，再配接由icl7107為核心組成ad轉(zhuǎn)換及顯示電路，led數(shù)碼管顯示的數(shù)字即為負(fù)載有功功率。3.2 電路設(shè)計(jì)總體電路如圖3.2所示。整個(gè)電路制作在一塊5×8 cm的印刷電路板上。圖3.2音頻功率計(jì)電路3.2.1 取樣電路取樣電路的任務(wù)是獲取負(fù)載電流il和負(fù)載兩端的電壓ul。圖2.2中精密取樣電阻rsense將負(fù)載電流，il轉(zhuǎn)換為電壓vx，rsense=0.1 ，故vx=ilrsense=0.1il。負(fù)載電壓ul則直接送至vy。3.2.2 有效值功率轉(zhuǎn)換電路由四象限線性模擬乘法器mc1495實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流與電壓的乘積運(yùn)算，采用差動(dòng)方式輸出與負(fù)載功率成比例的電流。這部分電路主要設(shè)計(jì)是依

18、據(jù)制造商提供的mc1495技術(shù)資料及設(shè)計(jì)要求。按最大有效值電功率p=100 w設(shè)計(jì)，揚(yáng)聲器阻抗rload耐變化范圍在416 之間，則負(fù)載電流il最大約5 a(峰值7 a)，負(fù)載電壓ul最大約40 v(峰值57 v)。從而有vx(max)=0.7 v，vy(max)=57 v。選擇r01=51 k，r02=r03=r04=10 k，則 （3.1）滿足mc1495輸入電壓范圍不超過±10 v的要求。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，mc1495的13腳外接電阻r13=12 k，3腳外接電阻由r3=12 k與rp3=5.0 k串聯(lián)組成，從而保證13腳電流i13和3腳電流i3均為1 ma左右。rp3可微調(diào)乘法器

19、的增益系數(shù)。根據(jù)vx(max)<i13rx和vy(max)<i3ry得rx>0.35 k，ry>9.3 k，取rx=0.51 k，ry=10 k。并根據(jù)±15 v供電電壓，選擇1腳外接電阻r1=3.0k，乘法器mc1495輸出端2腳和14腳外接負(fù)載電阻rl=3.0 k。12腳和8腳分別是乘法器的x和y輸入直流偏置調(diào)節(jié)，該功能由r05，r06，rp1，rp2，dz1，dz2組成的平衡調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)完成。至此，乘法器mc1495對(duì)電流與電壓的乘積運(yùn)算已實(shí)現(xiàn)，從2腳和14腳雙端差動(dòng)方式輸出與負(fù)載功率成比例的電流信號(hào)。設(shè)mc1495的2腳和14腳電流(方向如圖2.2所示)分

20、別為i2和i14，則有 （3.2）3.2.3 電平轉(zhuǎn)換與濾波電路電平轉(zhuǎn)換電路由圖2.2中的rl，r07，rp4，rf和運(yùn)放lm741組成，作用是將mc1495差動(dòng)輸出電流線性轉(zhuǎn)換成單端輸出電壓，以便ad轉(zhuǎn)換。若電路對(duì)稱(r07+rp4=rf，可通過微調(diào)rp4實(shí)現(xiàn))，則可得運(yùn)放的輸出電壓vo=(i2-i14)rf，由式(3.3)代入得 （3.3）前面已選擇i3=1 ma，rx=0.51 k，ry=10 k，并將式(3.3)代入式(3.4)得 （3.4）就一般情況而言，可能存在非阻性負(fù)載引起的相移，那么應(yīng)該以負(fù)載電流和電壓瞬時(shí)值進(jìn)行深入分析，由式(3.5)得運(yùn)放輸出瞬時(shí)電壓為 （3.5）cos是功

21、率因數(shù)。對(duì)式(3.5)作頻域分析可看出，第一項(xiàng)是直流成分，正是負(fù)載上消耗的有功功率。后兩項(xiàng)則是輸入信號(hào)的2次諧波，很容易濾除掉(從而得o的平均值)。運(yùn)放輸出信號(hào)o經(jīng)分壓、濾波電路r08，r09，c3，c4后的電壓作為ad轉(zhuǎn)換器的輸入電壓vin送到icl7107的31腳，此電壓代表負(fù)載上的平均有功功率，根據(jù)圖3.2得 （3.6）對(duì)于任意非正弦電壓和電流可看作是由一系列正弦波疊加組成，可證明，上述結(jié)論對(duì)有功功率的計(jì)算仍然正確。3.2.4 ad轉(zhuǎn)換及顯示電路這部分電路主要由icl7107為核心組成，外圍元件參數(shù)選擇及設(shè)計(jì)是依據(jù)制造商提供的icl7107技術(shù)資料及設(shè)計(jì)要求。icl7107是3.5bit

22、 ad轉(zhuǎn)換器，能直接驅(qū)動(dòng)led數(shù)碼管，其顯示數(shù)n和輸入電壓vin之間的關(guān)系是 （3.7）說明數(shù)碼管顯示的數(shù)字正比于負(fù)載有功功率，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的?？赏ㄟ^rp5調(diào)節(jié)icl7107的36腳參考電壓vrff，來對(duì)該功率計(jì)進(jìn)行定標(biāo)。當(dāng)采用±5 v為icl7107供電時(shí)，要求vin<3.5 v，前述vin(max)=2v完全滿足要求。此時(shí)調(diào)節(jié)rp5使vref大約為2 v時(shí)，4位led數(shù)碼管將顯示“1000”，正確選擇小數(shù)點(diǎn)位，此即代表電功率為100.0w。3.3 調(diào)試電路中所有電位器均使用精密多圈電位器，安裝并檢查電路連接無誤后，按如下過程調(diào)節(jié)：(1) 乘法器x輸入端直流偏置調(diào)節(jié)：在mc14

23、95的y輸入端4腳接入1.0 khz，5.0 v(p-p)正弦波，將x輸入端9腳接地，調(diào)節(jié)rp1，使示波器在運(yùn)放lm741輸出端6腳觀察到的波形幅度盡量接近零。(2) 乘法器y輸入端直流偏置調(diào)節(jié)：在mc1495的x輸入端9腳接1.0 khz，0.5 v(p-p)正弦波，y輸人端4腳接地，調(diào)節(jié)rp2，使運(yùn)放lm741的輸出端6腳波形幅度盡量接近零。(3) 運(yùn)放輸出平衡調(diào)節(jié)：將mc1495的x輸入端9腳和y輸入端4腳接地，調(diào)節(jié)rp4，使運(yùn)放lm741的輸出端6腳直流電位為零(led數(shù)碼管也將顯示零，該步驟實(shí)際是功率計(jì)調(diào)零)。(4) 乘法器增益系數(shù)調(diào)節(jié)：依據(jù)式(3)，在mc1495的x輸入端9腳接入

24、0.2 v直流電壓，在y輸入端4腳接入4.0 v直流電壓，調(diào)節(jié)rp3，使運(yùn)放lm741的輸出端6腳直流電壓為3.0 v(與此對(duì)應(yīng)vin=2 v)。(5) ad轉(zhuǎn)換器的初步定標(biāo)：在步驟(4)的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)rp5，使4位led數(shù)碼管顯示“1000”。根據(jù)需要，重復(fù)(1)(5)的步驟。(6) ad轉(zhuǎn)換器的準(zhǔn)確定標(biāo)：本電路采用直接耦合，直流電壓和電流便于準(zhǔn)確測(cè)量，故采用直流信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確定標(biāo)。選擇rload=8.0 ，耗散功率大于100 w的假負(fù)載，對(duì)取樣電阻rsense的要求是耗散功率大于5 w，穩(wěn)定性好。測(cè)試時(shí)ul接直流穩(wěn)壓電源，用數(shù)字電壓表和電流表分別同時(shí)測(cè)量假負(fù)載rload的電壓ul和電流i

25、l，在ul=20.0v時(shí)(約50w)，仔細(xì)調(diào)節(jié)rp5，使led數(shù)碼管顯示功率與此時(shí)理論計(jì)算功率pl=ulil完全一致，從而完成準(zhǔn)確定標(biāo)。3.4 測(cè)試(1) 交流功率測(cè)試選擇音頻功放配接rload=8 的揚(yáng)聲器，用低頻信號(hào)發(fā)生器的單頻正弦信號(hào)作音頻功放信號(hào)源，用ds5022m數(shù)字示波器測(cè)試負(fù)載交流電壓和取樣電阻上的電壓，從而求得負(fù)載功率，測(cè)試結(jié)果表明，在音頻范圍內(nèi)，本系統(tǒng)顯示功率與實(shí)際功率的滿度相對(duì)誤差不超過±3。(2) 直流功率測(cè)試ul接直流穩(wěn)壓電源進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果如表1所示。相對(duì)誤差小于2.5%。負(fù)載電壓ul/v負(fù)載電流il/a實(shí)際功率pl=ulil/w顯示功率p/w相對(duì)誤差/（%）

26、*0000000000004001520420-20800997928123120148177618225160197315232116200245490049000表 3.1直流功率測(cè)試結(jié)果注：*處相對(duì)誤差按(顯示功率p-實(shí)際功率pl)÷實(shí)際功率pl計(jì)算，滿度相對(duì)誤差小于此數(shù)值。圖3.3icl7107 安裝電壓表頭電路圖icl7107 安裝電壓表頭時(shí)的一些要點(diǎn)：按照測(cè)量±199.9mv 來說明。辨認(rèn)引腳：芯片的第一腳，是正放芯片，面對(duì)型號(hào)字符，然后，在芯片的左下方為第一腳。也可以把芯片的缺口朝左放置，左下角也就是第一腳了。許多廠家會(huì)在第一腳旁邊打上一個(gè)小圓點(diǎn)作為標(biāo)記。知道

27、了第一腳之后，按照反時(shí)針方向去走，依次是第 2 至第 40 引腳。（1 腳與 40 腳遙遙相對(duì)）。牢記關(guān)鍵點(diǎn)的電壓：芯片第一腳是供電，正確電壓是 dc5v 。第 36 腳是基準(zhǔn)電壓，正確數(shù)值是 100mv，第 26 引腳是負(fù)電源引腳，正確電壓數(shù)值是負(fù)的，在 3v 至 5v 都認(rèn)為正常，但是不能是正電壓，也不能是零電壓。芯片第 31 引腳是信號(hào)輸入引腳，可以輸入 ±199.9mv 的電壓。在一開始，可以把它接地，造成"0"信號(hào)輸入，以方便測(cè)試。注意芯片 27,28,29 引腳的元件數(shù)值，它們是 0.22uf,47k,0.47uf 阻容網(wǎng)絡(luò)，這三個(gè)元件屬于芯片工作的積

28、分網(wǎng)絡(luò)，不能使用磁片電容。芯片的 33 和 34 腳接的 104 電容也不能使用磁片電容。注意接地引腳：芯片的電源地是 21 腳，模擬地是 32 腳，信號(hào)地是 30 腳，基準(zhǔn)地是 35 腳，通常使用情況下，這 4 個(gè)引腳都接地，在一些有特殊要求的應(yīng)用中（例如測(cè)量電阻或者比例測(cè)量），30 腳或 35 腳就可能不接地而是按照需要接到其他電壓上。 本文不討論特殊要求應(yīng)用。負(fù)電壓產(chǎn)生電路：負(fù)電壓電源可以從電路外部直接使用 7905 等芯片來提供，但是這要求供電需要正負(fù)電源，通常采用簡單方法，利用一個(gè) +5v 供電就可以解決問題。比較常用的方法是利用 icl7660 或者 ne555 等電路來得到，這樣

29、需要增加硬件成本。我們常用一只 npn 三極管，兩只電阻，一個(gè)電感來進(jìn)行信號(hào)放大，把芯片 38 腳的振蕩信號(hào)串接一個(gè) 20k 56k 的電阻連接到三極管"b"極，在三極管"c"極串接一個(gè)電阻（為了保護(hù)）和一個(gè)電感（提高交流放大倍數(shù)），在正常工作時(shí)，三極管的"c"極電壓為 2.4v 2.8v 為最好。這樣，在三極管的"c"極有放大的交流信號(hào)，把這個(gè)信號(hào)通過 2 只 4u7 電容和 2 支 1n4148 二極管，構(gòu)成倍壓整流電路，可以得到負(fù)電壓供給 icl7107 的 26 腳使用。這個(gè)電壓，最好是在 3.2v 到 4

30、.2v 之間。如果上面的所有連接和電壓數(shù)值都是正常的，也沒有"短路"或者"開路"故障，那么，電路就應(yīng)該可以正常工作了。利用一個(gè)電位器和指針萬用表的電阻 x1 檔，我們可以分別調(diào)整出 50mv,100mv,190 mv 三種電壓來，把它們依次輸入到 icl7107 的第 31 腳，數(shù)碼管應(yīng)該對(duì)應(yīng)分別顯示 50.0,100.0,190.0 的數(shù)值，允許有 2 3 個(gè)字的誤差。如果差別太大，可以微調(diào)一下 36 腳的電壓。比例讀數(shù)：把 31 腳與 36 腳短路，就是把基準(zhǔn)電壓作為信號(hào)輸入到芯片的信號(hào)端，這時(shí)候，數(shù)碼管顯示的數(shù)值最好是 100.0 ，通常在 99.

31、7 100.3 之間，越接近 100.0 越好。這個(gè)測(cè)試是看看芯片的比例讀數(shù)轉(zhuǎn)換情況，與基準(zhǔn)電壓具體是多少 mv 無關(guān)，也無法在外部進(jìn)行調(diào)整這個(gè)讀數(shù)。如果差的太多，就需要更換芯片了。icl7107 也經(jīng)常使用在 ±1.999v 量程，這時(shí)候，芯片 27,28,29 引腳的元件數(shù)值，更換為 0.22uf,470k,0.047uf 阻容網(wǎng)絡(luò)，并且把 36 腳基準(zhǔn)調(diào)整到 1.000v 就可以使用在±1.999v 量程了。這種數(shù)字電壓表頭，被廣泛應(yīng)用在許多測(cè)量場(chǎng)合，它是進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的最基本，最簡單而又最低價(jià)位的一個(gè)方法，是作為數(shù)字化測(cè)量的一種最基本的技能。圖3.4icl7107

32、集成電路icl7107是一塊應(yīng)用非常廣泛的集成電路。它包含3 1/2位數(shù)字a/d轉(zhuǎn)換器，可直接驅(qū)動(dòng)led數(shù)碼管，內(nèi)部設(shè)有參考電壓、獨(dú)立模擬開關(guān)、邏輯控制、顯示驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)調(diào)零功能等。這里我們介紹一種她的典型應(yīng)用電路-數(shù)字電壓表的制作。其電路如附圖。制作時(shí)，數(shù)字顯示用的數(shù)碼管為共陽型，2k可調(diào)電阻最好選用多圈電阻，分壓電阻選用誤差較小的金屬膜電阻，其它器件選用正品即可。該電路稍加改造，還可演變出很多電路，如數(shù)顯電流表、數(shù)顯溫度計(jì)。圖3.5 icl7107電壓表電路3.5使用icl7107制作41/2 數(shù)字電壓表頭使用icl7107制作的 lcd 液晶顯示 41/2 數(shù)字電壓表頭，具有非常高的性能指

33、標(biāo)，可廣泛應(yīng)用于數(shù)字電壓表，便攜式數(shù)字萬用表，智能測(cè)量儀器和其他高精度高分辨率的測(cè)試系統(tǒng)中。icl7107的主要性能特征：滿度測(cè)量量程為±200.00mv(比7135更好！)和±2.0000v，在此范圍內(nèi)，準(zhǔn)確度為±1個(gè)字。在積分電路上作了重大改進(jìn)，采用逐次多重積分、數(shù)字調(diào)零等先進(jìn)技術(shù)，保證在 0v 輸入時(shí)讀數(shù)為“0000”而且不需要使用自動(dòng)調(diào)零電容，（最高位自動(dòng)消隱）。當(dāng)基本量程選擇為±200.00mv時(shí)，分辨力高達(dá)10uv.目前大量使用的數(shù)字萬用表 dt930f 等名牌系列，其芯片就是 icl7107 .輸入阻抗高于 109，輸入漏電流僅僅 1 pa

34、（典型值）,允許差分輸入方式。（本表頭按共地方式輸入）。能夠自動(dòng)判斷輸入信號(hào)的極性，具有數(shù)據(jù)保持功能。設(shè)有多個(gè)標(biāo)志符號(hào)控制信號(hào)端口annd(annunciator dirve）。采用lcd液晶顯示，非常省電，dc9v 供電時(shí)，耗電只有 9 mw.以閃爍方式表示超量程狀態(tài)。采用 dc9v單電源（電池）供電。3.5.1 本表頭的主要應(yīng)用說明：本表頭是按照普通應(yīng)用電路而組合成為最基本的數(shù)字表頭，主要使用了其±200.00mv 的直接測(cè)量功能。只需要給表頭供電dc9v 就可以正常使用。芯片的 22 引腳對(duì)電源正極連接，就可以令讀數(shù)數(shù)據(jù)保持，方便對(duì)瞬變信號(hào)的捕捉觀察。小數(shù)點(diǎn)選擇:芯片的 38、

35、39.20、21 引腳是小數(shù)點(diǎn)選擇點(diǎn)亮引腳，利用一只 47k 電阻對(duì)地連接各引腳，就可以選擇點(diǎn)亮某一位小數(shù)點(diǎn)。 芯片的 37 引腳是基本量程選擇端口，利用它接地或者是接電源正極，就可以選擇基本量程是 ±200.00mv(高分辨率) 或者是±2.0000v（普通應(yīng)用）。此特點(diǎn)比 icl7135好用得多。3.5.2 基本質(zhì)量的快速判別：送入 dc9v 直流穩(wěn)壓電源（小心：電源不能反接，否則，頃刻之間可能令表頭報(bào)廢?。?，屏幕上面應(yīng)該顯示隨機(jī)數(shù)字，用金屬短路 2 個(gè)輸入端口（vin與gnd），屏幕應(yīng)該顯示±0000,（允許有 ±1 個(gè)字的變化），把量程選擇到&#

36、177;2.0000v，利用指針萬用表的 x1電阻擋，（或者是一節(jié) 1.5v 電池），輸入到表頭的信號(hào)輸入端口，屏幕應(yīng)該顯示該電池的數(shù)字。例如：15034 (具體應(yīng)該以電池電壓為準(zhǔn)），如果你需要選擇決定小數(shù)點(diǎn)的位置，可以通過選擇小數(shù)點(diǎn)來讓它顯示 1.5034 或者 15.034等等。交換輸入信號(hào)的極性，應(yīng)該有負(fù)號(hào)出現(xiàn)，顯示為 -15034,（允許有±1個(gè)字的翻轉(zhuǎn)誤差，人工無法修改，由芯片制作廠商決定此指標(biāo)）。經(jīng)過這么一輪測(cè)試，如果都沒有問題，表頭就可以準(zhǔn)備使用了。3.5.3 校準(zhǔn)測(cè)量精度：可以使用最簡單的方法校準(zhǔn)，就是利用一只數(shù)字萬用表監(jiān)視著芯片第 34 引腳的電壓，微調(diào)多圈電位器，

37、使讀數(shù)1000.0mv,(允許± 2 個(gè)字,與選擇基本量程無關(guān))，然后，輸入一個(gè)信號(hào)電壓，用數(shù)字萬用表監(jiān)視，是否讀數(shù)一致，如果不一致，再仔細(xì)微調(diào)多圈電位器令其達(dá)到一致。校準(zhǔn)后，可以用指甲油小許封住多圈電位器的微調(diào)螺釘，以防移位，之后，就可以投入正常使用了。（表頭已經(jīng)出品時(shí)校準(zhǔn)基準(zhǔn)1.0000v，± 2 個(gè)字）。有關(guān)數(shù)表頭在電流、電壓、頻率、物理量、化學(xué)量等等領(lǐng)域的具體應(yīng)用，請(qǐng)參閱有關(guān)書籍。icl7107制作的41/2 數(shù)字電壓表頭確實(shí)是非常方便使用而精度又非常令人滿意的，其缺點(diǎn)是需要配套專門的 三個(gè)背電極的 lcd 專用屏幕，在 dc9v 供電時(shí)，消耗電流在 1ma 左右，

38、適合使用電池供電。第四章 結(jié)論(1) 本電路既能用于直流電功率測(cè)量，又能用于低頻交流電功率測(cè)量，從直流到音頻范圍內(nèi)都能正常工作。上限工作頻率主要取決于乘法器mc1495，其頻率范圍可從直流達(dá)到100 khz以上。本設(shè)計(jì)是以量程100w的音頻電功率測(cè)量來詳細(xì)說明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。(2) 由于采用有效值乘積的計(jì)算方式，不論對(duì)正弦單頻信號(hào)，還是復(fù)雜波形的音樂、語音信號(hào)，本電路直接給出的都是負(fù)載實(shí)際消耗的有功功率，滿度誤差一般不超過±3。(3) 本電路的突出優(yōu)點(diǎn)是電路簡單可靠，工作頻率范圍寬，低成本，以有效值方式實(shí)現(xiàn)了有功功率的測(cè)量。既可用，也可直接內(nèi)嵌到相關(guān)設(shè)備中實(shí)現(xiàn)直流和低頻電功率的測(cè)量及

39、數(shù)字顯示。致 謝 感謝柏逢明教授的細(xì)心，認(rèn)真的指導(dǎo)，使我受益匪淺，在此表示衷心感謝，同時(shí)也感謝各位老師的精心批改和各位同學(xué)對(duì)我提供的幫助。在這三個(gè)月中，我將以前所學(xué)的知識(shí)學(xué)以致用，同時(shí)學(xué)到了許多書本上未提及的知識(shí)，獲益匪淺。 畢業(yè)設(shè)計(jì)使我對(duì)大學(xué)其間學(xué)習(xí)的知識(shí)有了更深刻的理解，并把原來分割的知識(shí)系統(tǒng)地聯(lián)系在一起，理論應(yīng)用于實(shí)際，更好地掌握了單片機(jī)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我學(xué)習(xí)到了如何進(jìn)行課題的設(shè)計(jì)，資料的查找，在查閱大量資料的過程中，不僅吸取了前人的一些教訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)，還了解到當(dāng)今世界前沿的技術(shù)成果，發(fā)現(xiàn)了以前學(xué)習(xí)中的不足之處，對(duì)以前的薄弱環(huán)節(jié)有了重新認(rèn)識(shí)與掌握，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下了堅(jiān)實(shí)

40、的基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn)1. 何希才.傳感器及其應(yīng)用電路.北京:電子工業(yè)出版社.2001.432. 王兆安.黃俊.電力電子技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2003.203. 吳堅(jiān).計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng).武漢:武漢理工大學(xué)出版社.2003.23-244. 張毅剛.新編mcs-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì).哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2003.170-1955. 王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì).北京:高等教育出版社.2002.786. 謝嘉奎.宣月清.馮軍.電子線路.北京:高等教育出版社.1999.1037. richard c dorf.robert h bishop.現(xiàn)代控制系統(tǒng).北京:高等教育出版社.2003.151-2

41、708. 黃賢武.鄭筱霞.曲波.劉文杰.傳感器實(shí)際應(yīng)用電路設(shè)計(jì).成都:成都電子科技大學(xué)出版社.1997.37-389.黃一夫微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)機(jī)械工業(yè)出版社1989.4446：646710.盛琳陽微型計(jì)算機(jī)原理西安電子科技大學(xué)出版社1994：25826111.鄢定明單片計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)人民郵電出版社1988：15015112.胡大可微處理機(jī)原理及應(yīng)用浙江大學(xué)出版社1993：16616713.何小艇.電子系統(tǒng)設(shè)計(jì).杭州:浙江大學(xué)出版社.2003.378-39614. charles dh williams.feedback and temperature control.200115. j.g.g

42、oldberg.automatic controls.allyn and bacon boston.1965 16. r.c.dorf.electric circuits 3rd ed.john wiley newyork.1996 目 錄第一章 緒 論11.1引言1第二章 應(yīng)用各元件介紹22.1 icl1707集成電路22.1.1管腳排列及極限參數(shù)22.1.2自動(dòng)校零階段32.1.2信號(hào)積分階段32.1.3反向積分階段42.1.4差動(dòng)輸入42.1.5差動(dòng)參考源42.2 mc1495乘法器52.4 led數(shù)碼管顯示原理(led數(shù)碼管的工作原理)6第三章工作原理及電路設(shè)計(jì)103.1 工作原理10

43、3.2 電路設(shè)計(jì)113.2.1 取樣電路113.2.2 有效值功率轉(zhuǎn)換電路113.2.3 電平轉(zhuǎn)換與濾波電路123.2.4 ad轉(zhuǎn)換及顯示電路143.3 調(diào)試143.4 測(cè)試153.5使用icl7107制作41/2 數(shù)字電壓表頭193.5.1 本表頭的主要應(yīng)用說明：203.5.2 基本質(zhì)量的快速判別：203.5.3 校準(zhǔn)測(cè)量精度：21第四章 結(jié)論22致 謝23參考文獻(xiàn)24摘要利用模擬乘法器mc1495實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流與電壓的乘積運(yùn)算，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換，濾波，由icl7107完成a/d轉(zhuǎn)換并驅(qū)動(dòng)led數(shù)碼管，設(shè)計(jì)了有效值音頻電功率計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)音頻信號(hào)作用下負(fù)載有功功率的測(cè)量和數(shù)字顯示，工作頻率可從直流擴(kuò)展到100khz。電功率測(cè)量滿度誤差不超過±3%。可方便地作為一個(gè)獨(dú)立單