電子設(shè)計大賽測量類

1、C簡易幅頻特性測量設(shè)計摘要：簡易幅頻特性測試儀分為交流信號輸出和交流信號電壓有效 值測量。交流信號輸出采用MAX038為核心輸出相應(yīng)正弦波。交流 電壓測量采用AD637轉(zhuǎn)換為有效值輸出，由AD采樣輸入80C52芯 片進行處理數(shù)據(jù)，最終通過數(shù)碼管來顯示，具有結(jié)構(gòu)簡單，數(shù)據(jù)可讀 性強等優(yōu)點。其中功能選擇與轉(zhuǎn)換采用獨立鍵盤實現(xiàn)，通過不同的按 鍵，對應(yīng)不同的功能，其主要分為大信號交流電壓測量。經(jīng)過系統(tǒng)的 測試，電壓有效值測量誤差b W1%,交流信號頻率測量誤差b40. 1%。關(guān)鍵詞:AD采樣DA輸出 有效值 頻率正弦波輸出一、方案論證.比較與選擇.1交流信號輸出功能方案一：RC正弦波震蕩電路RC正弦波

2、振蕩電路有橋式震蕩電路、雙T網(wǎng)絡(luò)式和相移式振 蕩電路等類型。圖1是RC橋式振蕩電路的原理電路，這個電路由兩部分組成, 即放大電路Av和選頻網(wǎng)絡(luò)Fvo Av為由集成運放所組成的電壓串 聯(lián)負反饋放大電路，取其輸入阻抗高和輸出阻抗低的特點。而Fv 則由Zl、Z2組成，同時兼作正反饋網(wǎng)絡(luò)。由圖可知，Zl、Z2和 RI、Rf正好形成一個四臂電橋，電橋的對角線頂點接到放大電路 的兩個輸入端。二3o二3 或 f 二fo二RC2TT RC但是通過上述公式可知，該電路只能通過改變電阻和電容的大 小來改變頻率，不能如題目要求通過鍵盤設(shè)定頻率。方案二：LC正弦波振蕩電路圖2的LC正弦波振蕩電路主要用來產(chǎn)生高頻正弦信

3、號，一般在1MHz以上。LC和RC振蕩電路產(chǎn)生正弦信號的原理基本相同。 它們在電路組成方面的主要區(qū)別是，RC振蕩電路的選頻網(wǎng)絡(luò)由電 阻和電容組成,而LC振蕩電路的選頻網(wǎng)絡(luò)則由電感和電容組成。3 -=或 f-VTC 2TT VEU和方案一類似，LC正弦波振蕩電路通過改變電阻和電感的大小 來改變頻率，不滿足題目要求。方案三：基于MAX038的函數(shù)信號發(fā)生器MAX038可以構(gòu)成高頻函數(shù)發(fā)生器，能產(chǎn)生0. 1Hz10MHz的正 弦波，滿足題目的要求。其輸出頻率和工作周期可以通過調(diào)整相 應(yīng)引腳的定時電容器、頂式電阻的參數(shù)來實現(xiàn)。其輸出頻率的大小為：f二片C KC由上述公式可知，通過鍵盤調(diào)節(jié)端電壓的大小給

4、DA輸出不同 的電流值可以改變輸出信號的頻率。1.2交流電壓測量及顯示方案一：直接進行AD采樣，將輸入交流信號直接輸入，用 FPC8051芯片進行采樣，然后讀入單片機，單片機掃描信號，選 取一個周期的最大值，該值即為交流信號的幅值，然后進行運算。有效值二幅度/遮最終在數(shù)碼管上顯示。此方案外圍電路簡單，算法簡單，但是實 際操作性不強，直接將交流信號進行AD采樣可能會因為電壓過 大而損壞單片機，其次該方案測量精度不高。方案二：首先對交流信號進行全波整流，然后再進行AD采樣 輸入單片機進行數(shù)據(jù)處理。其中全波整流用RC全波整流，其電路 原理圖如圖4。該方案首先對信號進行了處理避免了信號的宜接輸入，但是

5、用橋 式整流電路整流后信號不穩(wěn)定，誤差比較大，且容易受雜散信號 的干擾。方案三：用具有高共模抑制比的比較器為核心，時交流信號進 行半波整流，進而用RC電路進行平波。得到一個比較穩(wěn)定的直流電 壓。再進行AD采樣，然后用單片機進行數(shù)據(jù)處理。其電路如圖5所 示。但是當(dāng)信號頻率過高時測量結(jié)果精度不高。方案四：使用芯片AD637進行有效值的測量。AD637是按有效 值隱含運算而設(shè)計，能計算人以復(fù)雜波形的高精度真有效值一一直流 轉(zhuǎn)換器件，其精度優(yōu)于0.1%,波峰因數(shù)10,相對穩(wěn)定時間快，是 當(dāng)前集成真有效值轉(zhuǎn)換器件性能較好的種。有效值測量芯片采用后 置二階濾波連接方式，如圖6所示。其中的C1取ipF時，完

6、全滿足 信號在20Hz1MHz頻率帶范圍內(nèi)的測量，且精度高。二、理論分析與計算2. 1交流信號的輸出 電路圖如圖3所示MAX038可以構(gòu)成高頻函數(shù)發(fā)生器，能產(chǎn)生0. 1Hz10MHz的正弦 波，滿足題目的要求。其輸出頻率和工作周期可以通過調(diào)整相應(yīng)引腳 的定時電容器、頂式電阻的參數(shù)來實現(xiàn)。其輸出頻率的大小為：f弓小 C KC 由上述公式可知，通過鍵盤調(diào)節(jié)端電壓的大小給DA輸出不同的電流 值可以改變輸出信號的頻率。MAX038的性能特點使其輸出信號的幅度均為2Vpp。為滿足題目 中要求輸出1.00V有效值的交流信號，需要對其輸出信號進行四倍 的放大。2. 2交流電壓測量及顯示使用芯片AD637進行

7、有效值的測量。AD637是按有效值隱含運算 而設(shè)計，能計算人以復(fù)雜波形的高精度真有效值一一直流轉(zhuǎn)換器件, 其精度優(yōu)于0.1%，波峰因數(shù)10,相對穩(wěn)定時間快，是當(dāng)前集成真有效值轉(zhuǎn)換器件性能較好的一種。除此之外，本系統(tǒng)的AD轉(zhuǎn)換芯片采用串行輸出方式，本電路采用PCF8591是單片、單電源低功耗8位CMOS數(shù)據(jù)采集器件、共有4個模擬輸入、一個輸出和一個串行12c總接口。3個地址引腳AO、A1和A2用于變成硬件地址，允許將最多8個器件連接至12c總線而不需要額外硬件。器件的地址、控制和數(shù)據(jù)通過兩線雙向12c總線傳輸。三、總體設(shè)計.總體框.總體方案描述單片機及外圍電路電路原理圖e I，9 4 541 p

8、lplpti:鞏ptptplMOT.一- -.P3.ORXD 內(nèi)二巫 PJJ面P3 5T1PJ8或XH2 X1LIVSSEAXPPALETCOOrQJ3,45J gNpoRpopopopopoP2-P n K.4 P23 niP2.1P2QC5-l|- OluF主控芯片獨立鍵盤模塊UC HT1R61H(=Hh,ir詠I復(fù)位電路iOF2 美出由 程岸下載 由n涵信二合一橫乜單片機晶振電路位共陰極數(shù)碼管IcEwc7411c573黨D75fXDIJ；nDC4n5N6C5WU7910吁S1ocvocJ 74MX7?弋MJLfcD)2DtiDCra5m6IKraXD791020WC19*日.wra17W

9、E316BWE514WE71211 P27AXII數(shù)碼管鎖存器模塊PCF8591數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊113.2程序的設(shè)計程序功能描述與設(shè)計思路1、程序功能描述根據(jù)題目要求軟件部分主要實現(xiàn)鍵盤的設(shè)置和電壓值顯示。鍵盤實現(xiàn)功能：設(shè)置頻率值、控制電壓有效值的測量。顯示部分：顯示電壓值、頻率。2、程序設(shè)計思路1)信號源輸出模塊：通過鍵盤改變發(fā)送給PCF8591的數(shù)值，此數(shù)值將被保存到DAC數(shù)據(jù) 寄存器中，并使用片上的DA轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的模擬電壓，從而實 現(xiàn)通過輸出不同電壓得到相應(yīng)電流的功能。電壓測量模塊將AD637的輸出電壓發(fā)送給PCF8591,并通過片內(nèi)的AD轉(zhuǎn)換 器將電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)值，通過運算將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓 值并通過顯示模塊顯示出來。3.2.2程序流程圖1、主程序流程圖132、信號源輸出了一程序流程圖按鍵掃描程序讀取鍵值根據(jù)鍵值進行相應(yīng)操作將相應(yīng)參數(shù)寫到PCF8591中PCF8591輸入電壓3、電壓測量子程序流程圖P