电压采集电路设计
超级电容储能装置电压采集电路设计
超级电容储能装置电压采集电路设计作者：朱芳来源：《科技资讯》2018年第21期摘要：介绍了超级电容储能系统的整体结构，对储能系统的各组成部分进行阐述和说明。
针对超级电容储能装置系统的特点和要求，设计了一种性能稳定、高精度的电压采集电路。
分析了电路的原理，给出了电路的原理图。
对电路的实际运行数据和测试数据进行了分析，通过软件处理和温度补偿，提高了电路的测量精度。
实验表明，该电压采集电路能够满足超级电容储能装置的要求，具有广泛的应用场景。
关键词：储能系统超级电容电压采集数据分析中图分类号：TM53 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）07（c）-0050-02随着新材料的不断发现和储能技术的飞速发展，储能装置在电动汽车、光伏系统、数据中心和轨道交通等领域获得了广泛的应用。
超级电容作为储能装置的重要组成部分，其性能的好坏影响着整个储能系统的稳定运行。
电压采集电路作为超级电容储能装置的重要组成部分，对系统的稳定运行起到十分重要的作用。
本文设计了一种高性价比的电压采集电路，电路采用LM358运算放大器实现，通过对超级电容两端的电压进行差分采集，获取超级电容的两端电压。
利用PCF8591实现采集电压数据的读取，AD转换后的数据存储在各通道的指定寄存器中，控制芯片通过I2C协议实现数据的读取。
通过对读取的电压和实际电压数据的对比，分析系统的电压采样精度。
利用软件调整和温度补偿方式，提高了系统的电压采样精度。
最后，给出了改进前后系统的电压采集曲线。
1 超级电容储能系统介绍超级电容作为一种新式储能元件，具有响应速度快、功率密度大、效率高、维护简单、对环境无污染等优点。
因超级电容器具备的优异的长寿命特性，其还可作为系统的备份电源使用，提高系统整体的可靠稳定性。
储能系统主要用于能量的存储，通过能量转化的方式将电能存储在超级电容器中。
目前，超级电容储能系统的应用场合较为广泛，其系统电路结构也有较大差异。
51单片机电压电流采样电路设计
51单片机是一种常用的微控制器，广泛应用于各种电子设备中。
在很多电子设备中，需要对电压和电流进行采样和测量，以确保设备正常运行和安全使用。
设计一个稳定、精准的电压电流采样电路对于电子设备的正常运行至关重要。
本文将介绍51单片机电压电流采样电路的设计原理、实现方法和相关注意事项，希望能够为初学者提供一些帮助。
一、设计原理1.1 电压采样原理电压采样是通过模数转换器（ADC）将模拟电压信号转换为数字信号的过程。
在51单片机中，有多个模拟输入引脚可以用于电压采样。
通过选择合适的参考电压和采样精度，可以实现对不同电压范围的准确采样。
1.2 电流采样原理电流采样通常需要借助电流传感器或电流互感器来实现。
通过将电流信号转换为与之成正比的电压信号，然后使用ADC进行采样，可以实现对电流的准确测量。
二、电压采样电路设计2.1 电压采样电路原理图在设计电压采样电路时，需要考虑信噪比、采样精度和参考电压的稳定性。
一般来说，可以通过电阻分压网络将被测电压信号转换为微控制器可以接受的范围内的电压信号。
2.2 电压采样电路实现在实际设计中，可以选择合适的电阻数值和参考电压，使得被测电压在不损失精度的前提下可以被精准采样。
还需要注意电源滤波和去耦电容的设置，以提高电路的稳定性和抗干扰能力。
三、电流采样电路设计3.1 电流采样电路原理图电流采样电路通常需要借助电流传感器或电流互感器来实现。
在设计电流采样电路时，需要考虑到电流传感器的灵敏度、线性度和频率特性，以确保采样的准确性和稳定性。
3.2 电流采样电路实现在实际设计中，需要根据被测电流的范围和精度要求选择合适的电流传感器，并通过运算放大器等电路将电流信号转换为微控制器可以接受的范围内的电压信号。
还需要注意电流传感器的电源和接地，以确保电路的正常工作。
四、电压电流采样电路的综合设计4.1 电压电流采样电路整体连接在设计完成电压和电流采样电路后，需要将两者连接到51单片机的模拟输入引脚，并编写相应的程序进行数据采集和处理。
一种电池管理系统电压采集电路的优化设计
一种电池管理系统电压采集电路的优化设计电池管理系统的电压采集电路是电池管理系统中非常重要的一环，主要作用是对电池的电压进行采集并转换成数字信号，通过数字信号的处理来实现对电池状态的监测和管理。
因此，电压采集电路的优化设计对于提高电池管理系统的性能和准确性至关重要。
首先，电压采集电路的设计应考虑到电路的高精度、高灵敏度和抗干扰能力。
在采集电路中加入滤波器，控制电磁干扰和噪声的干扰可以有效地提高电路的稳定性和精度。
此外，可通过增加前置放大器等器件来增加电路的灵敏度，提高电路的精度和灵敏度。
其次，为了保证电路的可靠性，应考虑电路的安全性和可靠性。
对于无源元器件的选择、封装和焊接应严格按照要求进行。
在电路布局方面，应采用尽可能简洁的布局方式，将电路元件尽可能远离电磁干扰源，保证电路的稳定性和可靠性。
最后，为了方便整个系统的控制和管理，电压采集电路的设计应考虑到其与整个电池管理系统的连接与通讯。
采用常见的串口通讯协议如SPI、IIC等通讯协议进行数据传输，方便与其他子系统之间的信息交互。
总之，电池管理系统电压采集电路的优化设计需要全面考虑到电路的精度、灵敏度、抗干扰能力、安全性和可靠性等要素，设计出稳定可靠、性能优良的电路，保证了系统的性能和准确性。
除了上述提到的电路设计要素，电池管理系统电压采集电路的优化设计还应考虑到以下方面：一、选择合适的集成电路当前市场上常见的电池管理系统电压采集电路集成电路有MAX17048、LTC299/LTC2945、TMP235等。
在选用时应综合考虑采集精度、价格、功耗和通讯接口等因素，选择最适合自己系统的集成电路。
二、电路校准电压采集电路在使用过程中难免会出现偏差，因此需要对电路进行校准。
校准可以采用温度矫正、全电路偏移量调整等方法。
校准过程需要在实验室条件下进行，准确性要求高，建议定期进行。
三、环境适应性电池管理系统电压采集电路应能适应各种恶劣的工作环境。
如低温、高温、高湿、强电磁干扰等。
apd雪崩二极管电流电压采集电路
APD雪崩二极管是一种特殊的光电二极管，具有雪崩放大效应，可以用于低光强下的光信号检测。
为了实时监测APD雪崩二极管的工作状况，需要设计一套电流和电压采集电路。
本文将针对此主题进行详细探讨，包括电路设计、电路参数选取和性能优化等方面。
一、电路设计在APD雪崩二极管的电流电压采集电路中，需要包括电流放大器和电压放大器两部分。
电流放大器用于放大APD雪崩二极管的输出电流信号，电压放大器用于放大APD雪崩二极管的输出电压信号。
1. 电流放大器电流放大器的设计需要考虑到APD雪崩二极管的输出电流范围和带宽。
一般来说，可以采用转impedance放大器（TIA）来将APD雪崩二极管的输出电流转换为电压信号。
TIA的输入阻抗需要足够大，以确保最小的电流损失。
TIA的增益需要根据APD雪崩二极管的输出电流范围来选取，通常需要进行仿真和实验验证。
2. 电压放大器电压放大器的设计需要考虑到APD雪崩二极管的输出电压范围和带宽。
一般来说，可以采用差分放大器来放大APD雪崩二极管的输出电压信号。
差分放大器的设计需要考虑到共模抑制比、输入阻抗和输出阻抗等参数，以确保稳定的放大效果。
二、电路参数选取在进行电路设计时，需要根据具体的APD雪崩二极管型号和工作条件来选取合适的电路参数。
主要包括放大器的增益、带宽、输入阻抗、输出阻抗等参数。
还需要考虑到电路的稳定性、可靠性和抗干扰能力等指标。
1. 放大器增益放大器的增益需要根据APD雪崩二极管的输出信号幅度来选取，一般来说，增益越大，对噪声的抑制能力越强，但也会增加电路的复杂性和功耗。
2. 放大器带宽放大器的带宽需要根据APD雪崩二极管的输出信号频率范围来选取，一般来说，带宽越大，对高频信号的响应能力越强，但也会增加电路的功耗和成本。
3. 输入阻抗和输出阻抗放大器的输入阻抗和输出阻抗需要根据APD雪崩二极管的输出阻抗和后级电路的需求来选取，一般来说，输入阻抗越大，对APD雪崩二极管的输出电流损失越小，输出阻抗越小，对后级电路的驱动能力越强。
电压电流采样电路设计
-常用采样电路设计方案比较配电网静态同步补偿器（DSTATCOM）系统总体硬件结构框图如图2-1所示。
由图2-1可知DSTATCOM的系统硬件大致可以分成三部分，即主电路部分、控制电路部分、以及介于主电路和控制电路之间的检测与驱动电路。
其中采样电路包括3路交流电压、6路交流电流、2路直流电压和2路直流电流、电网电压同步信号。
3路交流电压采样电路即采样电网三相电压信号；6路交流电流采样电路分别为电网侧三相电流和补偿侧三相电流的电流采样信号；2路直流电压和2路直流电流的采样电路DSTATCOM的桥式换流电路的直流侧电压信号和电流信号；电网电压同步信号采样电路即电网电压同步信号。
控制电路电路主电路图2-1 DSTATCOM系统总体硬件结构框图常用电网电压同步采样电路及其特点1.1.1 常用电网电压采样电路1从D-STATCOM的工作原理可知，当逆变器的输出电压矢量与电网电压矢量幅值大小相等，方向相同时，连接电抗器内没有电流流动，而D-STATCOM工作在感性或容性状态都可由调节以上两矢量的夹角来进行控制，因此，逆变器输出的电压矢量的幅值及方向的调节都是以电网电压的幅值和方向作为参考的，因此，系统电压与电网电压的同步问题就显得尤为重要。
图2-2 同步信号产生电路1】从图2-2所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该滤波环节的时间常数应远小于系统的输出频率，即该误差可忽略不计。
其中R5=1K ，C4=15pF，则时间常数<<l ms，因此符合设计要求;第二部分由电压比较器LM311构成，实现过零比较;第三部分为上拉箝位电路，之后再经过两个非门，以增强驱动能力，满足TMS320LF2407的输入信号要求[1]。
1.1.2 常用电网电压采样电路2常用电网电压同步信号采样电路2如图2-3所示。
ADMC401芯片的脉宽调制PWM发生器有专门的PWMSYNC引脚，它产生与开关频率同步的脉宽调制PWM 的同步脉冲信号。
电压采集电路设计
电压采集电路设计目录一、设计目的............ -3 -二、设计内容............ -4 -三、整体设计方案设计....... -4 -四、设计任务............ -4 -五、硬件设计及器件的工作方式选择...-5 -1、硬件系统设计方框图：........ -5 -2、中断实现：8259A工作方式选择及初始化................ -5 -3、定时功能实现：8253的工作方式及初始化................ -6 -4、数码管显示及ADM数据传输：8255的工作方式及初始化........ -7 -5、模拟电压转换为数字量：ADC0809的初始化............... -7 -6、地址编码实现：74LS138及逻辑器件-77、显示功能：数码管显示 ..... -8 -六、软件设计............. -8 -1、主程序流程图.......... -8 -2、中断子程序 .......... -9 -3、显示子程序 ......... -10 -4、初始化........... -11 -8295A初始化流程图..... -11 -8253初始化流程图 (11)8255初始化流程图 (11)5、程序清单及说明....... -12 -七、本设计实现功能........ -15 -八、元件清单........... -16 -九、所遇问题与小结........ -16 -1、问题与解决........ -16 -2、小结体会.......... -仃- 附：系统硬件连线图........ -18 -一、设计目的1、了解和掌握74LS138 8253、8255A、ADC0809等可编程接口芯片、中断控制器8259以及LED显示器的原理和功能；2、能用上面的接口芯片构建一个简单的系统控制对象；3、进一步了解计算机得工作原理，接口技术，提高计算机硬件，软件综合应用能力，即对微机原理，接口技术，汇编语言程序设计进行综合训练；4、掌握接口电路的综合设计与使用。
单片机电压采样电路 -回复
单片机电压采样电路-回复什么是单片机电压采样电路？单片机电压采样电路是一种用于采集和处理电压信号的电路，主要用于将外部电压输入转换为单片机可读取的数字信号。
单片机电压采样电路的主要功能是将模拟电压信号转换为对应的数字量，以便单片机进行处理和判断。
单片机电压采样电路在各种电子设备中广泛应用，例如温度监测、电池电压检测、传感器信号采集等。
单片机电压采样电路的构成单片机电压采样电路通常由以下几个主要部分组成：1. 电压输入端：用于接收外部电压信号的引脚或接口。
2. 采样电阻：用于限制电流，保护输入端，并将电压信号转换为与输入电压成正比的电压降。
3. 运放电路：用于放大和处理采样电阻输出的电压信号，以提供更高的输出电压。
4. ADC（模数转换器）：用于将模拟电压信号转换为数字量，以便单片机进行处理。
步骤一：设计采样电阻首先，根据电压采样电路的要求，选择合适的采样电阻的阻值。
常用的电阻阻值有10KΩ、100KΩ、1MΩ等。
这里的选择应根据采样信号的幅值和频率来确定。
通常情况下，阻值越大，对信号源的影响越小，但也会引入更多的噪声。
因此，需要根据实际情况进行权衡。
步骤二：设计运放电路运放电路的设计主要考虑放大倍数、输入电阻、输出电阻以及电源电压等因素。
放大倍数决定了输出信号的幅度，输入电阻决定了对应的输入电压范围，输出电阻影响了电压输出的稳定性，电源电压决定了运放的工作情况。
运放电路中常用的结构是非反馈运放电路，其中最常用的是差动放大器和非反馈放大器。
差动放大器对输入信号进行放大，并提供差分输出，以提高信号的抗干扰能力。
非反馈放大器则通过提供一个放大倍数确定的反馈电阻来放大输入信号。
步骤三：设计模数转换器模数转换器（ADC）是单片机电压采样电路中最关键的部分。
它将模拟电压信号转换为单片机可读取的数字信号。
常用的ADC类型有逐次逼近型ADC和Sigma-Delta型ADC。
逐次逼近型ADC通过逐步比较模拟输入电压与参考电压，来逼近要转换的模拟输入电压，最后将其转换为数字输出。
基于单片机电压采集电路设计完整版
基于单片机电压采集电路设计集团标准化办公室：[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]1引言数据采集是分析模拟信号量数据的有效方法。
而实时显示数据是自动化检测系统的现实需求。
在测试空空导弹导引头的过程中，导引头的响应信号包括内部二次信号和模拟量电压信号。
检测过程中要求检测系统实时显示导引头的工作状态，显示二次电源和模拟量响应电压信号，判断导引头性能，同时保证在非常情况下人为对导引头做出应急处理，保护导引头。
对于模拟量电压信号，通常采用模数转换、事后数据标定的方法实现。
根据现实需求，研制相应检测系统可作为导引头日常维护和修理的重要工具。
这里介绍一种基于单片机和CPLD的实时数据采集显示系统设计方案。
?2系统构成该系统中待采集显示电压信号共路，动态电压范围为－~+27V。
由于这些电压信号变化频率较低，或者认为频率无变化，且检测系统只关心其电压值，所以在低采样率下就可满足系统要求。
根据需求，系统设计的采样率即显示刷新速率在1．56k／s以上。
采用单片机80C196KB和可编程逻辑器件78SLC为核心控制器，以80C196KB内部集成A/D转换器作为模数转换器实现16路电压信号的实时数据采集、显示、控制。
该系统总体设计结构框图如图1所示。
整个系统主要由信号预处理、信号选通、单片机采集、双机以及数据处理显示等构成。
其中，信号选通模块由CPLD和多路模拟选择器组成。
3系统硬件电路设计3．1信号预处理电路由于待采集电压信号输入动态范围较宽，且极性各异，对于单片机A／D转换器来说，需要调理到能够采集的电压范围闱0~5V，所以要统一调理采集信号，如图2所示。
图2中运放和1556均采用双电压供电，以提高动态信号输入范围；均采用精度为0．1％的精密型金属膜电阻，以提高电压转换精度。
在二级电压凋理过程中，MC1556同相输人端采用电路以减少长时间通电情况下温度升高对系统产生的不良影响。
南于电压跟随器具有输入阻抗大和输出驱动能力强的特点，故在预处理电路的输入端和输出端均采用电压跟随电路。
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附：系统硬件连线图16
一、设计目的
1、了解和掌握74LS138、8253、8255A、ADC0809等可编程接口芯片、中断控制器8259以及LED显示器的原理和功能；
2、能用上面的接口芯片构建一个简单的系统控制对象；
3、进一步了解计算机得工作原理，接口技术，提高计算机硬件，软件综合应用能力，即对微机原理，接口技术，汇编语言程序设计进行综合训练；
一、设计目的2
二、设计内容2
三、整体设计方案设计2
四、设计任务3
五、硬件设计及器件的工作方式选择3
1、硬件系统设计方框图：3
2、中断实现：8259A工作方式选择及初始化4
3、定时功能实现：8253的工作方式及初始化4
4、数码管显示及ADC的数据传输：8255的工作方式及初始化5
5、模拟电压转换为数字量：ADC0809的初始化5
工作方式：PA口接数码管的位选，PB口接ADC0809的数据线D0~D7，PC口接数码管的位选，三个接口的工作方式均为方式0。
5
8路输入通道，8位A／D转换器，即分辨率为8位。转换时间为100μs。单个＋5V电源供电，模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准。ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A／D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A／D转换完成，EOC变为高电平，指示A／D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。
工作方式选择：工作方式2被称作速率波发生器。进入这种工作方式，OUTi输出高电平，装入计数值n后如果GATE为高电平，则立即开始计数，OUTi保持为高电平不变；待计数值减到“1”和“0”之间，OUTi将输出宽度为一个CLKi周期的负脉冲，计数值为“0”时，自动重新装入计数初值n，实现循环计数，OUTi将输出一定频率的负脉冲序列，其脉冲宽度固定为一个CLKi周期，重复周期为CLKi周期的n倍。所以当每次计数完毕后，OUTi放出一个负脉冲，用于触发中断。并且由于装数N小于FFFFH，所以只要一个计数器即可。
3
芯片简要介绍：8253内部有三个计数器，分别成为计数器0、计数器1和计数器2，他们的机构完全相同。每个计数器的输入和输出都决定于设置在控制寄存器中的控制字，互相之间工作完全独立。每个计数器通过三个引脚和外部联系，一个为时钟输入端CLK，一个为门控信号输入端GATE，另一个为输出端OUT。每个计数器内部有一个8位的控制寄存器，还有一个16位的计数初值寄存器CR、一个计数执行部件CE和一个输出锁存器OL。
所以，本次设计可选择计数器0，工作方式2，装数N为01F4H。
4
芯片简要介绍：8255是一个并行输入/输出的LSI芯片,多功能的I/O器件,可作为CPU总线与外围的接口。具有24个可编程设置的I/O口,即使3组8位的I/O口为PA口,PB口和PC口.它们又可分为两组12位的I/O口,A组包括A口及C口(高4位,PC4~PC7),B组包括B口及C口(低4位,PC0~PC3).A组可设置为基本的I/O口,闪控(STROBE)的I/O闪控式,双向I/O3种模式;B组只能设置为基本I/O或闪控式I/O两种模式,而这些操作模式完全由控制寄存器的控制字决定。
主要功能：而在本设计中，8259的主要作用是当8253延时完毕之后，让CPU响应中断，发命令给8255，接收ACD0809的电压信号。所以，只要开通8259A的一路中断（本设计开通了IR0）即可。
工作方式选择：单片8259AA,上升沿有效,初始化时写入,IR0~IR7的中断号为08H~0FH,一般全嵌套，费缓冲方式1，正常中断结束，CPU为8088,允许IR0中断，非循环优化级方式，L2~L0无效，不设置EOI命令。
4、掌握接口电路的综合设计与使用。
二、
利用《微型计算机原理课程》中所学的主要可编程接口芯片74LS138、8253、8255A、ADC0809和中断控制器8259设计一个模拟电压采集电路。采用ADC0809设计一个单通道模拟电压采集电路，要求对所接通道变化的模拟电压值进行采集，采集来的数字量送至数码管LED指示，采集完100个数据后停止采集过程。
频率选择与计算：8253的最高工作频率为2.6MHz，而ADC的最高工作频率为100KHz（100us），所以在选择参考频率fref时，而且考虑到程序运行时的指令的时间，参考与计数器所装的数N的乘积：fref*N，应远大于100us，可取为1ms。若取参考频率fref为：2MHz,则N的取值为：十进制的500（01F4H）。
三
首先模拟电压量通过ADC0809转换为数字量D，定时器8253计时，计时结束后向8259A发出中断请求，CPU响应中断，接受8255的数据量D，并进行运算。当进行了100次数据采集之后，将平均电压通过8255送到数码管显示。通过编码器，对器件进行地址选择。
四
1、选用8088CPU和适当的存储器芯片、接口芯片完成相应的功能。
6、地址编码实现：74LS138及逻辑器件6
7、显示功能：数码管显示6
六、软件设计7
1、主程序流程图7
2、中断子程序7
3、显示子程序8
4、初始化9
8295A初始化流程图9
8253初始化流说明10
七、本设计实现功能13
八、元件清单14
九、所遇问题与小结14
1、问题与解决14
2、画出详细的硬件连接图。
3、画出各程序的详细框图。
4、给出RAM地址分配表及接口电路的端口地址。
5、给出设计思路。
6、给出程序所有清单并加上必要的注释。
7、完成设计说明书。
五、
2
芯片简要介绍：8259A是专门为了对8086/8088进行中断控制而设计的芯片，它是可以用程序控制的中断控制器。单个的8259A能管理8级向量优先级中断。在不增加其他电路的情况下，最多可以级联成64级的向量优先级中断系统。8259A有多种工作方式，能用于各种系统。各种工作方式的设定是在初始化时通过软件进行的。在总线控制器的控制下,8259A芯片可以处于编程状态和操作状态.编程状态是CPU使用IN或OUT指令对8259A芯片进行初始化编程的状态。