基于单片机正弦波有效值测量仪表设计
50Hz正弦交流电有效值的测量
《单片机应用实践》课程设计任务书学生姓名:杨博专业班级: 电信1303 班指导教师: 孟哲工作单位: 信息工程学院题目: 50Hz正弦波有效值测量仪表的设计与实现初始条件:（1）提供实验室机房及其proteus7.0以上版本软件；（2）《单片机原理与应用》学习。
要求完成的主要任务:(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求):（1）选择一本《单片机原理与应用》，认真学习该教程的全部内容，包括汇编语言的理解与应用，51单片机的基本功能与应用；（2）要求用51单片机设计一个测量仪表，能够测量量程200mv~20v的50Hz 正弦波交流电的有效值（3）要求做出仿真，并依照仿真设计实物并对实验结果进行分析和总结；（4）要求阅读相关参考文献不少于5篇；（5）根据课程设计有关规范，按时、独立完成课程设计说明书。
时间安排:(1) 分析课题，完成设计构想两天；(2) 完成仿真一天；(3) 购买元件并完成实物两天；(4) 完成报告书一天；指导教师签名: 年月日系主任(或责任教师)签名: 年月日摘要在实际生产与生活之中，有效值扮演了一个极其重要的角色。
由于有效值能够直接反映出交流信号能量的大小，因此在对于其他物理量例如功率、噪声、失真度、能量转换等的研究上发挥着极其重要的作用。
本次课设完成一个50Hz正弦波有效值测量仪表的设计与实现。
根据要求，本次课设以STC89C52单片机为控制核心，通过电阻分压网络、基于AD736的有效值检测模块、基于LM324的信号放大模块以及基于TLC549的A/D转换模块完成正弦波有效值测量工作，结果通过LCD显示。
关键词：正弦波；有效值；单片机控制；AD736；TLC549.AbstractIn the actual production and life, the effective value plays an extremely important role .Because of the effective value of AC, signal can directly reflect the size of the energy,it’s convenient to study for other physical quantities such as power, noise, distortion, energy conversion and so on.The design and implementation of a 50Hz sine wave effective value measuring instrument is set up in this lesson design. According to the requirements, the class stipulates STC89C52 microcontroller as control core, through the resistance points pressure platform, based on AD736 effective value detection module, based on LM324 signal amplification module and based on TLC549 A / D conversion module to complete sinusoidal RMS measurements. The results through the LCD display.Keywords:sine wave; effective value; single chip microcomputer control; AD736; TLC549.1.设计原理1.1方案设计方案一：采用二极管整流电路，再通过峰值检波电路测得峰值，然后根据波形因数求得相应的有效值。
基于单片机的智能rlc测试仪的设计【毕业设计论文】[管理资料]
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基于单片机智能RLC测试仪的设计毕业设计摘要本文主要论述了基于凌阳SPCE061A单片机的智能RLC测试仪的设计，利用单片机对R、L、C等参数进行测量，可以充分利用单片机的运算和控制功能，方便地实现测量，使测量精度得到提高。
同时用软件程序代替一些硬件测量电路，可在硬件结构不变的情况下，修改软件以增加新的功能。
能够很好的完成对RLC参数的测量，以满足现代测控系统的需要。
关键词：单片机；SPCE061A；RLC测试仪ABSTRACTIt is mainly discussed in this paper that the design of intellectual RLC parameter measurer based on Lingyang SPCE061A MCU. MCU use of R, L, C, and other parameters measured, can take full advantage of MCU processing and control functions, to facilitate the realization of measurements for improved measurement accuracy. Simultaneously uses the software procedure to replace some hardware metering circuits, may in the hardware architecture invariable situation, revi se software to increase the new very good completing to the RLC parameter survey, satisfy the modern observation and control system the need.Keywords: MCU；SPCE061A；RLC testing device目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 (III)前言 (V)1 系统测试原理与总体方案设计 (1)RLC测试原理 (1)相位+有效值测量 (1)相位+有效值测量方案的软仿真 (2)RLC参数测量方法 (3)总体设计方案 (4)系统原理框图 (4)整个系统工作流程 (4)系统设计中的难点和关键技术 (5)2 RLC测试仪硬件部分实现 (6)-5V电源的设计 (6)标准正弦信号发生模块 (6)标准正弦信号的原理 (6)AD9850芯片简介 (8)AD9850硬件电路图及单片机程序 (9)3 I-V变换模块 (11)I-V变换方案设计 (11)I-V变换的硬件电路 (11)4 同时采样模块 (12)同时采样模块方案设计 (12)A/D芯片的选择 (12)ADS7861芯片介绍 (13)ADS7861转换时序的逻辑控制 (13)5 单片机系统设计 (16)SPCE061A单片机概述 (16)单片机的电源设计 (16)SPCE061A最小系统 (17)6 RLC测试仪应用软件设计 (18)数据采集模块程序流程图 (18)中断程序流程图 (19)主程序流程图 (19)结论 (21)参考文献 (22)致谢 (23)附录 (24)前言随着微电子技术、计算机技术、软件技术的高度发展及其在电子测量技术与仪器上的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断出现，在许多方面已经冲破了传统仪器的概念，电子测量仪器的功能和作用发生了质的变化。
单片机课设 正弦交流信号有效值的测量
正弦交流信号有效值的测量，需要测量正弦信号的峰值，利用正弦信号有效值的计算公式就可以得到正弦信号的有效值。
要进行基于单片机的正弦信号有效值的测量，需要先将模拟量转换为数字量，将所得的数据经由单片机处理，再将最后的结果显示出来。
设计的电路主要包括信号采集与转换电路，单片机控制电路和显示电路。
其中，有效值的计算在本次设计中主要利用软件部分的设计完成。
关键词：有效值测量，模数转换电路，单片机控制AbstractSinusoidal ac signal effective value measurement, need to measure the peak value of the sine signal, using the sine signal effective value calculation formula of the effective value of sine signal can be calculated out. Must carry on the sine signal RMS measurement based on single chip microcomputer, need to convert analog to digital quantity, will the data processed by single chip microcomputer, then the final result of display. Design the circuit mainly includes signal acquisition and conversion circuit, SCM control circuit and display circuit. Among them, the RMS calculation in the design of the main use of the design of the software part is complete.Keywords: RMS measurement, modulus conversion circuit, single chip microcomputer control1 电路设计为了测得正弦信号的有效值，硬件电路的设计应包括信号的输入采集电路，模拟量与数字量转换电路，单片机控制电路与数字显示电路。
基于单片机正弦波有效值的测量
基于单片机正弦波有效值的测量一．简介本作品以单片机STC12C5A60S2为主控芯片并以此为基础，通过二极管1N5819实现半波整流，使用单片机内部自带10位AD对整流后的输入信号进行采样，从而实现对峰值的检测；同时通过运放LM837对输入信号进行放大，之后通过施密特触发器，将原始信号整形成可被单片机识别的标准脉冲波形，之后配合内部计数器（定时器）达到测量其频率的目的；这样，整流和AD采样实现对输入信号峰值的检测；通过放大、整形实现对输入信号频率的检测。
二．基本功能与技术指标要求（1）输入交流电压：1mV～50V,分五档：①1mV~20mV，②20mV~200mV,③200mV~2V,④2V~20V,⑤20v~50V。
（2）正弦频率；1Hz~100kHz；（3）检测误差：≤2%；（4）具有检测启动按钮和停止按钮，按下启动按钮开始检测，按下停止按钮停止检测；（5）显示方式：数字显示当前检测的有效是，在停止检测状态下，显示最后一次检测到的有效值；（6）显示：LCD，显示分辨率：每档满量程的0.1%；三．理论分析本文要求输入交流信号，通过电路测量其峰值，频率，有效值以及平均值，因为输入的交流信号为模拟信号，而一般处理数据使用的主控芯片单片机处理的是数字信号，所以我们选择使用数模转换器AD（Analog to Digital Converter）将输入的模拟信号转换为数字信号，并进行采样；由于要求输入交流信号电压峰峰值Vpp为50mV~10V，所以如果我们采用AD为8位，则最小采样精度为，因此会产生78.4%的误差，并且题目要求输入交流信号的频率范围为40Hz～50kHz，所以为了保证对高频率信号的单周期内采样个数，我们需要选择尽量高速度的AD；因此我们选用使用单片机STC12C5A60S2，其内部自带AD为8路10位最高速度可达到250KHz，所以我们可以将最小采样精度缩小到，并且在输入交流信号频率最大时（50KHz）在单个周期内可采集5个点，因此可保证测量精度。
(完整word版)基于单片机的正弦波信号发生器的设计
(完整word版)基于单片机的正弦波信号发生器的设计毕业设计论文题目：基于单片机的正弦波信号发生器的设计系部：电子信息工程系专业名称：电子信息工程技术班级: 08431 学号：33姓名：顾伟国指导教师：郑莹完成时间：2011 年 5 月12 日(完整word版)基于单片机的正弦波信号发生器的设计基于单片机的正弦波信号发生器的设计摘要:信号发生器的应用越来越广，对信号发生器的频率稳定度、频谱纯度、频率范围和输出信号的频率微调分辨率提出越来越高的要求,普通的频率源已经不能满足现代电子技术的高标准要求。
因而本设计采用了AT89C51单片机为控制核心,通过D/A转换器DAC0832将数字信号转换成模拟信号，滤波放大，最终由示波器显示出来，能产生1HZ—180HZ的正弦波波形。
通过键盘来控制波形频率变化，并通过液晶屏1602显示其波形以及频率和幅度值的大小。
关键字：信号发生器;AT89C51；D/A转换器DAC0832Based on SCM sine wave signal generator designAbstract：Signal generator used more and more widely, to signal generator frequency stability, the spectrum purity，frequency range and output signal frequency fine-tune resolution higher and higher demands are proposed，the average frequency source cannot have satisfied the high standard requirement of modern electronic technology. So this design USES A AT89C51 as control core，through the D/A converter DAC0832 converts digital signals into analog signals, filter and amplification, finally shown by oscilloscope 1HZ — 180HZ, can produce the sine wave。
基于单片机MSP430的正弦输出波形设计
Ξ 收稿日期:2006-03-14;修回日期:2006-04-15作者简介:陈古波(1975-),男,重庆人,主要从事实验教学工作.【计算机与自动化】基于单片机MSP430的正弦输出波形设计Ξ陈古波,向险峰,李 双(重庆工学院电工电子技术实验中心,重庆 400050)摘要:根据电力系统模拟测试继电保护的需要,采用MSP430单片机产生正弦信号来控制需要输出的模拟量.介绍了该方法的硬件组成和软件编程,并给出了具体的程序.最后介绍了该设计在实际的测试系统中的应用.关 键 词:正弦波;MSP430F1611;在线编程;象限;继电保护中图分类号:TP21 文献标识码:A 文章编号:1671-0924(2006)08-0087-03The Design of Sinusoidal W ave ’s Output B ased on SCM MSP 430CHE N G u-bo ,XI ANG X ian-feng ,LI Shuang(E lectrical &E lectronic T echnology Lab Center ,Chongqing Institute of T echnology ,Chongqing 400050,China )Abstract :Based on demand of electric power system for simulated relay protection test ,SC M MC U (MSP430)is used to produce sinus oidal signal s o as to control the output of simulative variables.This paper introduces the hardware com ponents and s oftware programming and puts forward specific programs ,and final 2ly introduces the application of the design in actual testing systems.K ey w ords :sinus oidal wave ;MSP430F1611;On-line programming ;quadrant ;relaying protection0 引言 随着工业技术的迅猛发展,人们对电力的运行提出了更高的要求.要保证电力的运行可靠,必须配备先进的检测手段.以往检测电力设备,多采用模拟装置产生正弦信号进行调试,这种方法可控性不强,操作比较繁琐,无法实现自动化测试,精度也不能满足要求.本文中基于单片机MSP430的正弦输出波形设计,采用数字式的方式产生正弦信号,保证了输出的可控性和操作的简单性,能完全实现了自动化测试功能.本文中采用的TI 公司的MSP430单片机,由于指令少,编程语言采用C 语言编程(C430),具有在线编程的功能,可以大大缩短开发周期,降低开发成本.相对于系统机而言,基于单片机的设备由于携带方便,性能可靠,且具有价格优势,更适合于基层的检测调试.1 正弦波的特征 正弦函数的表达式为y =A sin (ωt +θ),由该函数表达式可以得知正弦函数有3个量:幅值A ,初始相位θ,角频率ω(转化为频率f ,其关系式为ω=2πf ).如果这3个量是确定的,正弦函数就只是一个与时间有关的周期函数.2 单片机的选型 单片机选型主要应从以下几个方面入手:①单片机系列产品的完整性是否利于后续产品的升级;②其管脚能否兼容;③RAM 的空间容量;④程序空间的大小;⑤端口及中断的数量;⑥编程方式是否容易;⑦有无硬件乘法器.参数的选择需要根据项目的要求而定,在笔者开发的这个项目中,选用的是TI 公司的MSP430F1611单片机,其主要参数、结构和功能如下:①低电源电压范围:1.8～3.6V ;②从等待到唤醒时间:6μs ;③基本时钟模块配置:第20卷 第8期Vol.20 No.8重 庆 工 学 院 学 报Journal of Chongqing Institute of T echnology2006年8月Aug.2006高速晶体(最高10MH z )、低速晶体(32768H z )、DC O 具有3/7个捕获/比较寄存器的16位定时器T imer-A3/T imer-B7;④两通道串行通信接口可用于异步与同步(软件选择US ART /SPI 模式);⑤具有一个硬件乘法器和12位A/D 转换器———ADC12;⑥2个具有中断功能的8位并行端口———P1和P2;⑦多达48K B 的F LASH ROM 和10K B RAM ;⑧具有串行在线编程和安全熔丝的程序代码保护功能.3 项目的实现3.1 硬件部分.由单片机MSP430的P1和P4口(具有控制I/O 方向、输出、输入的功能)输出16位的正弦函数数值,经过D/A 转换,输出正弦波形.D/A 选用16位、有4路输出的DAC7644.图1为该项目硬件框图:图1 硬件实现电路框图 其中键盘为项目的功能选择部分,通过旋转编码器实现数值输入,开入量采集为继电保护的触点引入处理电路,保护电路用于仪器出口出现故障时切断输出,D/A (DAC7644)将单片机输出的数值转化为所需的正弦波形,滤波放大是将D/A 输出波形进行放大、平整光滑处理,功率模块是将小信号放大,目的是能够提供强负载的大电流、电压,通过外接高精度的检测仪表可以自动调节仪器的输出精度.3.2 软件部分.由于单片机处理的是数字信号,而正弦波是一个连续变化的模拟量,所以就必须对一个周期内的正弦波形进行点数选择(斩波处理).周期内选择的点数越多,得到的波形就越接近真实的波形;但另一方面,由于单片机处理的速度有限,点数如果选取过多,单片机就无法处理其它程序,进而导致死机.本文中在一个周期内(一个周期360°)选择100点,即每隔3.6°计算一个正弦函数值,由单片机中断送出.图2为该程序流程图.由于单片机处理正弦函数的计算会耗去很长时间,如果单片机一边中断送数,一边计算下一个点的正弦函数值,这样在速度响应上就会存在问题.因此该项目采用先计算好一个周期为100点的正弦函数值,存放在RAM 中,在中断送数的过程中只负责取出数据即可.根据正弦函数的特点有:当0°ΦαΦ180° sin α=sin (180°-α)当180°<α<360° sin α=-sin (360°-α)所以,只要0°ΦαΦ90°求出的函数值,周期内其它函数值也就相应确定(在此用sinn[]数组存储以0.1°为步长、0°ΦαΦ90°的正弦函数值),其目的是为了节约单片机的程序空间,如果以0.1°(分辩率)存储一个点(2个字节),90°需要占用1.8K 字节,360°就需要占用7.2K 字节,这会对单片机的有限空间将造成极大浪费.图2 MSP430输出正弦波形程序流程图 由于sinn[]数组只存储了0°ΦαΦ90°的函数值,所以在求整个周期内的函数值时,需要判断该点所处的象限,再进行查表计算.以下为在RAM 中存放周期内100个点的正弦函数值的实现程序:v oid zxcx w (long fz ,float g ,int zero )∥正弦函数初始相位判断及计算{ int n ,n0,t ;float g f ;xx1:∥计算初始相位0°～90°的正弦函数数组n0=g f 310;∥初始点for (n =0;n <100;n ++) ∥总点数为100,正弦波两个点之间相差3.6°, { t =n0+363n ; ∥而sinn[]存储的两个点间隔0.1°if (t >900)g oto c11; ∥第1象限an[n]=0x7fff +zero +(fz 3sinn[t ]>>15);return ; c11: if (t >1800)g oto c22; ∥第2象限t =1800-t ;an[n]=0x7fff +zero +(fz 3sinn[t ]>>15);return ; c22: if (t >2700)g oto c33; ∥第3象限t =t -1800;an[n]=0x7fff +zero -(fz 3sinn[t ]>>15);return ;88重庆工学院学报 c33: if(t>3600)g oto c44; ∥第4象限t=3600-t;an[n]=0x7fff+zero-(fz3sinn[t]>>15);return; c44:∥第1象限 t=t-3600;an[n]=0x7fff+zero+(fz3sinn[t]>>15);return; }}v oid zxa(float vifa,float ga,int zeroa)∥A相正弦函数(幅值、相位、零点){ long a; int n;∥满度为30000 a=vifa32003iF LASH-Valuea+0.5;∥iF LASH-Valuea为修正系数 zxcx w(a,ga,zeroa); for(n=0;n<100;n++) {bn1[23n]=an[n]>>8; bn1[23n+1]=an[n];}}如果一个周期频率f=50H z,则T=1/f=20ms,根据项目要求在一个周期内单片机送出100个点,那么单片机每隔200μs就需送出一个点,下面为定时器中断定时间隔设定的程序.如果要改变周期的频率,只需改变CCR0的值即可,程序如下:∥定时器timer-A设置T ACT L=0x0214; ∥设timer-A时钟源为系统主时钟MC LK(10MHZ),0x0200∥设timer-A为增记数模式,0x0010∥设timer-A定时器清0,0x0004CCT L0=CCIE; ∥中断允许CCR0=2000; ∥定时器设定值,2000=200uS为了得到连续的正弦波形,单片机在送数的过程不能被其他程序中断,只要当定时器的值满足设定值时,就按既定点的顺序送出正弦波的函数值.以下为中断函数程序:#pragma vector=TI MERA0-VECT ORinterrupt v oid T imer-A0(v oid)∥定时器A中断函数{ P5OUT=0X0F; ∥选A通道和W P4OUT=bn1[n1];∥P4口输出高8位 n1++; P1OUT=bn1[n1];∥P1口输出低8位 n1++; if(n1>199)n1=0;∥送完100点后n1置0重新下一个周期送数 P6OUT=0XF0;∥DA片选变低 P6OUT=0XF7;}4 项目的应用 通过单片机实现正弦波的输出,外接电压、电流功率放大模块,就可方便地实现对电压、电流幅值的自由调节、频率大小的改变和相位的随意控制,可广泛应用于电力系统中的继电保护的测试.如可用于电流、电压、频率动作值测试,相位动作边界测试,触点动作时间的测试,整祖传动测试(瞬时故障、永久故障),低周减载测试等等.参考文献:[1] 胡大可.MSP430系列F LASH型超低功耗16位单片机[M].北京:北京航空航天大学出版社,2001.[2] 胡大可.MSP430系列单片机C语言程序设计与开发[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003:56-177.[3] 魏小龙.MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.[4] 尹项根.电力系统继电保护原理与应用[M].武汉:华中科技大学出版社,2001.[5] 张举.微型机继电保护原理[M].北京:中国水利水电出版社,2004.(责任编辑 刘 舸)98陈古波,等:基于单片机MSP430的正弦输出波形设计。
基于STM32的正弦波测量装置的设计
基于STM32的正弦波测量装置的设计亓庆新;刘华【摘要】在电子工程、计算机、通信等领域中,正弦波信号是应用最多的电子信号.因而存在很多对正弦波信号进行测量的装置,传统的正弦波信号测量装置大多采用模拟电子技术进行设计,电路相对复杂并且在实际操作中存在很多不便之处.采用新型的32位高性能ARM Cortex-M3内核STM32作为控制器核心配以信号调理等电路,可实现对正弦波信号进行高速的测量,在液晶显示器上同步显示波形同时显示正弦波信号的幅度、频率、失真度等的参数并且采用触模式操作具有良好的人机交互性.%The sine wave signals are the electronic signals most used in the fields of electronic engineering, computer science and communications. Thus there are many of the sine wave signal measurement device. The traditional sine wave signal measuring devices are designed by using analog electronic technology. The circuit is relatively complex and there are a lot of inconvenience in practice. Taking STM32 with new high-performance ARM 32-bit Cortex-M3 CPU core as the controller core, the device is equipped with the signal conditioning circuit to achieve high-speed measurement of the sine wave signal, and simultaneously display waveform and the parameters of ampitude, frequency, and distortion on the LCD monitor at the same time, which has a good human-computer interaction by means of a touch operation.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(035)017【总页数】3页(P110-111,115)【关键词】正弦波信号;STM32;失真度;频率【作者】亓庆新;刘华【作者单位】中南大学地球科学与信息物理学院,湖南长沙410083;中南大学地球科学与信息物理学院,湖南长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TN606-340 引言正弦波信号是最基本的电子信号同时也是成分最为单一的一种电子信号，所有的电子信号都可以看成由很多频率不同、幅度不同的正弦波叠加而成。
基于单片机的正弦波信号发生器的设计论文
毕业设计论文题目：基于单片机的正弦波信号发生器的设计系部：电子信息工程系专业名称：电子信息工程技术班级： 08431 学号： 33完成时间： 2011 年 5 月 12 日基于单片机的正弦波信号发生器的设计摘要：信号发生器的应用越来越广，对信号发生器的频率稳定度、频谱纯度、频率范围和输出信号的频率微调分辨率提出越来越高的要求，普通的频率源已经不能满足现代电子技术的高标准要求。
因而本设计采用了AT89C51单片机为控制核心，通过D/A转换器DAC0832将数字信号转换成模拟信号，滤波放大，最终由示波器显示出来，能产生1HZ—180HZ的正弦波波形。
通过键盘来控制波形频率变化，并通过液晶屏1602显示其波形以及频率和幅度值的大小。
关键字：信号发生器；AT89C51；D/A转换器DAC0832Based on SCM sine wave signal generator designAbstract: Signal generator used more and more widely, to signal generator frequency stability, the spectrum purity, frequency range and output signal frequency fine-tune resolution higher and higher demands are proposed, the average frequency source cannot have satisfied the high standard requirement of modern electronic technology. So this design USES A AT89C51 as control core, through the D/A converterDAC0832 converts digital signals into analog signals, filter and amplification, finally shown by oscilloscope 1HZ - 180HZ, can produce the sine wave. Through the keyboard to control the waveform frequency variation, and through the LCD displayof the waveform and 1602 frequency and amplitude values of size.Key word: Signal generator; AT89C51; D/A converter DAC0832目录1、概述 (1)2、系统设计 (1)2.1设计构思 (1)2.2方案设计与论证 (1)2.2.1 信号发生电路方案论证 (1)2.2.2 单片机的选择论证 (2)2.2.3、显示方案论证 (2)2.2.4、键盘方案论证 (2)3、总体系统设计 (2)3.1、硬件实现及单元电路设计 (3)3.1.1 单片机最小系统的设计 (3)3.1.2、波形产生模块的设计 (4)3.1.3、显示模块的设计 (4)3.2、系统软件的设计流程 (5)3.2.1、keil uvision3开发环境简介 (6)3.2.2、proteus7.5软件简介 (7)3.2.3、keil uvision3与proteus7.5联机调试简介 (7)4.输出波形的检查与频率的调试 (7)4.1 测试仪器及测试说明 (7)4.2 测试结果 (8)5、结束语 (9)参考文献 (10)致谢 (11)附录 (12)1、概述波形发生器作为电子技术领域中最基本的电子仪器，广泛应用于航空航天测控、通信系统、电子对抗、电子测量、科研等各个领域中。
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电子系统设计创新与实践设计报告题目：基于单片机正弦波有效值测量仪表设计院（系）：信息科学与工程学院专业班级：电子信息工程学生姓名：学号：同组成员：指导老师：肖洪祥职称：副教授2012年7月摘要在实际中，有效值是应用最广泛的参数，电压表的读数除特殊情况外，几乎都是按正弦波有效值进行定度的。
有效值获得广泛应用的原因，一方面是由于它直接反映出交流信号能量的大小，这对于研究功率、噪声、失真度、频谱纯度、能量转换等是十分重要的；另一方面，它具有十分简单的叠加性质，计算起来极为方便。
本文详细介绍一个正弦波有效值测量仪表设计，以STC89C52单片机为控制核心，由交流电压采集模块，正弦波转方波模块，AD转换模块、显示模块等构成。
系统采用交流电压输入信号，经TLC372比较器和LM358放大器进行信号采集，经过AD0809进行数据采样，然后输入到89C52单片机进行交流电压有效值的计算和测量，加上CD4049进行正弦波转换为方波，输入到89C52单片机进行频率的计算和测量，结果用1602液晶显示正弦波的有效值和频率。
关键词：交流电压有效值测量 AD0809 STC89C52AbstractIn practice, the effective value is the most widely used parameters, voltage meter except in special circumstances, are almost as effective value of sine wave for calibration. Effective value and widely applied reasons, partly because it directly reflects the AC signal energy, the study of power, noise, distortion, frequency spectrum purity, energy conversion is very important; on the other hand, it has a very simple superposition property, calculation is very convenient.This paper describes an effective value of sine wave measuring instrument design, using STC89C52SCM as control core, by the AC voltage acquisition module,sine wave to square wave module, the AD conversion module, display module. The system adopts the AC input signal, the comparator TLC372and LM358 amplifier for signal acquisition, through AD0809 data sampling, and then input to the SCM 89C52AC voltage effective value calculation and measurement, and CD4049are converted to square wave sine wave, input to the SCM 89C52frequency calculation and measurement, the results with the 1602 liquid crystal display sinusoidal RMS and frequency.Key words: Ac voltage RMS measurement AD0809 STC89C52目录1. 概述1.1 题目名称1.2 功能和指标要求1.3相关情况概述2.技术方案2.1有效值测量的方法2.2设计思路2.3总体技术方案3.硬件设计3.1信号采集电路3.2正弦波转方波电路3.3 ADC0809电路3.4单片机最小系统和1602显示电路 3.5电源电路4.软件设计4.1 频率测量4.2幅度测量4.3软件测试1. 概述1.1 题目名称基于单片机的正弦波有效值测量仪表设计。
1.2 功能和指标要求1）输入交流电压：5V~50V；2）正弦频率：50Hz±5Hz；3）检测误差：≤2%4）具有检测启动按钮和停止按钮，按下启动按钮开始检测，按下停止按钮停止检测；5）显示方式：数字显示当前检测的有效值。
在停止检测状态下，显示最后一次检测到的有效值；6）显示分辨率：0.1V7）工作电源：电网AC220V，要求在电网电压变化±15%范围内能够正常工作。
1.3相关情况概述在日常的生产、生活和科研中，工频电无处不在，所谓工频就是电力供电系统交流电的频率，我国国家规定工频为50赫兹，即周期为0.02秒，英、美等国规定的工频为60赫兹。
因此，对工频电的测量也是一个应用广泛的实际问题。
传统的测量仪器在使用时需要预先估计待测值的测量范围，多数情况下都要从较大量程档位逐次向小量程档位切换，增加了操作的复杂性，且易发生误操作损坏仪器。
近年来随着计算机在社会领域的渗透，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制日新月异更新。
在实时监测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用。
电子计算机的飞跃进步，单片机的普及与推广，为数字多用表智能化做出了贡献。
作为重要的测量工具，工频有效值多用表的发展可以说见证了现代工业的发展和科技进步。
从传统的模拟多用表，到现在精确度和灵敏度越来越高的数字仪表，多用表的发展可谓是日新月异。
目前的工频有效值多用表的设计大概可以分为以下几类：（1）基于单片机的数字工频有效值多用表，这类仪表中，最有代表性的是89C52系列的。
由于8位机在价格和性能方面的优点，这类仪表可以说是越来越成熟，并且能根据不同的场合选用不同的核心芯片来满足实际的要求。
（2）将传统测量方法和现代数字化测量方法有机结合起来，能适用于工频交流电特征，同时也能适用于非工频电参数测量，以提高通用性。
在这类系统中，由单片机实现测量控制、数据分析处理、显示和量程自动转化等功能；由CPLD器件和高速A/D芯片组成双通道高速同步数据采集电路，由锁相倍频电路实现工频周期内均匀等样间隔。
2.技术方案2.1有效值测量的方法（1）有效值的定义：时变量的瞬时值在给定时间间隔内的均方根值。
对于周期量，时间间隔为一个周期。
（2）测量有效值有三种方案：方案一：采用二极管整流电路，再通过峰值检波电路测得峰值，然后根据波形因数求得相应的有效值。
方案二：利用单片机控制A/D对一个周期内的信号进行连续多点采样，然后在软件中根据有效值计算公式求均方根就可得到有效值。
方案三：采用专用有效值检测芯片如AD736直接将交流信号转换直流有效值信号。
方案选择：方案一硬件电路较复杂，且能测得的波形有限，对不同的波形还需根据其波形因数采取不同的换算关系。
方案二软件计算，编程难度不大，而方案三软硬件都较简单，但是资金投入比较大，故设计中选用方案二。
2.2设计思路本课题主要实现的是交流电压有效值和频率的测量，我们首先要对交流电压进行硬件采集，通过电压比较器TLC372CP及其外围电路，输出信号源的峰值，再通过AD转换输入单片机，把采集到的数据通过软件计算，求均方根即得交流电压的有效值；第二个模块则是测量频率，对频率的测量，我们应该先把正弦波转换为方波，利用STC89C52自带的定时/计数器T0，T1来测量频率，T0用作定时器，工作在模式2（八位自动重装），定时1秒，T1则用来计数，工作在模式1（十六位定时器），一秒结束时输出T1的值，即为频率。
然后输出到LCD1602进行显示。
2.3总体技术方案本实习的设计方案是采用STC89C52单片机芯片来做控制模块，把采集到的正弦波幅度经过ADC0809转换成数字，然后通过软件编程计算实现幅度测量，把计算得到的正弦波有效值显示在1602第一行。
在采集正弦波幅度的同时，我们启动定时器，采集正弦波的的时间，通过软件编程计算正弦波的频率，把正弦波的频率显示在1602的第二行。
图2-1系统概述本设计是基于STC89C52单片机的数字电压表，并且能够显示频率，主要运用ADC0809芯片来进行电压从模拟量转化到数字量，STC89C52单片机为控制核心，以1602为显示器件。
八位的A/D转换器分辨率为0.0196，当输入电压为5V时输出数据为255。
该系统主要包括四个模块：电源（输出+12、+5、-12、-5V），A/D转换模块，单片机控制模块和液晶显示模块。
电源模块将220V、50HZ交流经过变压、整流、滤波和稳压，稳压采用7812、7805、7912、7905稳压芯片实现。
A/D模块采用ADC0809对电压进行模拟到数字的转换，转换完成后输入到单片机，ADC0809采样所需标准频率设定为500KHZ，通过单片机的ALE端，可以输出2MHZ 频率，再利用74LS74进行四分频，即可得基准频率。
主控模块以单片机及其外围电路构成控制A/D采样，进行数据的转换，最后由液晶输出显示。
3.硬件设计3.1信号采集电路我们选用的是TLC372和2个LM358芯片组成信号采集电路，TLC372是双路差动比较器，LM358放大器是比较电路的核心器件，LM358是适合于电池供电的低功耗器件，有两个独立的、高增益的、内部频率补偿的双运算放大器。
两片LM358配合使用就能够将输入线圈的电流信号转换成双极性的电压信号输出，可以用于单片机控制的存储器中待机波形与实时采样波形数据的比较辨别。
图3.1信号采集电路3.2正弦波转方波电路测量正弦波频率的方法有很多种，但是我们一般选用过零比较器或施密特触发器把正弦波转换为方波，再进行方波的频率测量。
本模块由8050三极管将要测量的交流电压的频率进行放大，经过反相器CD4049，对交流信号进行转换为方波，以便单片机采集信号并测量。
CD4049是一块COMS金属/非金属氧化物半导体数字集成电路,通用性非常强，应用很广泛，主要功能是对数字信号倒相、对模拟信号进行转换，对不规则数字信号进行整形或波形变换，信号放大等，通过组合和设置阻容反馈，可以非常容易的制作信号发生、信号缓冲放大、单稳触发、双稳触发、延时控制装置等。
图3.2正弦波转方波原理图图3.3正弦波转方波仿真图3.3 ADC0809电路ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。