AD536真有效值数字电压表
基于单片机的工频电压(电流)表的设计
检测系统实习报告题目：基于单片机的工频电压（电流）表的设计姓名：院（系）：专业：指导教师：职称：评阅人：职称：年月摘要在实际中，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。
本文详细介绍了一个数字工频电压、电流表设计，以AT89S52单片机为控制核心，由电压、电流传感器模块，真有效值测量模块，信号调理模块，AD采集模块及控制、显示模块等构成。
系统采用电压、电流互感器对输入信号进行降压处理，经AD736转换得到原信号的真有效值，由TLC549转换为数字量后送入单片机内进行简要的数据处理并将结果通过LCD实时显示，达到了较好的性能指标。
关键词：工频数字电压（电流）表真有效值AD736 TLC549 AT89S52AbstractIn practice, RMS is the most widely used parameters. Except in special circumstances,voltage meter readings almost all carried out by the RMS of sine wave . The reasons of RMS is widely available, on the one hand, because it directly reflects the size of the exchange of signal energy, which the study of power, noise, distortion, spectrum purity, energy conversion, such as it is very important; On the other hand, it has a very simple superposition of the nature of the calculation will be extremely convenient. The design of single-chip Atmel Corporation AT89S52 as control core, by the current sensor module, True RMS measurement modules, signal conditioning modules, AD acquisition and control module, display module. System uses a current sensor circuit for step-down of the input signal processing, has been converted by the original AD736 True RMS signal by the TLC549 convert into single-chip digital conducted after the brief and the results of data processing in real time through the LCD display, achieve a better performance.Keyword: Digital voltage(current) meter True RMS AD736 TLC549AT89S52目录第一章绪论 (1)§1.1 选题背景及意义 (1)§1.2 系统设计任务 (1)第二章系统总体设计 (2)§2.1 方案论证与比较 (2)2.1.1 电压、电流变换部分 (2)2.1.2 有效值测量部分 (2)§2.2 系统总体设计 (2)第三章硬件设计 (4)§3.1 传感器电路设计 (4)3.1.1 电压互感器 (4)3.1.2 电流互感器 (4)§3.2 真有效值转换电路设计 (5)3.2.1 电压、电流切换电路 (5)3.2.2 真有效值测量电路 (6)§3.3 信号调理电路设计 (7)§3.4 A/D转换电路设计 (7)§3.5 单片机及显示电路设计 (9)第四章软件设计 (10)§4.1 LCD1602液晶显示程序 (10)§4.2 A/D转换程序 (10)§4.3 主程序设计 (12)第五章系统调试及误差分析 (13)§5.1 系统调试及测试结果 (13)5.1.1 AD736测试结果 (13)5.1.2 OP07测试结果 (13)5.1.3 TLC549测试结果 (13)5.1.4 工频电压测量精度 (14)5.1.5 工频电流测量精度 (14)§5.2 误差分析 (14)§5.3 改进方法 (15)结束语 (16)致谢 (17)参考文献 (18)附录 (19)附录一完整电路图 (19)附录二程序清单 (20)第一章绪论§1.1 选题背景及意义在日常的生产、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。
AD536真有效值数字电压表
ZY250V真有效值数字电压表深圳市凌雁电子有限公司一．概述：普通数字直流电压表自然只能测量直流电压，欲需测量交流电压必须增加AC/DC 转换电路，一般的交流电压表为降低成本和简化电路，均使用简易的平均值响应交流/直流转换器。
常用的平均值响应AC/DC转换器是运算放大器和二极管组成的半波（或全波）线性整流电路，这种电路具有线性度好、准确度高、电路简单、成本低廉等优点。
但是这种电路是按照正弦波平均值与有效值的关系(V RMS=1.111V p)来定义的，因此这类电表只能测量正弦波电压。
平均值AC/DC转换的电压表智能测量无失真的正弦波电压，对于正弦波失真的交流电压，这类电表测量就会引起误差，更不能测量方波、矩形波、三角波、锯齿波、梯形波、阶梯波等非正弦波，利用真有效值数字仪表可准确测量各种波形的有效值，满足现代电子测量之需要。
二．真有效值数字仪表的基本原理：所谓真有效值即为“真正有效值”之意，英文缩写为“TRMS”，有的文献也称为真均方根值，我们先回忆一下交流电压的有效值的表达式，它的定义如下：我们对式（1）进行变换，两边平方，并令，就得到真有效值电压的另一种表达式从（3）式即得，对输入电压依次进行“取绝对值→平方/除法→取平均值”运算，也能得到交流电压的有效值，而且这公式更有使用价值。
举例说明：假如要测量一电压变化范围是0.1V-10V，平方后u2=10mV—100V，这就要求平方器具有相当大的动态范围（10000：1），这样的平方电路误差就可能超过1mV，要平方器能输出100V的电压，技术上是难以实现的。
如果使用式（3）的既便于设计电路，也能保证了准确度。
因此，目前大多数的集成单片真有效值/直流转换器均采用式（3）的原理而设计。
真有效值仪表的的核心器件是TRMS/DC转换器。
现在市场上这类单片的集成芯片很多，真有效值仪表普遍使用了这类集成电路。
单片集成电路具有集成度高、功能完善，外围元件少，电路连接简单、电性能指标容易保证等诸多优点，这类芯片能准确、实时测量各种电压波形的有效值，无须考虑波形参数和失真，这些性能是平均值仪表无法比拟的。
AD536中文资料
公司地址：深圳市福田区中航路鼎诚国际大厦2505 联系电话：0755-82724670 传真：0755-82728158 E-mail：service@ QQ：2355719478 COPYRIGHT 2005-2015 深圳成德广营科技有限公司 ()ALL RIGHTS RESERVED
–VS 4 NC 5 CAV 6 NC 7 dB 8
BUF 9 10
NC NC NC NC COM
AD536A
SQUARER DIVIDER
BUF BUF NC IOUT RL OUT IN NC = NO CONNECT
PRODUCT HIGHLIGHTS
1. The AD536A computes the true root-mean-square level of a complex ac (or ac plus dc) input signal and gives an equivalent dc output level. The true rms value of a waveform is a more useful quantity than the average rectified value since it relates directly to the power of the signal. The rms value of a statistical signal also relates to its standard deviation. 2. The crest factor of a waveform is the ratio of the peak signal swing to the rms value. The crest factor compensation scheme of the AD536A allows measurement of highly complex signals with wide dynamic range. 3. The only external component required to perform measurements to the fully specified accuracy is the capacitor which sets the averaging period. The value of this capacitor determines the low frequency ac accuracy, ripple level and settling time. 4. The AD536A will operate equally well from split supplies or a single supply with total supply levels from 5 to 36 volts. The one milliampere quiescent supply current makes the device well-suited for a wide variety of remote controllers and battery powered instruments. 5. The AD536A directly replaces the AD536 and provides improved bandwidth and temperature drift specifications.
真有效值数字电压表-总结
2014湖南大学电子设计竞赛第一次校内赛赛题真有效值数字电压表一、设计任务设计并制作一台数字真有效值电压表。
二、要求1、基本要求（1）真有效值电压测量：可测量频率范围在0Hz～10kHz频率范围的单频信号或合成信号的电压有效值，测量相对误差≤0.5%＋最低位2个字。
（2）测量量程：分200mV、2V、20V三档，可用手动切换量程。
（3）测量结果显示：采用LED或LCD显示十进制数字，三位半数显（0000－1999）（4）输入电阻≥100kΩ。
（5）具有输入过压保护功能。
（6）单电源供电，供电电源电压9V。
2、提高部分（1）扩展频率测量范围为0Hz～100kHz。
（2）增加平均值测量功能。
（3）测量误差降低为0.1%＋最低位2个字。
（4）自动量程切换功能。
（5）其他。
设计分析一、对题目的理解1. 真有效值的概念、实现方法及分析(1) 对有效值的理解真有效值不是针对正弦信号定义的，所有电信号都有其有效值。
从物理学的角度而言，就是电流通过物体做的功（发热）等效。
所以在此处不能用检测峰值或平均值通过转换计算得到，而是要通过采样，按有效值的定义，通过离散化计算得到。
检峰或平值值换算得到是针对特定的周期性波形，如正弦波。
而本题要求并没有定义是正弦波。
(2) 有效值的计算有效值计算式：积分部分可通过离散化计算。
设等时间间隔δ采样，在0至T采样时间采样N点，则连续积分可以用离散化公式进行计算：从中可得到：(3) 采样时间计算对误差的影响以单位幅值正弦波为例，分析积分时间及开始程分时刻对计算的影响。
设积分时间为T，初始相位为φ，则对应的有效值的平方为讨论：(a) 当采样时长T为周期T0的整数倍时，有：从中看出，采样后的计算结果与初如采样位置没有相关性。
(b) 当采样时长T不为周期T0的整数倍时，设T=nT0+ΔT0有：与周期整数倍采样相比，产生的偏差为：将T=nT0+ΔT0 和ω＝2π/ T0代入，有：两次等时间采样，不考虑采样时间为周期的整数倍时，可能产生的最大读数偏差为：从中可以评估不做周期测量时，要达到误差要求最少的采样周期数。
数字电压表电路图（docX页）
数字电压表电路图2008年01月11日 23:38 本站原创作者：本站用户评论（0）关键字：数字电压表电路图ICL7107 安装电压表头时的一些要点：按照测量＝±199.9mV 来说明。
1.辨认引脚：芯片的第一脚，是正放芯片，面对型号字符，然后，在芯片的左下方为第一脚。
也可以把芯片的缺口朝左放置，左下角也就是第一脚了。
许多厂家会在第一脚旁边打上一个小圆点作为标记。
知道了第一脚之后，按照反时针方向去走，依次是第 2 至第 40 引脚。
（1 脚与 40 脚遥遥相对）。
2.牢记关键点的电压：芯片第一脚是供电，正确电压是 DC5V 。
第 36 脚是基准电压，正确数值是 100mV，第 26 引脚是负电源引脚，正确电压数值是负的，在－3V 至－5V 都认为正常，但是不能是正电压，也不能是零电压。
芯片第 31 引脚是信号输入引脚，可以输入±199.9mV 的电压。
在一开始，可以把它接地，造成“0”信号输入，以方便测试。
3.注意芯片 27,28,29 引脚的元件数值，它们是 0.22uF,47K,0.47uF 阻容网络，这三个元件属于芯片工作的积分网络，不能使用磁片电容。
芯片的 33 和 34 脚接的 104 电容也不能使用磁片电容。
4.注意接地引脚：芯片的电源地是 21 脚，模拟地是 32 脚，信号地是 30 脚，基准地是 35 脚，通常使用情况下，这 4 个引脚都接地，在一些有特殊要求的应用中（例如测量电阻或者比例测量），30 脚或 35 脚就可能不接地而是按照需要接到其他电压上。
－－本文不讨论特殊要求应用。
5.负电压产生电路：负电压电源可以从电路外部直接使用 7905 等芯片来提供，但是这要求供电需要正负电源，通常采用简单方法，利用一个 +5V 供电就可以解决问题。
比较常用的方法是利用 ICL7660 或者 NE555 等电路来得到，这样需要增加硬件成本。
我们常用一只 NPN 三极管，两只电阻，一个电感来进行信号放大，把芯片 38 脚的振荡信号串接一个 20K －56K 的电阻连接到三极管“B”极，在三极管“C”极串接一个电阻（为了保护）和一个电感（提高交流放大倍数），在正常工作时，三极管的“C”极电压为 2.4V － 2.8V 为最好。
有效值转换器AD536A及其应用
有效值转换器AD536A及其应用摘要：AD536A是一种新型集成电路有效值变换器，它具有精度高，可靠性好的特点。
本文着重介绍AD536A 的特点及应用电路。
关键词：AD536A 有效值在电信号测量中，经常要测量电信号的有效值，以往测量有效值的方法如下：1．用峰值变换器通过峰值因数求有效值。
现在使用的普通万用表即采用此方法，此种方法简单易行。
但对于不清楚波峰因子的信号，用此种方法不能得到有效值。
2．热电偶电桥有效值变换器。
市场上的有效值电压表即采用热电偶有效值变换器，热电偶有效值变换器虽然可以实现真有效值变化，但实际制作相当困难。
热电偶难以配对，且过载能力低，造价高。
因而除有效值电压表外，其他电子测量和控制仪器不宜采用热电偶有效值变换器。
3．用模拟运放组成电子式有效值变换器。
用模拟运算放大器分别组成平方器，积分器，开方器即可完成有效值变换，这种有效值变换器的具体实现方案有多种电路形式，但由于模拟运算放大器性能的离散性，所以这种方法实现的有效值变换精度很低。
4．用单片机逐点采样一组数据，求方均根值得其有效值。
这种方法能获得较为精确得有效值，具体实现也比较方便，但对于动态范围比较大的信号采样较难，不能得到精确的有效值。
以上方法不同程度地存在缺点或局限性。
AD536A是真有效值交流/直流转换器，AD536A能计算复杂输入信号的有效值并且给出一个与之等效的直流输出电平，波形的有效值比平均值更有用，因为它和信号的能量有关系,而且随机信号的有效值与它的方差有关。
一．AD536A的主要技术指标:电源电压范围± 3－±18V电源电流 1.2mA输入满刻度值 7V输入阻抗 106Ω输出阻抗 25kΩ测量输出≤0.2%频率稳定输入大于100mV 为450KHZ，输入大于 1V为2MHZ分贝输出 0-60dB二．AD536A的特点:AD536A是一个能实现有效值转换的单片集成电路。
AD536A直接计算任何含有直流和交流成分的复杂输入信号的有效值。
真有效值数字表的大体原理
电子知识2021年10月23日深圳华强北华强集团2号楼7楼电池治理系统能实时监控电池状态，延长电池续航时刻、幸免电池过充过放的情形显现，在电子产品中起着相当重要的作用。
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IBIS模型核由一个包括电流、电压和时序方面信息列表组成。
2、电参数的测量
2. 电流-电压转化
一、取样电阻法
适合测量较大 电流，取样电 阻不宜太大。
二、反馈电阻法
U x I x R
R1 R2 U x I x R1 R2 R 3
适合测量小电流
三、 电流互感器法（工频交流）
Rv Re Rn Um Im
（2-28）
图2-6 普通直流电压表电路 如图中电流表串接3个电阻后，除最小电压量程 Uo=Im· Re外，又增加了U1、U2、U3 三个量程， 根据所需扩展的量程，可估算出3个扩展电阻的阻值:
R1 U1 I m Re
R2 U 2 U1 I m
⑴高压静电电压表
图2-11 静电电压表极板结构示意图、实物图
⑵峰值电压表
图2-12 峰值电压表接线原理、实物图
⑶球隙测压器
图2-13 球隙测压器接入示意图及实物图
⑷高压分压器
当被测电压很高时，采用高压分压器来分出一 小部分电压，然后利用静电电压表、峰值电压表、 高压脉冲示波器等测量仪器进行测量，是最合理的 解决方案。
交流电压的波形因数KF定义为该电压的有效值与 平均值之比:
KF U U
（2-34）
交流电压的波峰因数Kp定义为该电压的峰值与有 Up 效值之比: Kp U （2-35） 不同电压波形，其KF、Kp值不同，下表列出了几 种常见电压的有关参数。
名 称
正弦 波 半波 整流 全波 整流 三角 波
波
如不另加说明，平均值通常指全波平均值。
③有效值
一个交流电压和一个直流电压分别加在同一电 阻上，若它们产生的热量相等，则交流电压有效值 U(或Urms)等于该直流电压，可表示为: 2 T u t U2 0 R dt R T 即
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ZY250V真有效值数字电压表
深圳市凌雁电子有限公司一．概述：
普通数字直流电压表自然只能测量直流电压，欲需测量交流电压必须增加AC/DC 转换电路，一般的交流电压表为降低成本和简化电路，均使用简易的平均值响应交流/直流转换器。
常用的平均值响应AC/DC转换器是运算放大器和二极管组成的半波（或全波）线性整流电路，这种电路具有线性度好、准确度高、电路简单、成本低廉等优点。
但是这种电路是按照正弦波平均值与有效值的关系(V RMS=1.111V p)来定义的，因此这类电表只能测量正弦波电压。
平均值AC/DC转换的电压表智能测量
无失真的正弦波电压，对于正弦波失真的交流
电压，这类电表测量就会引起误差，更不能测
量方波、矩形波、三角波、锯齿波、梯形波、
阶梯波等非正弦波，利用真有效值数字仪表可
准确测量各种波形的有效值，满足现代电子测
量之需要。
二．真有效值数字仪表的基本原理：
所谓真有效值即为“真正有效
值”之意，英文缩写为“TRMS”，有的文献也
称为真均方根值，我们先回忆一下交流电压的
有效值的表达式，它的定义如下：
我们对式（1）进行变换，两边平方，并令，就得到真有效值电压的另一种表达式
从（3）式即得，对输入电压依次进行“取绝对值→平方/除法→取平均值”运算，也能得到交流电压的有效值，而且这公式更有使用价值。
举例说明：假如要测量一电压变化范围是0.1V-10V，平方后u2=10mV—100V，这就要求平方器具有相当大的动态范围（10000：1），这样的平方电路误差就可能超过1mV，要平方器能输出100V的电压，技术上是难以实现的。
如果使用式（3）的既便于设计电路，也能保证了准确度。
因此，目前大多数的集成单片真有效值/直流转换器均采用式（3）的原理而设计。
真有效值仪表的的核心器件是TRMS/DC转换器。
现在市场上这类单片的集成芯片很多，真有效值仪表普遍使用了这类集成电路。
单片集成电路具有集成度高、功能完善，外围元件少，电路连接简单、电性能指标容易保证等诸多优点，这类芯片能准确、实时测量各种电压波形的有效值，无须考虑波形参数和失真，这些性能是平均值仪表无法比拟的。
三．真有效值TRMS应用电路简述：
图2是由AD536构成真有效值
TRMS/DC转换电路，AD536内含有源整流器
（绝对值电路），平方/除法电路，镜像电
流源及缓冲放大器。
图中的R2和R3为偏
置电阻，两电阻的公共连接端接到AD536
的OCM，由于AD536的COM内部为CMOS电
路，阻抗较高，流经COM端的电流仅为数
uA。
C1为输入隔直电容，C AV为平均电容，
它与内部的电阻r（25kΩ)构成低通滤波
器，以获得平均值电压，有效值电压通过
AD536的第6脚输出。
由于电路采用了隔直电容，所以这样的电路仅适合于测量交流电，不能测量直流或变化缓慢的电压。
AD536的满量程电压为7V，如果使用的AD转换器输入电压范围不匹配，应设一个电压转换电路。
四．产品介绍：
以美国模拟数字器件公司的的
TRMS/DC转换器为代表产品有AD536、AD537、
AD736和AD737等。
我工作室开发的ZY250V
电压表即采用了高性能TRMS/DC芯片AD536AJ
芯片，使得仪表具有准确度高，响应速度快，
失真小特点。
AD转换器也使用了Analog公司
的12位逐次逼近式AD转换器AD574ADJ，中央
处理器使用ATEML公司的AT89C2051。
由于采
用了高性能的器件，使得这款电压表的性能非
常优越。
属于高性能的真有效值电压表。
可准
确测量各种波形的电压，在250V(AC)量程范
围，电压的分辨率理论值可达0.062V。
精度优
于0.2%。
右图为该仪表的内部结构图。