文档介绍：泉州师范学院
毕业论文(设计)
题目数字电信号测量仪的设计与制作
物理与信息工程学院电子信息科学与技术专业07级 1 班
学生姓名学号
指导教师职称教授
完成日期 2011年04月16日
教务处制
数字电信号测量仪的设计与制作
070303017
物理与信息工程学院电子信息科学与技术专业1班
指导教师教授
【摘要】:本系统设计了一个用于测量频率和峰峰值的电信号测量仪,以高精度,宽频带的真有效值转换芯片AD637,以及NE555为核心,其外围电路简单可靠。AD637的输出即为真有效值,再经C8051F410单片机内部A/D采集数据,由程序进行真有效值—峰峰值转换处理,实现峰值测量。同时,信号经555构成的施密特触发器整形,送至C8051F410单片机进行测频,实现频率测量。
【关键词】C8051F410;AD637;NE555;峰值;频率
1. 引言
随着社会科学技术的进步,电子电力技术也迅猛发展,对于电信号的测量也越来越重要。在信号测量领域中,电压,频率是信号测量的两个主要参数,如何获得这一正确的数据已经在信息领域显得越来越重要了。本系统利用真有效值芯片AD637,以及整形电路,通过C8051F410采集,数据处理。其中AD637具有高精度,受温度影响小的特点,误差小。
2. 总体方案设计
本系统主要由单片机最小系统、直流稳压电源、峰值测量电路、整形电路和显示五个模块组成。其中,直流稳压电源模块给峰值测量电路、C8051F410单片机、整形电路和显示模块提供稳定的工作电压;峰值测量模块的功能是函数信号发生器输入信号的峰峰值转换成对应的真有效值电压;整形电路将输入的信号整成同频率的脉冲信号;单片机系统模块主要是采样AD637输出的有效值电压,同时测量频率,并将结果显示在LCD显示屏上。系统框图如图2-1所示。
函数信号发生器
直流稳压电源
峰值测量电路
AD637
整形电路
C8051F410
单片机
LCD显示
图2-1 系统框图
3. 单元模块设计
直流稳压电源由变压器、整流电路及稳压电路组成。采用线性稳压芯片LM7805和LM7905分别获得+5V电压和-5V电压,+5V电压供给ASM1117-。其中有两路LM7805,一路与LM7905为峰值测量电路提供正负5V电源,另外一路7805为整形电路提供电源。ASM1117-。其原理图设计如图3-1所示。
图3-1稳压电源原理图
频率测量电路
频率测量原理
频率是指单位时间内某信号的重复次数。根据频率的定义:在某个已知的确定的标准时间间隔T内,测出信号的重复次数N,那么即可得到频率f= N / T。其原理如图3-2-1所示如下:
被测信号
整形
单片机定时并计数
单片机处理及显示
图3-2-1 频率测量原理框图
555相关资料[1]
555内部原理框图如图3-2-2所示。
图3-2-2 555内部结构框图
Vi1是比较器C1的输入端(也称阈值端,用TH标注),Vi2是比较器C2的输入端(也称触发端,用TR
’标注)。C1和C2的参考电压(电压比较的基准)经过三个5K电阻分压给出。在控制电压输入端Vco悬空时,Vr1=2/,Vr2=1/。如果Vco外接固定电压,则Vr1=Vco,Vr2=1/2Vco。
RD’是置零输入端。只要在RD’端加上低电平,输出端Vo便立即被置成低电平,不受其他输入端状态的影响。正常工作时必须使RD处于高电平。
施密特触发器[1]
将555定时器的Vi1和Vi2两个输入端连在一起作为信号输入端,如图3-2-3所示,即可得到施密特触发器。
由于比较器C1和C2的参考电压不同,因而SR锁存器的置0信号(Vc1=0)和置1信号(Vc2=0)必然发生在输入信号V1的不同电平。因此,输出电压Vo由高电平变为低电平和由低电平变为高电平所对应的Vi值也不相同,这样就形成了施密特触发特性。
555构成的施密特触发器可将输入信号为正弦波,三角波等整成同频率的方波,符合本设计的要求,故采用施密特触发器作为整形电路。
图3-2-3 555施密特触发器
峰值测量电路
方案一:使用二极管峰值检波电路。将输入信号经固定放大后经过二极管和电容进行峰值检波,由单片机内部A/D采集电压,并且进行处理,送至显示。但是,该方案的输出随着频率的变化而会产生较大波动,没有规律。
方案二:采用真有效值转换芯片AD637。直接将待测量的交流信号取样,输出有效值,经单片机采用转化并显示。在400KHz内,AD637的工作状态基本上不变,符合本设计