交流电压与频率测试仪(编辑修改稿)

交流电压与频率测试仪(编辑修改稿)内容摘要：

压，电路如图 所示。 图 3. 3 降压电路 唐山学院毕业设计 9 放大电路 此电路采用高速、宽频带运放 OP37，并采用负反馈电路，由负反馈放大电路的原理可知放大倍数 n=R4/R5=10。 所以此电路将信号的放大倍数为 10 倍。 OP37 最高工作频率可达 63MHz(见图 所示 )。 图 3. 4 小信号放大电路 整形电路 波形变换和波形整形电路实现把正弦波样的正负交替的信号波形变换成可以被单片机接受的 TTL/COMS 兼容信号。 本设计采用 555 构成的施密特触发器作为整形电路。 整形电路将正弦波转化为 5V的方波信号，供单片机进行频率测量。 电路如图 所示。 图 3. 5整形电路 施密特触发器用于波形变换和整形，有着极为广泛的应用。 图 是 555 构成的基本的施密特触发 器电路对不同信号的整形、变换波形。 唐山学院毕业设计 10 ab c 图 3. 6施密特触发器对波形整形的原理图 555 可以看成一个 RS 触发器，它的位置电平 VT≤ 1/3VDD，而其复位电平VT+≥ 2/3VDD(阀值电平 )。 因此，设置 R1=R2=10kΩ，使得 6 脚的偏置电压在1/2VDD 介于两个阀值电平之间。 如图 所示，当输入的正弦波电压的瞬时的电压低于 1/3VDD 时， 555 置位，输出呈高电平；而当瞬时电压高于 2/3VDD 复位 ，输出呈低电平。 在输出端得到规则的矩形脉冲，对波形进行了变换和整形。 脉冲信号再传输过程中前后沿产生了振颤或震荡，使用施密特触发器，可以进行整形，如图 、。 单片机本身只能识别和处理一种离散的数字信号，而在实际的控制系统中，需要监测和控制的是一些电压、电流等随时间连续变化的电物理量，所以为了实现单片机对一个应用系统的控制和检测， A／ D转换电路是必不可少的设计环节。 本设计 A/D 转换器采用主次逼近型 8 位 A/D 转换芯片 ADC0809，芯片的管脚图如图 所示。 唐山学院毕业设计 11 图 3. 7 ADC0809芯片管脚图 ADC0809 是美国国家半导体公司生产的 CMOS 工艺 8 通道， 8 位逐次逼近式 A/D 转换器。 它由一个 8 路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个 A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成（见图 1）。 多路开关可选通 8 个模拟通道，允许8 路模拟量分时输入，共用 A/D 转换器进行转换。 三态输出锁器用于锁存 A/D转换完的数字量，当 OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通 8 路模拟输入信号中的一个进行 A/D 转 换。 是目前国内应用最广泛的 8 位通用 A/D 芯片 晶振电路部分 AT89C52 芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。 反相放大器的输入端为 XTAL1，输出端为 XTAL2，两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。 电容 C1 和 C2 通常取 30pF 左右，可以稳定频率并对振荡频率有微调作用。 在本设计中选用的是 12MH 的石英晶振和 33pF 的电容。 电路如图 所示。 图 晶振电路 唐山学院毕业设计 12 显示电路 系统的显示电路如下图 所示。 图 选型 液 晶显示器件（ LCD）独具的低压、微功耗特性使他在单片机系统中特得到了广泛的应用，常用的液晶显示模块分为数显液晶模块、点阵字符液晶模块和点阵图形液晶模块，其中图形液晶模块在我国应用较为广泛，因为汉字不能象西文字符那样用字符模块即可显示，要想显示汉字必须用图形模块。 LM041L 的字符型液晶显示器如图 所示。 图 LCD管脚图 唐山学院毕业设计 13 接口说明 LM041L 的字符型液晶显示器各引脚的功能如表 所示。 表 LCD接口说明表 管脚号 管脚 电平 说明 1 VSS 0V 逻辑电源地 2 VDD 逻辑电源地 3 VEE LCD 驱动电源 4 RS H/L 数据 \指令选择：高电平：数据 D0D7将送入显示 RAM； 低电平：数据 D0D7将送入指令寄存器执行 5 R/W H/L 读 \写选择： 高电平：读数据；低电平：写数据 6 E H/L 读写使能，高电平有效，下降沿锁定数据 7 DB0 H/L 数据输入输出引脚 8 DB1 H/L 数据输入输出引脚 9 DB2 H/L 数据输入输 出引脚 10 DB3 H/L 数据输入输出引脚 11 DB4 H/L 数据输入输出引脚 12 DB5 H/L 数据输入输出引脚 13 DB6 H/L 数据输入输出唐山学院毕业设计 14 引脚 14 DB7 H/L 数据输入输出引脚 电源电路的设计 直流电源电路一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成。 如图 所示。 变压器 整流电路 滤波电路 稳压电路AC 220 VUi U 1 U 2 U 3 U 0+RL 图 电源变压器的作用是将电网 220V的交流电压变成整流 电路所需要的电压U1。 整流电路的作用是将交流电压 U1变换成脉动的直流 U2，它主要有半波整流、全波整流方式，可以由整流二极管构成整流桥堆来执行，常见的整流二极管有IN400 IN5148 等，桥堆有 RS210 等。 滤波电路作用是将脉动直流 U2滤除纹波，变成纹波小的 U3，常见的电路有 RC 滤波、 KL 滤波、 ∏ 型滤波等，常用的选RC 滤波电路。 其中它们的关系为： 1nUUi  其中， n 分别为变压器的变比。 12 )~( UU  每只二极管或桥堆所承受的最大反向电压 12UURM  对于桥式整流电路，每只二极管的平均电流 RUII RAVD 1)(  RC 滤波电路中， C 的选择应适应下式，即 RC 放电时间常数应满足： RC=（ 3～ 5） T/2 唐山学院毕业设计 15 式中 T 为输入交流信号周期； R 整流滤波电路的等效负载电阻。 稳压的作用是将滤波电路输出电压经稳压后，输出较和稳定的电压。 常见的稳压电路有三端稳压器、串联式稳压电路等。 常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波、倍压整流滤波电路如图 所示。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 12 F e b 2020 S he e t of F i l e : H : \电源设计 \电源原理图 .D db D r a w n B y :RUCT U i+RUC+TRUC+T（ a ）全波整流电容滤波电路 （ b ）桥式整流电容滤波电路 （ c ）二倍压整流电容滤波电路O O OL L LU iU iU i++ +/2/2 图 常见整流滤波电路 电源原理如图 所示。 图 电源电路 原理说明：首先交流电通过整流变压器把 220V的交流电变成 5V的交流电，然后通过整流桥，将交流变成直流，然后通过电容滤波，使电压变得平稳，然后通过集成稳压器 LW7812 和 LW7912，最后得到177。 5V稳定电压。 串口通信电路 51 单片机有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和计算机之间可以方便地进行串口通讯。 进行串行通讯时要满足一定的条件，比如计算机的串口是RS232 电平的，而单片机的串口是 TTL 电平的，两者之间必须有一个 电平转换电路，我们采用了专用芯片 MAX232 进行转换，虽然也可以用几个三极管进行唐山学院毕业设计 16 模拟转换，但是还是用专用芯片更简单可靠。 我们采用了三线制连接串口，也就是说和计算机的 9 针串口只连接其中的 3 根线：第 5 脚的 GND、第 2 脚的 RXD、第 3 脚的 TXD。 这是最简单的连接方法，但是对我们来说已经足够使用了，电路如下图所示， MAX232 的第 10 脚和单片机的 11 脚连接，第 9 脚和单片机的10 脚连接，第 15 脚和单片机的 20 脚连接。 图 串口通信电路 串行通信是指数据按位顺序传送的通信。 串行数据传送的特点是：通信线路简单 ，最多只需一对传输线即可实现通信，成本低但速度慢，其通信线路既能传送数据信息，又能传送联络控制信息；它对信息的传送格式有固定要求，具体分为异步和同步两种信息格式．与此相应有异步通信和同步通信两种方式；在串行通信中，对信息的逻辑定义与 TTL不兼容，需要进行逻辑电平转换：计算机与外界的数据传送大多是串行的，其传送的距离可以从几米到几千公里。 单片机中使用的串行通信通常都是异步方式的。 MCS51内部的串行口，大大扩展了 MSC51的应用范围。 利用串行口可以实现 MSC51之间的点对点的串行通信、多机通信以及 MSC51与 PC机间的单机或多机通信。 MSC51串行口的输入、输出均为 TTL电平。 这种以 TTL电平串行输出数据的方式，抗干扰能力差，传输距离短。 为了提高串行通信的可靠性，增大串行通信的距离，一般采用标准串行接口，如 RS232C、 RS422A、 RS485等标准来实现串行通信。 RS232C是异步通信中应用最广的标准串行接口，它定义了数据终端设备（ DTE）和数据通信设备（ DCE）之间的串行接口标准，主要包括了有关串行数据的电气和机械方面的规定。 唐山学院毕业设计 17 目前的 PC机都配有标准的 RS232接口， RS232C标准规定了 25针连接器，但在实际应用中并不一定用到 RS232C的全部信号线，所以， PC机配置的都是 9针“ D”型连接器。 图 为 RS232C的“ D”型 9针插口的引脚定义。 在通常的异步串行通信中只使用其中三个引脚，即引脚 2(接收 RXD)、引脚3(发送 TXD)、引脚 5(信号地 SG)．各引脚功能如图 ． SGRIDTRCTSTXDRTSRXDDSRDCD 图 九针串口引脚。