低频交流电流(微弱电流)有效值、峰值、平均值、频率检测.doc

电子信息技术创新设计报告 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 一、课设题目及要求低频交流电流（微弱电流）有效值、峰值、平均值、频率检测要求：1uA，0100Hz，正弦波，显示有效值、峰值、平均值、频率设计内容：放大、AD、计算核心元件：运放、ADC，单片机2、 方案设计首先，利用外部信号源提供电流输入信号，由于在对信号采样时，所用到的ADC的核心是电压比较器，所以在采样之前应要把电流信号转化成电压信号。所以，首先考虑的是把流压转换，由于初始的信号比较小，不方便检测，故在流压转换之后要考虑的问题是电压信号的放大，此次采用反向比例放大电路，电路比较直观。此时，放大之后的信号就比较方便之后的一些操作。由于题目要求内要显示信号的峰值，故可以在放大之后的信号后接一个峰值检波电路，直接采用硬件电路完成此步，然后对于有效值的测量，可以有两种不同的方案：方案一，可以利用采样测出不同时间的瞬时值，之后对这些值求积分；方案二，可以直接利用峰值检波电路测出的峰值直接乘以比例系数0.7，就可得到相应的有效值。此次实验则是采用第二种方案。而平均值可以对采样值套用相关公式得出。然后采用信号输入外部中断引脚作为单片机定时器的计数门限时间，定时器以工作频率计数来测量频率。3、 硬件设计流程图外部信号流压转换信号放大峰值检波 稳压ADC采样单片机运算LCD液晶显示 4、 硬件电路各部分设计 1、流压转换 此选择运用了运放的虚地概念，从外部看，其等效的输入阻抗为零。不在测量线路上产生压降，又能够获取较大的电压值。2.信号放大电路 采用反向比例放大电路对信号进行放大，放大系数为R6/R20=1000倍。3.峰值检波电路 峰值检波电路一般是由一个运放构成的电压跟随器和二极管和电容构成当输入信号为正半周时D1截止、二极管D2、D3导通对电容充电，一直充电到峰值即最大值，当输入电压负半周时二极管D2、D3截止、D1导通，电容C缓慢放电，这样基本保证电压一直处于峰值，可以检测出信号的峰值。4.波形变换电路（电压比较器）（未完成） 波形变换电路的作用是通过电压比较器将放大后的正弦波转换成方波，然后方波信号作为51单片机的外部中断0的触发信号，通过单片机内部定时器对方波在一定时间内的脉冲数，从而计算出正弦波的频率。5.整体电路5、 软件相关设计1. 软件设计流程图 开始 初始化显示 启动中断INT0 AD结果采样 设置显示位置 显示一行 采样数据存入 设置延时函数 编写峰值、有效值 平均值处理函数 调用PCF8591 AD转换函数 调用LCD1602 显示函数 数据显示 结束2. 相关代码：峰值平均值有效值处理void Convert_To_Current(uchar val)uchar Tmp; uint Fengzhi;uchar Average;/uint youxiao;if(boxing = ZHENGXIAN)Current2=val/25+0; Tmp=val%25*10; Current1=Tmp/25+0;Tmp=Tmp%25*10;Current0=Tmp/25+0;/Fengzhi = 100*Voltage2+10*Voltage1+Voltage0;/Fengzhi = Fengzhi * 2;/FD_C(Fengzhi);Average=0;PD_C(Average);/youxiao = 0.7 * Fengzhi;/YD_C(youxiao); Current22=val/35+0; Tmp=val%35*10; Current21=Tmp/35+0;Tmp=Tmp%35*10;Current20=Tmp/35+0; 6、 仿真结果每格2mv,-11mv1. 放大电路仿真每格2v，放大1000倍-11v2. 峰值检波仿真每格1v，峰值1v输入0.15uA 50Hz输出:输入0.91uA输出：7、 实物图8、 结论此次设计完成了以下事情：1. 单片机相