真有效值交流电流表 内师.doc

真有效值交流电流 内师.doc 内江师范学院本科毕业 目录 1引言 ..................................................................... 1 2方案论证 ................................................................. 2 2.1方案一 ............................................................. 2 2.2方案二 ............................................................. 2 2.3方案三 ............................................................. 3 2.4方案确定 ........................................................... 3 3整机电路设计 ............................................................. 4 3.1原理框图 ........................................................... 4 3.2交流信号接收端 ..................................................... 4 3.2.1型号描述及参数 ................................................... 4 3.2.2性能指标 ......................................................... 5 3.2.3引脚接线 ......................................................... 5 3.2.4注意事项 ......................................................... 5 3.3量程开关精密电阻电路 ............................................... 6 3.4运算放大电路 ....................................................... 6 3.5AD637真有效值/直流转换模块 ......................................... 7 3.5.1真有效值的定义 ................................................... 7 3.5.2AD637的主要特点 .................................................. 8 3.5.3AD637真有效值/直流转换芯片 ....................................... 9 3.5.4AD637的工作原理 ................................................. 10 3.5.5AD637真有效值/直流转换电路及外围电路设计 ........................ 12 3.6衰减器 ............................................................ 13 3.7ICL7107A/D转换芯片和LED显示灯构成数字显示电路 .................... 14 3.7.1ICL7107A/D转换芯片及其特点 ...................................... 14 3.7.2ICL7107引脚功能 ................................................. 16 3.7.3ICL7107的工作原理 ............................................... 16 3.8电源电路 .......................................................... 18 i 内江师范学院本科毕业设计 4 .................................................................... 21 参考文献 .................................................................. 22 致谢 ...................................................................... 23 附录 ...................................................................... 24 1总电路图 ............................................................ 24 ii 内江师范学院本科毕业设计 摘 要 本设计以真有效值/直流转换AD637芯片、电阻网络分压、运算放大电路、单片ICL7107A/D转换器和LED显示灯构成的数字显示电路为主要元件～设计可以提供一种高精度的真有效值交流数字电流表～其可以测量任何复杂波形而不必考虑波形种类和失真度的优势以及测量准确度高、频带范围宽、响应速度快的优点。设计中使用开口可活 接收端。采用电阻网络分压对电流表量程进行分档～且连接运动式霍尔电流传感器作为 算放大电路～便于实现分档测量提高精确度。电源电路是由以单相桥式整流电路为核心的电路～向电路提供5V和?15V工作电压。 关键词:AD637,电阻网络,高精度,运算放大电路,ICL7107 iii 内江师范学院本科毕业设计 Abstract This design is based on the true RMS/DC converting AD637 chip resistor network, divider, an operational amplification circuit, single-chip ICL7107A/D converter and a LED display lamp consists of a digital display circuit as the main element, the design can provide a high precision of true effective value of AC digital current meter, which can measure any complex waveform without considering the waveform types and distortion and the advantages of high measuring accuracy, wide frequency band range, fast response speed advantage. Used in the design of opening the movable type Holzer current sensors as the receiving end. Using a resistor network pressure on the range of ammeter are classified, and the connecting operational amplifier circuit, is easy to realize the measurement to improve the accuracy of classification. Power supply circuit is composed of the single phase bridge rectifier circuit as the core of the circuit, circuit provides 5 V and 15V working voltage. Key words:AD637; resistance; high precision; operational amplification circuit; ICL7107 iv 内江师范学院本科毕业设计 1引言 随着电子产业的迅猛发展，科学技术的日益进步，对电子仪器的要求也越来越高。平常我们所用的普通交流测试仪都是测试对象的平均值，只能测量不失真正弦波的有效值。它们在测量失真的正弦波形时会产生误差，更无法测量非正弦波，针对现如今高速发展的科技水平，要求的精确度等而言，其用途理所当然的受到一定限制。针对交流电各种电子量的测量，国内研发了各种“真有效值”电子测量仪表。真有效值电子测量仪表具有平均值数字测量仪表无法比拟的优点，它能够精确、实时的测量各种波形的有效值，而不必考虑波形种类及失真度。真有效值仪表不仅可以测量交流电压、电平、交流电流，还适用于噪声测量。 因此可以看出，真有效值数字仪表已成为现代电子测量的一种重要仪器之一，代表着信息发展的一种主流。在真有效值交流数字电流表设计中，提高其测量的准确度、测量数据的稳定性和改善数据线性是关键，本文就是关于采用高精度AD637芯片做为真有效值/直流转换器和单片ICL7107为A/D转换显示电路来设计真有效值交流电流表。 本设计具体指标要求如下: (1)测量范围:0-20A(可以分档测量); (2)显示方式:大于3位半LED显示; (3)测量误差:小于2%。 1 内江师范学院本科毕业设计 2方案论证 2.1方案一 采用全电子电路式方法为核心来实现真有效值(RMS)AC/DC转换，连接数字显示 [2]模块设计真有效值交流数显电流表。全电子电路包括乘法器，同相反相放大器等等元件组成。如图1所示。 交流信号 LED全电子电路 式实现真有ICL7107 数交流信号接收端 效值计算和字AD转换模块 AC/DC转换显 示 模块 量程开关 精密电阻网络 图1 全电子电路式真有效值交流电流表 2.2方案二 采用AD637真有效值AC/DC转换芯片为核心实现真有效值的计算和AC/DC之间的转换，连接数字显示模块设计真有效值交流数显电流表。如图2所示。 交流信号 LED AD637 ICL7107 数交流信号接收端 真有效值/直流字A/D转换电路 转换电路 显 示 量程开关 精密电阻网络 图2 AD637真有效值/直流转换 2 内江师范学院本科毕业设计 2.3方案三 通过信号数据采样来计算真有效值的办法，连接AC/DC转换模块和数字显示模块来 [5][6]设计真有效值交流数显电流表。如图3所示。 信号数据采样 交流信号 ICL7107 A/D转换电路 对采样数据进行 交流信号接收端 真有效值计算 LED数字显示 量程开关 精密电阻网络 AD/DC转换模块 图3 采样数据计算真有效值 2.4方案确定 比较以上三种设计方案，方案一，这种设计方法主要通过全电子电路来实现真有效值计算和AC/DC转换，计算精确度较高，但是由于设计是通过全电子电路方式设计需要连接的元件多又繁琐，使焊接时出现错误的几率大。方案二，采用的是AD637真有效值/直流转换芯片为核心设计真有效值交流电流表，其不但价格便宜，而且在设计电路时使用的元件较少，连接也不繁琐，焊接更方便。该芯片最大的特点在于其内部能直接计算出输入交流电压的真有效值，仅需要对转换过后的真有效值电压进行转化便可得到真有效值电流得到最终数据。方案三，此方案是采用的最新研究发现的采用数据采样计算方法，其最大的优点在于它避开了传统纯计算法要求整周期采样这一限制条件，克服了整周期采样带来的缺点。但是由于对该方面涉及较少，而且此设计方案具有大量的数据计算，因此，通过比较得出:方案二的设计内容更为简单，其可行性更强的优点，而且通过AD637芯片得出的真有效值精度更高。所以本设计采用的是方案二进行设计。 3 内江师范学院本科毕业设计 3整机电路设计 3.1原理框图 交流信号 真有效值/直流 LED转换电路 衰减器 AD637 数 字交流信号接收端 显 示 量程开关 ICL7107 运算放大电路 精密电阻网络 A/D转换电路 图4 总原理框图 整机由交流信号接收端电路、量程开关精密电阻、运算放大器、AD637真有效值/直流转换电路、衰减器、单片ICL7107A/D转换电路与LED构成的数字显示电路等电路组成。整个设计真有效值交流数显电流表的核心部分:AD637真有效值/直流转换芯片。 3.2交流信号接收端 本设计的真有效值交流电流表的信号接收端的思路来自钳形表的设计，钳形表又称为钳形电流表，是一种不需断开电路就可直接测电路交流电流的携带式仪表，其工作部分主要由一只电磁式电流表和穿心式电流互感器组成。钳形表是由穿心式电流互感器铁心制成活动开口，且成钳形，故名钳形电流表。采用型号为YDG-HSD-4-100A的霍尔传 [12]感器，实物如图5所示。 3.2.1型号描述及参数 型号:YDG-HSD-4-100A 名称:霍尔电流传感器 输入:0,100A(AC或DC) 4 内江师范学院本科毕业设计 输出:0,4V(AC或 DC) 3.2.2性能指标 如表1所示。 3.2.3引脚接线 1脚:正工作电源端; 2脚:负工作电源端; 3脚:测量输出端; 4脚:公共接地端。 图5 霍尔传感器YDG-HSD-4-100A 3.2.4注意事项 (1)工作电源、输出端必须正确连接，不能错接。 5 内江师范学院本科毕业设计 (2)对于两个电位器，请不要随意调整，若需调校，用小螺丝刀慢慢旋转至所需精度即可。 ?(3)原边母线的温度不应超过60。 C (4)当电流母线填满原边穿线孔时，获得最佳的测量精度。 (5)使用环境应无导电尘埃和无腐蚀金属和破坏绝缘的气体存在，海拔高度小于2500米。 (6)测直流电流时，电流方向与产品外壳上所标的箭头同向时，才能得到正向输出。 表1 性能指标列表 过载能力 2倍连续、20倍1秒 工作电源 ?12V，?15V～，12V～，15V ?30mA 准确度 ,1.0%1N 电源耗电 UL94-V0 线性度 优于0.2% 阻燃特性 失调电压 小于?20mV 保护 内置电源浪涌、极性反接保护 :QB/44160017 113-2002 温度漂移 执行标准 优于?100ppm/ C 反应时间 小于10µs 外壳材料 阻燃塑料,蓝色 频率特性 0，10kHz 隔离 输入/输出隔离 AC2kV/min.1mA 工频耐压 结构 引脚接线 ? 工作环境 0，45 C 3.3量程开关精密电阻电路 本设计中的量程开关精密电阻电路主要由电阻网络分压模块构成。电阻网络分压模块是由经过精密计算后得到阻值分别为10K,、90K,、900K,电阻串联构成，并从各个节点连接处引出一导线接至多用开关，组成一个档位转换开关。电阻网络分压模块电路，如图6所示。 3.4运算放大电路 在本次设计中，在电路中设置了两个同相放大器，同相放大25倍和350倍，原因有二:一、霍尔传感器的感应电压过小，不便于设置档位。二、AD637的测量范围是0~7V， 6 内江师范学院本科毕业设计 并且该芯片在此范围0.7~7V之间的测量准确度最高。同相放大器的放大倍数取决于两个电阻和值的大小，利用虚短虚断来分析，与虚短，则有: V-RRV12in (1) VV,-in 因为虚断，反向输入端没有电流输入输出，通过R和R的电流相等，设此电流为I，12 由欧姆定律得: (2) IVoutRR,，()12 等于上的分压，即: VRin2 (3) VIR,,in2 由以上(1)(2)(3)式得: RR，12 (4) VoutV,inR2 其中即同相放大器的放大倍数，同理可得同相放大350倍电路中R和()RRR，6122 R的值。如图7所示。 7 0.47uF C1200mA+15V+15V同相放大电路R3AR1900KViAR2放大350倍VinS12AVinVout1 OP1OP1R4R190KR624K349K-15V20A-15V R5R2R710K1K1K 12 GND 图6 电阻网络分压模块 图7 同相放大25倍电路 图8 同相放大350倍电路 3.5AD637真有效值/直流转换模块 3.5.1真有效值的定义 传统的平均值仪表是以平均值为响应，其测量原理是利用AC/DC转换电路获得平均值电压，再根据正弦波有效值与平均值的确定关系。调整电路使仪表显示出电压有效V 7 内江师范学院本科毕业设计 值。它仅适合测量无失真的正弦波，若波形存在失真，或者被测对象为非正弦波，VRMS 则产生测量误差，这是平均值仪表的固有缺陷。 为适应现代电子测量之需要，真有效值数字仪表迅速发展。所谓真有效值就是“真正有效值”的意思。英文缩写为RMS(True Root Mean Square)，亦真均方根值。众所周知，交流电压有效值的定义为 2Vu, (5) RMS 借助TRMS/DC转换器对输入电压进行“平方取平均值开平方”运算，就能获,, 得交流电压的有效值。由于它是从定义式求得，故称之为真有效值。 3.5.2AD637的主要特点 AD637的主要特点有以下9点: ,,(1)属于高准确度的单片真有效值/直流转换器，测量误差(0.2%读数+0.5mV)。它能计算任何复杂的波形真有效值、平均值、均方值、绝对值，具有分贝输出(0~60dB)。 (2)适用的波峰因数很宽，当波峰因数=0(对应于占空比为1%的窄脉冲)时，附KP 加误差仍小于1%。 (3)宽频带，量程在0~7V范围内可调。当输入电压=200mV(RMS)时，频率VIN 上限为600kHz;>1V(RMS)时频率上限高达8MHz。 VIN (4)芯片上设置了片选端CS(第5脚)。暂不用时可将此端改接低电平，使芯片掉电，进入“备用”模式，输出端呈高阻态，静态工作电流从2.2mA降至350uA。此项功能有两种用途:一、在进行远距离或野外测量时能显著降低电池的耗电量，延长使用期;二、允许将多片AD637构成一个多路有效值巡回监测系统，每片AD637的输出端都挂在一条总线上，最后公用一块数字电压表作指示。 (5)采用激光修正的现金工艺制造而成，一般情况下不需要加外部调整元件，唯一的外围元件是平均电容，用它设定平均时间常数，并决定低频准确度、输出纹波的CAV 大小和稳定时间。 (6)内部有独立的缓冲放大器，既可作输入缓冲器用，亦可构成有源滤波器来减少纹波，提高测量准确度。 8 内江师范学院本科毕业设计 (7)输入端有过压保护电路，即使超过电源电压，一般也不会损坏芯片。 VIN 3~?18V。 (8)电源电压范围宽度。规定为? 8(9)输入阻抗高()，输出阻抗为100k(不经缓冲器)。 ,10, 3.5.3AD637真有效值/直流转换芯片 本设计中的真有效值/直流转换芯片就是采用高准确度的AD637芯片，其封装采用的 是DIP-14封装，管脚排列及内部框图如图8所示。 管脚说明: 1、14脚:BUF IN、BUF OUT——分别为缓冲器的输入、输出端。缓冲器输入阻抗 8高达，输出阻抗小于。该缓冲器完全独立的，既可接于端之前，又可接在0.5,VV10,IN0 端之后。 2、12脚:NC——空脚。 3脚:COM——公共地。 4脚:OUT OFFSET——输出补偿端。 5脚:CS——片选端，供备用(掉电)模式用。 6脚:DEN IN——基准输入端，测均方值时用。 7脚:——分贝(电平)电压输出端。 VdB 8脚:——平均电容。 CAV 9脚:——电压输出端。 V0 10、11脚:、——分别为负、正电源端，采用对称式双电源时电压范围是-V+VSS ,,3~18V，用单电源最低选5V。 13脚:——输入电压端，该端输入阻抗的典型值为16.67k,，最大值为20,。 VIN AD637的内部简化电路(如图9所示)主要包括5个部分: (1)有源整流器(亦称绝对值电路，属全波整流); (2)平方/乘法器; (3)滤波放大器; (4)缓冲放大器。 9 内江师范学院本科毕业设计 (5)偏置电路。 图8 AD637管脚排列及内部框图 3.5.4AD637的工作原理 输入电压(AC/DC)通过有源整流器和转换成单极性电流，加至平方/除法AAI121器的一个输入端。平方/除法器的输出电流为，有关系式: I4 2I1I, (6) 4I3 利用驱动并与外部平均电容构成一个低通滤波器。只要滤波器的时间常数IAC44AV 远大于输入信号的最大周期()，滤波放大器的输出电压就与的,,,,,rCTAVI0AV404 平均值成正比。 10 内江师范学院本科毕业设计 图9 AD637内部简化电路 11 内江师范学院本科毕业设计 经外部电路提供一个电流再通过返回到平方/除法器，完成下述隐含式有效值VIA033 计算: 2，，I1 (7) IAI,,31()VGRMS,,I，，4 (8) VV,0()INRMS 这就是利用AD637测量真有效值电压的原理。 倘若不接平均电容，AD637就进行绝对值计算，但需用一只5pF的小电容来保CAV 2II,证输出电压稳定。此时，，即，由此得到: III,II,4134414 VV, (9) 0IN 2，，I1 (10) IA,,,4vgI，，3 2VINV, (11) 0VREF 利用片选端CS可使AD637处于微功耗的备用模式。常态下，CS端悬空或接高电平。 静态工作电流为2.2mA。若将CS端接低电平，就通过偏置电路使AD637进入备用模式， 其特征为输出端呈到高阻态且静态电流降至350uA。 3.5.5AD637真有效值/直流转换电路及外围电路设计 利用AD637测量真有效值电压的电路如图10所示。S为拨动开关，仅当闭合S时 片选端CS接低电平，芯片处于备用模式，端无输出。常态下应断开S。是输入耦VC01合电容，C(即)是平均电容。这里未用内部缓冲器，直接从第9脚输出电压: C2AV 2VVV,, (12) 0()ININRMS 然后送至数字显示模块完成A/D转换及数字显示。 本次设计过程中，AD637的外部元件的选择起到至关重要，这是影响测量准确CAV 度和响应时间的重要参数，尽管大限度的增加的容量可以减少纹波电压产生的交流CAV 12 内江师范学院本科毕业设计 误差，但也会造成稳定时间按比例增加，使整个测量时间大为延长，为了进一步提高测量准确度，一般外围电路可通过第9管脚OUT和第6脚DEN设置一可调电阻来调节。如图11所示。 图11的改进步骤如下: (1)将输入端13脚接地，调整电位器R使9脚输出0V。 8 (2)输入1V的标准直流电压，调整R使=1.000V。若选择2的正弦波为输VV14p-p0 入电压，则应输出0.707V直流电压。 平均电容是AD637的关键外围元件，尽管增加的容量可减小波纹电压产生CCAVAV 的交流误差，但稳定时间也相应增加，使测量时间延长。表2中列出了针对几种60Hz输入波形的、典型值，加入，换算方法是f=30Hz时、值均乘2; f60Hz,CCCCAV1AV1f=120Hz时则除以2，依次类推。表中波形示意图如图12所示。 表2和的典型值(F=60Hz) CCAV1 最小时间常 CC输入全波整流后AV1波形名称 稳定时间 熟,R?, C波形 的波形 AV,uF, ,uF, 1/2T 0.47 1.5 18/ms 对称正弦波 ,a, ,b, 经过直流 T 0.82 2.7 325ms ,c, ,d, 调制的正弦波 6.8 22 2.67s 矩形脉冲 ,e, ,f, 10,T-T2, 包含直流分量 5.6 18 7.17s ,g, ,h, 10,T-2T2, 的矩形脉冲 3.6衰减器 在设计中，霍尔传感器输入电流与感应电压的比值为25，数值上相当于缩小了25倍。运算放大器总放大倍数为253508750，,。因此必须再设计一个衰减器，并且衰减倍数为875025350,,倍的衰减电路，才能保证全程电路的放大缩小倍数总乘积为1。只有这样全程电路最后数字显示模块显示的数值才是被测试量的真实值。如图所示。同样通 13 内江师范学院本科毕业设计 过虚短虚断来分析可以得到:，其中就是衰减倍数。图中的VoutVRR,,,RRRin1113111312 起抑制共模作用。 U2 114BUFF INBUFF OUTC1 213NCVINVin 3124uFCOMMONNC 411OUTPUT OFFSET+VS+Vs GND510CS-VS-Vs 69DEN INPUTRMS OUTVoutC2 SSW SPST78dB OUTPUTCAV4uF AD637 GND 图10 测量真有效值的典型电路 真有效值/直流转换模块U1 114BUFF INBUFF OUT R10+Vs213NCVINVout1147312GNDCOMMONNC R9411OUTPUT OFFSET+VS+Vs R81M510CS-VS-Vs51K69DEN INPUTRMS OUTVout2-VsC278dB OUTPUTCAV4uF AD637 R141K3 图11 改进后的真有效值测量电路 3.7ICL7107A/D转换芯片和LED显示灯构成数字显示电路 3.7.1ICL7107A/D转换芯片及其特点 在本次设计中，使用的ICL7107A/D转换芯片是高性能、低功耗的三位半A/D转换 器电路。它包含有七段译码器、显示驱动器、参考元和时钟系统。 14 内江师范学院本科毕业设计 13位双积分型A/D转换器ICL7107的基本特点 2 1(1)ICL7107是3位双积分型A/D转换器，属于CMoS大规模集成电路，它的最2 大显示值为士1999，最小分辨率为100uV，转换精度为0.05?1个字。 图12 各种波形示意图测量 GND +15V衰减器+15VGNDR12 1KAR4 AR3IN+ R11Vout2OP1 OP1350K-15V -15VR13 41K 图13 衰减器 (2)能直接驱动共阳极LED数码管，不需要另加驱动器件，使整机线路简化，采用士5V两组电源供电，并将第21脚的GND接第30脚的IN-。 (3)在芯片内部从V+与COM之间有一个稳定性很高的2.8V基准电源，通过电阻分压器可获得所需的基准电压VREF。 (4)能通过内部的模拟开关实现自动调零和自动极性显示功能。 (4)输入阻抗高，对输入信号无衰减作用。 (5)整机组装方便，无需外加有源器件，配上电阻、电容和LED共阳极数码管，就能构成一只直流数字电压表头。 (6)噪音低，温漂小，具有良好的可靠性，寿命长。 (7)芯片本身功耗小于15mW(不包括LED)。 15 内江师范学院本科毕业设计 (8)不设有一专门的小数点驱动信号。使用时可将LED共阳极数数码管公共阳极接V+. (9)可以方便的进行功能检查。 3.7.2ICL7107引脚功能 V+和V-分别为电源的正极和负极。 A1-g1,a2-g2,a3-g3:分别为个位、十位、百位笔画的驱动信号，依次接个位、十位、百位LED显示器的相应笔画电极。 oscl-oac3:时钟振荡器的引出端，外接阻容或石英晶体组成的振荡器。第38脚至第40脚电容量的选择是根据下列公式来决定: Fosl=0.45/RC (13) COM:模拟信号公共端，简称“模拟地”，使用时一般与输入信号的负端以及基准电压的负极相连。 TEST:测试端，该端经过500欧姆电阻接至逻辑电路的公共地，故也称“逻辑地”或“数字地”。 VREF，、VREF-:基准电压正负端。 CREF:外接基准电容端。 INT:27是一个积分电容器，必须选择温度系数小不致使积分器的输入电压产生漂移现象的元件。 IN，、IN-:模拟量输入端，分别接输入信号的正端和负端。 AZ:积分器和比较器的反向输入端，接自动调零电容CAZ。如果应用在200mV满刻度的场合是使用0.47uF，而2V满刻度是0.047uF。 BUF:缓冲放大器输出端，接积分电阻Rint。其输出级的无功电流(idling current)是100uA，而缓冲器与积分器能够供给20uA的驱动电流，从此脚接一个Rint至积分电容器，其值在满刻度200mV时选用47K，而2V满刻度则使用470K。 3.7.3ICL7107的工作原理 双积分型A/D转换器ICL7107是一种间接A/D转换器。ICL7107内部包括模拟电路和数字电路两大部分，二者是相互联系的。一方面由控制逻辑产生控制信号，按规定时 16 内江师范学院本科毕业设计 序将多路模拟开关接通或断开，保证A/D转换正常进行;另一方面模拟电路中的比较器输出信号又控制着数字电路的工作状态和显示结果。它通过对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后利用脉冲时间间隔，进而得出相应的数字性输出。 它的原理性框图如图14所示，它包括积分器、比较器、计数器，控制逻辑和时钟信号源。积分器是A/D转换器的心脏，在一个测量周期内，积分器先后对输入信号电压和基准电压进行两次积分。比较器将积分器的输出信号与零电平进行比较，比较的结果作为数字电路的控制信一号。时钟信号源的标准周期Tc作为测量时间间隔的标准时间。它是由内部的两个反向器以及外部的RC组成的。其振荡周期Tc=2RCIn1.5=2.2RC。 计数器对反向积分过程的时钟脉冲进行计数。控制逻辑包括分频器、译码器、相位驱动器、控制器和锁存器。 (1)分频器用来对时钟脉冲逐渐分频，得到所需的计数脉冲fc和共阳极LED数码管公共电极所需的方波信号fc。 (2)译码器为BCD-7段译码器，将计数器的BCD码译成LED数码管七段笔画组成数字的相应编码。 (3)驱动器是将译码器输出对应于共阳极数码管七段笔画的逻辑电平变成驱动相应笔画的方波。 (4)控制器的作用有三个:一、识别积分器的工作状态，适时发出控制信号，使各模拟开关接通或断开，A/D转换器能循环进行。二、识别输入电压极性，控制LED数码管的负号显示。三、当输入电压超量限时发出溢出信号，使千位显示“1”，其余码全部熄灭。 (5)锁存器用来存放A/D转换的结果，锁存器的输出经译码器后驱动LED 。它的每个测量周期自动调零(AZ)、信号积分(INT)和反向积分(DE)三个阶段。由三个阶段分析可知:T，T，V固定不变，计数值N仅与V成正比，实现了模拟量到数1cREFIN 字量的转变。 ICL7107A/D转换芯片和LED显示灯组成的数字显示电路，如图15和图16所示。 17 内江师范学院本科毕业设计 图14 ICL7107原理性框图 LR15 转换数字显示电路ICL7107 A/D240 产生电路V-C4Q14U7N3904 JP1GNDg82120GNDPOLg7bc82219g3bc4D2C3a7e72318a3e3IN41484U7c7f72417c3f3g6b7IN41482516g2b3d7D32615C13C9V-d3e62714INTe2224R21f6281347KBUFf2103a62912CAZa2b6474C113011IN-IN-b2R20?200mVc631101MIN+IN+c2d6329COMd2e5338Cref-e1g5C12347Cref+g1TL431f5104356Vref-f1a5365Vref+a1R19100mVb5374RWFR17TESTb1D9c538356Kosc3c1d5392osc2d1C10401R22osc1V+100K100PICL7107R18 20K R23+5V1K 图15 ICL7107A/D转换数字显示电路 3.8电源电路 电源电路主要是为了提供一个+5V和?15直流电源供电，然而在正常情况下没有直 18 LED bc8 g8 dp8 内江师范学院本科毕业设计 接的+5V电压，而是直流电源的输入电压为220V的交流电压。因此，需要先使用变压器将220V的交流电压降低后，再进行下一步处理。经过变压器降压之后，再使用单相桥式整流电路将降压后的交流电压转换为所需电压。整流电路由四只整流二极管组成。其中 a5再使用三段稳压器MC78M05CT，MC78M15CT，MC79M15CT将整流后所得电压稳定在b5 c5 d5?5V和?15V上，最后连通到滤波电路得到最终值。总电源电路，如图17所示。 e5 f5 g5 305ADS4 DPYDPYDPYDPY8888aaaa 3333fbfbfbfbdpdpdpdpggggadpadpadpadpececececbbbbddddDS1DS2DS3cccc75757575a7a6R25dddd6666b7b6eeee4444c7c61Mffff2222d7d6显示电路gggg1111e7e69999f7f610101010g7g6 dp7dp6 305A305A305A 图16 LED显示电路 表3 小数点显示真值表 输入 输出 A B C dp1 dp2 dp3 dp4 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 +5V 19 内江师范学院本科毕业设计 D6 D7 U4 D4U21N4001D5U31N4001 3+VCC-VCC33VoutVout+15VVout-15V5VT1R162221N40011N40011KGNDGNDGND11VinVinC6C7C8C16C18C207805C57815C1479150.1uF0.1uF100uF10uF100uF10uF1000pF1000pFD8220V/15VLEDGNDGND 1Vin 2 +VCC13 D1 电源电路4 ?15V和1A/100V -VCC 图17总电源电路 D11 D101N4001 +VCC+5VR241N40011KC19 C17C21C150.1uF100uF10uF1000pFD12 LEDGND 20 内江师范学院本科毕业设计 4总结 设计过程中，可以看出:运用计算真有效值的定义出发，采用芯片AD637真有效值/直流转换器和单片A/D转换数字LED显示电路为主要元件，设计的真有效值交流数显电流表，仅从设计角度出发，更加具有可行性。而且，这种设计方法电路结构相对已知其他方案要简单易懂些，在各种性能测试上，都可达标准，且因当下形势，其非常具有实用性。 整个设计过程查阅了大量资料，通过图书馆和网络收集到很多有用信息，为设计提供了很好的技术支持。针对自己第一次设计这种类型的仪表，需要解决的难也相当不少，例如档位转换计算数值，表头的考虑等等。在查阅大量资料以及询问指导老师的情况下一一化解，最终获得设计的成功。 21 内江师范学院本科毕业设计 参考文献 [1] 沙占友等(单片机外围电路设计[M](电子工业出版社，2003/1( [2] 张大彪(电子测量仪器[M](清华大学出版社，2007( [3] 沙占友等(LED数显仪表设计与应用实例[M](中国电力出版社，2011/4( [4] 李朝青等(单片机&DSP外围数字IC技术手册[M](北京航空航天大学出版社( [5] 徐垦等(交流信号真有效值数字测量方法[J](华中科技大学学报(自)，2006/02( [6] 毛利等(任意信号波形真有效值检测算法研究[J](大众科学，2007/20( [7] 黄智伟等(全国大学生电子设计竞赛训练教程(修订版)[M](2010/06( [8] 林占江等(电子测量实验教程[M](2011( [9] 肖晓萍等(电子测量实训教程第3版[M](2009/01( [10] [11] [12] [13] 22 内江师范学院本科毕业设计 致谢 衷心感谢薛世华老师在论文的写作过程中对我的悉心指导，他严谨精细的治学态度，渊博的知识，孜孜不倦的工作热忱和诲人不倦的精神我将铭记在心～他优秀的管理能力和开明、正直的作风也给我留下了深刻的印象。感谢技术学院的老师对我成长的关心和帮助。更要特别地感谢我的家人，他们是支持我前进的动力;他们的关爱使我对生活充满信心，勇敢地面对生活、学习中的各种压力;是他们才使我安心完成学业。最后感谢图书馆、电子阅览室为我提供查找资料的场所和优质的服务。 23 bc8ICL7107 A/D g8dp8 内江师范学院本科毕业设计 g8g7bc8a7e7c7f7g6b7d7e6 f6a6b6c6d6附录 e5g5f5a5b5c51总电路图 d5 a5 b5c5d5e5f5g5 305ADS4DPYDPYDPYDPY8888显示电路aaaaLED3333fbfbfbfbdpdpdpdpggggadpadpadpadpececececbbbbddddDS1DS2DS3cccc75757575a7a6dddd6666b7b6eeee4444c7c6Lffff2222d7d6gggg1111e7e69999f7f6C410101010Q1g7g64U7N3904dp7dp6 305A305A305A倍衰减器C34U7 产生电路 R19 RWFU1+5V114BUFF INBUFF OUT213V-NCVIN转换数字显示电路312COMMONNCS1411OUTPUT OFFSET+VS直流转换模块/GND510CS-VS69DEN INPUTRMS OUT真有效值78+15VdB OUTPUTCAVC13224R21AD637GND47KVin+15VVout1倍电路350+15VGNDR12IN-R20?200mV3501K1MIN+AR4AR3IN+AR2R11同相放大Vout2TL431OP1OP1D6350K-15V100mVD7-15VR13OP1U4R6D5U31N4001D4U21N40011K349K-VCC3+VCC33VoutVout+15VVout-15V-15V5VR16JP12221N40011N40011K2120GNDGNDGNDR7GNDPOL1242219VinC6C16C7C8C18C201KC14MC79M15CTMC78M05CTC5g3MC78M15CTbc423180.1uF100uF10uF0.1uF100uF10uF1000pF1000pFa3e3D82417c3f3LED2516GNDGNDGNDg2b312615V-d332714INTe22813BUFf22912CAZa23011IN-b2R153110IN+c2329240COMd2338Cref-e11347VinCref+g1356Vref-f1倍，量程精密电阻开关36525Vref+a1374TESTb13832osc3c1392osc2d1+15V同相放大1401Vinosc1V+AR1D2ICL7107+VCCVi0.47uFIN414813C1200mAIN4148R10+VsD3Vout1C9D1OP1R3147电源电路R1900KGND103424KR9-15V2AVin?15V474C11+Vs和R81M1A/100VR2R4-VsT151K1K90K-VCCC12H1Vout220A-Vs104C2霍尔传感器D114uF R5R17D9220V/15V10K56KD101N4001+VCCC10+5VR141KR22 R24100K1N4001100P1KR18C1920KR25C17C21C15R230.1uF100uF10uF1000pFD121M 24 LED1KGND 内江师范学院本科毕业设计 声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得内江师范学院或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均以在论文中作了说明并表示谢意。 本学位论文成果是本人在内江师范学院读书期间在导师的指导下取得的，论文成果归内江师范学院所有，特此声明。 25