鄭州電力職業技術學院畢業生**
題目：＿基於微控制器的數字電能表設計＿＿
系別＿＿＿電力工程系＿＿＿＿＿＿
專業＿＿＿建築電氣工程技術＿＿＿
班級＿ ＿建築電氣班＿＿ ＿＿＿
學號＿＿＿ 09401060170＿＿ ＿
姓名＿＿＿＿周莉＿＿＿＿＿＿＿
摘要本電流錶各模組之間使用標準訊號進行傳輸的，這些標準訊號都符合國際標準。國際電工委員會在2023年四月第65次技術委員會通過的標準規定了國際統一訊號標準，過程控制系統的模擬直流訊號為4到20ma，模擬直流電壓訊號為1到5伏，我國的ddz-3型電動單元組合儀表採用了國際的訊號標準。
關鍵詞電流取樣，a/d轉換，放大器，微控制器
隨著微電子技術的迅速發展和超大規模積體電路的出現，特別是微控制器的出現 ，正在引起測量、控制儀表領域新的技術革命。採用微控制器作為測量儀器的主控制器，這種以微控制器為主體的新型智慧型儀表將計算機技術與測量控制技術結合在一起，在測量過程自動化，測量結果資料處理以及功能的多樣化方面都取得了巨大的進步。
基於微控制器的智慧型綜合儀表是基於智慧型化、數位化、網路化新一代智慧型儀表的設計理念，採用智慧型調理、靈巧匯流排、工業網路、液晶顯示、電子儲存技術，綜合指示儀表、調節儀表、積算儀表與記錄儀表功能．具有高測量控制精度、高可靠性穩定性的特點。
1、 工作原理
1.1數字電流錶的工作原理
用微控制器及其擴充套件的外部電路先做成乙個理想電壓表[3]，圖1中用g表示。由於通常所說的電流錶是指靈敏電流計其量程太小，不能直接測量電流，僅用於檢測有無電流和電流的方向，所以要想得到乙個有多量程或量程較大的電流錶需要將乙個理想電壓表改裝而成。本設計是用乙個內阻視為無窮大的電壓表併聯分流電阻而成的數字電流錶。
待測電流i隨搬動開關k的位置而流過r1或r2，因而本電流錶的兩個量程就取決於g的滿量程電壓和r1、r2的阻值，記g的滿量程電壓為ug，根據歐姆定律ug=rgig，若ug和rg已知則ig就是電流錶的滿量程電流。
圖1數字電流錶的基本原理
1.2電流取樣電路的效能
峰峰值檢波器本身具有取樣保持的功能，由於a/d轉換器的轉換時間為100ms，所以峰峰值檢波電路能夠保證a/d轉換器有足夠的轉換時間[6]。
交流訊號不只包括正弦波，對於其它規則的交流訊號，也可以用本取樣電路取樣。檔位選擇需要將獨立按鍵與放大器中整合運放的外圍電阻組合在一塊。獨立按鍵不僅有選擇檔位的功能，還有復位等其它功能。
由於負反饋放大器的輸入電阻已達到10m歐以上，所以有微控制器構成的測量系統，可以看作乙個理想電壓表。通常所說的偏轉式電流錶是根據線圈的偏轉程度線性刻畫未測電流的大小，仿照此原理給待測電流加乙個線性電阻，然後再用乙個理想電壓表測電流在電阻上的壓降，然後適當選擇放大器的放大倍數就可以做成多量程的電流錶。
1.3顯示電路與電流取樣電路的邏輯關係
如果不用微控制器，也可以做成乙個電流錶，不過這樣的表功能單一，不能同時測量直流或者交流，而用微控制器做成的電流錶可以通過程式設計方便實現，規則交流波形的有效值測量[2]。
1.4放大器
目前整合運放有雙列直插式和圓管封裝式兩種，若採用雙列直插式的的a741整合運算放大器，其外引線排列圖如圖2所示。
圖2 a741外引線排列圖
1）測試放大器的傳輸特性及輸出電壓的動態範圍是指在不失真條件下所能達到的最大幅度。為了測試方便，在一般情況下就用其輸出電壓的最大擺幅當作運算放大器的最大動態範圍。其測試電路如圖3
圖3運算放大器輸出電壓最大擺幅的測試電路
圖3中為正弦訊號。當接入負載後，逐步加大輸入訊號的幅值，直至示波器上輸出電壓的波形頂部或底部出現削波為止。此時的輸出電壓幅度就是運算放大器的最大擺幅。
若將送示波器的x軸，送y軸，則可利用示波器的x-y顯示，觀察到運算放大器的傳輸特性，並可測出的大小。
與負載電阻有關，不同的，亦不相同。根據已知的和，我們可以求出運算放大器的輸出電流的最大擺幅：
1）運算放大器的除與有關外，還與電源電壓和輸入訊號的頻率有關。隨著電源電壓的降低和訊號頻率的公升高，將降低。
如果示波器x-y顯示出運算放大器的傳輸特性是正常的，即表明該放大器是好的，可以進一步測試運算放大器的其它幾項引數。
（2）測開環電壓放大倍數
開環電壓放大倍數是指：運算放大器沒有反饋時的差模電壓放大倍數，即運放輸出電壓與差模輸入電壓之比。測試電路如圖4。
為反饋電阻，通過擱置電容和電阻r構成閉環工作狀態，同時與、構成直流負反饋，減少了輸出端的電壓漂移。由圖可知：
2）3）
此時訊號源的頻率應在運算放大器的頻寬之內， a741的頻寬約為7hz。
圖4測開環電壓放大倍數電路
（3）測輸入失調電壓
輸入失調電壓的定義是：放大器輸出為零時，在輸入端所必需引入的補償電壓。根據定義，測試電路如圖5
閉合開關s，令此時測出的輸出電壓為，因為閉環電壓放大倍數
4）所以，輸入失調電壓
5）圖5測的實驗電路
（4）測輸入失調電流
輸入失調電流是指輸出端為零電平時，兩輸入端基極電流的差值，用表示。顯然，的存在將使輸出端零點偏離，且訊號源阻抗越高，輸入失調電流影響越嚴重。測試電路同圖5只要斷開開關s即可，用萬用表測出該電路的輸出電壓，我們令它為，則
6）5）測共模抑制比
根據定義，運算放大器的等於放大器的差模電壓放大倍數和共模電壓放大倍數之比，即：
7）測試電路見圖6。運算放大器工作在閉環狀態，對差模訊號的電壓放大倍數=,對共模訊號的電壓放大倍數,所以只要測出和，即可求出：
8）為保證測量精度，必須使,否則會造成較大的測量誤差。運算放大器的共模抑制比愈高，對電阻精度要求也就愈高。經計算，如果運算放大器的=80db，允許誤差為百分之五，則電阻相對誤差:
9）圖6測量的實驗電路
（6）測增益-頻寬積
運算放大器的重要交流引數是頻率響應。由於運算放大器可以工作在直流狀態，即零頻率工作狀態，因此其頻寬等於截止頻率響應，在截止頻率處的輸出電壓增益，此直流時的輸出電壓增益低3db。運放的增益-頻寬積為常數a*bw=c該常數c決定與特定的放大器，開環時因增益太高，頻寬很窄，很少使用。
閉環時，增益,它的頻寬與大小成反比。
測試電路如圖7，輸入為正弦訊號。逐步增加的頻率。
由741整合運放和兩個電阻組成乙個負反饋放大器，
10）電路如圖8所示。
圖7測量增益頻寬積的電路
圖8741整合運放
1.5峰值保持電路
實用的峰值保持電路是半波整流電路、儲存電容和緩衝放大器組成的閉環電路。在儲存電容上還併聯有乙隻復位開關。圖9給出了同向型峰值保持電路。
圖中運算放大器具有半波整流結構， 組成電壓跟隨器，其輸出電壓，它在儲存電容和輸出負載之間起緩衝作用。
圖9同相型峰值保持電路
當時，導通，截止，將誤差電壓放大，通過對c充電，使跟蹤。時，導通，截止，儲存電容c與的聯絡隔斷，，不再跟蹤保持過去檢出峰值。的導通是為提供反饋通路，防止當截止時，被深度飽和。
當復位指令u出現，場效電晶體v導通，c通過v放電，回到零。u消失後，v截止，又開始新的峰值保持過程。
這種電路由於的作用，使的反向電壓大大減小，因而反向漏電流很小，增加了峰值保持事件。如果還要進一步增加保持時間，可選輸入級為場效電晶體的運算放大器作為以提高放大器的輸入阻抗。
圖中電容,是為了提高電路的穩定性和改善瞬態響應。r為保護電阻，防止電壓突變損壞。
前面介紹的是正向峰值保持電路，如果需要負向峰值保持，可以把正向峰值保持電路中的二極體及其它元件適當改接，就能實現。
圖10是乙個反向峰值保持電路，圖中二極體是否導通，完全取決於與的差值。當-0時，導通，電路處於跟蹤狀態； -0時，截止，電路處於保持狀態。此電路的輸入訊號應為負極性，而輸出為正極性。
其功能可等效為乙個同相型負峰值保持電路加乙個反相器。
圖10反相型峰值保持電路
把正向峰值保持電路和負向峰值保持電路組合起來，就可以得到峰峰值保持電路。
圖11和12分別是峰峰值檢波的組成框圖和原理電路。圖中，構成跟隨器，作負峰值檢波;構成跟隨器，作為正峰值檢波，其正、負峰值電壓經差動運算放大器輸出。
整合元件峰值檢波器國內已有生產。如zf020系列峰值檢波器，適用於檢測各種波形的峰值電壓，輸入訊號可以是週期波，也可以是非週期的任意波形。以zf002型元件為例，zf022是正峰值檢波器，檢波精度，頻寬10hz-10khz，輸入電壓幅度,輸出電壓幅度，輸出電流，靜態功耗，輸入阻抗，電源電壓範圍。
圖是其典型接線。圖中為復零開關，或其它形式的控制開關。
基於微控制器的數字電壓表設計開題報告 原稿
渭南師範學院本科畢業設計 開題報告表 課題題目基於微控制器的數字電壓表設計 學生姓名宋博 所學專業電氣工程及其自動化 導師姓名陳煒 報告日期2012年3 月7日 渭南師範學院教務處制 關於本科畢業設計 開題報告的規定 為切實做好本科畢業設計 的開題報告工作，保證 質量，特作如下規定 一 開題報告是本...
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