1、-. z郵電大學(xué)電子電路綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院：信息與通信工程學(xué)院班級(jí)：*：實(shí)驗(yàn)題目：基于Arduino的電壓有效值測量電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。摘要：為了了解Arduino最小系統(tǒng)的搭建和編程方法以及半波整流模擬電路的工作原理，通過搭建Arduino最小系統(tǒng)，測試Blink程序，可以驅(qū)動(dòng)Arduino數(shù)字13口LED閃爍。采用uA741搭建半波整流電路，加上濾波電路，通過編寫程序可以實(shí)現(xiàn)在一定誤差圍用數(shù)碼管讀取正弦波電壓有效值，并測試了正弦波在不同頻率及峰峰值的情況下讀取有效值的準(zhǔn)確性，可以看出這種情況下的測量圍是有限的。通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，對(duì)Arduino最小系統(tǒng)有了深刻全面的認(rèn)識(shí)，拓寬了眼界，同時(shí)通過對(duì)半

2、波整流不同電路類型的搭建摸索，對(duì)模擬電路濾波有了更深的認(rèn)識(shí)。也發(fā)現(xiàn)Arduino最小系統(tǒng)可以有更多有價(jià)值的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：Arduino、半波整流、濾波實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、熟悉Arduino最小系統(tǒng)的構(gòu)建和使用方法；2、掌握峰值半波整流電路的工作原理；3、根據(jù)技術(shù)指標(biāo)通過分析計(jì)算確定電路形式和元器件參數(shù)；4、畫出電路原理圖元器件標(biāo)準(zhǔn)化，電路圖規(guī)化；5、熟悉計(jì)算機(jī)仿真方法；6、熟悉Arduino系統(tǒng)編程方法。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：實(shí)驗(yàn)的總體設(shè)計(jì)分為三局部：Arduino最小系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、半波整流及濾波電路和數(shù)碼管的顯示。三局部連接在一起完成對(duì)正弦信號(hào)電壓有效值的測定。系統(tǒng)組成框圖Arduino最小系統(tǒng)的搭建使用單片機(jī)

3、、16M晶振與兩個(gè)22pf的電容完成最小系統(tǒng)的搭建，但Arduino不光是硬件，需要用Arduino IDE把Bootloader下載進(jìn)入這個(gè)最小的硬件系統(tǒng)中。在單片機(jī)的13口接LED燈，通過下載器將blink程序燒入最小系統(tǒng)，可以控制LDE燈的閃爍頻率。同樣，根據(jù)濾波電路的調(diào)測將編寫的測量程序?qū)懭胱钚∠到y(tǒng)就可以較準(zhǔn)確地讀電壓的有效值。3、半波整流及濾波電路根據(jù)二極管正向?qū)ǚ聪蚪刂沟奶匦裕褂肔M741完成半波整流電路。因?yàn)長M741是雙電源供電，但實(shí)驗(yàn)器材中只有一個(gè)可以提供+5V電壓的穩(wěn)壓集成電路7805，為了完成實(shí)驗(yàn)，使用兩個(gè)10k的電阻將5V分壓，將+2.5V接入本應(yīng)接地的3口，從而將

4、地線提高到+2.5V，可以完成LM741單電源的半波整流。交流電源后加的47uf的電容是為了濾低頻成分。實(shí)驗(yàn)過程中曾嘗試使用單電源供電的LM358p進(jìn)展半波整流，雖然示波器有半波電路，但在仿真過程中出現(xiàn)較大的誤差，所以重新使用LM741.濾波電路采用50電阻和100uf電容串接的RC濾波電路，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)電阻小一些濾波效果比擬好，波形更平。4、數(shù)碼管的顯示根據(jù)數(shù)碼管的引腳圖將數(shù)碼管與單片機(jī)接在一起，單片機(jī)接+5V電源，根據(jù)燒好的程序，數(shù)碼管自己顯示讀數(shù)。電路的安裝與調(diào)試：首先根據(jù)電路圖搭建了Arduino最小系統(tǒng)，用下載器連接最小系統(tǒng)與電腦，將blink程序燒入最小系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了13口LED燈閃

5、爍。在此過程中連線非常重要，單片機(jī)很容易因?yàn)檫B線的失誤燒壞。接下來連接半波整流及濾波電路。根據(jù)電路圖連線注意接地，用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生1V左右，1KHz的正弦波接入輸入端用示波器觀察，使用7805產(chǎn)生穩(wěn)定的+5V電壓接入運(yùn)算放大器中，接通電源，用示波器另一路在輸出端觀察半波整流情況，示波器顯示如下列圖：可以看到正弦波抬高了2.5V之后實(shí)現(xiàn)半波。測量看出實(shí)際抬高2.56V再接入濾波電路，用示波器觀察輸出，如下列圖所示：在屏幕中可以看出根本與濾波前峰值相平。接下來用毫伏表測量輸入信號(hào)的有效值，同時(shí)用示波器觀察濾波后幅值的大小先減去抬高的2.56V，改變輸入信號(hào)峰峰值的大小，將兩者進(jìn)展比擬，列表如下

6、：毫伏表讀數(shù)V1mV示波器讀數(shù)V2mVV1/V23444900.7023825400.7074005500.7274816500.7406979600.719可以看出毫伏表測出的有效值與濾波后電壓的大小根本滿足0.707的關(guān)系，在編程時(shí)取0.720.接下來將數(shù)碼管與單片機(jī)連接在一起，根據(jù)數(shù)碼管的工作原理編寫程序，用下載器將程序燒入最小系統(tǒng)，檢測數(shù)碼管工作是否正常。安裝好數(shù)碼管后，去掉下載器，用線將半波整流電路的輸出接入最小系統(tǒng)的輸入，給最小系統(tǒng)接入+5V的電壓。整個(gè)電路注意共地。觀察數(shù)碼管的示數(shù)與毫伏表示數(shù)，改變輸入信號(hào)峰峰值或頻率，觀察兩者示數(shù)的變化。在不改變頻率的情況下，改變輸入峰峰值，列

7、表如下：毫伏表示數(shù)mV數(shù)碼管示數(shù)mV261265303304345346368367可以看出數(shù)碼管讀出的有效值與毫伏表測出的根本一致，在誤差允許的圍。但在改變峰峰值及頻率的情況下，準(zhǔn)確度會(huì)有所下降，在1V、1KHz左右最準(zhǔn)確。隨著峰峰值的增大，誤差也會(huì)變大。至此，實(shí)驗(yàn)根本完畢。電路仿真：主要用multisim軟件對(duì)半波整流電路及加上濾波之后的電路進(jìn)展仿真。LM741半波整流電路仿真結(jié)果加上濾波之后的電路仿真結(jié)果仿真結(jié)果與實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果根本符合。故障及問題分析：實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備不夠充分，導(dǎo)致一開場做實(shí)驗(yàn)有些盲目，對(duì)電路原理圖沒有搞清楚，盲目地在LM741和LM358之間折騰，浪費(fèi)了很多時(shí)間；在使用儀器時(shí)不

8、夠熟練，示波器線上有時(shí)*10沒有注意到。整個(gè)系統(tǒng)必須共地，剛開場時(shí)忽略了，導(dǎo)致讀數(shù)不穩(wěn)定。在使用穩(wěn)壓器時(shí)輸入電壓過低，導(dǎo)致輸出不能到達(dá)5V；對(duì)單片機(jī)的工作原理不熟悉，在一開場沒有將參考電壓口接入，開場連接下載器使用電腦給最小系統(tǒng)供電，沒有統(tǒng)一接入+5V電壓，導(dǎo)致半波整流波形失真，讀數(shù)不準(zhǔn)確；連線失誤，單片機(jī)與下載器相連由于疏忽連線錯(cuò)誤，連入電腦時(shí)會(huì)燒壞單片機(jī)。一開場濾波時(shí)，電阻電容參數(shù)不適宜，無法獲得平滑的波形，有小的突起，經(jīng)過調(diào)試，不斷減小電阻阻值使得波形平滑；數(shù)碼管示數(shù)的不穩(wěn)定，除了上面提到的沒有共地、沒有接入統(tǒng)一的+5V電壓、沒有接參考電壓外，還有程序編寫上的問題。最開場，對(duì)最小系統(tǒng)及數(shù)

9、碼管原理不清楚，編寫程序時(shí)有些盲目，了解了之后，由于沒有考慮寫入?yún)⒖茧妷?，?shù)碼管讀數(shù)不穩(wěn)定，經(jīng)過反復(fù)的修改與討論，才完善了程序。在實(shí)驗(yàn)中也需要考慮整體布局布線的問題，在面包板上插線，插器件時(shí)要小心，否則有時(shí)因?yàn)榻佑|不良也為影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)總結(jié)及結(jié)論：通過這次實(shí)驗(yàn)，我學(xué)到了很多。這是我做的第一個(gè)需要設(shè)計(jì)比擬復(fù)雜的系統(tǒng)，對(duì)于分模塊組成一個(gè)完整的系統(tǒng)有了比擬深刻的認(rèn)識(shí)。每一個(gè)分塊必須先可以正常工作，再將它們連接在一起，經(jīng)過調(diào)試實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。另外，我對(duì)Arduino有了深刻地認(rèn)識(shí)，在做實(shí)驗(yàn)前，我對(duì)于編程控制硬件工作一無所知，通過反復(fù)摸索編程實(shí)現(xiàn)功能，我對(duì)硬件軟件有了更清楚的了解。在實(shí)現(xiàn)半波整流及濾波

10、電路時(shí)，由于開場時(shí)對(duì)原理不太清楚，走了一些彎路，有時(shí)半波出不來要么失真，由于電阻電容參數(shù)不適宜，濾波不理想，經(jīng)過討論與反復(fù)調(diào)試檢測，終于得到了理想的結(jié)果，這也使我對(duì)模擬電路認(rèn)識(shí)更深。做這次實(shí)驗(yàn)花了很多時(shí)間，也得到了能力的提升。在搭建模擬電路局部時(shí)，反復(fù)地拆又重搭，用LM741和LM358不停地在摸索，過程也比擬不順，但最終效果理想，在反復(fù)地摸索中，很好地鍛煉了動(dòng)手能力，也思考的更深刻，對(duì)電路也更理解，對(duì)儀器的使用也更加熟練。同時(shí)這個(gè)實(shí)驗(yàn)涉及到編寫程序來驅(qū)動(dòng)硬件工作，對(duì)程序不斷地修改來獲得理想的效果，是數(shù)碼管能夠得到穩(wěn)定的顯示數(shù)，提升了自己的編程邏輯能力。通過這次實(shí)驗(yàn)，也清楚了單片機(jī)數(shù)碼管的使用

11、。同時(shí)我也認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備非常重要，對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃砑皟x器要非常清楚，才可以順利的完成實(shí)驗(yàn)，否則就會(huì)手忙腳亂，浪費(fèi)時(shí)間，這就要求我們要更加扎實(shí)的完成根底理論的學(xué)習(xí)。在實(shí)驗(yàn)過程中與同學(xué)的討論交流也是學(xué)習(xí)提高的好方法。做實(shí)驗(yàn)需要有耐性有恒心和好奇心，要堅(jiān)持不懈。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們主要是用Arduino最小系統(tǒng)完成對(duì)電壓有效值的測量，同時(shí)也認(rèn)識(shí)到Arduino可以實(shí)現(xiàn)非常強(qiáng)大的功能，這個(gè)實(shí)驗(yàn)僅僅是一個(gè)開場，在以后的學(xué)習(xí)中希望可以對(duì)Arduino有更深刻的認(rèn)識(shí)，用它來完成更多更有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)程序：/* Blink Turns on an LED on for one second, then o

12、ff for one second, repeatedly. This e*ample code is in the public domain. */const int D=5;int a;int V;int Num4;void disp(int pos,int num) for(int i(0);i6;i+) digitalWrite(i,LOW); digitalWrite(6,HIGH); digitalWrite(7,HIGH); digitalWrite(8,HIGH); digitalWrite(9,HIGH); digitalWrite(10,HIGH); digitalWri

13、te(11,HIGH); digitalWrite(12,HIGH); digitalWrite(13,HIGH); if(num=0) digitalWrite(6,HIGH); digitalWrite(7,HIGH); digitalWrite(8,LOW); digitalWrite(9,LOW); digitalWrite(10,LOW); digitalWrite(11,LOW); digitalWrite(12,LOW); digitalWrite(13,LOW); else if(num=1) digitalWrite(6,HIGH); digitalWrite(7,HIGH)

14、; digitalWrite(8,HIGH); digitalWrite(9,HIGH); digitalWrite(10,HIGH); digitalWrite(11,LOW); digitalWrite(12,LOW); digitalWrite(13,HIGH); else if(num=2) digitalWrite(6,HIGH); digitalWrite(7,LOW); digitalWrite(8,HIGH); digitalWrite(9,LOW); digitalWrite(10,LOW); digitalWrite(11,HIGH); digitalWrite(12,LO

15、W); digitalWrite(13,LOW); else if(num=3) digitalWrite(6,HIGH); digitalWrite(7,LOW); digitalWrite(8,HIGH); digitalWrite(9,HIGH); digitalWrite(10,LOW); digitalWrite(11,LOW); digitalWrite(12,LOW); digitalWrite(13,LOW); else if(num=4) digitalWrite(6,HIGH); digitalWrite(7,LOW); digitalWrite(8,LOW); digit

16、alWrite(9,HIGH); digitalWrite(10,HIGH); digitalWrite(11,LOW); digitalWrite(12,LOW); digitalWrite(13,HIGH); else if(num=5) digitalWrite(6,HIGH); digitalWrite(7,LOW); digitalWrite(8,LOW); digitalWrite(9,HIGH); digitalWrite(10,LOW); digitalWrite(11,LOW); digitalWrite(12,HIGH); digitalWrite(13,LOW); els

17、e if(num=6) digitalWrite(6,HIGH); digitalWrite(7,LOW); digitalWrite(8,LOW); digitalWrite(9,LOW); digitalWrite(10,LOW); digitalWrite(11,LOW); digitalWrite(12,HIGH); digitalWrite(13,LOW); else if(num=7) digitalWrite(6,HIGH); digitalWrite(7,HIGH); digitalWrite(8,HIGH); digitalWrite(9,HIGH); digitalWrit

18、e(10,HIGH); digitalWrite(11,LOW); digitalWrite(12,LOW); digitalWrite(13,LOW); else if(num=8) digitalWrite(6,HIGH); digitalWrite(7,LOW); digitalWrite(8,LOW); digitalWrite(9,LOW); digitalWrite(10,LOW); digitalWrite(11,LOW); digitalWrite(12,LOW); digitalWrite(13,LOW); else if(num=9) digitalWrite(6,HIGH

19、); digitalWrite(7,LOW); digitalWrite(8,LOW); digitalWrite(9,HIGH); digitalWrite(10,LOW); digitalWrite(11,LOW); digitalWrite(12,LOW); digitalWrite(13,LOW); else digitalWrite(11,0); digitalWrite(10,0); digitalWrite(pos,HIGH);/ the setup routine runs once when you press reset:void setup() / initialize the digital pin as an output. pinMode(0, OUTPUT); pinMode(1, OUTPUT); pinMode(2, OUTPUT); pinMode(3, OUTPUT); pinMode(4, OUTPUT); pinMode(5, OUTPU