3.4 A/D采样电路及信号调理电路
对连续信号)
x,按一定的时间间隔s T抽取相应的瞬时值（即通常所
(t
说的离散化），这个过程称为采样。)
x经过采样后转换为时间上离散的模拟
(t
信号)
x，简称为采样信号。
(s
s nT
本系统中采集的模拟量主要是交流电压/电流（计算功率用）、整流输出直流电压/电流（用作脉冲调整）等交流量和直流量，此外加调理电路的作用是把采样信号进行硬件上的定标，变成DSP的A/D口可以识别的0~电平以内的信号。
3.4.1互感器电路原理及选型
图电压互感器原理图
如图，电流型电压互感器采用星格SPT204A（2mA/2mA）,R1是熔断电阻防止电流过大烧坏互感器，R2为限流电阻将电压信号转化为2mA电流信号，R3为压敏电阻起过电压保护作用，二次侧输出为2 mA电流信号送至采样模块。
5A输入 2.5mA输出
图电流互感器原理图
如图，电流互感器采用互感器采用星格SCT254AZ，将一次侧5A交流输入转化为输出送至采样板。
3.4.2交流电压/电流采样电路
交流电压/电流采样电流采样信号来自同步变压器经霍尔电压/电流传感器的电压电流源。
为了更清楚的阐述采样电路的工作原理，首先需对电路中的重要器件LM358作简要说明：
LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。
（1）交流电压采样电路整流器的输入是三相三线制，无中线，交流电压采集的是经过电流型电压互感器后的交流电流信号,以A相采样电路为例，如下图所示，输入电压经过放大电路电压跟随之后，叠加+的直流量，确保正弦电压的负半周上移到DSP能处理的单极性电压信号+电压范围之内：
图交流采样电路
Rd0为熔断电阻,防止电流过大；Rd1, Rd2为限流电阻，LM358作电压跟随。滑动变阻器Wd0另一侧输入+电压，将电压信号变为单极性信号；电容Cd2、Cd3起去耦作用;电阻Rd3为限流电阻，限定电路的工作电流.，使电路在一个合适的工作状态下运行。稳压管Dd0电压设为3V,使得ADCINB1口的输出电压基本稳定在3V及其以下。采样之后的信号送至TMS320F2812的A/D口进行处理。
(2) 交流电流采样电路交流电流采样电路与电压采样原理基本相同，但相比较而言，电流采样电路更为复杂，同样以A相电流采样为例，采样电路图如下图所示：
图3.12 A相交流电流采样电路
如上图所示，电流互感器二次侧加双向稳压管起钳位作用，使得IT1+、IT1-两端电压保持稳定，电流采样电路等效原理图如下所示：
图电流采样原理图
如上图所示，电流互感器将一次交流信号转化为交流信号，经过LM358后转化为电压信号，+提供一个直流偏量将电压信号转化为单极性信号，再经过调幅、滤波和电压跟随电路后送DSP处理，该信号可由下式计算：
5.1
)
(
)
(
)
(3
1
1
1+
+
*
-
=R
R
t
i
t
u（）则输出信号u0为：
5.1
10
12
10
)(
5.1
)(
)(
1
4
2
4
1
+
+
*
-
=
+
+
*
-
=
k
k
k
t
u
R
R
R
t
u
t
u
（）
Te0
直流电压电流量在系统中是控制的输出量，同时也是反馈量，其采样电路如图所示:
图直流电压采样电路
直流电压DCV经霍尔电压传感器输如直流电压采样电路，电容Ca1、 Ca2作去耦用，运放LM358作电压跟随，稳压二极管使得输出端电压稳定在3V及其以下，保证DSP的正常工作。
图直流电流采样电路
直流电流采样原理与前述电压采样原理基本相同，请参见上面直流电压采样原理。
电流采样电路的设计 文中研制了一套模拟并网发电系统，实现了频率跟踪、最大功率跟踪、相位跟踪、输入欠压保护、输出过流保护、反孤岛效应等功能；采用Atmega16高速单片机，实现了内部集成定时、计数器功能；利用定时器T／C2的快速PWM功能，实现SPWM信号的产生；采用T／C1的输入捕获功能，实现了频率相位监测和跟踪以及对失真度、输入电压、输出电流等物理量的检测与控制。 1 整体方案设计 设计采用Atmega16单片机为主体控制电路，工作过程为：与基准信号同频率、同相位正弦波经过SPWM调制后，输出正弦波脉宽调制信号，经驱动电胳放大，驱动H桥功率管工作，经过滤波器和工频变压器产生于基准信号通频率、同相位的正弦波电流。其中，过流、欠压保护由硬件实现，同步信号采集、频率的采集、控制信号的输出等功能，均由Atmega16完成。系统总体设计框图如图1所示。 2 硬件电路设计 分为DC／AC驱动电路、DC／AC电路和滤波电路3部分和平滑电容C1，电路原理如图2所示。 2．1 DC—AC驱动电路 是由R1、R2、R3、R4、R5、R6、Q3、Q4、P3和P4组成，其中P3和P4是控制信号输入
端，R3和R4为限流电阻。集电极的电流直接影响波形上升沿的陡峭度，集电极电流越大输出的波形越陡峭。因为R2和R1与集电极pn节的寄生电容形成了一个RC充放电的时间常数，集电极pn结的寄生电容无法改变，只有通过改变R1和R2的值来改变时间常数，所以R1和R2值越小，Q3和Q4的集电极电流就越大；RC的充电时间常数越小，波形的上升沿越陡峭，而增加集电极电流，会增加系统的功耗，权衡利弊选择一个合适的值。其次，射级pn 结的寄生电容也会影响Q3和Q4的关断时间和波形上升沿的陡峭度。所以在驱动电路中各加了一个放电回路，即拉地电阻R5和R6，R5和R6的引入，加快了Q3和Q4的关闭速度，这样就使集电极的波形更陡峭。同样在保证基极射极pn不损坏的条件下，基极的电流也是越大越好，但也会带来损耗问题，权衡利弊选择一个合适的值。关于两个电阻的取值，这里假设三极管的放大倍数为β，基极电流Ib，集电极电流Ic，流过R5的电流为I5，流过R3的电流为I3，R3的压降为V3，驱动信号为V，R5的压降为V5，有 实际中R3和R5应该比计算值小，这样是为了让三极管工作在饱和状态，提高系统稳定 性。 2．2 DC-AC电路 是由两只p沟道MOSFET。Q1、Q2和两只n沟道MOSFET Q5、Q6组成。在这里没有采用4只n沟道MOSFET，原因是驱动电路复杂，如果采用上面的驱动电路接近电源的两个导体管不能完全导通，发热量为接近地一侧导体管4倍以上，功耗增加，所以采用对管逆变即减小了功耗，而且驱动电路简单。通过控制4个导体管的开关速度再通过低通滤波器即可实 现DC／AC功能。 2．3 滤波电路 两个肖特基整流二极管1N5822为续流二极管，这里为防止产生负电压，C2、C3、C4、C5、L1、L2组成低通滤波器，其中C5、C6为瓷片电容，C2、C3用电解电容，充放电电流可以流进地，L1、L2为带铁芯的电感，带铁芯的电感对高频的抑制比空心电感更好，电感值 更高。关于参数的选取和截止频率的计算如下 3 采样电路 3．1 电流采样电路的设计 由于终端负载一定，所以电流采样实际等同于一个峰值检测的过程，此电路实际是一个峰值检测电路，P3为信号的2个输入端，调整R10，R11和R17、R18取值来实现峰值测功能，电路中的阻值并不准确，需要实际中根据信号的幅值来调整R10、R11和R17、R18阻值
测量型电流互感器使用方法: 典型应用电路如图所示: 用法一： 推荐用户按电路图一所示， 输入额定电流为5A ，次级（副边）会产生一个2.5mA 的电流。通过运算放大器，用户可以调节反馈电阻R 值在输出端得到所要求的电压输出。而电容C 及电阻r 是用来补偿相移的。如用户使用软件补偿或不需要补偿相移的场合，电容C 及电阻r 可以不接。图中运算放大器为OP07系列。运算放大器的电源电压通常取±15V 或±12V 。图中反馈电阻R 要求精度优于1%，温度系数优于50ppm 。 电路参数的确定： 1．反馈电阻R 的值，反馈电阻R= V0/Ii ，如果要求输出电压很精确，则R 可取略小于V0另串联一个可调电阻进行微调，以达到所要求的精度。 2．补偿电容C 及补偿电阻r 的值：C 的经验值一般为0.01----0.033μF, 如果C 选0.033,则 r=95×（22R/ФC-1）1/2 如果C 选0.022，则 r=143×(15R/ФC-1)1/2 其中，R 为反馈电阻的值，以K ?为单位：Фc 为每只互感器上标的未补偿前的相移值，以分为单位。计算出来的补偿电阻r 的值是以K ?为单位的。 用法二： 如电路图二所示，并电阻直接输出电压。 优点：采样电路简单，由于不使用运放，不需要外接直流电源，避免了运放的温飘等不稳定因素，大大提高了可靠性。 缺点：带载能力弱，由于负载大相位差变大,动态范围减小。 应用实例 用 GCT–201B 设计一个电路，其额定输入电流为5 A ，输出电压为5V 。（GCT–201B 上标的Фc 为15′），参数确定如下： 1. 反馈电阻R=VO/Ii=5V/ 2.5mA =2K ? 2. 补偿电容C 及补偿电阻r 的值： 如果C 选0.033μF,则 r=95×（22R/ФC-1）1/2 =95×（22 ×2/15-1）1/2 =132K ?。 如果C1选0.022μF ，则 r=143×(15R/ФC-1)1/2 =143×（15 ×2/15-1）1/2 =143K 测量型电压互感器使用方法: 典型应用电路如图所示 图一 图二 用法一： 推荐用户按电路图一所示 ：输入电压经限流电阻R ′，使流过GPT–202B 电压互感器初级（原边）的额定电流为2mA （或某个用户自定的理想值），副边会产生一个相同的电流。通过运算放大器，用户可以调节反馈电阻R 的值在输出端得到所要求的电压输出。电容C 及电阻r 是用来补偿相移的。如用户使用软件补偿或不需要补偿相移的场合，电容C 及电阻r 可以不接。图中运算放大器为OP07 系列，运算放
第六章放大电路中的反馈 6.1 反馈的基本概念及判断方法 6.1.1 反馈的基本概念 一、反馈（回授）的概念（图6.1.1） 将输出量的一部分或全部，通过一定电路形式作用到输入回路，用来影响其输入量的措施称为反馈。 二、正反馈与负反馈 1.净输入量：基本放大电路的输入信号； 2.正反馈：使放大电路净输入量增大的反馈；反馈结果使输出量的变化增大的反 馈。 3.负反馈：使放大电路净输入量减小的反馈；反馈结果使输出量的变化减小的反 馈。（图2.4.2） 三、直流反馈与交流反馈 1.直流反馈：（图 2.4.2）反馈量中只含有直流量；直流通路中存在的反馈；影响 静态工作点。 2.交流反馈：（图2.4.2中去掉旁路电容）反馈量中只含有交流量；交流通路中存 在的反馈；影响放大电路性能。 6.1.2 反馈的判断 一、反馈存在与否的判断（图6.1.2） 1.是否存在将输出回路与输入回路相连接的反馈通路； 2.反馈通路是否影响了放大电路的净输入。利用叠加定理可以理解输入端有无输 出量的作用结果。 二、反馈极性的判断（瞬时极性法）（图6.1.3）（图6.1.4） 1.规定电路输入信号在某一时刻对地的极性； 2.逐级判断电路中各相关点的电流流向和电位极性； （1）三极管：若基极正极性，则动态电流从c到e； （2）运放：同相端加正极性，输出端输出正极性； 3.判断输出信号的极性； 4.判断反馈信号的极性； 5.反馈信号使放大电路的净输入信号增大与否。 6.注：反馈量仅仅决定于输出量，而与输入量无关，分析反馈极性时，可将输出 量视为作用于反馈网络的独立源。 三、直流反馈与交流反馈的判断（图6.1.5）（图6.1.6） 根据交直流通路来判断
采样—保持电路 采样一保持（S/H）电路具有采集某一瞬间的模拟输入信号，并根据需要保持并输出所采集的电压数值的功能。S/H电路广泛应用于多路快速数据检测系统。 一、采样—保持电路基本工作原理及性能 1、S/H电路基本工作原理 S/H电路的原理电路、电路符号及波形如图所示。 S/H电路的原理电路、电路符号及波形 电路中，SW为模拟电子开关，其状态由逻辑控制信号vc控制。CH为保持电容，其两端电压即为S/H电路输出电压vo。 当控制信号vc为高电平“1”时，模拟电子开关SW闭合S/H电路进入采样状态，输入信号vs(t)迅速对CH充电，vo(t)精确地跟踪输入信号；当vc为低电平“0”时，SW断开CH立即停止充电S/H电路进入保持状态，vo(t)保持SW断开瞬间的输入信号电压值不变。理想采样一保持特性如图（c）所示，其数学表达式为
式中，to为逻辑控制信号vc从“1”变为“0”的时间。 实际的采样一保持电路，常需设置缓冲级把模拟开关SW，保持电容CH与信号源及负载隔离开，以提高采样一保持电路的性能。 2、S/H电路性能指标 S/H电路的主要性能指标有采样时间、断开时间；采样精度、保持精度等。 （1）采样时间和断开时间 S/H电路由保持状态变为采样状态，或由采样状态变为保持状态并不是瞬间完 成，需要一定的时间。 从发出采样指令开始到输出信号达到所规定的误差范围内的数值为止，所需的 时间称为采样时间（又称捕捉时间），一般为0.1～10μs数量级。 从发出保持指令开始到模拟开关断开，输出稳定下来为止，所需的时间称为断 开时间（又称孔径时间），一般为10～150 ns数量级。 采样时间长，电路的跟踪特性差；断开时间长，电路的保持特性不好。两者都 限制了S/H电路工作频率的提高，即限制了电路工作速度。 （2）采样精度和保持精度 实际的S/H电路，采样期间，输出信号难于准确稳定地跟踪输入信号，两信号 间存在一定的偏差，称为采样偏移误差。保持期间，输出信号也不可能绝对维 持不变，总是有所下降，即实际保持值与理想保持值之间存在一定的误差。 采样精度和保持精度分别说明采样期和保持期实际特性与理想特性接近的程 度。精度越高，误差越小，说明实际特性就越接近理想特性。 一般来说，对快速变化信号，应采用高速S/H电路，其采样精度和保持精度相 应会比较高，而对于慢速变化信号，当要求保持期较长时，采用高速S/H电路， 则其保持精度不一定高。 二、反相型S/H电路 1、简单反相型S/H电路 图所示为简单的反相型S/H电路。它由场效应管T构成的模拟电子开关、保持 电容CH及反相工作的运放A组成。
原理图设计 AD采集 转换显示
其他电路 程序设计 #include
void delay(uint xms) { uint i,j; for(i=xms;i>0;i--) for(j=110;j>0;j--); } /******************************************************** ====================24c02函数========================= *******************************************************/ void delay1(){;;} void start() //开始 { sda=1; delay1(); scl=1; delay1(); sda=0; delay1(); } void stop()//停止 { sda=0; delay1(); scl=1; delay1(); sda=1; delay1(); } void respons()//应答 { uchar i; scl=1; delay1(); while((sda==1)&(i<250))i++; scl=0; delay1(); } void init() //初始化 { sda=1; delay1();
2常用采样电路设计方案比较 配电网静态同步补偿器（DSTATCOM ）系统总体硬件结构框图如图2-1所示。由图2-1可知DSTATCOM 的系统硬件大致可以分成三部分，即主电路部分、控制电路部分、以及介于主电路和控制电路之间的检测与驱动电路。其中采样电路包括3路交流电压、6路交流电流、2路直流电压和2路直流电流、电网电压同步信号。3路交流电压采样电路即采样电网三相电压信号；6路交流电流采样电路分别为电网侧三相电流和补偿侧三相电流的电流采样信号；2路直流电压和2路直流电流的采样电路DSTATCOM 的桥式换流电路的直流侧电压信号和电流信号；电网电压同步信号采样电路即电网电压同步信号。 图2-1 DSTATCOM 系统总体硬件结构框图 2.2.11 常用电网电压同步采样电路及其特点 .1 常用电网电压采样电路1 从D-STATCOM 的工作原理可知，当逆变器的输出电压矢量与电网电压矢量幅值大小相等，方向相同时，连接电抗器内没有电流流动，而D-STATCOM 工作在感性或容性状态都可由调节以上两矢量的夹角来进行控制，因此，逆变器输出的电压矢量的幅值及方向的调节都是以电网电压的幅值和方向作为参考的，因此，系统电压与电网电压的同步问题就显得尤为重要。
图2-2 同步信号产生电路1 从图2-2所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC 滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该滤波环节的时间常数应远小于系统的输出频率，即该误差可忽略不计。其中R 5=1K Ω，5pF，则时间常数错误！未 因此符合设计要求;第二部分由电压比较器LM311构成， 实现过零比较;第三部分为上拉箝位电路，之后再经过两个非门，以增强驱动能力，满足TMS320LF2407的输入信号要求。 C 4=1找到引用源。< 放大电路中的反馈 自测题 一、在括号内填入“√”或“×”，表明下列说法是否正确。 （1）若放大电路的放大倍数为负，则引入的反馈一定是负反馈。（ ） （2）负反馈放大电路的放大倍数与组成它的基本放大电路的放大倍数量纲相同。（ ） （3）若放大电路引入负反馈，则负载电阻变化时，输出电压基本不变。 （ ） （4）阻容耦合放大电路的耦合电容、旁路电容越多，引入负反馈后，越容易产生低频振荡。（ ） 解：（1）× （2）√ （3）× （4）√ 二、已知交流负反馈有四种组态： A ．电压串联负反馈 B ．电压并联负反馈 C ．电流串联负反馈 D ．电流并联负反馈 选择合适的答案填入下列空格内，只填入A 、B 、C 或D 。 （1）欲得到电流－电压转换电路，应在放大电路中引入 ； （2）欲将电压信号转换成与之成比例的电流信号，应在放大电路中引入 ； （3）欲减小电路从信号源索取的电流，增大带负载能力，应在放大电路中引入 ； （4）欲从信号源获得更大的电流，并稳定输出电流，应在放大电路中引入 。 解：（1）B （2）C （3）A （4）D 三、判断图T6.3所示各电路中是否引入了反馈；若引入了反馈，则判断是正反馈还是负反馈；若引入了交流负反馈，则判断是哪种组态的负反馈， 并求出反馈系数和深度负反馈条件下的电压放大倍数f u A 或f s u A 。设图中所有 电容对交流信号均可视为短路。 图T6.3 解：图（a ）所示电路中引入了电流串联负反馈。反馈系数和深度负反 馈条件下的电压放大倍数f u A 分别为 L 31321f 32131 R R R R R R A R R R R R F u ?++≈++= 式中R L 为电流表的等效电阻。 图（b ）所示电路中引入了电压并联负反馈。反馈系数和深度负反馈条件下的电压放大倍数f u A 分别为 12f 2 1R R A R F u -≈-= 图（c ）所示电路中引入了电压串联负反馈。反馈系数和深度负反馈条 件下的电压放大倍数f u A 分别为 1 1f ≈=u A F 图（d ）所示电路中引入了正反馈。 四、电路如图T6.4所示。 （1）合理连线，接入信号源和反馈，使电路的输入电阻增大，输出电阻减小； 输出电流采样负反馈压控恒流源(VCCS)的分析 一、结果 电路中1个运放和4个电阻组成的就是模电教科书上的“单位减法器”（如果把图中的V REF 换成地，它的输出－输入关系就是：V OUT= ΔV IN= V IN+- V IN-），只不过有两个“正输入端”V IN+和V REF，所以 V OUT = V IN+ + V REF - V IN- = ΔV IN + V REF 于是，这种恒流源可以分为3部分：一个单位减法器，一个电流采样电阻R S和一个反馈跟随器。（这种恒流源其实是“电压-电流变换器”或者“压控恒流源”，当输入电压ΔV IN 为常量时，便成了恒流源。） 其中，“单位减法器”在这里的作用就是维持“输出电压为输入电压和参考电压之和”，即维持V OUT = ΔV IN + V REF，或者 V OUT - V REF = ΔV IN . 由电路结构可见，V OUT - V REF正是采样电阻R S上的电压，于是便可以维持“采样电阻R S上的电压为常量ΔV IN”，根据欧姆定律，控制了电压，当然也就控制了电流： I OUT = ΔV IN / R S 二、过程 上面的说法似乎有些“抽象”，因为它直接说了最终结果，而没有说实现结果的过程。维持这个结果的过程就是“深负反馈”。因为有个运放，“深反馈”是毫无疑问的，关键就是是否“负”。 我们假设I OUT↑，那么I OUT R S↑，当V OUT还来不及变化的时候，就会有V REF = V OUT - I OUT R S↓，既然V REF是“正输入端”之一，当然会导致V OUT↓，而V OUT↓显然会减小输出电流。 由I OUT↑出发得到I OUT↓的结果，因此电路对于I OUT是负反馈，趋向于使它保持稳定。 单片机课程设计报告 ————温度采集电路设计与仿真 一、设计目的 1、通过单片机课程设计，熟练掌握C语言与汇编语言的编程方法，将理论联系到实践中去，提高我们的动脑和动手的能力。 2、通过数字采集与控制系统的设计，掌握如何采集数据并在LCD上显示采集的数据合如何控制电机的使用方法，和简单程序的编写，最终提高我们的逻辑抽象能力。 二、设计任务和要求 任务：设计一个能够采集数据和控制电机的系统. 具体要求： （1）通过I/O口扩展5个按键 （2）单片机的P口外接8个拨码开关，作为8位数据输入 （3）通过I/O口外接DS18B20温度传感器，进行温度采集 （4）外接一步进电机，作为控制部分 （5）外接一LCM1602液晶屏，进行数据显示 （6）在PROTEUS软件中设计实现上述功能的电路，然后编写源程序实现如下功能： 按下按键“1”时在液晶屏上显示“DAN PIAN JI KE CHENG SHE JI”。 按下按键“2”时在液晶屏上显示自己的学号和姓名（拼音）。 按下按键“3”时进行温度采集并显示在液晶屏上。 按下按键“4”时通过拨码开关采集8位数据并显示在液晶屏上，数据大于200控制步进电机反转，小于50步进电机正转。 按下按键“5”时步进电机停止转动。 三、设计原理分析 1、显示“DAN PIAN JI KE CHENG SHE JI”与自己的学号和姓名（拼音）直接定义字符串然后送入1602LCD显示。 2、采集温度通过DS18B20温度传感器将采集的温度通过硬件电路转送入单片机内部，单片机内部将采集的温度转换成字符串然后送入1602LCD显示。 3、通过控制ULN2003来控制电机的正反转。（ULN2003是另一款电机脉冲分配芯片，由于其结构简单，价格低廉，而且无需外接功率放大电路，因此也常用来作为步进电机的驱动芯片）。 4、该电路系统采用“一线总线”数字传感器DS18B20实现温度的采集，采用液晶显示器进行数据显示。首先启动Proteus并从Proteus元件库中选择需要的元件绘制电路图并设置相应元件的参数值。 5、电路绘制完成以后，打开KeilμVision 2新建一个项目，命名为cewen．uv2。选择Project 菜单下的Select Device forTarget选择A T89C51。然后单击Project菜单下的Optionfor Target ‘Target1’项，选择Debug，使用Proteus VSM Em-ulator仿真。然后新建一个源文件cewen．c， 开关量采集电路设计 开关量采集电路适用于对开关量信号进行采集，如循环泵的状态信号、进出仓阀门的开关状态等开关量。污染源在线监控仪可采集16路开关信号，输入24V 直流电压；设定当输入范围为18~24VDC 时，认为是高电平，被监视的设备处于工作状态；当输入低于18VDC 时，认为是低电平，被监视的设备处于停止状态。 为了避免电气特性及恶劣工作环境带来的干扰，该电路采用光电耦合器TLP521对信号实现了一次电-光-电的转换，从而起到输入\输出隔离的作用。 同时，还安装有LED 工作指示灯，可以使用户对每一通路的工作情况一目了然。其中一路的开关量采集电路如图1所示： 图 1 开关量采集电路 光耦TLP521将红外发光二极管和发光三级管相互绝缘的组合在一起，发光二极管为输入回路，它将电能转换成光能；发光三极管为输出回路，它将光能再转换成电能，实现了两部分电路的电气隔离。 当输入范围为18 ~24VDC 时，认为是高电平，此时光耦导通，电阻R10、R14和发光二极管共同构成输入回路。 根据光耦导通时电流为4 ~10mA ，当输入最高电压24V 时， mA V R R mA V 42414101024<+<，即Ω<+<Ωk R R k 614104.2 当输入低于18V 时认为是低电平，此时光耦的工作电流肯定低于4m A ，此时光耦不导通,电阻 R10、 R14和R12共同构成输入回路，所以： mA R R R V 412 141018<++，即R10+R14+R12>4.5k Ω。在设计中，选择R10=R12=2k Ω,R12=1k Ω。 光耦导通的最小电流为4mA，根据光耦的电流传输比CTR(Current Transfer Ratio)为50%，指当管压降U CE足够大时，集电极电流I C与发光二极管输入电流I F的百分比，所以集电极电流I C=I F*50%=4mA* 50%=2mA，同时为了使光电三极管尽快进入饱和区，选取上拉电阻R8为4.7KΩ。 最后，为了保护光耦，防止大的输入电压突变，在限流电阻R12的两端并联肖特基二极管IN5819。 DSP 交流采样电路设计 1．实验目的 本次实验针对电气工程及其自动化专业及测控专业。通过综合实验，使学生对所学过的DSP在继电保护中的应用有一个系统的认识，并运用自己学过的知识，自己设计模拟继电保护过程实验系统。要求用DSP完成对电网的电压的采样，然后经过DSP的处理，可以对系统继电器的跳合进行控制，自己设计，自己编程，最后自行调试，自行实现自己的设计。在整个试验过程中，摆脱以往由教师设计，检查处理故障的传统做法，由学生完全自己动手，互相查找处理故障，培养学生动手能力。学生试验应做到以下几点： 1. 通过DSP程序的设计模拟继电保护跳闸实验，进一步了解DSP在继电保护中的应用。 2. 通过实验线路的设计，计算及实际操作，使理论与实际相结合，增加感性认识，使书本知识更加巩固。 3. 培养动手能力，增强对DSP运用的能力。 4..培养分析，查找故障的能力。 5. 增加对DSP外围电路的认识。 2．实验设备 DSP板、仿真器、面包板、采样板器件，电烙铁，其它工具。 3．实验原理 1、DSP最小系统电路图 （一）、电流采样电路的设计 本次电流采样电路选择的电流互感器总共由两级，前一级互感器变比为4A ：1A ，第二级互感器采用TA1015-1,其变比为5A:5mA ，也就是1000:1，两级总共的互感器比例为4000:1。 即电流互感器一次侧的电流大小为4A ，二次侧的电流大小为1A ，二级互感器的二次侧电流大小为1mA 。如图3-6，在互感器二次侧并一个1K 的电阻即可将一次侧的4A 的强电流信号变换为二次侧的弱电压信号，其计算公式为: )(0.14000/4/12mA A k i i === (3-1) )(0.1101100.13322V R i u =***==- (3-2) 其峰值为： )(414.10.1222V u u p =*== (3-3) 即电流互感器二次侧输出的电压范围为-1.414V 至+1.414V ，即一次回路里的220V 的工频交流便被线性转化为-1.414V 至+1.414V 。 信号电路共有三级，第一级为偏置放大环节，它能够将交流信号调理成DSP 能准确进行AD 转换的0V 至3.3V 的直流信号。第二级为有源滤波环节，该环节能够滤去信号调理电路里的高频干扰信号。第三极为跟随环节，其输入高阻抗，输出低阻抗，进一步增加了信号调理电路的抗干扰能力。 对于第一级信号调理电路，假设正相端输入电压为1i u ，反向端输入电压为2i u ，输出电压为1o u ，则其输入与输出有如下的关系: ()12211i i f i o u u R R u u --= （3-4） 常用采样电路设计方案比较 配电网静态同步补偿器（DSTATCOM）系统总体硬件结构框图如图2-1所示。由图2-1可知DSTATCOM的系统硬件大致可以分成三部分，即主电路部分、控制电路部分、以及介于主电路和控制电路之间的检测与驱动电路。其中采样电路包括3路交流电压、6路交流电流、2路直流电压和2路直流电流、电网电压同步信号。3路交流电压采样电路即采样电网三相电压信号；6路交流电流采样电路分别为电网侧三相电流和补偿侧三相电流的电流采样信号；2路直流电压和2路直流电流的采样电路DSTATCOM的桥式换流电路的直流侧电压信号和电流信号；电网电压同步信号采样电路即电网电压同步信号。 信号调 理TMS320 LF2407A DSP 键盘显示 电路电压电流信号驱动电路保护电路 控制电路检测与驱动 电路主电路 图2-1 DSTATCOM系统总体硬件结构框图 1.1常用电网电压同步采样电路及其特点 1.1.1 常用电网电压采样电路1 从D-STATCOM的工作原理可知，当逆变器的输出电压矢量与电网电压矢量幅值大小相等，方向相同时，连接电抗器内没有电流流动，而D-STATCOM 工作在感性或容性状态都可由调节以上两矢量的夹角来进行控制，因此，逆变器输出的电压矢量的幅值及方向的调节都是以电网电压的幅值和方向作为参考的，因此，系统电压与电网电压的同步问题就显得尤为重要。 图2-2 同步信号产生电路1 从图2-2所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该滤波环节的时间常数应远小于系统的输出频率，即该误差可忽略不计。其中R5=1K ，C4=15pF，则时间常数错误！未找到引用源。< FOC控制基于电阻的电流采样方案比较 最近有时间把TI ST还有Microchip三家关于PMSM控制中使用电阻采样相的电路看了一下，发现各家都有自己的特点，就做个总结吧。 1.TI C2000系列双电阻采样法 原理说明 在U相和V相的下桥分别串联一个功率电阻，通过一个运放电路连接至A/D。采样时机放在PWM的下溢中断进行，U V两相电阻上的电流即为电机U V相的线电流。 关键点 (1)采样时机： 必须在下桥臂全部导通的时候进行采样。 在软件设计的时候,采用下溢中断(处于第7段和第1段零矢量区域中),将电流采样的任务安排在一个PWM周期的开始处,在比较匹配到来之前的期间,U、V两相的上桥臂都是关断的,也就是说下桥臂是导通的,这样就可以在每个PWM周期顺利采样一次两个相电流值。 (2)采样方式 因为电机绕组线圈呈感性，线圈上的相电流不能突变，因此从矢量U0 转换到零矢量后，其对应的工作状态转换如图所示，其中二极管能起到续流作用，此时，下桥臂采样电阻上流过的是相电流，因此在每个PWM周期前期通过下桥臂的采样电阻检测相电流是可行的。 开关状态为000时电流的流通路径 (3)采样电流电路 从上图可以看出，流经各相采样电阻的电流是正负的，故采样电阻上端的电压是一个带正负信号的正弦波形(下端为地)，后级运放电路作用是将整体电压抬高，并且进行比例增益。 2.STM32的方案：三电阻采样法 (1)电流处理： 采样电阻上端采集到的电压是一个带正负的正弦波形，所以其后端一定要接一个运放电路，一方面是滤波，更重要的则是把采集到的信号缩放到AD能采集的电压范围。这个电路可以采用同相比例放大+偏移。 (2)AD触发： 在STM32的高级定时器中，除了产生三相PWM波的CH1,CH2,CH3之外还有一个CH4，这个通道只能产生一路PWM波，它可以用来触发AD，可以比较容易的和前面几个PWM波同步，而且配置好周期能非常灵活的取采样点。(3)相采样选择： 每次需要采集两个电流，采集哪两个电流由SVPWM当前扇区决定。每次只有在下桥臂打开的时候才能进行采样。 (4)干扰Tnoise和Trise： Tnoise是每次开关管打开或者关闭时，对当前采集的相电压的影响时间。Trise 是每次开关管打开的时候该相电流会有一个跳变，需要一段时间来稳定。在这两个时间里面不能采集电流。 (5)SVPWM： SVPWM是FOC算法的最后一步，根据前面运算得到的数据，修改PWM波形输出，从而修正电机的运行，同时确定下次相电流采样的扇区。 [R1]此处与TI方案不同，ST方案根据扇区号来确定当前需要采样的电流相，而TI根据二极管续流可以持续获得稳定的U/V相电流反馈，TI的方法更好 温度采集电路设计(滤波、峰值保持、多路开关、AD转换) 温度采集电路是本次设计的主要内容，是整个单片机温度控制系统设计中不可缺少的部分。本系统根据工艺要求对加热炉出口的工件进行实时的温度检测。当加热炉出口没有工件被推出时，温度采集部分不进行温度采集；当有工件被推出时，通过气缸的驱动信号和气缸的位置开关信号获得工件的推出时刻和温度采集的时间段，温度采集部分在工件从加热炉被推出的时刻开始采集工件的温度，根据本次设计的要求，要在温度采集时间段内对工件进行20个点的温度采集，并要采集到工件温度的峰值。 3.2.1温度传感器部分 1.温度传感器的选取 由于温度传感器要测取的是加热炉出口的被推出的高温的金属工件，加热工件的温度高达上千度，且是要测量处于运动状态的工件，且工业现场的灰尘、震动等的干扰严重。所以可以考虑热电偶温度传感器或者红外温度传感器。但考虑到工艺要求和在加热炉出口处热电偶温度传感器安装的难度比较大，所以优先考虑红外温度传感器。 根据技术指标，温度测量范围600℃～1200℃，温度测量误差±4℃，考虑到后面还有A/D转换器部分和软件部分会增大测量误差，所以温度传感器的分辨率和精度最好控制在±1℃以内。 综合上述因素，温度传感器部分选取海贝尔公司HBIR系列的在线式红外测温探头HBIR—5816。HBIR系列工业级在线式红外测温探头安装简便，易于维护，适用于电力、冶金等相关领域的测温。 2.HBIR—5816介绍 测温范围：600℃～1500℃ 分辨率：0.1℃ 精度：±1.0℃ 响应时间：100ms 供电要求：+5VDC,+12VDC,+24VDC 模拟输出：4～20mA 表3.1传感器引线定义表 引言 当前，电力电子装置和非线性设备的广泛应用，使得电网中的电压、电流波形发生畸变，电能质量受到严重影响和威胁;同时，各种高性能家用电器、办公设备、精密试验仪器、精密生产过程的自动控制设备等对供电质量敏感的用电设备不断普及对电力系统供电质量 的要求越来越高，电能质量问题成为近年来各个方面关注的焦点，电能质量监测是当前国际上的一个研究热点［1］，有必要对三相电信号进行高精度采集，便于进一步分析控制，提高电能质量。对电力参数的采样方法主要有两种，即直流采样法和交流采样法。直流采样法采样的是整流变换后的直流量，软件设计简单，计算方便，但测量精度受整流电路的影响，调整困难。交流采样法则是按一定规律对被测信号的瞬时值进行采样，再按一定算法进行数值处理，从而获得被测量，因而较之直流采样法更易获得高精度、高稳定性的测量结果［2］。 三相电信号采集电路设计 三相电信号采集电路框架 三相电信号采集电路的框架如图1所示。三相电压电流信号经过电压电流互感器转换为较低的电压信号。其中A相的电压信号经过波形调整成为频率与A相电压信号相同的方波信号，用于测量频率。同时将转换后方波频率信号进行频率的整数倍放大作为A/D转换的控 制信号。经过六路互感器降压后，将信号送入AD7656进行A/D转换，转换完的数字信号就可以供于DSP/MCU进行数据分析。 电压电流互感器的选用 电压/电流互感器均采用湖北天瑞电子有限公司TR系列检测用 电压输出型变换器。电压互感器采用检测用电压输出型电压变换器TR1102-1C，如图2为其结构图，规格为300V/7.07V，非线性度比差<+/-0.1%，角差<=+/-5分。电流互感器采用检测用电压输出型电流变换器TR0102-2C，规格为5A/7.07V，非线性度比差<+/-0.1%，角差<=+/-5分。 电源电路 AD7656共有两种模拟信号输入模式，一是模拟输入信号为二倍的参考电压（2.5V）即+/-5V之间，另一种是四倍的参考电压即+/-10V 之间。为提高采样的精度，本电路采用输入信号为+/-10V之间，因此需要+/-10V~+/-16.5V之间电源供电。AD7656同时需要5V的AVCC 电压电流采样 前言：在学习这个主题的时候，上网查了大量的资料，但大多都是基于电网里的交流大电压和大电流的采样，我个人觉得关于交流的采样以下链接有非常详尽的介绍，而我自己也只是对其进行了较为细致的阅读因为我们队里用的直流电压最大为24V，所以接下来我就直流电压及电流的采样说一下自己的见解。 一、基本电路设计及原理学习 1、电压采集回路的设计 工作原理如下所述：从分压电阻取来的电压信号经滤波后，被单片机周期采样。将采样信号转化为0～5V的模拟电压量送给单片机的A/D采样通道，使单片机能采集到当时的电压，以便进行稳压、稳流或限压、限流调节，为控制算法的分析、处理，实现控制、保护、显示等功能提供依据。 （公式推导参见电气专业的模电书，不作详细介绍） 根据上述原理，设计电压采样电路如图下图所示 由于521－4的四个光耦制的电流放电倍数是相同的。即 即把输入电压从较大的直流电压衰减到0～5V。 2、电流采集回路的设计 电流采集的原理图如上图所示。其工作原理与电压采集的原理基本相同，区别主要在电流的输入信号为分流器输出的信号，信号范围为0－75mV，显然信号太弱，对于分辨率不高的A/D精度显然不够。通过LM324将其放大。根据放大器的工作原理，放大的倍数为β＝R63B/R61B=400K/10K=40。从而使得VI点的电压范围为0－3V，而VI点相对于AGNDW的电压与AC1点相对于AGND的电压的关系跟中，Vi点电压与AC0点电压的关系类似。在此处我们通过调节RW6，将0－75mV 的电压信号（分流器上的电压）放大到0－5V，供单片机采样。 二、自己设计（DIY） 经过一段时间的学习，我根据上述基本原理和所学知识设计了一款新的采样电路 第六章放大电路中的反馈 习题 6.1选择合适的答案填入空内。 (1 对于放大电路 , 所谓开环是指。 A . 无信号源 B . 无反馈通路 C . 无电源 D . 无负载 而所谓闭环是指。 A . 考虑信号源内阻 B . 存在反馈通路 C . 接入电源 D . 接入负载 (2在输入量不变的情况下 ,若引入反馈后 ,则说明引入的反馈是负反馈。 A . 输入电阻增大 B . 输出量增大 C . 净输入量增大 D . 净输入量减小 (3 直流负反馈是指。 A . 直接耦合放大电路中所引入的负反馈 B . 只有放大直流信号时才有的负反馈 C . 在直流通路中的负反馈 (4 交流负反馈是指。 A . 阻容耦合放大电路中所引入的负反馈 B . 只有放大交流信号时才有的负反馈 C . 在交流通路中的负反馈 (5 为了实现下列目的 , 应引入 A . 直流负反馈 B . 交流负反馈 ①为了稳定静态工作点 , 应引入 ; ②为了稳定放大倍数 , 应引入 ; ③为了改变输入电阻和输出电阻 , 应引入 ; ④为了抑制温漂 , 应引入 ; ⑤为了展宽频带 , 应引入。 解 :(1 B B (2 D (3 C (4 C (5 A B B A B 6.2 选择合适答案填入空内。 A . 电压 B . 电流 C . 串联 D . 并联 (1 为了稳定放大电路的输出电压 , 应引入负反馈 ; (2 为了稳定放大电路的输出电流 , 应引入负反馈 ; (3 为了增大放大电路的输入电阻 , 应引入负反馈 ; (4 为了减小放大电路的输入电阻 , 应引入负反馈 ; (5 为了增大放大电路的输出电阻 , 应引入负反馈 ; (6 为了减小放大电路的输出电阻 , 应引入负反馈。 采样电路：（600V 3A左右） 一.设计任务：采样电路的目的是把输出的600V 3A左右的直流电转换成合适的电压电流给控制电路的，如此和控制电路及驱动电路形成反馈通路。该反馈通路和主电路形成闭环系统，有利于系统的稳定。 设计要求： 1、电压方面：输入电压600V输出电压要小于5V。 2、电流方面：输入电流为3A左右输出电流最好为毫安级别。 3、电压过高或者电流过高时要有保护措施。 4、采样电路中的功率损耗要小。 二、设计方案分析 1、采样电路设计的方案为： 输出（600V 3A） 图1 DC-DC变换器采样电路 采样电路主要将主电路的输出传给控制电路实现电路的稳定。 2、采样电路的主要器件的选择：考虑到既需要电压过高或者电流过高时要有保护措又需要采样电路中的功率损耗要小。采用LEM电流传感器LTSR6-NPLEM，电压传感器LV25-P/SP2以及LM358，LM339芯片等。 因而设计的采样电路图为： 采样电路的电路图 LEM模块主要性能指标与特点 1．主要性能指标 (1)测量精度：优于1%×(为原级额定电流)。 (2)响应时间小于l s。 (3)跟踪速度di／dt：不低于50A／us．若原边与付边耦台最佳时．可达100A／us。 (4)频率响应：在O～100kHz范围内误差小于1%,在0～5kHz范围内误差小于0.5% 。 (5)测量范围：LEM模块为系列产品，电流测量可达50kA．电压测量可达6400V 2．特点 (1)LEM 模块可以．测量任意波形的电流和电压．如交流、直流、脉动电流波形等，甚至对瞬态峰值也能测量。 (2)线性度好：优于0.1％ (3)原边电路与付边电路之间完全电绝缘，绝缘电压一般为2kV至 题目：温度采集电路设计 电子技术课程设计任务书 学院专业班级学生： 题目：温度采集电路的设计 课程设计从 2015年 9月 7 日起到 2015 年 12 月 20日 1、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 1.根据设计要求，完成对单路温度进行测量，并用数码管显示当前温度值系统硬件设计，并用电子CAD软件绘制出原理图，编辑、绘制出PCB印制版。要求： （1）原理图中元件电气图形符号符合国家标准； （2）整体布局合理，注标规范、明确、美观，不产生歧义。 （3）列出完整的元件清单(标号、型号及大小、封装形式、数量) （4）图纸幅面为A4。 （5）布局、布线规范合理，满足电磁兼容性要求。（在元件面的丝印层上，给出标号、型号或大小。所有注释信息（包括标号、型号及说明性文字）要规范、明确，不产生歧义。 2.编写并调试驱动程序。功能要求： （1）温度范围0-100℃。 （2）温度分辨率±1℃。 （3）选择合适的温度传感器。 3.撰写设计报告。 2、对课程设计成果的要求〔包括图表、实物等硬件要求〕： 课程设计说明书（报告）中图表、公式要求如下： （a）图：图的名称采用中文，中文字体为五号宋体，图名在图片下面。引用图应在图题右上角标出文献来源。图号以章为单位顺序编号。格式为：图1-1，空一字符后，接图名。 （b）表格：表的名称及表内文字采用中文，中文字体为五号宋体，表名在表格上面。表号以章为单位顺序编号，表内必须按规定的符号标注单位。格式为：表1-1，空一字符后，接表格名称。 （c）公式：公式书写应在文中另起一行，居中排列。公式序号按章顺序编号。字体为五号宋体，序号靠页面右侧。格式为：（1-1）……。 3、课程设计工作进度计划： 指导教师：日期： 教研室主任：日期：放大电路中的反馈要点
输出电流采样负反馈压控恒流源(VCCS)的分析
单片机课程设计——温度采集电路
开关量采集电路设计
DSP交流采样电路设计..
各种电压电流采样电路的设计
FOC控制基于电阻的电流采样方案比较
温度采集电路设计
三相电信号采集电路设计方案
电压电流采样
(完整版)放大电路中的反馈习题_百度文库解读
采样电路报告
温度采集电路设计
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