基于MCU的高精度功率计的研究与设计

摘要

众所周知，功率的测试在科研生产中显得非常重要的。在电子电路中，常常需要对电压、电流以及电阻进行测量。但功率正是这几个物理参量的综合体现，直观地反映了电子电路的工作状态。
　　本文研究并设计一款测试任意信号功率的仪器。通过对信号进行相关处理，如降压、偏置、滤波等，再送入到高速AD9280模数转换芯片进行数据的采集，然后把采集的数据经过PIC18F4520的算法处理，计算信号周期T和拟合函数U(t)，最后调用积分函数计算平均功率值。AD9280模数转换器是其核心器件之一，但它要求的输入信号是0~2V，而测试的信号电压值很可能会超出这个范围，需要对电平进行转化，因此研究了信号调理模块电路。此外，把采集的数据进行函数拟合也是一个难点。在对数据进行函数拟合的过程中采用最小二乘法多项式拟合的算法，但此算法拟合不同阶数的多项式存在误差。因此同一组数据需要通过多次拟合来判断函数拟合的效果，这里采用最小平方误差和δ2来衡量。把δ2最小的拟合多项式确定为最优拟合的函数U(t)。
　　在设计功率计中，采用Multisim10对硬件电路的仿真，并在PIC的MPLAB软件开发环境中对程序不断的调试。由于在功率算法上使用了最小二乘法多项式拟合，通过计算δ2定量的证明拟合效果。此外，在Matlab上用最小二乘法作出常见信号拟合函数的图象，直观的看出函数拟合的效果。通过电路的设计和实验的验证，最终设计了一款测试信号频率在200KHz以下，量程在0~25W，误差在5％以内的功率计。

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1 绪论

1. 1 研究背景与意义

1. 2 国内外研究现状

1. 3论文主要研究内容与结构安排

2功率计硬件系统设计

2. 1 单片机概述

2. 2 功率计硬件设计与仿真

2. 3 硬件抗干扰设计

2. 4 小结

3 信号采集单元的设计

3. 1 信号采集理论基础

3. 2 AD9280采集电路的设计

3. 3 小结

4 软件系统设计与调试

4.1 PIC软件开发环境

4. 2 功率计软件设计

4. 3 软件抗干扰设计

4. 4 系统软件调试

4. 5小结

5 功率测试误差分析及评价

5. 1 功率基本概念

5. 2 功率计算方法

5. 3 测试结果与理论结果的对比分析

5. 4 函数拟合误差分析

5. 5 功率计综合评价

5. 6 小结

6 总结与展望

致谢

参考文献