LM3S811之測(cè)量交流有效值

　　在航空電氣、自整角機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器中都是需要同時(shí)測(cè)量幾路信號(hào)，這樣先得考慮該芯片是否具有同步測(cè)量的可能性，假設(shè)其中一路信號(hào)為，可用V=Acos(wt)來(lái)表示，其中A為幅度，w就是2*pi*400Hz了。ADC量程為-1.5V~1.5V或0V~3V，10bit的分辨率，最低電壓分辨率為3/1024=2.93mv，500bps的采樣率對(duì)應(yīng)2us，呵呵，4路通道之間的間隔就是6us，如果在6us內(nèi)變化小于2.93/2=1.46mv即采集的數(shù)據(jù)的誤差僅ADC的分辨率決定，對(duì)于該芯片則為同步采集。對(duì)于400Hz的信號(hào)，每個(gè)周期其幅度變化1.46mv/6us/400Hz=0.6v，而該信號(hào)的幅度才1.2v，一個(gè)周期內(nèi)幅度就變化至少一半，那是不可能的事情，所以理論上可以滿(mǎn)足同步采集的要求。

　　測(cè)量正弦波交流電有效值有好幾種方法，一種是通過(guò)二極管、電容構(gòu)成的檢波電路，將交流轉(zhuǎn)換成直流，但該方法對(duì)400Hz這樣的低頻信號(hào)誤差較大，放棄。一種是通過(guò)AD736這樣的專(zhuān)用芯片測(cè)量，精度我沒(méi)查數(shù)據(jù)手冊(cè)，價(jià)格不便宜，放棄。一種是直接ADC采樣，可以多次采集求面積，也可以只測(cè)量最大值，這種方法測(cè)400Hz的低頻交流電最好了。

　　開(kāi)始想直接測(cè)量，LM3S811有一個(gè)模擬比較器，可以很容易地知道每周期的開(kāi)始，對(duì)于400Hz的正弦波信號(hào)，可以精確在其1/4周期處采集最大值，將±12V的交流信號(hào)利用電阻分壓成±1.2v，對(duì)于±1.5的量程，還留有25%的余量。但對(duì)于正弦波這樣對(duì)稱(chēng)的波形，就浪費(fèi)了一半的信息，能夠測(cè)量的電壓分辨率只有3V/1024=2.93mv，對(duì)應(yīng)到交流信號(hào)為2.93mv*10=29.3mv。

　　接著想到采用多次采樣求面積的方法，對(duì)于絕大部分信號(hào)可以通過(guò)多次采樣提高精度，也可在軟件算法上加上抗干擾措施，但對(duì)于幅度小于29.3mv的信號(hào)就無(wú)能為力了。

　　既然交流信號(hào)是對(duì)稱(chēng)的，如果只采集上半波，將上半波擴(kuò)充到整個(gè)ADC量程內(nèi)，精度則可提高一倍。但二極管單向?qū)ú荒芤?為界限精確半波整流，需要0.7v以上才能導(dǎo)通，而且相對(duì)于原始信號(hào)存在0.7v的誤差，呵呵，這可比上述的29.3mv嚴(yán)重多了。想了幾天，既然不能夠精確地以0v為界來(lái)劃分，那可以以-0.7v乃至-1v劃分，后面在軟件中修正，至少ADC采集的信號(hào)要精確。

　　如圖1，T3是電阻分壓后的信號(hào)，T4是調(diào)理后的信號(hào)，雖然翻遍了LM3S811的datasheet沒(méi)看到其ADC的輸入電壓極限值，目前也沒(méi)有測(cè)試如果在設(shè)置0v~3v的情況下輸入負(fù)電壓會(huì)怎么樣，但我想其可以測(cè)量0v~3v和-1.5v~1.5v，輸入-1v~3v的電壓應(yīng)該沒(méi)有問(wèn)題，負(fù)電壓要是直接當(dāng)0v處理，那倒免得我在軟件上修正了。該方法如果可行，測(cè)量信號(hào)的精度應(yīng)該為14.6mv，對(duì)應(yīng)的交流電壓就是10mv了，呵呵。

　　　　　　　　圖1 原理圖

　　　　　　　　圖2 瞬態(tài)分析圖

　　綜上所述，如果交流信號(hào)頻率變化，那可以多次采樣求面積。如果交流信號(hào)是頻率固定的，而且頻率不高，這種情況也是最常見(jiàn)的，利用模擬比較器可精確地算出周期，其ADC采集信號(hào)時(shí)也只需在1/4周期處測(cè)量最大值即可，這樣計(jì)算也少，精度也能滿(mǎn)足，同時(shí)認(rèn)為是同步采集的，對(duì)于有效值為15/1.414=10.6v以下的信號(hào)，精度可以達(dá)到10mv，達(dá)到了10位ADC的極限，物盡其用了。