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单片机的数字电压完整设计报告(含电路原理图和程序).doc
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单片机的数字电压完整设计报告(含电路原理图和程序).doc
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1
基于单片机的数字电压表
摘要:本文介绍一种基于 89S52 单片机的一种电压测量电路,该电路采用
ICL7135 高精度、双积分 A/D 转换电路,测量范围直流 0-±2000 伏,使用 LCD
液晶模块显示,可以与 PC 机进行串行通信。正文着重给出了软硬件系统的各部
分电路,介绍了双积分电路的原理,89S52 的特点,ICL7135 的功能和应用,
LCD1601 的功能和应用。该电路设计新颖、功能强大、可扩展性强。
关键词:电压测量,ICL7135,双积分 A/D 转换器,1601 液晶模块
Abstract : The introduction of a cost-based 89S52 MCU a voltage
measurement circuits, the circuits used ICL7135 high-precision,
dual-scoring A/D conversion circuits, measuring scope DC 0-2000 volts,
the use of LCD that can be carried out with a PC serial communications.
The paper focuses on providing a software and hardware system components
circuit, introduced double integral circuit theory, 89S52 features
ICL7135 functions and applications, LCD1601 functions and applications.
the circuit design innovative, powerful, can be expansionary strong.
Key Words : Digital Voltmeter ICL7135 LCD1601 89S52
1 前言
数字电压表(Digital Voltmeter)简称 DVM,它是采用数字化测量技术,把
连续的模拟量(直流输入电压)转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪
表。传统的指针式电压表功能单一、精度低,不能满足数字化时代的需求,采用
单片机的数字电压表,由精度高、抗干扰能力强,可扩展性强、集成方便,还可
与 PC 进行实时通信。目前,由各种单片 A/D 转换器构成的数字电压表,已被广
泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域,示
出强大的生命力。与此同时,由 DVM 扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表,
也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。本章重点介绍单片 A/D 转换器以及
由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原理。
2
输入电路
A/D 转换
89S52 单片机
LCD 显示
通讯模块
2 系统原理及基本框图
如图 2.1 所示,模拟电压经过档
位切换到不同的分压电路衰减后,经隔
离干扰送到 A/D 转换器进行 A/D 转换,然
后送到单片机中进行数据处理。处理后的
数据送到 LCD 中显示,同时通过串行通
讯与上位机通信。
图 2.1 系统基本方框图
3 硬件设计
3.1 输入电路
图 3.1.1 量程切换开关
图 3.1.2 衰减输入电路
输入电路的作用是把不同量程的被测的电压规范到 A/D 转换器所要求的电
压值。智能化数字电压表所采用的单片双积分型 ADC 芯片 ICL7135,它要求输入
电压 0-±2V。本仪表设计是 0-1000V 电压,灵敏度高所以可以不加前置放大器,
只需衰减器,如图 3.1.2 所示 9M、900K、90K、和 10K 电阻构成 1/10、1/100、1/1000
的衰减器。衰减输入电路可由开关来选择不同的衰减率,从而切换档位。为了能
让 CPU 自动识别档位,还要有图 3.1.1 的硬件连接。
3.2 A/D 转换电路
3
A/D 转换器的转换精度对测量电路极其重要,它的参数关系到测量电路性能。
本设计采用双积 A/D 转换器,它的性能比较稳定,转换精度高,具有很高的抗干
扰能力,电路结构简单,其缺点是工作速度较低。在对转换精度要求较高,而对
转换速度要求不高的场合如电压测量有广泛的应用。
3.2.1 双积 A/D 转换器的工作原理
图 3.2.1.1 双积 A/D 转换器
如图所示:对输入模拟电压和基准
电压进行两次积分,先对输入模拟电
压进行积分,将其变换成与输入模拟
电压成正比的时间间隔 T1,再利用计数器
测出此时间间隔,则计数器所计的数字
量就正比于输入的模拟电压;接着对基
准电压进行同样的处理。在常用的 A/D
转换芯片(如 ADC -0809、ICL7135、
ICL7109 等)中,ICL7135 与其余几种
有所不同,它是一种四位半的双积分
A/D 转换器,具有精度高(精度相当
于 14 位二进制数)、价格低廉、抗干扰能力强等优点。本文介绍用单片机并行
方式采集 ICL7135 的数据以实现单片机电压表和小型智能仪表的设计方案。
图 3.2.1.2 双积 A/D 转换器的波形图
4
3.2.1 7135 的应用
7135 是采用 CMOS 工艺制作的单片
4 位半 A/D 转换器,其所转换的数字值以
多工扫描的方式输出,只要附加译码器,
数码显示器,驱动器及电阻电容等元件,就
可组成一个满量程为 2V 的数字电压表。
㈠7135 主要特点如下:
①双积型 A/D 转换器,转换速度慢。
②在每次 A/D 转换前,内部电
路都自动进行调零操作,可保证零点在
常温下的长期稳定。在 20000 字(2V
满量程)范围内,保证转换精度 1 字相当于 14bitA/D 转换器。
③具有自动极性转换功能。能在但极性参考电压下对双极性模拟输入电压
进行 A/D 转换,模拟电压的范围为 0~±1.9999V。。
④模拟出入可以是差动信号,输入电阻极高,输入电流典型值 1PA。
⑤所有输出端和 TTL 电路相容。
⑥有过量程(OR)和欠量程(UR)标志信号输出,可用作自动量程转换的
控制信号。
⑦输出为动态扫描 BCD 码。
⑧对外提供六个输入,输出控制信号(R/H,BUSH,ST,POL,OR,UR),因此除用
于数字电压表外,还能与异步接收 /发送器,微处理器或其它控制电路连接使用。
⑨采用 28 外引线双列直插式封装,外引线功能端排列如图所示。
㈡7135 数字部分
数字部分主要由计数器、锁存器、多路开关及控制逻辑电路等组成。7135
一次 A/D 转换周期分为四个阶段:1 、自动调零(AZ );2 、被测电压积分
(INT);3、基准电压反积分(DE);4、积分回零(ZI)。具体内部转换过程
这里不做祥细介绍,主要介绍引脚的使用。
①R/H(25 脚)当 R/H=“1”(该端悬空时为“1”)时,7135 处于连续转
换状态,每 40002 个时钟周期完成一次 A/D 转换。若 R/H 由“1”变“0”,则 7135
3.2.1.1 ICL7135 引脚图
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