基于单片机的数字电压表

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1、题 目：基于单片机的数字电压表系 ：信息工程系专 业：电气自动化技术专业班 级：学 生：学 号：指导 职称：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 intro

2、duction 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 munications. The paper focuses on providing a software and hardwa

3、re system ponents circuit, introduced double integral circuit theory; 89S52 features ICL7135 functions and applications, LCD1601 functions and applications. The circuit design novel, powerful, can be expansionary strong.Key words：Voltage measurement ICL7135 89S52 LCD1601目 录引言4第一章 课题概况5第二章 系统硬件部分方案设计

4、62.1 输入电路62.2 A/D 转换电路6双积A/D 转换器的工作原理72.2.2 7135的应用82.3单片机部分112.4液晶显示部分122.4.1 1601使用说明122.4.2 液晶显示部分与89S52的接口152.5 通讯模块16第三章 系统软件部分方案设计173.1主程序设计173.2 A/D中断程序设计193.3通讯模块程序设计20第四章 总结与展望22参考文献22附录A23附录B23致谢31引 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、

5、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,已被广泛用于电子与电工测量、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与专用数字仪器仪表,也把电量与非电量测量技术提高到崭新水平.本章重点介绍单片A/D 转换器以与由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原理.第一章 课题概况如图1.1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

6、数据送到LCD中显示,同时通过串行通讯与上位机通信.输入电路A/D转换89S52单片机LCD显示通讯模块图1.1系统基本方框图第二章 系统硬件部分方案设计2.1 输入电路图2.1量程切换开关图2.2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2.1.2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.

7、为了能让CPU自动识别档位,还要有图2.1.1的硬件连接.2.2 A/D 转换电路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.2.21双积分A/D转换器的工作原理图2.3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

8、；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图2.4双积A/D 转换器的波形图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.本文介案.2.22 7135的应用图2.5 ICL7135引脚图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,驱动器与电阻电容等元件,就可组成一个满量程为2V的

9、数字电压表.一7135主要特点如下：双积分型A/D转换器,转换速度慢.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.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01.9999V.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.所有输出端和TTL电路相容.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.输出为动态扫描BCD码.对外提供六个输入,输出控制信号,因此除用于数字电压表外,还能与异步接收 /发送器,

10、微处理器或其它控制电路连接使用.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.二7135数字部分数字部分主要由计数器、锁存器、多路开关与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.R/H25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在完成本次A/D转换后进入保持状态,此时输出为最后一次转换结果,不受输入电压变化的影响.因此利用R/H端的功能可以使数

11、据有保持功能.若把R/H端用作启动功能时,只要在该端输入一个正脉冲宽度300ns,转换器就从AZ阶段开始进行A/D转换.注意：第一次转换周期中的AZ阶段时间为9001-10001个时钟脉冲,这是由于启动脉冲和内部计数器状态不同步造成的./ST26脚每次A/D转换周期结束后,ST端都输出5个负脉冲,其输出时间对应在每个周期开始时的5个位选信号正脉冲的中间,ST负脉冲宽度等于1/2时钟周期.图3.2.1.2 ICL7135的波形图第一个ST负脉冲在上次转换周期结束后101个时钟周期产生.因为每个选信号D5-D1的正脉冲宽度为200个时钟周期只有AZ和DE阶段开始时的第一个D5的脉冲宽度为201个C

12、LK周期,所以ST负脉冲之间相隔也是200个时钟周期.需要注意的是,若上一周期为保持状态R/H=0则ST无脉冲信号输出.ST信号主要用来控制将转换结果向外部锁存器、UARTs或微处理器进行传送.BUSY21脚在双积分阶段INT+DE,BUSY为高电平,其余时为低电平.因此利用BUSY功能,可以实现A/D转换结果的远距离双线传送,其还原方法是将BUSY和CLK与后来计数器,再减去10001就可得到原来的转换结果.OR27脚当输入电压超出量程范围20000,OR将会变高.该信号在BUSY信号结束时变高.在DE阶段开始时变低.UR28脚当输入电压等于或低于满量程的9%读数为1800,则一当BUST信

13、号结束,UR将会变高.该信号在INT阶段开始时变低.POL23脚该信号用来指示输入电压的极性.当输入电压为正,则POL等于1,反之则等于0.该信号DE阶段开始时变化,并维持一个A/D转换调期.位驱动信号D5、D4、D3、D2、D112、17、18、19、20脚每一位驱动信号分别输出一个正脉冲信号,脉冲宽度为200个时钟周期,其中D5对应万位选通,以下依次为千、百、十、个位.在正常输入情况下,D5-D1输出连续脉冲.当输入电压过量程时,D5-D1在AZ阶段开始时只分别输出一个脉冲,然后都处于低电平,直至DE阶段开始时才输出连续脉冲.利用这个特性,可使得显示器件在过程时产生一亮一暗的直观现象.B8

14、、B4、B2、B116、15、14、13脚该四端为转换结果BCD码输出,采用动态扫描输出方式,即当位选信号D5=1时,该四端的信号为万位数的内容,D4=1时为千位数内容,其余依次类推.在个、十、百、千四位数的内容输出时,BCD码范围为0000-1001,对于万位数只有0和1两种状态,所以其输出的BCD码为0000和0001.当输入电压过量程时,各位数输出全部为零,这一点在使用时应注意. 最后还要说明一点,由于数字部分以DGNG端作为接地端,所以所有输出端输出电平以DGNG作为相对参考点.基准电压,基准电压的输入必须对于模拟公共端是正电压.与单片机系统的串行连接在ICL7135与单片机系统进行连

15、接时,使用并行采集方式,要连接BCD码数据输出线,可以将ICL7135的/STB信号接至AT89C52的P3.2INT0. ICL7135需要外部的时钟信号,本设计采用CD4060来对4M信号进行32分频得到125KHz的时钟信号.CD4060计数为14级2进制计数器,在数字集成电路中可实现的分频次数最高,而且CD4060还包含振荡电路所需的非门,使用更为方便.图2.6 ICL7135与系统的连接图 图2.7 CD4060时钟发生电路2.3单片机部分图 2.8 89S52引脚图单片机选用的是ATMEL公司新推出的AT89S52,如所示.该芯片具有低功耗、高性能的特点,是采用CMOS工艺的8位单片机,与AT89C51完全兼容.AT89S52还有以下主要特点：采用了ATMEL公司的高密度、非易失性存储器NV-SRAM技术；其片内具有256字节RAM,8KB的可在线编程ISPFL