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1、仲恺农业工程学院20010 2011 学年第 二 学期课程设计课题名称：基于AT89c51单片机的数字电压表设计时间：2011.06.012011.06.9系 部：机电工程系班 级：姓 名：指导教师：摘 要 本文介绍一种基于 89c51 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，89c51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
2、键词电压测量，ICL7135,双积分A/D转换器，1601液晶模块第一章 前言1.1概述目前，由各种单片机机 A/D 转换器构成的测量数字电压的结构，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。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。1.2 系统原理及基本框图如图 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。处理后的数据送到LCD中显 示，同时通过串行通讯与上位机通信。图 1.1 系统基本方框图第二章 硬件设计2.1
3、 输入电路图 2.1.1 量程切换开关图 2.1.2 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。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
4、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。2.2.1双积A/D转换器的工作原理输入模痕电用锐制门G控制门4定时器图 2.2.1.1 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 转换芯片中，ICL7135
5、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测电压功能的设计方案。图221.2双积A/D转换器的波形图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。（1）7135主要特点如下： 双积型 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2
6、0000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（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。 采用 28 外引线双列直插式封
7、装，外引线功能端排列如图所示。（2）与单片机系统的串行连接在ICL7135与单片机系统进行连接时，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P3.2 （INT0）。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。R/HDISTRBD2REFD3IN+D4IN-D5ALGCOMBlCLKB2B4CRF+BSPOLOVKNGUNDRNGBUS
8、YINTOTJTAUTOOBFOTJTU222ICL7135252 2 w 920J?IsT?1213H15162327282?4035683119TsVCCP0PIOPlPllP2P12P3P13P4P14P5P15P6P16P7P17P27INTIP26INTOP25P24T1P23TOP22P21EAATP20XTAL1XTAL2RESETRXTrFTXDWEALE/PROGGNDPSENU1252627282930313334353637383940I44434224AT89S51图 2.2.2.3 ICL7135 与系统的连接图vccoCD4060CD4060Q13TODQ12QUC
9、TCQ9Q8VSSMRQ?Q首Q5RCTQ4Q3RS斗-r=!=r+=t=C1530P图 2.2.2.4CD4060 时钟发生电路2.3单片机部分单片机选用的是ATMEL公司新推出的AT89S52，如图2.3.1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PDIP2pua亡1140P1.1 匚239|P1-3C338puC437IP15391(MOSfl P1J5 Cfl35(MJSO) P1J8E7341(SCK) P1.7 匚a33|RSTC932(RXDJP3JQE10311rn(D R1.1 匚1130INTO
10、P3J2 匚1229I4WTT| RU3 匚13281T01 P3上亡1427仃 1JR3J5E152fi|R3J3Cia25|祁咀了亡1724XTAL2 匚1323|XTAL1 匚1922GNDE3021 POJCHAM) pa(AD1) PCE2 (AD2) PCL3 (AD3J POjllAM PC1J5(AM PajaiADfl PQ.7 fAD7 EJfWPP ALEJ Firas FSENJ P2.7 (A15 R2jfl (A14 P2J5fA13 P2 卫(A1 R2.1 刚 R2JCHA81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
11、片内具有256字节RAM，8KB的可在线编程（ISP） FLASH存储器； 有 2 种低功耗节电工作方式：空闲模式和掉电模式 片内含有一个看门狗定时器（WDT），WDT包含一个14位计数器和看门狗定时器复位 寄存器（WDTRST），只要对WDTRST按顺序先写入01EH，后写入0E1H，WDT便启动，当CPU由 于扰动而使程序陷入死循环或“跑飞”状态时， WDT 即可有效地使系统复位，提高了系统的 抗干扰性能。图 2.3.1 89S52 引脚图2.4 液晶显示部分 显示接口用来显示系统的状态，命令或采集的电压数据。本系统显示部分用的是 LCD液晶模块，采用一个16X1的字符型液晶显示模块，点阵
12、图形式液晶由M行XN列个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行,每行有128 列，每8列对应1个字节的8个位，即每行由16字节，共16X8=128个点组成，屏上64 X16个显示单元和显示RAM区1024个字节相对应，每一字节的内容和屏上相应位置的亮 暗对应。一个字符由 6X8 或 8X8 点阵组成，即要找到和屏上某几个位置对应的显示 RAM 区的 8 个字节，并且要使每个字节的不同的位为1，其它的为0，为1的点亮，为 0的点暗，这样一来就组成某个字符。但对于内带字符发生器的控制器来说，显示字符 就比较简单了，可让控制器工作在文本方式，根据在 LCD 上开始显示的行列号及每行的列 数找出显示R
13、AM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。2.4.1 1601 使用说明LCD-1601O OVoltage： -1999.9JoOQQQQQQQQQQQ QQQ芒9iHr：i寸oE009寸msJnnnnnn图 2.4.1.1 1601 引脚图表 2.4.1.1LCD1601 液晶模块的引脚引脚符号功能说明1GND接地2Vcc+ 5V3VL驱动LCD, 般将此脚接地4RS寄存器选择0：指令寄存器（WRITE） Busy flag,位址计数器（READ）1：数据寄存器（WRITE,READ）5R/WREAD/WRITE 选择 1： READ 0： WTITE6E读写使能（下降沿使能）7DB0低4位二态、双向数据总线续表 2.4.1.1 LCD1601 液晶模块的引脚8DB19DB210DB311DB4咼4位二态、双向数据总线 另外DB7也是一个Bus
