畢業(yè)論文---智能直流數(shù)字電壓表的設(shè)計_第1頁
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文檔簡介

1、<p><b>  畢業(yè)論文(設(shè)計) </b></p><p>  智能直流數(shù)字電壓表的設(shè)計 </p><p>  院部名稱: 機(jī)電工程學(xué)院 </p><p>  專業(yè)班級: 電氣自動化技術(shù)</p><p>  學(xué)生姓名: </p><p>  學(xué)

2、 號: </p><p>  指導(dǎo)教師: </p><p>  2011、12、19</p><p><b>  目錄</b></p><p><b>  摘 要3</b></p><p><b>  1 引言4<

3、/b></p><p>  1.1 研究背景及意義4</p><p>  1.2單片機(jī)簡介4</p><p>  1.3單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢5</p><p>  第一章 設(shè)計任務(wù)書6</p><p>  第二章 設(shè)計內(nèi)容7</p><p>  2.1 設(shè)計要求7&

4、lt;/p><p>  2.1.1功能要求7</p><p>  2.1.2項(xiàng)目技術(shù)性能指標(biāo)7</p><p>  第三章 系統(tǒng)原理及基本框圖7</p><p><b>  方案論證7</b></p><p>  3.1 電源電路設(shè)計8</p><p>  3.2

5、輸入電路設(shè)計9</p><p>  3.2.1 電路簡介9</p><p>  3.3 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計11</p><p>  3.3.1 AT89C51單片機(jī)11</p><p>  3.3.3 AT89C51主要特性:11</p><p>  3.3.4 ICL7135芯片簡介11</p>

6、;<p>  3.3.5 轉(zhuǎn)換器ICL713511</p><p>  3.3.6 ICL7135的引腳功能及主要特性12</p><p>  3.3.7性能:13</p><p>  3.3.8據(jù)輸出方式及數(shù)字部分14</p><p>  3.3.9 對應(yīng)參數(shù)整定14</p><p>

7、  3.4 電壓表顯示電路16</p><p>  3.4.1電路簡介16</p><p>  3.5 I/O口分配16</p><p>  第四章 軟件設(shè)計17</p><p>  4.1 時鐘頻率的確定17</p><p>  4.2 監(jiān)控程序設(shè)計18</p><p> 

8、 4.3序流程圖:19</p><p>  第五章 程序及元件清單22</p><p><b>  5.1程序22</b></p><p>  5.2元器件清單27</p><p><b>  結(jié)束語28</b></p><p><b>  參考文獻(xiàn)28

9、</b></p><p>  附 :電路原理圖29</p><p><b>  摘 要</b></p><p>  數(shù)字電壓表的誕生打破了傳統(tǒng)電子測量儀器的模式和格局。它顯示清晰直觀、讀數(shù)準(zhǔn)確,采用了先進(jìn)的數(shù)顯技術(shù),大大地減少了因人為因素所造成的測量誤差事件。數(shù)字電壓表是把連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式,并加以顯示的儀表

10、。數(shù)字電壓表把電子技術(shù)、計算技術(shù)、自動化技術(shù)的成果與精密電測量技術(shù)密切的結(jié)合在一起,成為儀器、儀表領(lǐng)域中獨(dú)立而完整的一個分支,數(shù)字電壓表標(biāo)志著電子儀器領(lǐng)域的一場革命,也開創(chuàng)了現(xiàn)代電子測量技術(shù)的 先河。 </p><p>  電壓測量是電子測量的最基本內(nèi)容之一, 電子電路的許多特性,如頻率特性、調(diào)制度、非線性失真系數(shù)等都可以視為電壓的派生量,各種電路的工作狀態(tài),如諧振、平衡、飽和等,通常都用電壓的

11、形式來反映。電子設(shè)備的各種控制、反饋信號也主要表現(xiàn)為電壓量。本設(shè)計是利用AT89C51單片機(jī)的一種電壓測量電路,該系統(tǒng)除了采用ICL7135高精度、雙積分A/D轉(zhuǎn)換電路外,還增設(shè)了超限報警電路。測量范圍大且可調(diào)量程, LED數(shù)碼管顯示。正文著重給出了軟硬件系統(tǒng)的各部分電路,介紹了雙積分電路的原理,AT89C51的特點(diǎn),ICL7135的功能和應(yīng)用。</p><p>  關(guān)鍵字:數(shù)字電壓表,AT89C51,ICL71

12、35, 雙積分A/D轉(zhuǎn)換器 , 測量</p><p><b>  1 引言</b></p><p>  1.1 研究背景及意義</p><p>  數(shù)字電壓表(Digital Voltmeter)簡稱DVM,它是采用數(shù)字化測量技術(shù),把連續(xù)的模擬量(直流輸入電壓)轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一、精度低,不

13、能滿足數(shù)字化時代的需求,采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表,由精度高、抗干擾能力強(qiáng),可擴(kuò)展性強(qiáng)、集成方便,還可與PC進(jìn)行實(shí)時通信。目前,由各種單片A/D 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表,已被廣泛用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領(lǐng)域,展示出強(qiáng)大的生命力。新型數(shù)字電壓表以其高準(zhǔn)確度、高可靠性、高分辨率、高性價比等優(yōu)良特性倍受人們的青睞。目前,數(shù)字電壓表作為數(shù)字化儀表的基礎(chǔ)與核心,已被廣泛用于電子和電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系

14、統(tǒng)等領(lǐng)域,顯示出強(qiáng)大的生命力。</p><p>  數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化儀表的核心和基礎(chǔ),電壓表的數(shù)字化是將連續(xù)的模擬量如直流電壓轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示,這有別于傳統(tǒng)的以指針加刻度盤進(jìn)行讀數(shù)的方法,避免了讀數(shù)的視差和視覺疲勞。目前數(shù)字萬用表的內(nèi)部核心部件是A/D轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換器的精度很大程度上影響著數(shù)字萬用表的準(zhǔn)確度,本設(shè)計雙積分A/D轉(zhuǎn)換器對輸入模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換,控制核心AT89C51再對轉(zhuǎn)換的

15、結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算和處理,最后驅(qū)動輸出裝置顯示數(shù)字電壓信號。</p><p><b>  1.2單片機(jī)簡介</b></p><p>  單片機(jī)是一種集成電路芯片,采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力(如算術(shù)運(yùn)算,邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器(CPU),隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM),只讀程序存儲器(ROM),輸入輸出電路,可能還包括定時計數(shù)器,串行通信口(SCI),

16、顯示驅(qū)動電路,脈寬調(diào)制電路(PWM),模擬多路轉(zhuǎn)換器及A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單塊芯片上,構(gòu)成一個最小而完善的計算機(jī)系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計者事先規(guī)定的任務(wù)。</p><p>  圖1.1單片機(jī)控制系統(tǒng)的組成</p><p>  不同的單片機(jī)有著不同的硬件特征和軟件特征,即它們的技術(shù)特征均不盡相同,硬件特征取決于單片機(jī)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu),我們要使用某種單

17、片機(jī),必須了解該型產(chǎn)品是否滿足需要的功能和應(yīng)用系統(tǒng)所要求的特性指標(biāo)。這里的技術(shù)特征包括功能特性、控制特性和電氣特性等等,這些信息需要從生產(chǎn)廠商的技術(shù)手冊中得到。軟件特征是指指令系統(tǒng)特性和開發(fā)支持環(huán)境,指令特性即我們熟悉的單片機(jī)的尋址方式,數(shù)據(jù)處理和邏輯處理方式,輸入輸出特性及對電源的要求等等。開發(fā)支持的環(huán)境包括指令的兼容及可移植性,支持軟件(包含可支持開發(fā)應(yīng)用程序的軟件資源)及硬件資源。要利用某型號單片機(jī)開發(fā)自己的應(yīng)用系統(tǒng),掌握其結(jié)構(gòu)特

18、征和技術(shù)特征是必須的。</p><p>  單片機(jī)控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復(fù)雜電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng),可以軟件控制來實(shí)現(xiàn),并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化,現(xiàn)在單片機(jī)控制范疇無所不在,例如通信產(chǎn)品、家用電器、智能儀器儀表、過程控制和專用控制裝置等等,單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。</p><p>  1.3單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢</p><p>  單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器

19、儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域,大致可分如下幾個范疇:(1)在智能儀器儀表上的應(yīng)用(2)在工業(yè)控制中的應(yīng)用(3)在家用電器中的應(yīng)用(4)在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用。</p><p>  現(xiàn)在可以說單片機(jī)是百花齊放,百家爭鳴的時期,世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī),從8位、16位到32位,數(shù)不勝數(shù),應(yīng)有盡有,有與主流C51系列兼容的,也有不兼容的,但它們各具特

20、色,互成互補(bǔ),為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地??v觀單片機(jī)的發(fā)展過程,可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢,大致有:低功耗CMOS化、微型單片化、主流與多品種共存。</p><p>  第一章 設(shè)計任務(wù)書</p><p>  開封大學(xué)機(jī)電學(xué)院2011屆畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書</p><p><b>  設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>  2

21、.1 設(shè)計要求</p><p><b>  2.1.1功能要求</b></p><p>  1以AT89C51單片機(jī)為核心,設(shè)計智能數(shù)字電壓表。</p><p>  2具有開機(jī)自檢、自動量程轉(zhuǎn)換。</p><p>  3使用220V/50HZ交流電源,設(shè)置電源開關(guān),電源指示燈和電源保護(hù)功能。</p>&

22、lt;p>  2.1.2項(xiàng)目技術(shù)性能指標(biāo)</p><p>  1. 直流電壓量程:200mV、2V、20V、200V</p><p>  2. 分辨率:100μV(200mV量程)</p><p>  3. 測量誤差:≤±(0.5%(讀數(shù))+0.5%(滿度值))</p><p>  4. 輸入電阻:10MΩ</p>

23、<p>  5. 測量速度:每秒2~3次</p><p>  6. 顯示方式:4位LED數(shù)碼管顯示被測電壓值。</p><p><b>  系統(tǒng)原理及基本框圖</b></p><p><b>  方案論證</b></p><p>  方案一:

24、 </p><p><b>  被測電壓</b></p><p>  本方案利用A/D轉(zhuǎn)換原理將被測模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,并通過控制系統(tǒng)即單片機(jī)用數(shù)字方式顯示測量結(jié)果,各部分分別用電源供電. 種方法比較常用,并且技術(shù)也比較成熟,技術(shù)方面均能基本達(dá)到達(dá)技術(shù)要求.</p><p><b&g

25、t;  方案二:</b></p><p><b>  被測電壓</b></p><p><b>  被測電壓</b></p><p>  方案二 系統(tǒng)方案框圖 </p><p>  本方案以專用真有效值轉(zhuǎn)換芯片和A/D轉(zhuǎn)換器為核心來設(shè)計數(shù)字電壓表,設(shè)計簡單易行,而且可靠性較高</

26、p><p>  以上兩種方案比較而言,第一種方法比較常用,并且技術(shù)也比較成熟,技術(shù)方面均能達(dá)到設(shè)計要求。故采用方案一。</p><p>  3.1 電源電路設(shè)計</p><p>  由于單片機(jī)及所使用的芯片均為±5V直流供電,經(jīng)過變壓器將其變?yōu)榈蛪航涣麟妷?,低壓電壓?jīng)過橋式全波整流變成直流電壓,再經(jīng)過雙T電容濾波加集成穩(wěn)壓芯片(7805和7905)最終變成穩(wěn)定

27、的±5V直流電壓。本電路還設(shè)計電路保護(hù)和電源指示燈。電源電路原理圖如下:</p><p><b>  圖1 電源設(shè)計圖</b></p><p>  由于集成穩(wěn)壓器7805和7905具有很高的“電壓調(diào)整率”把輸入包含的交流成分和輸入直流波動一起加以抑制,從而使輸出直流穩(wěn)定,交流紋波減小,實(shí)驗(yàn)表明,在穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓范圍內(nèi),其穩(wěn)壓精度可達(dá)±0.03。1N4

28、148是保護(hù)二極管,用來防止在輸入短路時輸出電容C4和C9所存儲的電荷通過穩(wěn)壓器放電而損壞器件</p><p>  3.2 輸入電路設(shè)計</p><p>  3.2.1 電路簡介</p><p>  由于該電壓表要實(shí)現(xiàn)多量程測量,故而在本設(shè)計通過衰減電路與量程切換開關(guān),以及集成放大器實(shí)現(xiàn)此功能,具體電路將在本節(jié)詳細(xì)介紹。</p><p>

29、  J1和J2是繼電器,S1和S2是電子開關(guān)CD4053.三組二路模擬開關(guān)CD4053 CD4053內(nèi)部含有3組單刀雙擲開關(guān),3組開關(guān)具體接通哪一通道,由輸入地址碼ABC來決定 ICL7650是Intersil公司利用動態(tài)校零技術(shù)和CMOS工藝制作的斬波穩(wěn)零式高精度運(yùn)放,它具有輸入偏置電流小、失調(diào)小、增益高、共模抑制能力強(qiáng)、響應(yīng)快、漂移低、性能穩(wěn)定及價格低廉等優(yōu)點(diǎn). ICL7650是一種高增益、高共模抑制比和具有雙端輸入功能的

30、運(yùn)算放大器。</p><p>  輸入衰減器、程控電壓放大電路</p><p>  設(shè)輸入衰減器的傳輸系數(shù)為A1,放大器的增益為A2。</p><p> ?、?輸入衰減器和放大器增益控制</p><p>  由于A/D轉(zhuǎn)換器滿度輸入電壓即放大器的輸出電壓UO=2V,所以</p><p>  200mV量程總增益為A20

31、0mV=UO/UI=2/0.2=1×10=A1A2,</p><p>  2V量程總增益A2V=UO/UI=2/2=1×1=A1A2,初步確定采用同相比例放大器,200mV和2V量程不使用輸入衰減器,由電子開關(guān)控制放大器增益A2=10或1實(shí)現(xiàn)量程轉(zhuǎn)換。</p><p>  20V量程總增益A20V= UO/UI=2/20=1/10=(1/100)×10=A1A

32、2,</p><p>  200V量程總增益A200V=UO/UI=2/200=(1/100)×1=A1A2,</p><p>  在20V、200V兩檔由繼電器J1、J2接入A1=1/100的輸入衰減器,配合A2=10或1實(shí)現(xiàn)量程轉(zhuǎn)換。</p><p>  ⑶ 電路參數(shù)計算:運(yùn)放A1選ICL7650斬波穩(wěn)零運(yùn)放。</p><p>

33、  R1、R2、R3組成輸入衰減器,D1、D2、D3、D4、R4、R5、R6組成輸入保護(hù)電路,A1、R8、R9組成高阻同相放大電路,J1、J2、S1組成量程轉(zhuǎn)換電路。(J1、J2繼電器、S1、S2電子開關(guān)CD4053)。</p><p>  ICL7650運(yùn)放的輸入電阻遠(yuǎn)大于10MΩ(Ri=1012Ω),所以</p><p>  R1+R2+R3=10MΩ。</p><

34、p>  因?yàn)镽3/(R1+R2+R3)=1/1000,所以R3=(R1+R2+R3)/1000=10MΩ/1000=10kΩ</p><p>  因?yàn)?R2+R3)/(R1+R2+R3)=1/100,所以R2+R3=(R1+R2+R3)/100=10MΩ/100=100kΩ</p><p>  R2=100-R3=90kΩ,R1=10MΩ-(R2+R3)=10MΩ-100kΩ=9.9

35、MΩ</p><p>  因?yàn)锳u=1+R8/R9=10即R8/R9=9,取R9=1kΩ,則R8=9×R9=9kΩ;</p><p>  D1、D2選用開關(guān)二極管1N4148,R4為限流電阻,設(shè)流過D1、D2的最大電流為10mA,則R4≈UIMAX/IDM=1000/0.01=100kΩ,PR4≈UIMAX2/R4=10002/100=10W,由于ICL7650最大允許輸入電壓為

36、:VCC+0.3V和VEE-0.3V,所以,使用4V的穩(wěn)壓二極管將A1同相端電位限制在±4.7V。R5為直流平衡電阻,其值應(yīng)等于運(yùn)放同相端到地的電阻(約為100kΩ)</p><p>  3.3 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 </p><p>  轉(zhuǎn)換電路的核心是AT89C51和ICL7135CFN芯片下面對兩者做一下介紹。</p><p>  3.3.1 AT89C5

37、1單片機(jī)</p><p>  芯片介紹:AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓,高性能CMOS8位微處理器,俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中,AT

38、MEL的AT89C51是一種高效微控制器,為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。</p><p>  3.3.3 AT89C51主要特性:</p><p>  8951 CPU與MCS-51 兼容</p><p>  4K字節(jié)可編程FLASH存儲器(壽命:1000寫/擦循環(huán))·</p><p>  全靜態(tài)工作:0Hz-

39、24KHz· 三級程序存儲器保密鎖定</p><p>  · 128*8位內(nèi)部RAM· 32條可編程I/O線·</p><p>  兩個16位定時器/計數(shù)器· </p><p>  6個中斷源· 可編程串行通道·</p><p>  低功耗的閑置和掉電模式

40、3;</p><p>  片內(nèi)振蕩器和時鐘電路</p><p>  3.3.4 ICL7135芯片簡介</p><p>  ICI7135是4位半雙積分A/D轉(zhuǎn)換芯片,可以轉(zhuǎn)換輸出±20000個數(shù)字量,有STB選通控制的BCD碼輸出, 只要附加譯碼器,數(shù)碼顯示器,驅(qū)動器及電阻電容等元件,就可組成一個滿量程為2V的數(shù)字電壓表,與微機(jī)接口十分方便.ICL71

41、35具有精度高(相當(dāng)于14位A/D轉(zhuǎn)換),價格低的優(yōu)點(diǎn).其轉(zhuǎn)換速度與時鐘頻率相關(guān),每個轉(zhuǎn)換周期均有:自校準(zhǔn)(調(diào)零),正向積分(被測模擬電壓積分),反向積分(基準(zhǔn)電壓積分)和過零檢測四個階段組成,其中自校準(zhǔn)時間為10001個脈沖,正向積分時間為10000個脈沖,反向積分直至電壓到零為止(最大不超過20001個脈沖).故設(shè)計者可以采用從正向積分開始計數(shù)脈沖個數(shù),到反向積分為零時停止計數(shù).將計數(shù)的脈沖個數(shù)減10000,即得到對應(yīng)的模擬量.圖1

42、給出了ICL7135時序,由圖可見,當(dāng)BUSY變高時開始正向積分,反向積分到零時BUSY變低,所以BUSY可以用于控制計數(shù)器的啟動/停止. </p><p>  3.3.5 轉(zhuǎn)換器ICL7135</p><p>  如圖所示:對輸入模擬電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行兩次積分,先對輸入模擬電壓進(jìn)行積分,將其變換成與輸入模擬電壓成正比的時間間隔 T1,再利用計數(shù)器測出此時間間隔,則計數(shù)器所計的數(shù)字量就

43、正比于輸入的模擬電壓;接著對基準(zhǔn)電壓進(jìn)行同樣的處理。在常用的A/D轉(zhuǎn)換芯片(如ADC0809、ICL7135、ICL7109等)中,ICL7135與其余幾種有所不同,它是一種四位半的雙積分,A/D轉(zhuǎn)換器,具有精度高(精度相當(dāng)于14位二進(jìn)制制數(shù))、價格低廉、</p><p>  抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本文介紹用單片機(jī)并行方式采集ICL7135的數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)電壓表的設(shè)計方案。</p><p>

44、;  3.3.6 ICL7135的引腳功能及主要特性</p><p>  ICL7135是雙斜積分式4位半單片A/D轉(zhuǎn)換器,28腳DIP封裝。</p><p><b>  其引腳功能如下:</b></p><p>  {1}腳(V-)-5V電源端;</p><p>  {2}腳(VREF)基準(zhǔn)電壓輸入端;</p&

45、gt;<p>  {3}腳(AGND)模擬地;</p><p>  {4}腳(INT)積分器輸入端,接積分電容;</p><p>  {5}腳(AZ)積分器和比較器反相輸入端,接自零電容;</p><p>  {6}腳(BUF)緩沖器輸出端,接積分電阻;</p><p>  {7}腳(CREF+)基準(zhǔn)電容正端;</p>

46、;<p>  {8}腳(CREF-)基準(zhǔn)電容負(fù)端;</p><p>  {9}腳(IN-)被測信號負(fù)輸入端;</p><p>  {10}腳(IN+)被測信號正輸入端;</p><p>  {11}腳(V+)+5V電源端;</p><p>  {12}、{17}~{20}腳(D1~D5)位掃描輸出端;D5、D4、D3、D2、D1

47、(12、17、18、19、20腳)每一位驅(qū)動信號分別輸出一個正脈沖信號,脈沖寬度為200個時鐘周期,其中D5對應(yīng)萬位選通,以下依次為千、百、十、個位。在正常輸入情況下,D5--D1輸出連續(xù)脈沖。當(dāng)輸入電壓過量程時,D5--D1在AZ階段開始時只分別輸出一個脈沖,然后都處于低電平,直至DE階段開始時才輸出連續(xù)脈沖。利用這個特性,可使得顯示器件在過程時產(chǎn)生一亮一暗的直觀現(xiàn)象。</p><p>  {13}~{16}腳

48、(B1~B4)BCD碼輸出端;該四端為轉(zhuǎn)換結(jié)果BCD碼輸出,采用動態(tài)掃描輸出方式,即當(dāng)位選信號D5=“1”時,該四端的信號為萬位數(shù)的內(nèi)容,D4=“1”時為千位數(shù)內(nèi)容,其余依次類推。</p><p>  {21}腳(BUSY)忙狀態(tài)輸出端;在雙積分階段(INT+DE),BUSY為高電平,其余時為低電平。</p><p>  {22}腳(CLK)時鐘信號輸入端;</p><

49、p>  {23}腳(POL)負(fù)極性信號輸出端;該信號用來指示輸入電壓的極性。當(dāng)輸入電壓為正,則POL等于“1”,反之則等于“0”。</p><p>  {24}腳(DGND)數(shù)字地端;</p><p>  {25}腳(R/H)運(yùn)行/讀數(shù)控制端;當(dāng)R/H=“1”(該端懸空時為“1”)時,7135處于連續(xù)轉(zhuǎn)換狀態(tài),每40002個時鐘周期完成一次A/D轉(zhuǎn)換。若R/H由“1”變“0”,則71

50、35在完成本次A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)入保持狀態(tài),此時輸出為最后一次轉(zhuǎn)換結(jié)果,不受輸入電壓變化的影響。因此利用R/H端的功能可以使數(shù)據(jù)有保持功能。</p><p>  {26}腳(STR)數(shù)據(jù)選通輸出端;每次A/D轉(zhuǎn)換周期結(jié)束后,ST端都輸出5個負(fù)脈沖,其輸出時間對應(yīng)在每個周期開始時的5個位選信號正脈沖的中間,ST負(fù)脈沖寬度等于1/2時鐘周期。</p><p>  第一個ST負(fù)脈沖在上次轉(zhuǎn)換周期結(jié)束

51、后101個時鐘周期產(chǎn)生。因?yàn)槊總€選信號(D5--D1)的正脈沖寬度為200個時鐘周期(只有AZ和DE階段開始時的第一個D5的脈沖寬度為201個CLK 周期),所以ST負(fù)脈沖之間相隔也是200個時鐘周期。需要注意的是,若上一周期為保持狀態(tài)(R/H=“0”)則ST無脈沖信號輸出。ST信號主要用來控制將轉(zhuǎn)換結(jié)果向外部鎖存器或微處理器進(jìn)行傳送。</p><p>  {27}腳(OR)超量程狀態(tài)輸出端;當(dāng)輸入電壓超出量程范

52、圍(20000),OR將會變高。該信號在BUSY信號結(jié)束時變高。在DE階段開始時變低。</p><p>  {28}腳(UR)欠量程狀態(tài)輸出端。當(dāng)輸入電壓等于或低于滿量程的9%(讀數(shù)為1800),則一當(dāng)BUST信號結(jié)束,UR將會變高。該信號在INT階段開始時變低。</p><p><b>  3.3.7性能: </b></p><p>  總讀

53、數(shù)達(dá)+20000和-20000計數(shù),滿標(biāo)電壓為2.0000V,精度達(dá)±1計數(shù);</p><p>  自校零,保證零電壓輸入時讀數(shù)為零;</p><p>  模擬出入可以是差動信號,輸入電阻極高,輸入電流典型值1PA。</p><p>  自動判別信號極性,保證零讀數(shù)附近極性準(zhǔn)確;</p><p><b>  只要求單一基準(zhǔn)

54、電壓</b></p><p>  有過量程(OR)和欠量程(UR)標(biāo)志信號輸出,可用作自動量程轉(zhuǎn)換的控制信號。;</p><p>  全部輸出與TTL兼容;</p><p>  用閃爍顯示的方式直觀的表明超量程狀態(tài);</p><p>  設(shè)有六個I/O輔助信號(R/H,BUSH,ST,POL,OR,UR),適用于多個異步收發(fā)機(jī),微

55、理器或其它組合線路;</p><p>  采用位掃描和BCD碼輸出。所有輸出端和TTL電路相容。</p><p>  3.3.8據(jù)輸出方式及數(shù)字部分</p><p>  ICL7135的輸出方式為動態(tài)BCD碼掃描形式,圖中是其輸出波形圖,這種圖形將BCD碼數(shù)與字位數(shù)及ST倍相配合使用,可組成多種形式的數(shù)據(jù)據(jù)輸也電路,以供顯示或計算機(jī)采集數(shù)據(jù)之用。</p>

56、<p>  當(dāng)輸入模擬量超過或者低于合適量程時OR端或UR端就會出現(xiàn)圖所示的波形在過量程情況下,顯示數(shù)還會自動“閃光報警”。</p><p>  ICL7135數(shù)據(jù)輸出方式圖</p><p>  7135數(shù)字部分主要由計數(shù)器、鎖存器、多路開關(guān)及控制邏輯電路等組成。7135一次A/D轉(zhuǎn)換周期分為四個階段:1、自動調(diào)零(AZ);2、被測電壓積分(INT);3、基準(zhǔn)電壓反積分(DE

57、);4、積分回零(ZI)。具體內(nèi)部轉(zhuǎn)換過程如圖所示</p><p>  ICL7135數(shù)字輸出圖</p><p>  由于數(shù)字部分以DGNG端作為接地端,所以所有輸出端輸出電平以DGNG作為相對參考點(diǎn)。基準(zhǔn)電壓,基準(zhǔn)電壓的輸入必須對于模擬公共端COM是正電壓。</p><p>  3.3.9 對應(yīng)參數(shù)整定</p><p>  7135推薦工

58、作條件 </p><p>  注釋: 1. 時鐘頻率范圍擴(kuò)展低至 0Hz 。 </p><p>  基準(zhǔn)電壓的選擇一般按照ICL7135的輸出讀數(shù)10000Vi/Vr來確定。通常選Vr=1V,則當(dāng)輸入電壓Vi=1 V時,顯示1.0000;當(dāng)Vi=1.9999V時,顯示1.9999V。</p><p>  在ICL7135與單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)

59、行連接時,使用并行采集方式 需要外部的時鐘信號,在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中,經(jīng)常采用外接RC振蕩器的方式,這樣可以根據(jù)積分時間確定振蕩頻率,f=0.45/RC.為了使電路具有抗50HZ串模干擾能力,A/D轉(zhuǎn)換的積分時間應(yīng)選擇積分時間等于50HZ工頻的整數(shù)倍。當(dāng)時鐘頻率fclk=125kHZ時,則每個時鐘周期為1/fclk,所以A/D轉(zhuǎn)換的積分時間為To=40002*(1/fclk)=320ms 即當(dāng)時鐘頻率為125kHZ時,每秒約轉(zhuǎn)換3次。&l

60、t;/p><p>  積分電阻R和積分電容C的選擇是非常關(guān)鍵的。R應(yīng)選擇精密電阻,積分電阻是由滿量程輸入電壓和用來對積分電容充電的內(nèi)部緩沖放大器的輸出電流來定義的,充電電流的常規(guī)值為Iint=20uA,積分電阻的精確值可由下式得到 </p><p>  在ICL7135的實(shí)際應(yīng)用中,最常用的時將輸入電壓范圍接為最大即+2~-2V,此時基準(zhǔn)電壓應(yīng)為1/2滿量程電壓即+1V,Rint為100KΩ,

61、這種元件選擇參數(shù)時ICL7135最常用的接法。標(biāo)稱和推薦的電流為 20 μA 。 Cint積分電容的計算公式為</p><p>  Cint=(10000*(1/fclk)*20uA)/積分器輸出電壓的擺動幅值</p><p>  由于積分電容和積分電阻的乘積由給定的最大電壓波動選擇,而最大電壓波動不超過積分器允許范圍(接近正負(fù)電源的0.3V)。所以,滿量程積分器輸出電壓的擺動幅值控制

62、在±3.5V~±4V的電壓范圍較為理想。如果電源電壓取±5V,ICL7135的模擬地端接0V,則積分器輸出電壓的擺幅取±4V就是合適的。此時的電容為</p><p>  Cint=10000*(1/125)*(10^(-3))*20*(10^(-6))/4=0.4uF</p><p>  在實(shí)際應(yīng)用中考慮到可靠性,應(yīng)使積分器的輸出電壓擺幅稍小一些,所

63、以常取Cint=0.47uF。此外積分電容一個很重要的特性是當(dāng)它只有很小的介質(zhì)吸收系數(shù)時,才可阻止過沖翻轉(zhuǎn)。通常選聚丙烯電容器或聚碳酸酯電容器作積分電容。</p><p>  自動調(diào)零電容Caz的大小對系統(tǒng)的噪聲有些影響,選用較大容量的電容可以減小噪聲,典型值為1uF。</p><p>  基準(zhǔn)電容Cref應(yīng)大到足以使結(jié)點(diǎn)對地的寄生電容可以被忽略為止,典型值為1uF。積分輸出端串接一個二極

64、管D和電阻R=100kΩ,是為了消除ROLLOVER 誤差,根據(jù)要求接上即可。</p><p>  ICL7135的并行方式在實(shí)踐中的應(yīng)用效果很好。與串行方式相比,其突出的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、程序簡潔、占用單片機(jī)的資源少、可提高抗干擾能力,同時可提高儀器的檢測可靠性,并且可在不添加任何擴(kuò)展口線器件的情況下使系統(tǒng)的成本得到降低,與AT89CC51并行連接,就組成了一個典型的AD轉(zhuǎn)換電路。</p><

65、p>  3.4 電壓表顯示電路</p><p>  3.4.1電路簡介 </p><p>  設(shè)計中采用的是8段LED數(shù)碼管來顯示電壓值。LED具有耗電低、亮度高、視角大、線路簡單、耐震及壽命長等優(yōu)點(diǎn),它由8個發(fā)光二極管組成,其中7個按‘8’字型排列,另一個發(fā)光二極管為圓點(diǎn)形狀,位于右下角,常用于顯示小小數(shù)點(diǎn),把8個發(fā)光二極管連在一起,公共端接高電平,叫共陽極接法,相反,公共端接

66、低電平的叫共陰極接法,我們采用共陽極接法,當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時,相應(yīng)的一段筆畫或占就發(fā)亮,從而形成不同的發(fā)光字符。其中8段分別命名為dp g f e d c b a .例如,要顯示‘0’,則dp g f e d c b a 分別為:11000000B(共陽極);要顯示‘A’,則dp g f e d c b a 分別為:00010001B(共陽極)。若要顯示多個數(shù)字,只要讓若干個數(shù)碼管的位碼循環(huán)為低電平就可以了。</p>&l

67、t;p>  根據(jù)設(shè)計要求,顯示電路需要至少4位LED數(shù)碼管來顯示電壓值,則有7位LED循環(huán)顯示。自用單片機(jī)的I/O口驅(qū)動LED數(shù)碼管的亮滅,設(shè)計中由P0口使LED的段碼顯示,即顯示字符,由P2口選擇LED位碼,即選擇點(diǎn)亮哪位LED來顯示,電路如圖2-4所示。</p><p>  另外,一般I/O接口芯片的驅(qū)動能力是很有限的,在LED顯示器接口電路中,輸出口所能提供的驅(qū)動電流一般是不夠的尤其是設(shè)計中需要用到多

68、位LED,此時就需要增加LED驅(qū)動電路,驅(qū)動電路有多種,常用的是TTL或MOS集成電路驅(qū)動器,本設(shè)計使用SN7407N9(集電極開路)六反相器驅(qū)動,把它接到共陽極數(shù)碼管的驅(qū)動腳,公共腳接電源或其他高電壓輸出即可,當(dāng)共陽極數(shù)碼管公共腳為高電壓,SN70407的輸入為高電平時,他所接的數(shù)碼管被點(diǎn)亮。顯示電路見總電路圖。</p><p>  3.5 I/O口分配</p><p><b&

69、gt;  軟件設(shè)計</b></p><p>  4.1 時鐘頻率的確定</p><p>  ⑴ 單片機(jī)時鐘:時鐘頻率高運(yùn)算速度快,但耗電量增加、抗干擾能力變差。本設(shè)計對速度要求不高,也無串行通信功能,故對時鐘無特殊要求,選fosc=6MHz。</p><p> ?、?A/D的時鐘:如果正向積分階段的時間(10000×TCP)是干擾信號周期的整倍

70、數(shù)時對此干擾抑制效果很好,如50Hz工頻干擾的周期為20mS,取正向積分時間為80mS,則80000μS=10000×TCP,即TCP=80000μS/10000=8μS,fCP=1/TCP=1/8μS=125kHz。ICL7135完成一次A/D轉(zhuǎn)換需要40002個時鐘周期,當(dāng)TCP=8μS時,轉(zhuǎn)換周期為T≈40000×8μS=320mS。A/D轉(zhuǎn)換速度約每秒3次。</p><p>  4.2

71、 監(jiān)控程序設(shè)計</p><p><b>  ⑴ RAM地址分配</b></p><p>  附表5-1 RAM地址分配表</p><p> ?、?量程狀態(tài)轉(zhuǎn)換表:</p><p>  ⑶ 系統(tǒng)初始化參數(shù)及控制字:</p><p>  (P2)=40H,關(guān)報警、V單位燈亮、關(guān)顯示器</p&g

72、t;<p>  (P3)=0BFH,量程開關(guān)置自檢狀態(tài)</p><p>  0EH=05H,置量程指示寄存器1組R6為自檢</p><p><b>  (SP)=4FH</b></p><p>  (IP)=01H,設(shè)為高級中斷,其余為低級中斷</p><p>  IT0=1,外部中斷置為邊沿出發(fā)</

73、p><p>  (IE)=81H,僅允許請求中斷</p><p>  (2BH)=10H,置小數(shù)點(diǎn)應(yīng)在字位碼(萬位)</p><p>  (2DH)=00H,請各個位標(biāo)志</p><p><b>  4.3序流程圖:</b></p><p><b>  主程序流程圖</b><

74、;/p><p><b>  顯示子程序:</b></p><p><b>  A/D中斷服務(wù):</b></p><p>  ICL7135每一分鐘完成3次據(jù)的采集工作,1/3秒完成后向CPU申請中斷,CPU這時暫停工作,為中斷服務(wù).中斷響應(yīng)后關(guān)中斷,將PSW、ACC壓棧,判斷是否首次中斷,如果是首次中斷,則將正負(fù)號標(biāo)志位置入6

75、0H,再把百位置入61H中,如果不是首次中斷,則跳到NEXT處,如果是第二次中斷,則將十位數(shù)置入62H中,如果是第三次中斷,再將個位數(shù)置入63H中,第五次中斷則將小數(shù)點(diǎn)位置入64H中,同時個位置入64H中。同時清除中斷次數(shù)寄存器30H中的值,完成中斷后將ACC、PSW出棧,開中斷。</p><p>  消隱的思想:每次電壓采集后,CPU將數(shù)據(jù)送到LED顯示,將可能出現(xiàn)以下幾種需要消隱的情況。</p>

76、<p><b>  200V檔量程:</b></p><p><b>  20V檔量程:</b></p><p>  在采集到數(shù)據(jù)之后,置數(shù)之前判斷檔位,是2V檔不消隱,是其他檔位時再看要消隱的位之前有幾個是零。</p><p><b>  程序及元件清單</b></p>&

77、lt;p><b>  5.1程序</b></p><p>  ……………………………………………………………………………</p><p><b> ?。ㄒ唬┲鞒绦?lt;/b></p><p>  ……………………………………………………………………………</p><p>  T1:

78、 ACALL DISPLY </p><p>  ACALL INI </p><p>  AJMP FF</p><p>  FF: SETB F1 </p><p>  AJMP INI </p><p>  IN

79、I: ORG 0000H </p><p>  AJMP MAIN </p><p>  ORG 0003H </p><p>  AJMP INT0 </p><p>  MAIN: MOV SP,#4FH

80、 </p><p>  MOV IE,#81H   </p><p>  SETB IT0 </p><p>  MOV P2,#1FH</p><p>  MOV P3,#03H</p><p>  MOV 14H,#05H</p><p>  HH

81、: ACALL DIS1 </p><p>  JNB F0,GG</p><p>  SETB P3.3 </p><p><b>  AJMP HH</b></p><p>  GG: JNB F1,II</p

82、><p>  SETB P3.3 </p><p><b>  AJMP T1</b></p><p>  II: CLR P3.3</p><p><b>  AJMP HH</b></p><p><b>  

83、RET</b></p><p><b>  END</b></p><p>  ……………………………………………………………………………</p><p> ?。ǘ㎜ED顯示自檢(顯示4位“0“和4位數(shù)字“8”)</p><p>  ……………………………………………………………………………</p&g

84、t;<p>  DISPLY: NOP</p><p><b>  CLR R5</b></p><p>  MOV R5, #4</p><p>  MOV R2, #100</p><p><b>  DISPLY1:</b></p><p

85、>  SETB P3.3</p><p>  ACALL DL1</p><p>  DJNZ R2, DISPLY1</p><p>  MOV R2, #100</p><p><b>  CLR P3.3</b></p><p><b>  DISPLY4:</b

86、></p><p>  MOV R0, #2CH</p><p>  MOV R3, #01H</p><p><b>  DISPLY2:</b></p><p><b>  MOV A, R3</b></p><p><b>  MOV P2, A<

87、/b></p><p><b>  CLR A</b></p><p>  MOV DPTR,#TAB1</p><p>  MOVC A, @A+DPTR</p><p>  MOV P0,A</p><p>  ACALL DL1</p><p>&

88、lt;b>  INC R0</b></p><p>  MOV A, R3</p><p>  JB ACC.4,DISPLY3</p><p><b>  RL A</b></p><p>  MOV R3,A</p><p>  AJMP DI

89、SPLY2</p><p><b>  DISPLY3:</b></p><p>  DJNZ R2, DISPLY4 </p><p>  MOV R2, #100</p><p>  MOV R1, #2CH</p><p><b>  DISPLY5:</b>

90、</p><p>  MOV A, #80H </p><p>  MOV @R1, A</p><p><b>  INC R1</b></p><p>  DJNZ R5 DISPLY3</p><p>  RET </p><p> 

91、 TAB1: </p><p>  DB 3FH, 06H, 5BH, 4FH, 66H</p><p>  DB 6DH, 7DH, 07H, 7FH, 6FH, 77H</p><p>  DB 7CH, 39H, 5EH, 79H, 71H, 00H</p><p>  DL1: MOV R7,#0

92、2H </p><p>  DL2: MOV R6,#0FFH</p><p>  DJNZ R6,$</p><p>  DJNZ R7,DL2</p><p><b>  RET</b></p><p>  ……………………………………………

93、………………………………</p><p><b>  (三)顯示子程序</b></p><p>  …………………………………………………………………………….</p><p>  DIS1: MOV R0, #2CH </p><p>  MOV R3, #10H </p>

94、<p>  DIS0: CLR A</p><p>  MOV P0, A</p><p>  MOV A,@R0</p><p>  ANL A, #0FH</p><p>  ADD A, 29H</p><p>  MOVC A,@A+PC </p

95、><p>  CJNE R3, #10H, DIS3</p><p>  JB 20H.0, DIS2</p><p><b>  CLR A</b></p><p>  DIS2: MOV C, 20H.4</p><p>  MOV ACC.6,C&l

96、t;/p><p>  DIS3: MOV 27H ,A</p><p>  MOV A, R3</p><p>  CJNE A,21H, DIS4</p><p>  SETB 27H.7</p><p>  DIS4: MOV P0,27H <

97、/p><p>  MOV A,P2</p><p>  ANL A,#0E0H</p><p>  ORL A,R3</p><p>  MOV P2,A</p><p>  ACALL DL1 </p><p>  MOV A,R3</p>

98、;<p>  JB ACC.0, DIS5</p><p><b>  RR A</b></p><p>  MOV R3,A</p><p>  DEC R0 </p><p>  AJMP DIS0 </p><p>  

99、DIS5: RET</p><p>  TAB: DB 3FH, 06H, 5BH, 4FH, 66H </p><p>  DB 6DH, 7DH, 07H, 7FH, 6FH, 77H</p><p>  DB 7CH, 39H, 5EH, 79H, 71H, 00H</p><p>  DL1:

100、 MOV R7,#02H </p><p>  DL2: MOV R6,#02H</p><p>  DJNZ R6, $</p><p>  DJNZ R7, DL2</p><p><b>  END </b></p><p>

101、<b>  RET</b></p><p>  ……………………………………………………………………………</p><p><b> ?。ㄋ模〢/D中斷</b></p><p>  ……………………………………………………………………</p><p>  INTUSE:

102、 </p><p><b>  CLR EA</b></p><p>  PUSH ACC </p><p>  PUSH PSW </p><p>  SETB PSW.3 </p><p>  MOV A ,#00

103、H </p><p>  CJNE A,INTNUM, NEXT </p><p>  MOV R0, #DARSTART </p><p>  MOV R2, #00H </p><p>  MOV R3, #00H <

104、;/p><p>  MOV R4 , #01H </p><p>  JNB P1.6 , K0</p><p><b>  SETB P1.4</b></p><p><b>  AJMP K1</b></p><p>  K0: CLR P1

105、.4</p><p>  K1: JB P1.5 , POL </p><p>  MOV DARPOLE, #2DH </p><p><b>  AJMP K2</b></p><p>  POL: MOV DARPOLE, #20H </p>

106、<p>  K2: MOV A, P0 </p><p>  ANL A, #0F0H </p><p><b>  SWAP A</b></p><p>  ADD A, #30H </p><p>  SETB P1.0

107、</p><p><b>  SETB P1.1</b></p><p><b>  SETB P1.2</b></p><p><b>  SETB P1.3</b></p><p>  JNB P1.0, IA1 </p><p&g

108、t;<b>  INC R2</b></p><p>  JNB P1.1 IA1 </p><p><b>  INC R2</b></p><p>  JNB P1.2, IA1 </p><p><b>  INC R2 </

109、b></p><p>  IA1: XCH A, R3 </p><p><b>  MOV A, R2</b></p><p>  ADD A, #62H</p><p><b>  XCH A, R3</b></p><p>  M

110、OV DPOINT ,R3 </p><p>  CJNE R2, #00H, IB0 </p><p><b>  AJMP IB1</b></p><p>  IB0: CJNE A,#30H,IB1 </p><p><b>  AJMP IB2</b><

111、;/p><p>  IB1: MOV R4 , #00H </p><p><b>  AJMP IB3</b></p><p>  IB2: MOV R4, #01H </p><p>  ADD A, #70H </p><p>  

112、IB3: MOV @R0,A</p><p>  INC R0 </p><p>  INC INTNUM </p><p>  RETN: POP PSW</p><p><b>  POP ACC</b></p><p><

113、b>  SETB EA</b></p><p><b>  RETI</b></p><p>  NEXT: MOV A,R0</p><p>  CJNE A,DPOINT,NEXT3 </p><p>  MOV @R0,#2EH</p><p><b>

114、;  INC R0</b></p><p>  NEXT3:MOV A,P0 </p><p>  ANL A,#0F0H</p><p><b>  SWAP A</b></p><p>  ADD A,#30H</p><p>  CJNE A, #

115、30H, IC1</p><p>  CJNE R4, #01H, IC2</p><p>  CALL REMOVE</p><p>  AJMP IC2</p><p>  IC1: MOV R4, #00H </p><p>  IC2: MOV @R0,A </p

116、><p><b>  INC R0</b></p><p>  INC INTNUM</p><p>  MOV A, R0</p><p>  CJNE A, #DAREND, RETN </p><p>  MOV INTNUM, #00H </p><

117、p>  MOV BEGIN, #01H</p><p><b>  SJMP RETN</b></p><p>  REMOVE:MOV R1,INTNUM </p><p>  CJNE R1,#01H,IEE1 </p><p>  CJNE R2,#01H,IEE2

118、 </p><p>  MOV R4,#00H</p><p><b>  RET</b></p><p>  IEE2: ADD A,#70H </p><p><b>  RET</b></p><p>  IEE1: CJNE R1,#02H,RETN2

119、</p><p>  CJNE R2, #03H,RETN2 </p><p>  ADD A, #70H</p><p>  MOV R4, #00H</p><p>  RETN2: RET </p><p>  TABLE0: DB '0000:',00H </p&g

120、t;<p>  TABLE1 :DB '8888:',00H </p><p><b>  END</b></p><p><b>  5.2元器件清單</b></p><p>  型號 數(shù)量</p><p

121、>  AT89C51單片機(jī) 1</p><p>  ICL7135 1</p><p>  CW7805 1</p><p>  CW7905 1</p&g

122、t;<p>  MC1403 1</p><p>  SN7407 6</p><p>  Relay-SPDT 2</p><p>  2N4047

123、 4</p><p>  1N4148 4</p><p>  ICL7650 1</p><p>  DPY Amber-CA 4</p><p>  12MHZ晶振

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