畢業(yè)論文--- 智能直流數(shù)字電壓表的設計

1、<p><b>　　畢業(yè)論文（設計） </b></p><p>　　智能直流數(shù)字電壓表的設計 </p><p>　　院部名稱： 機電工程學院 </p><p>　　專業(yè)班級： 電氣自動化技術</p><p>　　學生姓名： </p><p>　　學 號

2、： </p><p>　　指導教師： xx </p><p>　　2011、12、19</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要3</b></p><p><b>　　引 言4</b&

3、gt;</p><p>　　1.1 研究背景及意義4</p><p>　　1.2單片機簡介4</p><p>　　1.3單片機的應用領域及發(fā)展趨勢5</p><p>　　第一章 設計任務書6</p><p>　　第二章 設計內(nèi)容7</p><p>　　2.1 設計要求7<

4、/p><p>　　2.1.1功能要求7</p><p>　　2.1.2項目技術性能指標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 電源電路設計8</p><p>　　3.2 輸入電

5、路設計9</p><p>　　3.2.1 電路簡介9</p><p>　　3.3 轉(zhuǎn)換電路設計11</p><p>　　3.3.1 AT89C51單片機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 軟件設計17</p><p>　　4.1 時鐘頻率的確定17</p><p>　　4.2 監(jiān)控程序設計18</p><p>　　4

8、.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28&l

9、t;/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)準確，采用了先進的數(shù)顯技術，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。數(shù)

10、字電壓表把電子技術、計算技術、自動化技術的成果與精密電測量技術密切的結(jié)合在一起，成為儀器、儀表領域中獨立而完整的一個分支，數(shù)字電壓表標志著電子儀器領域的一場革命，也開創(chuàng)了現(xiàn)代電子測量技術的先河。 </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，通常都用電壓的形式來反映。電子設備的

11、各種控制、反饋信號也主要表現(xiàn)為電壓量。本設計是利用AT89C51單片機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，ICL7135的功能和應用。</p><p>　　關鍵字：數(shù)字電壓表，AT89C51，ICL7135， 雙積分A/D轉(zhuǎn)

12、換器 ， 測量</p><p><b>　　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，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，不能滿足數(shù)字化時代的需求，采

13、用單片機的數(shù)字電壓表，由精度高、抗干擾能力強，可擴展性強、集成方便，還可與PC進行實時通信。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)等智能化測量領域，展示出強大的生命力。新型數(shù)字電壓表以其高準確度、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、自動測試系統(tǒng)等領域，顯示出強大的生命

14、力。</p><p>　　數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化儀表的核心和基礎，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)字萬用表的準確度，本設計雙積分A/D轉(zhuǎn)換器對輸入模擬信號進行轉(zhuǎn)換，控制核心AT89C51再對轉(zhuǎn)換的結(jié)果進行運算和處理，最后驅(qū)

15、動輸出裝置顯示數(shù)字電壓信號。</p><p><b>　　1.2單片機簡介</b></p><p>　　單片機是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術把具有數(shù)據(jù)處理能力(如算術運算，邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器(CPU)，隨機存取數(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)，顯示驅(qū)動電路，脈寬調(diào)制電路

16、(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系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準確、迅速、高效地完成程序設計者事先規(guī)定的任務。</p><p>　　圖1.1單片機控制系統(tǒng)的組成</p><p>　　不同的單片機有著不同的硬件特征和軟件特征，即它們的技術特征均不盡相同，硬件特征取決于單片機芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，我們要使用某種單片機，必須了解該型產(chǎn)品是否

17、滿足需要的功能和應用系統(tǒng)所要求的特性指標。這里的技術特征包括功能特性、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)應用程序的軟件資源)及硬件資源。要利用某型號單片機開發(fā)自己的應用系統(tǒng)，掌握其結(jié)構(gòu)特征和技術特征是必須的。&l

18、t;/p><p>　　單片機控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復雜電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，可以軟件控制來實現(xiàn)，并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化，現(xiàn)在單片機控制范疇無所不在，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，單片機的應用領域越來越廣泛。</p><p>　　1.3單片機的應用領域及發(fā)展趨勢</p><p>　　單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、

19、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域，大致可分如下幾個范疇：（1）在智能儀器儀表上的應用（2）在工業(yè)控制中的應用（3）在家用電器中的應用（4）在計算機網(wǎng)絡和通信領域中的應用。</p><p>　　現(xiàn)在可以說單片機是百花齊放，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，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應有盡有，有與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補，為單片機的應

20、用提供廣闊的天地?？v觀單片機的發(fā)展過程，可以預示單片機的發(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 設計任務書</p><p>　　開封大學機電學院2011屆畢業(yè)設計任務書</p><p><b>　　設計內(nèi)容</b></p><p>　　2.1

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

22、gt;　　2.1.2項目技術性能指標</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，并且技術也比較成熟，技術方面均能基本達到達技術要求.</p><p><b>　　方

25、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)換器為核心來設計數(shù)字電壓表，設計簡單易行，而且可靠性較高</p>

26、<p>　　以上兩種方案比較而言，第一種方法比較常用，并且技術也比較成熟，技術方面均能達到設計要求。故采用方案一。</p><p>　　3.1 電源電路設計</p><p>　　由于單片機及所使用的芯片均為±5V直流供電，經(jīng)過變壓器將其變?yōu)榈蛪航涣麟妷海蛪弘妷航?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)定的

27、7;5V直流電壓。本電路還設計電路保護和電源指示燈。電源電路原理圖如下：</p><p><b>　　圖1 電源設計圖</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，實驗表明，在穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓范圍內(nèi)，其穩(wěn)壓精度可達±0.03。1N4148是保

28、護二極管，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 輸入電路設計</p><p>　　3.2.1 電路簡介</p><p>　　由于該電壓表要實現(xiàn)多量程測量，故而在本設計通過衰減電路與量程切換開關，以及集成放大器實現(xiàn)此功能，具體電路將在本節(jié)詳細介紹。</p><p>　　J1和

29、J2是繼電器，S1和S2是電子開關CD4051 是單8通道數(shù)字控制模擬電子開關，有三個二進控制輸入端A、B、C和INH輸入，具有低導通阻抗和很低的截止漏電流。幅值為4.5～20V的數(shù)字信號可控制峰值至20V的模擬信號。當INH輸入端＝“1”時，所有的通道截止。三位二進制信號選通8通道中的一通道，可連接該輸入端至輸出。</p><p>　　ICL7650是Intersil公司利用動態(tài)校零技術和CMOS工藝制作的斬

30、波穩(wěn)零式高精度運放，它具有輸入偏置電流小、失調(diào)小、增益高、共模抑制能力強、響應快、漂移低、性能穩(wěn)定及價格低廉等優(yōu)點. ICL7650是一種高增益、高共模抑制比和具有雙端輸入功能的運算放大器。</p><p>　　輸入衰減器、程控電壓放大電路</p><p>　　設輸入衰減器的傳輸系數(shù)為A1，放大器的增益為A2。</p><p>　　⑴ 輸入衰減器和放大器增益控制&l

31、t;/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A200mV=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，由電子開關控制放大器

32、增益A2=10或1實現(xiàn)量程轉(zhuǎn)換。</p><p>　　20V量程總增益A20V= UO/UI=2/20=1/10=(1/100)×10=A1A2，</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，

33、配合A2=10或1實現(xiàn)量程轉(zhuǎn)換。</p><p>　　⑶ 電路參數(shù)計算：運放A1選ICL7650斬波穩(wěn)零運放。</p><p>　　R1、R2、R3組成輸入衰減器，D1、D2、D3、D4、R4、R5、R6組成輸入保護電路，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為電子開關CD4051）。</p><p>　　I

34、CL7650運放的輸入電阻遠大于10MΩ，所以</p><p>　　R1+R2+R3=10MΩ。</p><p>　　因為R3/(R1+R2+R3)=1/1000，所以R3=(R1+R2+R3)/1000=10MΩ/1000=10kΩ</p><p>　　因為(R2+R3)/(R1+R2+R3)=1/100，所以R2+R3=(R1+R2+R3)/100=10MΩ/1

35、00=100kΩ</p><p>　　R2=100-R3=90kΩ，R1=10MΩ-(R2+R3)=10MΩ-100kΩ=9.9MΩ</p><p>　　因為Au=1+R8/R9=10即R8/R9=9，取R9=1kΩ，則R8=9×R9=9kΩ；</p><p>　　D1、D2選用開關二極管1N4148，R4為限流電阻，設流過D1、D2的最大電流為10mA，

36、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：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，其值應等于運放同相端到地的電阻（約為100kΩ）</p><p>　　3.3 轉(zhuǎn)換電路設計 </p><p>　

37、　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 AT89C51單片機</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。該器

38、件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的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，ATMEL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>&l

39、t;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-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>

40、;<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·</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,

41、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,與微機接口十分方便.ICL7135具有精度高(相當于14位A/D轉(zhuǎn)換),價格低的優(yōu)點.其轉(zhuǎn)換速度與時鐘頻率相關,每個轉(zhuǎn)換周期均有:自校準(調(diào)零),正向積分(被測模擬電壓積分),反向積分(基準電壓積分)和過零檢測四個階段組成,其中自校準時間為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(

42、最大不超過20001個脈沖).故設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,即得到對應的模擬量.圖1給出了ICL7135時序,由圖可見,當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

43、擬電壓和基準電壓進行兩次積分，先對輸入模擬電壓進行積分，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)字量就正比于輸入的模擬電壓；接著對基準電壓進行同樣的處理。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（精度相當于14位二進制制數(shù)）、價格低廉、抗干擾能力強等優(yōu)點。本文介紹用

44、單片機并行方式采集ICL7135的數(shù)據(jù)以實現(xiàn)單片機電壓表的設計方案。</p><p>　　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－）－

45、5V電源端；</p><p>　　{2}腳（VREF）基準電壓輸入端；</p><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

46、分電阻；</p><p>　　{7}腳（CREF＋）基準電容正端；</p><p>　　{8}腳（CREF－）基準電容負端；</p><p>　　{9}腳（IN－）被測信號負輸入端；</p><p>　　{10}腳（IN＋）被測信號正輸入端；</p><p>　　{11}腳（V＋）＋5V電源端；</p>

47、<p>　　{12}、{17}～{20}腳（D1～D5）位掃描輸出端；D5、D4、D3、D2、D1（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

48、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（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。<

49、;/p><p>　　{22}腳（CLK）時鐘信號輸入端；</p><p>　　{23}腳（POL）負極性信號輸出端；該信號用來指示輸入電壓的極性。當輸入電壓為正，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）運行／讀數(shù)控制端；當R/H=“1”（該端懸空時為“1

50、”）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7135在完成本次A/D轉(zhuǎn)換后進入保持狀態(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個負脈沖，其輸出時間對應在每個周期開始時的5個位選信號正脈沖的中間，ST負

51、脈沖寬度等于1/2時鐘周期。</p><p>　　第一個ST負脈沖在上次轉(zhuǎn)換周期結(jié)束后101個時鐘周期產(chǎn)生。因為每個選信號（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行

52、傳送。</p><p>　　{27}腳（OR）超量程狀態(tài)輸出端；當輸入電壓超出量程范圍（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。當輸入電壓等于或低于滿量程的9%（讀數(shù)為1800），則一當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>&

53、lt;b>　　3.3.7性能： </b></p><p>　　總讀數(shù)達+20000和-20000計數(shù)，滿標電壓為2.0000V，精度達±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

54、極性，保證零讀數(shù)附近極性準確；</p><p><b>　　只要求單一基準電壓</b></p><p>　　有過量程（OR）和欠量程（UR）標志信號輸出，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><

55、p>　　設有六個I/O輔助信號(R/H,BUSH,ST,POL,OR,UR)，適用于多個異步收發(fā)機，微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

56、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，以供顯示或計算機采集數(shù)據(jù)之用。</p><p>　　當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、多路開關及控制邏輯電路等組成。713

57、5一次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、基準電壓反積分（DE）；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?；鶞孰妷海鶞孰妷旱妮斎氡仨殞τ谀M公共端COM是正電壓。</p>

58、<p>　　3.3.9 對應參數(shù)整定</p><p>　　7135推薦工作條件 </p><p>　　注釋： 1. 時鐘頻率范圍擴展低至 0Hz 。 </p><p>　　基準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,則當輸入電壓Vi=1 V時，顯示1.0000；當Vi=1.9

59、999V時，顯示1.9999V。</p><p>　　在ICL7135與單片機系統(tǒng)進行連接時，使用并行采集方式 需要外部的時鐘信號，在實際應用系統(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)換的積分時間應選擇積分時間等于50HZ工頻的整數(shù)倍。當時鐘頻率fclk=125kHZ時，則每個時鐘周期為1/fclk，所以A/D轉(zhuǎn)換的積

60、分時間為To=40002*（1/fclk）=320ms 即當時鐘頻率為125kHZ時，每秒約轉(zhuǎn)換3次。</p><p>　　積分電阻R和積分電容C的選擇是非常關鍵的。R應選擇精密電阻，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的實際應用中，最常

61、用的時將輸入電壓范圍接為最大即+2～-2V，此時基準電壓應為1/2滿量程電壓即+1V，Rint為100KΩ,這種元件選擇參數(shù)時ICL7135最常用的接法。標稱和推薦的電流為 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

62、選擇，而最大電壓波動不超過積分器允許范圍（接近正負電源的0.3V）。所以，滿量程積分器輸出電壓的擺動幅值控制在±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

63、</p><p>　　在實際應用中考慮到可靠性，應使積分器的輸出電壓擺幅稍小一些，所以常取Cint=0.47uF。此外積分電容一個很重要的特性是當它只有很小的介質(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&g

64、t;　　基準電容Cref應大到足以使結(jié)點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的并行方式在實踐中的應用效果很好。與串行方式相比，其突出的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、程序簡潔、占用單片機的資源少、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展口線器件的情況下使系統(tǒng)

65、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><p>　　3.4 電壓表顯示電路</p><p>　　3.4.1電路簡介 </p><p>　　設計中采用的是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，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

66、形狀，位于右下角，常用于顯示小小數(shù)點，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，公共端接低電平的叫共陰極接法，我們采用共陽極接法，當發(fā)光二極管導通時，相應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：0001000

67、1B（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><p>　　根據(jù)設計要求，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。自用單片機的I/O口驅(qū)動LED數(shù)碼管的亮滅，設計中由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

68、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計中需要用到多位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)碼管被點亮。顯示電路見總電路圖。</p&g

69、t;<p>　　3.5 I/O口分配</p><p><b>　　軟件設計</b></p><p>　　4.1 時鐘頻率的確定</p><p>　?、?單片機時鐘：時鐘頻率高運算速度快，但耗電量增加、抗干擾能力變差。本設計對速度要求不高，也無串行通信功能，故對時鐘無特殊要求，選fosc=6MHz。</p><

70、;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TCP=8μS時，轉(zhuǎn)換周期為T≈40000&

71、#215;8μS=320mS。A/D轉(zhuǎn)換速度約每秒3次。</p><p>　　4.2 監(jiān)控程序設計</p><p><b>　?、?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><b>　　4.3序流

72、程圖:</b></p><p><b>　　主程序流程圖</b></p><p><b>　　顯示子程序:</b></p><p><b>　　A/D中斷服務:</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,

73、CPU這時暫停工作，為中斷服務.中斷響應后關中斷，將PSW、ACC壓棧，判斷是否首次中斷，如果是首次中斷，則將正負號標志位置入60H，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><

74、;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><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

75、零。</p><p><b>　　程序及元件清單</b></p><p><b>　　5.1程序清單</b></p><p>　　……………………………………………………………………………</p><p>　　主程序和中斷程序入口</p><p>　　ORG 0000H

76、 </p><p>　　LJMP START </p><p>　　ORG 0003H </p><p>　　RETI </p><p>　　ORG 000BH </p><p>　　RETI </p><p>　

77、　ORG 0013H </p><p>　　RETI </p><p>　　ORG 001BH </p><p>　　RETI </p><p>　　ORG 0023H </p><p>　　RETI </p>

78、;<p>　　ORG 002BH </p><p>　　RETI </p><p>　　初始化程序中的各變量</p><p>　　CLEARMEMIO:CLR A </p><p>　　MOV P2,A </p><p>　　MOV R0,#7

79、0H </p><p>　　MOV R2,#0CH </p><p>　　LOOPMEM: MOV @R0,A </p><p>　　INC R0 </p><p>　　DJNZ R2,LOOPMEM </p><p>　　MOV A,#0FFH </p>&

80、lt;p>　　MOV P0,A </p><p>　　MOV P1,A </p><p>　　MOV P3,A </p><p>　　RET </p><p><b>　　主程序</b></p><p>　　START: LCA

81、LL CLEARMEMIO </p><p>　　MAIN: LCALL INTUSE </p><p>　　LCALL DISPLAY </p><p>　　AJMP MAIN </p><p>　　NOP </p><p>　　NOP

82、 </p><p>　　NOP </p><p>　　LJMP START </p><p>　　DISPLAY: MOV R3,#08H </p><p>　　MOV R0,#70H </p><p>　　MOV 7BH,

83、#00H </p><p>　　DISLOOP1: MOV A,@R0 </p><p>　　MOV B,#100 </p><p>　　DIV AB </p><p>　　MOV 7AH,A </p><p>　　MOV A,#10

84、 </p><p>　　XCH A,B </p><p>　　DIV AB </p><p>　　MOV 79H,A </p><p>　　MOV 78H,B </p><p>　　MOV R2,#0FFH </p>

85、<p>　　DISLOOP2: LCALL DISP </p><p>　　DJNZ R2,DISLOOP2 </p><p>　　INC R0 </p><p>　　INC 7BH </p><p>　　DJNZ R3,DISLOOP1 </p><

86、p>　　RET </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><p>　　DISPLY:

87、NOP</p><p><b>　　CLR R5</b></p><p>　　MOV R5, #4</p><p>　　MOV R2, #100</p><p><b>　　DISPLY1:</b></p><p>　　SETB P3.3</p>&l

88、t;p>　　ACALL DL1</p><p>　　DJNZ R2, DISPLY1</p><p>　　MOV R2, #100</p><p><b>　　CLR P3.3</b></p><p><b>　　DISPLY2:</b></p><p><b

89、>　　MOV A, R3</b></p><p><b>　　MOV P2, A</b></p><p><b>　　CLR A</b></p><p>　　MOV DPTR,#TAB1</p><p>　　MOVC A, @A+DPTR</p><p&g

90、t;　　MOV P0,A</p><p>　　ACALL DL1</p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　MOV A, R3</p><p>　　JB ACC.4,DISPLY3</p><p><b>　　RL A</b

91、></p><p>　　MOV R3,A</p><p>　　AJMP DISPLY2</p><p><b>　　DISPLY3:</b></p><p>　　DJNZ R2, DISPLY4 </p><p>　　MOV R2, #100</p><

92、p>　　MOV R1, #2CH</p><p><b>　　DISPLY4:</b></p><p>　　MOV R0, #2CH</p><p>　　MOV R3, #01H</p><p><b>　　DISPLY5:</b></p><p>　　MOV A,

93、 #80H </p><p>　　MOV @R1, A</p><p><b>　　INC R1</b></p><p>　　DJNZ R5 DISPLY3</p><p>　　RET </p><p>　　TAB1: </p><p&g

94、t;　　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，#02H </p><p

95、>　　DL2: MOV R6,#0FFH</p><p>　　DJNZ R6,$</p><p>　　DJNZ R7,DL2</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　……………………………………………………………………………</p><p&

96、gt;<b>　?。ㄈ╋@示子程序</b></p><p>　　…………………………………………………………………………….</p><p>　　DIS1: MOV R0, #2CH </p><p>　　MOV R3, #10H </p><p>　　DIS0: CLR

97、 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><p>　　CJNE R3, #1

98、0H, 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</p><p>　　DIS3:

99、 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 </p><p>　　MOV A,P2

100、</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><p>　　JB ACC.0, DIS

101、5</p><p><b>　　RR A</b></p><p>　　MOV R3,A</p><p>　　DEC R0 </p><p>　　AJMP DIS0 </p><p>　　DIS5: RET</p>

102、<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: MOV R7,#02H

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

104、</p><p>　　……………………………………………………………………………</p><p><b>　　（四）A/D中斷</b></p><p>　　……………………………………………………………………</p><p>　　INTUSE: </p><

105、;p><b>　　CLR EA</b></p><p>　　PUSH ACC </p><p>　　PUSH PSW </p><p>　　SETB PSW.3 </p><p>　　MOV A ,#00H </p&g

106、t;<p>　　CJNE A , INTNUM, NEXT </p><p>　　MOV R0, #DARSTART </p><p>　　MOV R2, #00H </p><p>　　MOV R3, #00H </p><p>　　MO

107、V 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 P1.4</p><p>

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

109、 P0 </p><p>　　ANL A, #0F0H </p><p><b>　　SWAP A</b></p><p>　　ADD A, #30H </p><p>　　SETB P1.0 </p><p>&

110、lt;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><b>　　INC R2<

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

112、>　　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>　　MOV DPOINT ,R3 </p&g

113、t;<p>　　CJNE R2, #00H, IB0 </p><p><b>　　AJMP IB1</b></p><p>　　IB0: CJNE A,#30H,IB1 </p><p><b>　　AJMP IB2</b></p><p>　　IB

114、1: MOV R4 , #00H </p><p><b>　　AJMP IB3</b></p><p>　　IB2: MOV R4, #01H </p><p>　　ADD A, #70H </p><p>　　IB3: MOV @R0,A</p&

115、gt;<p>　　INC R0 </p><p>　　INC INTNUM </p><p>　　RETN: POP PSW</p><p><b>　　POP ACC</b></p><p><b>　　SETB EA</b&

116、gt;</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>　　INC R0</b><

117、;/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, #30H, IC1</p>&l

118、t;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><p><b&g

119、t;　　INC R0</b></p><p>　　INC INTNUM</p><p>　　MOV A, R0</p><p>　　CJNE A, #DAREND, RETN </p><p>　　MOV INTNUM, #00H </p><p>　　MOV BEGIN, #01H

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

121、　　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 </p><p>　

122、　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><p>　　TABLE1

123、:DB '8888:',00H </p><p><b>　　END</b></p><p><b>　　5.2元器件清單</b></p><p>　　碳膜電阻1KΩ額定耐壓20V誤差等級±5% 6個</p><p>　　碳膜電阻10KΩ額定耐壓20V