直流數(shù)字電壓表的設(shè)計仿真與制作

1、學(xué) 號： 課 程 設(shè) 計題 目學(xué) 院專 業(yè)班 級姓 名指導(dǎo)教師年月日課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 題 目: 直流數(shù)字電壓表的設(shè)計仿真與制作 初始條件： 利用集成3位半或4位半的A/D轉(zhuǎn)換器及顯示譯碼驅(qū)動電路設(shè)計實現(xiàn)直流數(shù)字電壓表的基本功能（也可以利用FPGA或單片機系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)）。要求完成的主要任務(wù)：（包括課程設(shè)計工作量及技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要 求）1、 課程設(shè)計工作量：1周內(nèi)完成對數(shù)控電壓源的設(shè)計、仿真、裝配與調(diào)試。2、 技術(shù)要求：輸入電壓介于+2v之間。1 用電阻、電位器構(gòu)成一個簡單的輸入電壓Vx調(diào)節(jié)電路；2 用3位半MC14433/CD14433

2、或4位半ICL7135ADC實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換；3 設(shè)計4個或5個數(shù)碼管的動態(tài)顯示驅(qū)動電路實現(xiàn)測量電壓的顯示；4 確定設(shè)計方案，按功能模塊的劃分分選擇元、器件和中小規(guī)模集成電路，設(shè)計分電路，畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。3、 查閱至少5篇參考文獻。按武漢理工大學(xué)課程設(shè)計工作規(guī)范要求撰寫設(shè)計報告書，全文用A4紙打印，圖紙應(yīng)符合繪圖規(guī)范。時間安排：1) 第1-2天，查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)設(shè)計原理。2) 第3-4天，方案選擇和電路設(shè)計仿真。3) 第4-5天，電路調(diào)試和設(shè)計說明書撰寫。4) 第6天，上交課程設(shè)計成果及報告，同時進行答辯。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名 ： 年 月 日目錄

3、 課程設(shè)計任務(wù)書- 2 -1 Proteus軟件簡介- 4 -2方案論證和確定- 6 -2.1 設(shè)計目標- 6 -2.2 方案論證- 6 -2.3 總體設(shè)計- 8 -3 硬件系統(tǒng)的設(shè)計- 9 -3.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計原則- 9 -3.2 A/D轉(zhuǎn)換電路- 9 -3.2.1 雙積分A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理- 9 -3.2.2 ICL7135芯片介紹- 10 -3.3 電壓反向電路- 16 -3.4 數(shù)碼顯示模塊電路- 18 -3.5 輸入電路- 20 -4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計- 21 -4.1 應(yīng)用軟件設(shè)計原則- 21 -4.2 系統(tǒng)主程序設(shè)計- 21 -5 制作與調(diào)試- 25 -5.1 調(diào)試- 25

4、-5.1.1 軟件調(diào)試- 25 -5.1.2 硬件調(diào)試- 25 -8 原件清單- 28 -9參考文獻- 29 -1 Proteus軟件簡介Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風標電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。

5、Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。Proteus軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是：（1）原理布圖（2）PCB自動或人工布線（3）SPICE電路仿真另外，proteus還有以下功能（1）互動

6、的電路仿真，用戶甚至可以實時采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。（2）仿真處理器及其外圍電路：可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境。其功能模塊有4部分組成：智能原理圖設(shè)計（ISIS）；完善的電路仿真功能（Prospice）；ProSPICE混合仿真；獨特的單片機協(xié)同仿真功能（VSM）在PROTEUS繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標代碼文件：*.

7、HEX，可以在PROTEUS的原理圖中看到模擬的實物運行狀態(tài)和過程。PROTEUS不僅可將許多單片機實例功能形象化，也可將許多單片機實例運行過程形象化。前者可在相當程度上得到實物演示實驗的效果，后者則是實物演示實驗難以達到的效果。它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機實驗硬件高度對應(yīng)。這在相當程度上替代了傳統(tǒng)的單片機實驗教學(xué)的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調(diào)試、運行結(jié)果等。課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生走向就業(yè)的重要實踐環(huán)節(jié)。由于PROTEUS提供了實驗室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設(shè)計的靈活性、提供了實驗室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培

8、養(yǎng)學(xué)生實踐精神、創(chuàng)造精神的平臺隨著科技的發(fā)展，“計算機仿真技術(shù)”已成為許多設(shè)計部門重要的前期設(shè)計手段。它具有設(shè)計靈活，結(jié)果、過程的統(tǒng)一的特點?？墒乖O(shè)計時間大為縮短、耗資大為減少，也可降低工程制造的風險。相信在單片機開發(fā)應(yīng)用中PROTEUS也能茯得愈來愈廣泛的應(yīng)用。 使用Proteus 軟件進行單片機系統(tǒng)仿真設(shè)計, 是虛擬仿真技術(shù)和計算機多媒體技術(shù)相結(jié)合的綜合運用，有利于培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計能力及仿真軟件的操作能力；在單片機課程設(shè)計和全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽中，我們使用 Proteus 開發(fā)環(huán)境對學(xué)生進行培訓(xùn)，在不需要硬件投入的條件下，學(xué)生普遍反映，對單片機的學(xué)習(xí)比單純學(xué)習(xí)書本知識更容易接受，更容易

9、提高。實踐證明，在使用 Proteus 進行系統(tǒng)仿真開發(fā)成功之后再進行實際制作，能極大提高單片機系統(tǒng)設(shè)計效率。因此，Proteus 有較高的推廣利用價值。2方案論證和確定2.1 設(shè)計目標設(shè)計一個數(shù)字電壓表，要求：1. 電壓測量范圍：0-±2V2. 結(jié)果可顯示四位半數(shù)值3. 輸出數(shù)據(jù)用LED數(shù)碼管顯示4. 用ICL7135實現(xiàn)數(shù)字量的轉(zhuǎn)換5. 用ICL7660產(chǎn)生-5V電壓6. 核心控制部件采用單片機控制，直接利用單片機資源。2.2 方案論證 目前數(shù)字電壓表很多采用單片微處理器來作為應(yīng)用系統(tǒng)的中央處理器。單片微理器具有集成度高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用靈活，處理功能強，運算速度快等一系列優(yōu)點

10、，這就使單片機為基礎(chǔ)的應(yīng)用系統(tǒng)容易做到體積小，性能好，價格便宜，易于產(chǎn)品化。 目前單片機種類繁多，有8位機的Intel MCS-51系列，PIC系列等，16位單片機有Intel MCS-96系列等。在本設(shè)計中，8位單片機就能滿足系統(tǒng)的設(shè)計需要。目前的8位單片機中，以Intel MCS-51系列單片機的品種最多，接口芯片以及應(yīng)用軟件也非常豐富。在選擇MCS-51系列單片機芯片時，在成本允許的情況下，盡可能地選用集成度高的微處理器。ATEML公司推出的89S52低功耗單片機，高性能的8位COMS單片機。它內(nèi)部集成了8k的flash程序存儲器，這種flash存儲器可以反復(fù)擦除10000次之多，將使程

11、序調(diào)試非常方便。同時AT89S52具有128字節(jié)內(nèi)部RAM, 32位輸出/輸入口線，3個16位定時器/計數(shù)器，6個中斷源2級中斷處理能力，具有休眠和掉電兩種節(jié)電模式。從系統(tǒng)的各個方面考慮，選用AT89S52單片機作為遙控接受系統(tǒng)的中央處理器，它應(yīng)該完全能夠滿足系統(tǒng)的需要4。 目前市場上的A/D轉(zhuǎn)換芯片種類繁多。按轉(zhuǎn)換位數(shù)分有8位，10位，12位，16位，凌特公司甚至推出了24位的高精度芯片LTC2400。按基本原理及特點分有積分型，逐次逼近型，并行比較型/串并行型，-調(diào)制型，電容陣列逐次比較型及壓頻變換型。積分型AD工作原理是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時間(脈沖寬度信號)或頻率(脈沖頻率)，然后由定時器

12、/計數(shù)器獲得數(shù)字值。其優(yōu)點是用簡單電路就能獲得高分辨率，但缺點是由于轉(zhuǎn)換精度依賴于積分時間，因此轉(zhuǎn)換速率極低。逐次比較型AD由一個比較器和DA轉(zhuǎn)換器通過逐次比較邏輯構(gòu)成，從MSB開始，順序地對每一位將輸入電壓與內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器輸出進行比較，經(jīng)n次比較而輸出數(shù)字值。其電路規(guī)模屬于中等。其優(yōu)點是速度較高、功耗低，在低分辨率（<12位）時價格便宜，但高精度（>12位）時價格很高。并行比較型AD采用多個比較器，僅作一次比較而實行轉(zhuǎn)換，又稱flash(快速)型。由于轉(zhuǎn)換速率極高，n位的轉(zhuǎn)換需要2n-1個比較器，因此電路規(guī)模也極大，價格也高，只適用于視頻AD轉(zhuǎn)換器等速度特別高的領(lǐng)域。串并行比較型

13、AD結(jié)構(gòu)上介于并行型和逐次比較型之間，最典型的是由2個n/2位的并行型AD轉(zhuǎn)換器配合DA轉(zhuǎn)換器組成，用兩次比較實行轉(zhuǎn)換，所以稱為Half flash(半快速)型。還有分成三步或多步實現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換的叫做分級（Multistep/Subrangling）型AD，而從轉(zhuǎn)換時序角度又可稱為流水線（Pipelined）型AD，現(xiàn)代的分級型AD中還加入了對多次轉(zhuǎn)換結(jié)果作數(shù)字運算而修正特性等功能。這類AD速度比逐次比較型高，電路規(guī)模比并行型小。-型AD由積分器、比較器、1位DA轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波器等組成。原理上近似于積分型，將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時間(脈沖寬度)信號，用數(shù)字濾波器處理后得到數(shù)字值。電路的數(shù)字部分基本上

14、容易單片化，因此容易做到高分辨率。主要用于音頻和測量。電容陣列逐次比較型AD在內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器中采用電容矩陣方式，也可稱為電荷再分配型。一般的電阻陣列DA轉(zhuǎn)換器中多數(shù)電阻的值必須一致，在單芯片上生成高精度的電阻并不容易。如果用電容陣列取代電阻陣列，可以用低廉成本制成高精度單片AD轉(zhuǎn)換器。最近的逐次比較型AD轉(zhuǎn)換器大多為電容陣列式的。壓頻變換型（Voltage-Frequency Converter）是通過間接轉(zhuǎn)換方式實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的。其原理是首先將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成頻率，然后用計數(shù)器將頻率轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。從理論上講這種AD的分辨率幾乎可以無限增加，只要采樣的時間能夠滿足輸出頻率分辨率要求的累積脈沖

15、個數(shù)的寬度。其優(yōu)點是分辯率高、功耗低、價格低，但是需要外部計數(shù)電路共同完成AD轉(zhuǎn)換。通過上述幾種AD 轉(zhuǎn)換器的論證我們從經(jīng)濟實用的角度出發(fā)采用積分型的轉(zhuǎn)換器，雖然轉(zhuǎn)換速度相對較低，但是電壓表對精度要求比較高而對轉(zhuǎn)換速率的要求不是很高。因此，我們選用德州儀器制造的ICL7135（或TLC7135）芯片。它是一種雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，具有精度高（精度相當于14位二進制數(shù)）、價格低廉、抗干擾能力強等優(yōu)點。ICL7135是采用CMOS工藝制作的單片4位半A/D轉(zhuǎn)換器，其所轉(zhuǎn)換的數(shù)字值以多工掃描的方式輸出，直接以BCD碼的形式輸出，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2

16、V的數(shù)字電壓表，這就簡化了單片機對數(shù)據(jù)的處理，使軟件設(shè)計變得簡單。2.3 總體設(shè)計檔位選擇A/D轉(zhuǎn)換電路AT89S52555方波產(chǎn)生電路顯示電路 圖3-1 總體設(shè)計框圖系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖2-1所示，工作原理：輸入的電壓經(jīng)檔位判斷選擇量程，高電壓在進入/轉(zhuǎn)換電路前還需進行適當?shù)乃p，在衰減到一定范圍時由ICL7135將模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出送單片機處理。ICL7135每次往單片機送數(shù)時都會產(chǎn)生一個負脈沖，該脈沖向單片機外中斷0提出申請，單片機轉(zhuǎn)向執(zhí)行中斷程序，單片機通過軟件控制對數(shù)據(jù)進行處理，數(shù)據(jù)從P2口輸出，送入顯示電路顯示。A/D轉(zhuǎn)換芯片所需的時鐘信號由555多諧振蕩器產(chǎn)生。3 硬件系統(tǒng)

17、的設(shè)計3.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計原則一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計包含有兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴展，即單片機內(nèi)部的功能單元，如ROM、RAM、I /O口、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等容量不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進行擴展，選擇合適的芯片，設(shè)計相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器、打印機、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計合適的接口電路。在本系統(tǒng)中，AT89S52單片機內(nèi)部的功能單元已經(jīng)能夠滿足系統(tǒng)設(shè)計需要，不需要系統(tǒng)擴展。按系統(tǒng)功能需求，需要配置固定檔位、LED顯示等。3.2 A/D轉(zhuǎn)換電路A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度對測量電路極其重要，它的參數(shù)關(guān)系到測量電路性能。

18、本設(shè)計采用雙積A/D 轉(zhuǎn)換器，它的性能比較穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換精度高，具有很高的抗干擾能力，電路結(jié)構(gòu)簡單，其缺點是工作速度較低。在對轉(zhuǎn)換精度要求較高，而對轉(zhuǎn)換速度要求不高的場合如電壓測量有廣泛的應(yīng)用。3.2.1 雙積分A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理雙積分式AD轉(zhuǎn)換器又稱雙斜率A/D轉(zhuǎn)換器，其原理如圖4-1（a）、（b）所示。它主要由運放A構(gòu)成的反相積分器、過零電壓比較器CO、控制邏輯電路、時鐘、和二進制計數(shù)器等部分組成。其工作過程分為采樣和比較兩個階段。 轉(zhuǎn)換指令輸入，轉(zhuǎn)換開始，先進入采樣階段，S2斷開，S1接Ui，輸入信號Ui加到反相積分器輸入端，其輸出端電壓Uo從零開始增加（極性與Ui相反）。同時啟功n位二

19、進制計數(shù)器對時鐘脈沖從零開始計數(shù)。當計數(shù)到預(yù)定時間T1，計數(shù)器計數(shù)值位N1時，則產(chǎn)生溢出脈沖使計數(shù)器復(fù)零，并在控制邏輯控制下S1接到-VREF，使Ui反極性的基準電壓-VREF加到反相積分器輸入端，積分器對-VREF積分，其輸出端電壓從U0開始下降，從新啟動計數(shù)器，進入比較階段。在經(jīng)過時間T2后，U0下降到零，過零比較器輸出端產(chǎn)生跳變信號，經(jīng)控制邏輯關(guān)上計數(shù)門，停止計數(shù)，此時計數(shù)器值為N2。比較階段結(jié)束。 根據(jù)上述原理計數(shù)器中所計的二進制數(shù)值：N2=（N1/VREF）×Ui 圖4-1（a） 雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器 圖4-1（b） 雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器3.2.2 ICL7135芯片介紹I

20、CL7135C 是德州儀器公司高效率 CMOS 工藝制造。這種41/2數(shù)位、雙斜率積分（dual-slope-integrating）模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器是為提供與微處理器和可視顯示二者的接口而設(shè)計的。數(shù)字驅(qū)動輸出端D1至D4以及多路復(fù)用的二十進制碼BCD輸出端B1、B2、B4和B8，提供適用于LED或LCD譯碼器/驅(qū)動器和微處理器的接口。一、ICL7135的引腳排列如圖4-2所示 VCC-：負極性電源REF：基準電壓輸入ANLGCOMMON：模擬接地 INTOUT：接輸入電容AUTOZERO：接自動調(diào)零電容BUFFOUT：共模抑制輸出CREF-：基準電容負極CREF+：基準電容正極IN-：信號輸

21、入 圖4-2 ICL7135引腳排列 IN+：信號輸出VCC+：正極性電源 B1、B2、B4、B8：多路復(fù)用BCD碼輸出端 D1D5：數(shù)字位驅(qū)動輸出端 BUSY：信號積分忙輸出 CLK：時鐘信號輸入 POLARITY：信號正負極性輸端 RUN/HOLD：A/D轉(zhuǎn)換使能端STROBE：負脈沖輸出OVERRANGE：過電壓輸出UNDERRANGE：欠電壓輸出二、ICL7135的推薦工作條件見表3-1所示表4-1 ICL7135推薦工作條件注釋：1. 時鐘頻率范圍擴展低至0HZ三、ICL7135的主要特點：1.雙積型A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速度慢。2.在每次A/D轉(zhuǎn)換前，內(nèi)部電路都自動進行調(diào)零操作，可保證

22、零點在常溫下的長期穩(wěn)定。在20000字（2V滿量程）范圍內(nèi)，保證轉(zhuǎn)換精度1字相當于14bitA/D轉(zhuǎn)換器。   3.具有自動極性轉(zhuǎn)換功能。能在但極性參考電壓下對雙極性模擬輸入電壓進行A/D轉(zhuǎn)換，模擬電壓的范圍為0±1.9999V。   4.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。   5.所有輸出端和TTL電路相容。   6.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。 7.輸出為動態(tài)掃描BCD碼。   8.對外提供六個輸入,輸出控制

23、信號(R/H,BUSH,ST,POL,OR,UR),因此除用于數(shù)字電壓表外,還能與異步接收 /發(fā)送器,微處理器或其它控制電路連接使用。 9.采用28外引線雙列直插式封裝，外引線功能端排列如圖3-4所示。四、工作原理：（略，最多介紹一下時序） 7135的一次A/D轉(zhuǎn)換周期包括下列四相：1.自動調(diào)零相（Auto-Zero）。內(nèi)部IN+和IN-輸入與引腳斷開且在內(nèi)部連接至ANLG COMMON?；鶞孰娙荼怀潆娭粱鶞孰妷骸Ｏ到y(tǒng)接成閉環(huán)，自動調(diào)零（ auto-zero ）電容被充電以補償緩沖放大器，積分器比較器的失調(diào)電壓。自動調(diào)零精度僅受系統(tǒng)噪聲的限制，以輸入為基準的總失調(diào)小于10V。2. 信號積分相（

24、Signal Integrate）。自動調(diào)零環(huán)路被打開，內(nèi)部的 IN+和 IN-輸入被連接至外部引腳。在固定的時間周期內(nèi)這些輸入端之間的差分電壓被積分。當輸入信號相對于轉(zhuǎn)換器電源不反相（ noreturn ）時， IN-可連接至 ANLG COMMON 以建立正確的共模電壓。在這一相完成的基礎(chǔ)上，輸入信號的極性被記錄。3. 去積分相（deintegrate）。基準用于完成去積分任務(wù)。內(nèi)部IN-在內(nèi)部連接至ANLG COMMON， IN+跨接至先前已充電的基準電容。所記錄的輸入信號的極性確保以正確的極性連接電容以便積分器輸出極性回到零。輸出返回至零所需的時間正比于輸入信號的幅度。返回時間顯示為數(shù)

25、字讀數(shù)并由等式10,000×(VID/Vref)確定。滿度或最大轉(zhuǎn)換值發(fā)生在VID等于Vref兩倍時。4. 積分器返回零相（Zero Integrator）。內(nèi)部的IN-連接到ANLG COMMON 。系統(tǒng)接成閉環(huán)以便使積分器輸出返回到零。通常這一相需要100至200個時鐘脈沖。但是在超范圍（over-range）轉(zhuǎn)換后，需要6200個脈沖。我們從模擬和兩部分介紹ICL7135的工作原理：模擬電路框圖如圖3-5所示 圖4-3 ICL7135模擬功能框圖模擬電路說明：輸入信號范圍：輸入放大器的共模范圍從負電源電壓加1V延展到正電源電壓減1V。在此范圍內(nèi)，共模抑制比的典型值為86dB。差

26、分和共模電壓二者均使積分器的輸出擺動。因此，必須小心確保積分器的輸出不變成飽和。模擬公共端在自動調(diào)零（auto-zero）、去積分（deintegrate）以及積分器返零（zero integrator）相期間內(nèi)模擬公共端（ANLG COMMON）連接到內(nèi)部IN-。在信號積分（Signal integrate）相期間內(nèi)IN-連接到與模擬公共端不同的電壓，此時所產(chǎn)生的共模電壓被放大器抑制。但是，在大多數(shù)應(yīng)用中，IN-被置于已知的固定電壓（即，例如電源的公共端）?；鶞孰妷合鄬τ谀M公共端為正。轉(zhuǎn)換結(jié)果的精度取決于基準的質(zhì)量。因此，為了得到高精度的轉(zhuǎn)換，應(yīng)當使用高質(zhì)量的基準。 圖4-4 數(shù)字功能框圖

27、數(shù)字部分功能框圖如圖4-4，說明如上圖：1.R/H（25腳）當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。若把R/H端用作啟動功能時，只要在該端輸入一個正脈沖（寬度300ns），轉(zhuǎn)換器就從AZ階段開始進行A/D轉(zhuǎn)換。注意：第一次轉(zhuǎn)換周期中的AZ階段時間為9001-10001個時鐘脈沖，這是由于啟動脈沖和內(nèi)部計數(shù)器狀態(tài)不同步造成的。2./ST（26腳）每次A/D轉(zhuǎn)換周

28、期結(jié)束后，ST端都輸出5個負脈沖，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負脈沖寬度等于1/2時鐘周期。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、UARTs或微處理器進行傳送。3.BUSY（21腳）在雙積分階段（INT+DE），BUSY為高電平，其余時為低電平。因此利

29、用BUSY功能，可以實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的遠距離雙線傳送，其還原方法是將BUSY和CLK“與”后來計數(shù)器，再減去10001就可得到原來的轉(zhuǎn)換結(jié)果。4.OR（27腳）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。5.UR（28腳）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。6.POL（23腳）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”。該信號DE階段開始時變化，并維持一個A/D轉(zhuǎn)換調(diào)期。7.位驅(qū)動信號D5、D4、D3、D2、

30、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(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。8.B8、B4、B2、B1（16、15、14、13腳）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。在個、十、百、千四位數(shù)

31、的內(nèi)容輸出時，BCD碼范圍為0000-1001，對于萬位數(shù)只有0和1兩種狀態(tài)，所以其輸出的BCD碼為“0000”和“0001”。當輸入電壓過量程時，各位數(shù)輸出全部為零，這一點在使用時應(yīng)注意。 根據(jù)以上所述，時序圖如圖4-5所示 圖4-5 ICL7135時序圖 五、ICL7135與單片機連接在ICL7135與單片機系統(tǒng)進行連接時，使用并行采集方式，要連接BCD碼數(shù)據(jù)輸出線，可以將ICL7135的/STB信號接至AT89C52的P3.2（INT0）。ICL7135的外圍接線圖和與單片機的連接如圖4-6所示。電壓表在測量前先調(diào)節(jié)VREF，確保ICL7135的2管輸入電壓為1V。由圖可知：/STB（2

32、6腳）腳接單片機外中斷0，B1、B2、B4、B8接P0口的0-3腳。當位選信號Dn有正脈沖輸出時，在正脈沖的中間時刻/STB便產(chǎn)生負脈沖，單片機響應(yīng)中斷，P0口接收轉(zhuǎn)換結(jié)果BCD碼。采用動態(tài)掃描方式接收，D5、D4、D3、D2、D1分別對應(yīng)萬位、千位、百位、十位、個位。當位選信號D5=“1”時，BCD碼為萬位數(shù)的內(nèi)容，D4=“1”時為千位數(shù)內(nèi)容，其余依次類推。A/D轉(zhuǎn)換使能端R/H接P0.0，當P0.0為高電平時，A/D轉(zhuǎn)換開始。OR、POL分別接單片機的P3.4、P3.3，因此單片機可以通過讀取P3口的狀態(tài)就能判斷電壓的過載、欠載和極性。ICL7135內(nèi)部不能產(chǎn)生時鐘信號，需外部時鐘接入；負

33、極性電壓V-（1腳）采用電源極性反向電路，這兩部分電路將會在下面的小節(jié)中做介紹。圖4-6 ICL7135與單片機連接圖3.3 電壓反向電路 ICL7660 是一DC/DC 電荷泵電壓反轉(zhuǎn)器專用集成電路芯片。采用成熟的AL柵CMOS工藝及優(yōu)化的設(shè)計芯片，能將輸入范圍為+1.5V 至+10V的電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的-1.5V至-10V 的輸出并且只需外接兩只低損耗電容無需電感，降低了損耗面積及電磁干擾。芯片的振蕩器額定頻率為10KHZ， 應(yīng)用于低輸入電流情況時可于振蕩器與地之間外接一個電容從而以低于10KHZ 的振蕩頻率正常工作。芯片特點：1.轉(zhuǎn)換邏輯電源±5V 雙相電壓2.輸入工作電壓范圍廣

34、：1.5V10V3.電壓轉(zhuǎn)換精度高：99.9%4.電源轉(zhuǎn)換效率高：98%5.低功耗，靜態(tài)電流為90 A(輸入5V 時)6.外圍元器件少便于使用只需兩只外接電容7.8-Pin DIP 和 8-Pin SOIC 小封裝8.符合RS232 負電壓標準9.靜電擊穿電壓高可達3KV10.高電壓工作時無Dx 二極管需求芯片引腳及引腳符號描述： NC ：無連接CAP+： 外接電容+GND ：接地CAP-： 外接電容-Vout： 輸出Low Voltage ：低電壓選擇 圖4-7 7660引腳圖 OSC ：振蕩器外接電容V+ ：輸入電壓 圖4-8 7660電壓反向器原理圖如圖4-8所示，7660 與兩個的電解

35、電容C1、 C2 一起構(gòu)成了負壓電路。工作原理：在脈沖的前半周期，開關(guān)1、3 閉合（此時開關(guān)2、4 斷開）電容C1 被充電至V+；在脈沖的后半周期，開關(guān)1、3 斷開而2、4 閉合，于是向C2 充電在輸出端得到負壓-V+。芯片中的調(diào)壓器模塊是一個防自鎖電路。它的固有壓降會使低壓工作性能變差。所以，低工作電壓時應(yīng)將LV 腳接地以屏蔽該調(diào)壓器，而當工作電壓高于3.5V 時則必須開路以確保電路處于防自鎖狀態(tài)。ICL7660的應(yīng)用電路如圖4-9所示 圖4-9 ICL7660的應(yīng)用電路圖圖4-9是能將輸入范圍為+1.5V 至+10V 的電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的-1.5V 至-10V 的輸出的應(yīng)用電路。若V+=+5

36、V 空載時的輸出電阻約為100歐姆；負載電流大小為10mA 時輸出電壓約為-4V。3.4 數(shù)碼顯示模塊電路LED顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段組成的顯示器，有8字段和“米”字段之分。顯示塊都有dp顯示段，用于顯示小數(shù)點。7段LED的字型碼，由于只有7個段發(fā)光二極管，所以字型碼為一個字節(jié)。“米”字段LED的字型碼由于有15個段發(fā)光二極管，所以字型碼為兩個字節(jié)。這種顯示塊有共陽極和共陰極兩種。共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，相應(yīng)的段被顯示。同樣，共陽板LED顯示塊的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，通常此公共陽極接正電壓

37、。 由N片LED顯示塊可拼接成N位LED顯示器。本設(shè)計是4位LED顯示器的結(jié)構(gòu)。 N位LED顯示器有N根位選線和8XN(或16XN)根段選線。根據(jù)顯示方式的不同，位選線和段選線的連接方法也各不相同。段選線控制顯示字符的字型，而位選線則控制顯示位的亮、暗； LED顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種顯示方式。LED顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時，各位的共陰極(或共陽極)連接在一起并接地(或+5v)，每位的段選線(adp)分別與一8位的鎖存輸出相連。本設(shè)計用的是陽極驅(qū)動。一個七位動態(tài)態(tài)LED顯示器電路可獨立顯示，只要在該位的段選線上保持段選碼電平，該位就能保持相應(yīng)的顯示字符。由于各位分別由一個8位輸出口控制

38、段選碼，故在同一時間里，每一位顯示的字符可以各不相同。這種顯示方式接口，編程容易，管理也簡單，付出的代價是占用口線資源較多。若用鎖存器(如74LS573)接口，要用2片74LS572芯片。而如果用“米”字段的LED顯示器，則靜態(tài)顯示方式需要更多的硬件資源。如果顯示器位數(shù)增多，則靜態(tài)顯示方式更是無法適應(yīng)。因此在顯示位數(shù)較多的情況下，一般都采用動態(tài)顯示方式。根據(jù)設(shè)計要求，要求自動輪流顯示模擬通道數(shù)，以及8路模擬電壓數(shù)值，根據(jù)功能要求，結(jié)合實際的布局布線復(fù)雜程度及調(diào)試的難易程度，為簡化電路起見，在設(shè)計中我們采用了動態(tài)顯示，并用四個連接的共陽數(shù)碼管取代了單個的數(shù)碼管，以做到調(diào)試簡單，實現(xiàn)容易。由于根據(jù)

39、數(shù)碼管的參數(shù)要求，要求其驅(qū)動電流在10MA20MA之間，在電路中采用74LS573來驅(qū)動四個數(shù)碼管；在本設(shè)計中段碼顯示是由P2口進行輸出。硬件電路圖如圖4-10所示。同樣為了簡化電路，且充分利用單片機的資源，采用了軟件譯碼代替硬件譯碼的方式，來進行數(shù)值顯示。由于人眼的視覺暫留時間為0.1S（100MS），所以每位顯示的間隔不能超過20MS，并保持延時一段時間，以造成視覺暫留效果，給人看上去每個數(shù)碼管總在亮，在本設(shè)計中每位數(shù)值的顯示時間為1MS，一個通道的數(shù)值顯示包括了通道數(shù)及電壓數(shù)值輪流顯示，共輪番顯示255次，所以每個通道的停留時間為1S。圖4-10 數(shù)碼顯示模塊電路3.5 輸入電路圖4-1

40、1 衰減輸入電路輸入電路的作用是把不同量程的被測的電壓規(guī)范到A/D轉(zhuǎn)換器所要求的電壓值。在本系統(tǒng)中采用的單片雙積分型ADC芯片ICL7135，它要求輸入電壓0-±2V。在設(shè)計硬件電路的同時，充分考慮將軟件和硬件結(jié)合起來，發(fā)揮單片機的智能化優(yōu)勢。簡化硬件電路的設(shè)計，提高硬件電路的可靠性和穩(wěn)定性。系統(tǒng)硬件原理圖如圖4-12所示 圖4-12 系統(tǒng)硬件原理圖4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計軟件是整個控制系統(tǒng)設(shè)計的核心，要求具有充分的靈活性，可以根據(jù)系統(tǒng)的要求而變化。在本設(shè)計中，軟件結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計方法，分為顯示程序和中斷處理程序（應(yīng)該不止這兩個模塊）。這樣的設(shè)計有利于程序代碼的優(yōu)化，而且便于設(shè)計、調(diào)試和

41、維護將遙控接收器所要完成的功能分別編寫和調(diào)試。 4.1 應(yīng)用軟件設(shè)計原則應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計的，應(yīng)可靠實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。在本設(shè)計中，軟件設(shè)計要力求做到以下幾點:1軟件結(jié)構(gòu)清晰，簡捷，流程合理。 2各功能程序?qū)崿F(xiàn)模塊化，子程序化。既便于調(diào)試、鏈接，又便于移植、修改。 3程序存儲區(qū)，數(shù)據(jù)存儲區(qū)要合理規(guī)劃，既能節(jié)約內(nèi)存容量，又使操作方便。 4運行狀態(tài)實現(xiàn)標志化管理。各個功能程序運行狀態(tài)，運行結(jié)果以及運行要求都要設(shè)置狀態(tài)標志以便查詢，程序的轉(zhuǎn)移、運行、控制都可通過狀態(tài)標志條件來控制。 5經(jīng)過調(diào)試修改后的程序應(yīng)進行規(guī)范化，除去修改的痕跡，以便于交流和借鑒，也為以后的軟件模塊化、標

42、準化打下基礎(chǔ)。開始初始化AD轉(zhuǎn)化結(jié)束進入外部中斷？從P0口讀取數(shù)據(jù)結(jié)束4.2 系統(tǒng)主程序設(shè)計軟件是整個控制器的重要組成部分，設(shè)計的好壞關(guān)系到系統(tǒng)的性能。在控制器的軟件設(shè)計中，采用C語言設(shè)計程序，編程、調(diào)試方便。完整的程序如下:#include <reg52.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit u1=P3 0; /第一個鎖存器，表示顯示的值sbit u2=P3 1; /第二個鎖存器，表示顯示在第幾個數(shù)碼管sbit rh=P37; /啟動或關(guān)閉ADsbi

43、t pol=P33; /正負極性判斷sbit ovr=P34; /過量程報警端sbit busy=P35; /轉(zhuǎn)換標志位uchar temp=0,i,aa=0;uchar num5=0,0,0,0,0;uchar wei5=0x3f,0x5f,0x6f,0x77,0x7b;uchar num1;unsigned char code table = 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71; /延時幾毫秒void delay(uint ms)uchar i,j;for(i=0;i

44、<ms;i+)for(j=0;j<110;j+); void show(uchar x,uchar i)u2=1;P2=weii;u2=0;u1=1;P2=i=4?(tablex|0x80):tablex;delay(1);P2=0x00;u1=0;void init()TMOD=1;EA=1;EX0=1;ET0=1;TR0=0;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;void main()init();while(1)while(temp=1)TR0=1;if(P1=0xf0)num4=P0&0x0f;if(P1=0xe8)

45、num3=P0&0x0f; if(P1=0xe4)num2=P0&0x0f;if(P1=0xe2)num1=P0&0x0f; if(P1=0xe1)num0=P0&0x0f;if(busy=0&&aa=1) TR0=0;temp=0; for(i=0;i<5;i+)if(i=4)show(numi,i);if(i!=4)show(numi,i); void exter0() interrupt 0 temp=1;void timer0() interrupt 1 TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;aa+;5 制作與調(diào)試5.1 調(diào)試5.1.1 軟件調(diào)試本系統(tǒng)是用C語言來編寫的，采用Keil軟件進行編譯，采用模塊化編程方式，對各模塊