news 2026/1/22 10:03:43

基于单片机的数字电压表设计

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张小明

前端开发工程师

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基于单片机的数字电压表设计

2 系统原理及基本框图

如图2.1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2.1系统基本方框图

3硬件设计

3.1 输入电路

图3.1.1量程切换开关 图3.1.2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。
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。
①R/H(25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。
②/ST(26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。
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CLK 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。

4 系统的软件设计

4.1主程序设计
ICL7135A/D与单片机连接电路的软件设计系统的程序流程图如图所示。主程序一开始运行则设置堆栈起始地址为70H,设置中断寄存器,用来对ICL7135的中断进行计数,每5次后清零,完成一次数据采集工作,然后设置ICL7135的STB端的中断的优先级。紧接着LCDM1601B进行一次清屏,使其各个指令、数据寄存器的值进行清空,屏幕不显示任何字符。以前面对1601B的介绍,只要将01H送到数据总线,使RS=0,R/W=0,E有个下降沿的脉冲就可以完成清屏工作。用以下指令实现 MOV P2,#01H ;送到数据DB7—DB0,调用子程序 ENABLE,由于下降沿时,内部数据要送到RAM区,所以要有一个延时子程序,使这个下降沿持续2.5毫秒。内部RAM有指令代码后就开始对RAM进行清零,所以屏幕原有的字符将被清除。接着对1601进行功能的设定。MOV P2,#01111000B,按表3.4.5来看是设定显示器按2行显示,每行8位,5×7点阵。调用一次子程序ENABLE程序,写入CPU的指令寄存器中。每次向LCDM中写入一个指令,就调用一次ENABLE,然后再对显示器进行闪烁、光标等功能进行设定。显示器的RAM地址按加1方法进行读写。再设定第一行字符,也就是‘Voltage’的显示地址80H。字符‘Voltage’的TABLE表地址送到DPTR中,然后调用远程查表命令,依次把数据送到P2口,这时再调用子程序WRITE3,使LCD1601的RS=1,R/W=0使使能端E产生一个下降沿脉冲,将数据送入到数据寄存器中,接下来执行子程序DISPLAY1,它的主要功能是将TABLE表中的字符输出到LCD中去。调定好显示字符数即远程查表的次数,就开始查表了。

例如第一个字符“V”的ASCII码是56H,就将这个码送到P2口,再调用使能数据子程序,使RS=1(数据区使能)写入显示数据区,R/W=0表示写,E=来个下降沿延时2.5毫秒,使数据写入RAM内。完成TABLE表输出以后,向指令RAM中写入第2行的起始地址为OCH,再调用显示采样数据的子程序。采样数据存放的数据地址安排如下图所示,首先将60H中的数显示在正负号的位置上,按照ASCII码表,正号不显示(#20H),负号显示“-”(#2DH)。![在这里插入图片描述](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/9e9a845734634c99b58e9f8b46211ec3.png)

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