基于单片机的单通道模拟电压测量系统设计

基于单片机的单通道模拟电压测量系统设计

摘要：本文介绍一种基于AT89S52单片机的一种电压测量系统,该系统采用ICL7135高精度、双积分A/D转换电路，测量直流电压范围0-±200伏，使用LCD液晶模块显示。介绍了双积分电路的原理，AT89S52的特点，ICL7135的功能和应用，模拟开关CD4052的功能和应用，14位二进制串行计数/ 分频器的功能和应用，LCD1601的功能和应用等，并给出了系统的各部分电路。

关键词：数字电压表；ICL7135；1601液晶模块；AT89S52单片机 Abstract: The paper introduces a voltage measurement s-ystem based on AT89S52 MCU, in which ICL7135 high preci-sion, dual-integration A/D conversion circuits and LCD display are used. The DC measuring range of the system is 0-±200 volts. The paper also introduces the principle of dual-integration circuit, the function and application of CD4052, LCD1601 and 14-bit serial counter/divider. The part circuits of the system are presented as well.

Key Words : Digital Voltmeter；ICL7135；LCD1601；AT89S52

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1引言

数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表，精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便。目前，由各种单片A/D 转换器构成的数字电压表，已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，显示出强大的生命力。与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。本文重点介绍单片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。 2 硬件设计

[1] [2] [3]

总电路原理图见附录一。硬件电路由输入电路、档位切换电路、A/D转换电路、AT89S52单片机，以及LCD液晶显示电路等几个部分组成。如图1所示，模拟电压经过模拟开关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，显示当前测量的电

LCD显示 图1系统基本方框图

AT89S52单片机 模拟开关档位切换 A/D转换 输入电路 压值。以下对这几个电路逐一进行介绍。

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2.1 输入电路

[4]、[5]

输入电路的作用是把不同量程的被测电压规范到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。本系统设计是0-±200V电压，灵敏度高，所以可以不加前置放大器，只需衰减器，如图2所示90K、9K、和1K电阻构成1/10、1/100的衰减器。衰减输入电路可由模拟开关来选择不同的衰减率，从而切换档位。 2.2 量程选择电路的设计

CD4052的引脚功能见图3。CD4052相当于一个双刀四掷开关,具体接通哪一通道，由输入地址码AB来决定。其真值表见表1。

DC+p252V90KR8[5]

20V200Vp26p279KR91KR10COM

图2衰减输入电路 输入状态 INH B 0 0 0 0 0 1 0 1 1

图3 CD4052的管脚图

接通通道 “0”X、“0”Y “1”X、“1”Y “2”X、“2”Y “3”X、“3”Y 均不接通 3

表1 CD4052的真值表

A 0 1 0 1 2.3 A/D 转换电路的设计

模拟数字转换器A/D芯片是任何数据采集系统的核心，它将连续模拟变量形式的数据变换成一种适合于数字处理的分离二进制代码。整个转换过程一般分为四个步骤进行,即取样、保持、量化和编码。前两个步骤在取样-保持电路中完成,后两步骤则在ADC中完成。

常用的ADC有积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、Σ -Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。下面简要介绍常用的几种类型的基本原理及特点:

①逐次逼近型(如TLC0831) AD转换器由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成,从MSB开始,顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较,经n次比较而输出数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低,在低分辨率( < 12位)时价格便宜,但高精度( > 12位)时价格很高。

②并行比较型/串并行比较型(如TLC5510) AD转换器采用多个比较器,仅作一次比较而实行转换,又称Flash型。由于转换速率极高, n位的转换需要2n - 1个比较器,因此电路规模也极大,价格也高,只适用于视频AD 转换器等速度特别高的领域。串并行比较型AD结构上介于并行型和逐次比较型之间,最典型的是由2个n /2位的并行型AD转换器配合DA转换器组成,用两次比较实行转换,所以称为Half flash型。

③压频变换型(如AD650) AD转换器是通过间接转换方式实现模数转换的。其原理是首先将输入的模拟信号转换成频率,然后用计数器将频率转换成数字量。从理论上讲这种AD的分辨率几乎可以无限增加,只要采样的时间能够满足输出频率分辨率要求的累

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