關(guān)于數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)分析

1、<p>　　關(guān)于數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)分析</p><p>　　摘要：由于傳統(tǒng)的數(shù)字電壓表成本相對較高、且技術(shù)較低端，在維護(hù)方面也存在不便，因此，為了符合現(xiàn)代測量儀器系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，本文在對數(shù)字電壓表原理進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)作簡要探討，該數(shù)字電壓表以單片機(jī)為控制核心，采用TLC7135進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并通過LED顯示轉(zhuǎn)換結(jié)果。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)字，電壓表

2、，設(shè)計(jì) </p><p>　　Abstract: because the traditional digital voltage meter costs are relatively high, and the lower end of the maintenance technology, also has not, therefore, in order to meet the development tre

3、nd of modern measurement instrument system, based on the analysis of digital voltage meter principle, are discussed in the design of digital voltage meter, the digital voltage meter to single chip microcomputer as contro

4、l core, using TLC7135 for A/D conversion, and display the conversion results by LED. </p><p>　　Keywords: digital, voltage meter, design </p><p>　　中圖分類號(hào)： S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)： </p><p><

5、;b>　　一、引言 </b></p><p>　　上世紀(jì)五十年代，數(shù)字電壓表開始出現(xiàn)，到了六十年代研制 </p><p>　　出了電壓測量儀表（DVM），它結(jié)合了數(shù)字化測量技術(shù)，將連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿嗬m(xù)的數(shù)字量，然后再進(jìn)行數(shù)字處理通過顯示器加以顯示。現(xiàn)階段，數(shù)字電壓表已經(jīng)逐步取代了過去的模擬指針式電壓表。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的模擬指針式電壓表功能缺乏，測量精度很低，并且在讀數(shù)時(shí)也極為

6、不變，很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。而運(yùn)用單片機(jī)作為核心控制芯片、以TLC7135作為A/D轉(zhuǎn)換芯片所設(shè)計(jì)的數(shù)字電壓表相對來說提高了測量精度，加快了運(yùn)行速度，并且在讀數(shù)時(shí)也非常方便。不僅如此，它較傳統(tǒng)電壓表來說，提高了抗干擾能力與可擴(kuò)展性強(qiáng)。逐漸應(yīng)用于電子及電工的測量、工業(yè)自動(dòng)化儀表以及自動(dòng)測試系統(tǒng)等智能化測量領(lǐng)域。因此，研究基于單片機(jī)控制的數(shù)字電壓表具有非常重要的意義。 </p><p>　　二、數(shù)字電壓表的組成原理 <

7、;/p><p>　　數(shù)字電壓表是利用模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換原理，將被測電壓（模擬量）轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并將測量結(jié)果以數(shù)字形式顯示出來的一種電子測量儀器。一臺(tái)典型的直流數(shù)字電壓表主要由輸入電路、A/D轉(zhuǎn)換器、控制邏輯電路、顯示器以及電源電路等幾部分組成。輸入電路和A/D轉(zhuǎn)換器統(tǒng)稱為模擬電路部分，而顯示器和控制邏輯電路統(tǒng)稱為數(shù)字電路部分。因此，一臺(tái)數(shù)字電壓表除供電電源外，主要由數(shù)字和模擬兩部分構(gòu)成。A/D轉(zhuǎn)換器是數(shù)字電壓表的核心

8、，實(shí)現(xiàn)被測電壓轉(zhuǎn)換成與其成比例的數(shù)字量。由于電壓是一個(gè)最基本的電量，并且其他許多物理量都能方便地轉(zhuǎn)換成電壓，因此，電壓—數(shù)字轉(zhuǎn)換器是一種最基本、最常用的A/D轉(zhuǎn)換方式。由于電壓—數(shù)字轉(zhuǎn)換的原理和方案有很多種，相應(yīng)地也具有各種不同類型的數(shù)字電壓表。 </p><p>　　三、TLC7135簡介 </p><p>　　一個(gè)設(shè)計(jì)的成敗核心問題就是主要器件的選用問題。前面已經(jīng)提到的A/D轉(zhuǎn)換器是數(shù)

9、字電壓表的核心，因此，A/D轉(zhuǎn)換器的選用非常重要。TLC7135是高精度4位CMOS雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器，提供±20000（相當(dāng)于14位A/D）轉(zhuǎn)換精度（±1）的計(jì)數(shù)分辨率。 </p><p>　　擁有雙極性相對較高的高阻抗差動(dòng)輸入、自動(dòng)進(jìn)行調(diào)零、量程檢測及輸出為動(dòng)態(tài)掃描的BCD碼等功能。 </p><p>　　TLC7135相對外圍電路提供6個(gè)控制信號(hào)，所以，除了具有

10、數(shù)字電壓表的功能外，還可以和微處理器、非同步接收/發(fā)送器以及其它控制電路進(jìn)行連接使用。 </p><p>　　位選掃描信號(hào)UNDERRANGE（欠量程時(shí)）自動(dòng)調(diào)零＋零積分（放電）10001個(gè)脈沖信號(hào)積分10000個(gè)脈沖OVE（超量程時(shí)）BUSY（狀態(tài)信號(hào)）完整測量40002個(gè)時(shí)鐘周期1000 COU-NTST2T1D5D4D3D2D1。TLC7135一 次A/D轉(zhuǎn)換周期分為4個(gè)階段：自動(dòng)調(diào)零（AZ）、信號(hào)積分（I

11、NT）、基準(zhǔn)電壓反向積分（DE）和積分回零（ZI）。 </p><p><b>　　四、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) </b></p><p>　　儀表以單片機(jī)為控制核心，采用TLC7135進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并通過LED顯示轉(zhuǎn)換結(jié)果。系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下圖所示。 </p><p>　　輸入信號(hào)通過模擬開關(guān)通路來選擇合適的量程轉(zhuǎn)換，然后將輸入信號(hào)輸入到A/D轉(zhuǎn)換電路中去，

12、通過A/D輸出由模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，最后通過單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)從數(shù)字量編碼轉(zhuǎn)換到七段譯碼，最后送到數(shù)碼管顯示輸出測量結(jié)果。 </p><p>　　單片機(jī)選擇的是MCS-51系列。51系列是一種很經(jīng)典的單片機(jī)，具有較高的時(shí)鐘頻率和較大的存儲(chǔ)空間，并且還能采用嵌入式操作系統(tǒng)。這些都極大地提高了它的性能，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。 </p><p>　　TLC7135與單片機(jī)系統(tǒng)連接如下圖所示，如果采用TLC7

13、135的并行采集方式，那么既要與BCD碼數(shù)據(jù)輸出線進(jìn)行連接，還要連接BCD碼數(shù)據(jù)的位驅(qū)動(dòng)信號(hào)，應(yīng)該有9根I/O串口線。所以，該系統(tǒng)在電路連接上較復(fù)雜，并且軟件編程也不簡單。采用TLC7135串行方法則是經(jīng)過計(jì)錄數(shù)字脈沖的方式，進(jìn)行得到測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果。 </p><p>　　由時(shí)序分析圖可以得到，在De-Integrate相位期間，數(shù)字脈沖數(shù)與模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果滿足對應(yīng)關(guān)系?？梢酝ㄟ^單片機(jī)的定時(shí)器T0或定時(shí)器

14、T1計(jì)錄數(shù)字脈沖的個(gè)數(shù)。由于定時(shí)器Ｔ０的時(shí)鐘頻率是該系統(tǒng)晶體振動(dòng)固有頻率的一半，所以，可以把單片機(jī)的ALE信號(hào)端子看作TLC7135數(shù)字脈沖的輸入。在進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)編程過程中，如果單片機(jī)的指令中沒有MOVX指令，ALE端子產(chǎn)生的脈沖頻率為固有晶體振動(dòng)頻率的1/6。最后，便可找到定時(shí)器所使用的頻率與單片機(jī)系統(tǒng)晶振頻率的關(guān)系，以及TLC7135所需的頻率輸入與單片機(jī)系統(tǒng)晶振頻率的關(guān)系。 </p><p>　　如果使

15、定時(shí)器T0所記錄的數(shù)字脈沖與TLC7135工作所需的脈沖個(gè)數(shù)完全相同，就可以把TLC7135的信號(hào)連接到單片機(jī)AT89S52的P3.2(INT0)引腳上，并且把單片機(jī)定時(shí)器T0對應(yīng)的選通控制信號(hào)GATE位置1，該時(shí)刻定時(shí)器T0工作狀態(tài)將由BUSY信號(hào)來決定。通過時(shí)序邏輯圖可以得到，當(dāng)TLC7135開始工作，也就是在積分波形對 應(yīng) 的Singal-Integrate相位開始工作時(shí)，TLC7135的BUSY信號(hào)處于高電平狀態(tài)時(shí)，定時(shí)器T0才

16、開始工作，并且定時(shí)器T0的TH0、TL0所記錄的數(shù)據(jù)與TLC7135的測量脈沖（從積分波形Singal-Integrate相位開始工作到De-Integrate相位結(jié)束這一區(qū)間內(nèi)的脈沖稱為測量脈沖）滿足某種比例關(guān)系。其系統(tǒng)連接如下圖所示。 </p><p>　　其中，F(xiàn)osc為單片機(jī)系統(tǒng)固有的晶體振動(dòng)頻率；Ftime為定時(shí)器所用頻率；Fale為單片機(jī)ALE的輸出頻率；Ficl為TLC7135所使用的輸入信號(hào)頻率，

17、該頻率可以通過Fale分頻得到。N是分頻比，對應(yīng)12MHz晶振該系統(tǒng)中N應(yīng)選為16。分頻數(shù)可根據(jù)TLC7135的需求和單片機(jī)的時(shí)鐘頻率進(jìn)行選擇，在該系統(tǒng)中采用４分頻工作，即選125KHz供TLC7135工作，這樣可以確保定時(shí)器T0在對測量數(shù)字脈沖計(jì)數(shù)的過程中不會(huì)超出所規(guī)定的范圍。如果運(yùn)用分頻數(shù)大于4的頻率，那么需要通過編制軟件進(jìn)行改進(jìn)。要得到A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果所對應(yīng)的脈沖數(shù)可以使用所測量數(shù)字脈沖數(shù)目減去10001。該轉(zhuǎn)換過程通?？刹捎密浖?/p>

18、程的方式來完成。被測的模擬量完全可以通過A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果所得到的脈沖數(shù)來得到。分頻過程是由12位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4040完成的。該芯片由12級(jí)主從觸發(fā)器構(gòu)成，復(fù)位端高電平復(fù)位，共有引腳16個(gè)。該系統(tǒng)具有占用單片機(jī)端口線數(shù)少，能減少系統(tǒng)硬件資源的使用數(shù)量，并能改善系統(tǒng)的整體抗干擾能力，卻不需要增加擴(kuò)展口器件的使用，使系統(tǒng)的成本達(dá)到最低。 </p><p><b>　　五、結(jié)束語 </b>&l

19、t;/p><p>　　本文通過１線串行的方法讀取TLC7135的模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果。以TLC7135為核心，利用TLC7135進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，最終在單片機(jī)的控制下通過LED顯示轉(zhuǎn)換結(jié)果，極大地簡化了電路設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、編程簡潔、占用單片機(jī)資源少等特點(diǎn)，為單片機(jī)功能擴(kuò)展提供了更大空間。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p&

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