基于AD7705與51單片機的數字電壓表

AD7705采用SpIQSpI兼容的三線串行接口，能夠方便地與各種微控制器和DSp連接，也比并行接口方式大大節省了CpU的IO口。那么AD7705與51單片機的數字電壓表是怎么表示的我們一起來看看。

摘要：在比賽中我們通過A/D芯片（AD7705）對外部電壓值進行采集，經轉換后傳輸給單片機（89C52），使用液晶（1602）輸出測量得到的電壓值。該試驗板可以測量不同增益下對應范圍的電壓值，并使部分量程下精確度理論上達到8增益。對于-20~20V，增益值為1。在拓展中，我們依據閉合電路歐姆定律，改進程序及試驗板，使之能夠測量電流、電阻，同時能對短路狀態做出測試。

總設計流程圖

方案比較

本次比賽基礎要求設計量程為0-5V，精確度至少為0.02V的電壓表。依據精確度計算公式：精確度=量程/2^n（n為ADC的位數），結合擴展的25V，做出以下方案比較：

方案一：使用STC12C51進行模數轉換，但由于其內置ADC精度不夠（8位），勉強能夠滿足基礎要求，但無法達到擴展要求。故舍棄此方案。

方案二：ADC選用AD7705，單片機采用89C52，使用AD780提供基準電壓。16位AD解決25V時精度為0.0004。同時使用繼電器完成自動量程轉換，但由于電路的復雜程度和比賽時間，最終我們沒有做此擴展。

方案三：ADC選用AD7705，單片機采用89C52，使用AD780提供基準電壓。充足利用89c52的豐富I/O口及AD7705的高精度、雙極性特性將作品設計成擁有五檔電壓測量、五檔電流測量、七檔電流測量及短路測試的多用表。最終我們組決定使用方案三完成比賽。

各單元設計原理

1、供電電壓選取

由于試驗要求使用A/D測量0~5V電壓，使用DCpowerSupply提供外部供電電壓，或以USB接口給系統上電，經過AD780芯片，對A/D輸入適合工作的基準電壓，為AD7705、單片機提供穩定的2.5V工作電壓。

2、AD7705對模擬量的采集及轉換（測量電壓）

（1）AD7705為16位雙極性模數轉換器，它包括一個Σ-Δ（或電荷平衡）ADC、片內帶靜態RAM的校準微控制器、時鐘振蕩器、數字濾波器和一個雙向串行通信端口。該器件的電源電流僅為320A，使得它理想地用于電池供電的儀器中。器件具有兩種可選電源電壓范圍分別是2.7～3.3V或4.75～5.25V。它具有高精度校準、測量的能力，適應電壓表的精度要求。

（2）設計試驗板共有5個量程，分別為：-200mV~200mV-2~2V-20~20V-200~200V-500~500V對應增益值為8對應增益值為1對應增益值為1對應增益值為1對應增益值為1

（3）試驗通過開關使不同阻值分壓電阻接入電路來改變電壓表量程。開關抬起有效。如圖連接A/D與單片機，對A/D進行初始化，設置為雙極性、無緩沖、增益為1、濾波器不工作、自校準、更新速率為20Hz的狀態。通過編譯的讀、寫程序，完成A/D對外部模擬量的采集和解決，并將數據傳送給單片機。

3、單片機數據解決（直流電壓）

（1）本作品設計有五個電壓檔位。在程序中我們通過設置switch語句實現對不同檔位的選取和控制，AD轉換后的數據被傳輸至單片機中對應檔位的數據解決函數，單片機依據相應檔位的參數設置將數據解決還原為真切電壓值，并轉換為可被液晶讀取的2進制形式。

（2）測量直流電壓的公式為：電壓真值=數據V/增益值*對應的檔位參數

4、1602液晶顯示器

（1）對1602進行初始化，設置相關功能。

1602液晶初始化程序：

顯示器模塊原理圖：

（2）關于顯示正負號及小數點，本次顯示000.00000精度

（3）關于數據解決之后的輸出，將經過單片機解決得到的數據V發送至1602液晶，通過display函數（部分程序如下），實現液晶對數據的顯示。同時設計保護數據，當測得數據大于檔位上限時，系統輸出檔位上限值。

voiddisplay（）（部分程序）

{

chardisp［9］=12345678;

disp［0］=（v/10000000）+0x30;v%=10000000;disp

［1］=（v/1000000）+0x30;v%=1000000;disp

［2］=（v/100000）+0x30;v%=100000;disp

［3］=（v/10000）+0x30;v%=10000;disp

[4］=（v/1000）+0x30;v%=1000;disp

［5］=（v/100）+0x30;v%=100;disp

［6］=（v/10）+0x30;v%=10;disp

［7］=（v/1）+0x30;

……

擴展部分

1、電流測量

m利用閉合電路歐姆定律，在測電壓的基礎上可以實現對電流的測量。試驗中共有五個檔位，分別為：-2~2mA-20~20mA-200~200mA-2~2A-15~15A對應增益值為8對應增益值為8對應增益值為8對應增益值為8對應增益值為1

對于電流數據的解決，將AD采集到的數據v輸入單片機后，依據計算公式對v進行解決，以第一檔程序舉例：

其中對數據解決的公式為：電流真值=數據/增益值*對應的檔位參數

2、電阻測量

（1）本次比賽的電阻測量在說明中并沒有，我們組為了充足利用AD7705資源、鍛煉組員的能力，額外做了電阻測量和短路測試的拓展。

（2）電阻測量的原理為：依據閉合電路歐姆定律R=U/I，由于前兩步已完成對電壓與電流的測量，所以此處只需要在數據解決時，使用某檔位電壓/對應檔位流過待測電阻的電流值即可。

（3）電阻測量的檔位及對應增益值0~200~2000~2k0~20k0~200k0~2M0~100M對應增益值為2對應增益值為2對應增益值為2對應增益值為2對應增益值為2對應增益值為2對應增益值為1

（4）電阻測量的數據解決（20檔為例）

電阻測量的數據解決公式為：U/Rx=2.5/（Rx+Ro）Ro：相應電阻檔的已知串聯電阻3、短路測試在p2.5連接蜂鳴器系統，當表筆兩端電阻小于15時，p2.5賦低電平，蜂鳴器工作。

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