基于单片机的电压表设计

基于单片机的电压表设计内容摘要：

A60S2单片机控制器 温度采集模块 按键模块 显示模块 报警模块 电源模块 AD 转换模块 西安航空职业技术学 院 毕业设计论文 5 路高速 10位 A/D 转换（ 250K/S，即 25 万次 /秒），针对电机控制，强干扰场合。 1. 增强型 8051 CPU， 1T 单时钟 /机器周期，指令代码完全兼容传统 8051 2. 工作电压： STC12LE5A60S2 系列单片机： （ 3V 单片机） 3. 工作频率范围： 035MHz， 相当于普通 8051 的 0420MHz 4. 用户应用程序空间 60KB 字节 5. 片上集成 1280 字节 RAM 6. 通用 I/O 口（ 36 个），复位后为：准双向 /若上拉（普通 8051 传统 I/O 口） 可设置成四种模式：准双向 /若上拉，强推挽 /强上拉，仅为输入 /高阻，开 漏每个 I/O 口驱动能力均可达到 20mA，但整个芯片最大电流不要超过 120mA 7. ISP(在系统可编程 )/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿 真器可通过串口（ ）直接下载用户程序，数秒即可完成一片 8. 内部看门狗 9. 内部集成 MAX810 专用复位电路（外部晶振 12M 以下时，复位脚可直接接 1K 电阻到地） 10. 时钟源：外部高精度晶体 /时钟，内部 R/C 振荡器（温漂为177。 5%到177。 10%以 内）用户在下载用户程序时，可选择是使用内部 R/C 振荡器还是外部晶体 / 时钟常温下内部 R/C 振荡器频率为： 8MHz12MHz 精度要求不高时可选择使 用内部时钟 11. 共 4 个 16 位定时器，两个与传统 8051 兼容的定时器 /计数器， 16 位定时 器 T0 和 T1，没有定时器 2，但有独立波特率发生器做串口通讯的波特率发 生器，再加上 2路 PCA 模块可再实现 2个 16 位定时器 12. 3 个时钟输出口，可由 T0 的溢出在 ，可由 T1 的溢出在 ，独立波特率发生器可在 口输出时钟 13. 外部中断 I/O 口 7 路，传统的下降沿中断或低电平触发中断，并新增支持 上升沿中断的 PCA 模块， power Down 模式可由外部中断唤醒， INT0/,INT1/,T0/,T1/,CCP0/(也可通过 寄存器设置到 )， CCP1/（也可通过寄存器设置到 ） 14. PWM(2 路 )/PCA（可编程计数器阵列 2路）也可用来当 2 路 D/A 使用，也可 用来在实现 2 个定时器，也可用来再实现 2 个外部中断（上升沿中断 /下降 沿中断均可分别或同时支持） 15. A/D 转换， 10 位精度 ADC，共 8路，转换速度可达 250K/S（每秒钟 25万次） 16. 通用全双工异步串行口（ UART），由于 STC12 系列是高速的 8051，可再用 定时器或 PCA 软件实现多串口 17. STC12LE5A60S2 系列有双串口， RxD2/（可通过寄存器设置到 ），西安航空职业技术学 院 毕业设计论文 6 TxD2/（可通过寄存器设置到 ） 18. 工作温度范围 ： 40℃ 85℃（工业级） /0℃ 75℃ (商业级 ) 19. 封装： LQFP48， LQFP44， PDIP40， PICC44， ， 可用 2 到 3 根普通 I/O 口外接 74HC164/165/595(均可级联 )来扩展 I/O 口， 还可以用 A/D 做按键扫描来节省 I/O 口，或用双 CPU，三线通信，还多了 串口。 STC12LE5A60S2 单片机最小系统 51 单片机的最小系统包括：时钟振荡电路、复位电路、电源电路。 时钟振荡电路必须在 X1 和 X2 之间跨接晶体振荡器和微调电容，晶体振荡 器常用，电容用 22pF；复位电路采用按键复位，采用 40引脚双列直插封装 (DIP)形式。 单片机最小系统电路图如图 所示。 图 单片机最小系统 电源模块 电源模块选用手机锂离子电池作为系统电源，手机锂离子电池体积小、容量大、供电电压在 之间，电压相对较稳定，还可以充电多次利用。 本系统设计的电压表要求使用便捷，采用手机电池为电源非常合适。 由于单片机、液晶屏、 AD 转换芯片的工作电压都为 而手机电池充满电时电压为 ，放点西安航空职业技术学 院 毕业设计论文 7 过后电压为 直接供给芯片电压稍微过高。 1N4007 二极管的导通压降为，设计时在电池输出加上一个二极管则输出电压为 ，基本满足各芯片稳定工作要求。 AD7705 转换芯片及硬件电路 AD7705 结构及工作原理 AD7705 是 AD公司新推出的 16 位Σ ∆A/D 转换器。 器件包括由缓冲器和增益可编程放大器（ PGA）组成的前段模拟调节电路，Σ ∆调制器，可编程数字滤波器等部件。 能够直接将传感器测量到的多路微小信号进行 A/D 转换。 这种器件还具有很高分辨率 、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声性能以及低电压低功耗等特点，非常适合仪表测量、工业控制等领域的应用。 它采用三线串行接口，有两个全差分输入通道，能达到 %非线性的 16位无误码数据输出，其增益和数据输出更新率均可编程设定，还可选择输入模拟缓冲器，以及自校准和系统校准方式。 工作电压 3V 或 5V。 3V 电压时，最大功耗为 1mW，等待模式下电源电流仅为 8uA。 AD7705 各引脚及功能 AD7705 引脚图如图 所示。 图 AD7705 引脚图 AD7705 各引脚功能 如表 所示。 表 AD7705 各引脚功能 编号 名称 功能 1 SCLK 串行时钟，施密特逻辑输入。 将一个外部的串行时钟加于这一输入端口，以访问 AD7705 的串行数据。 该串行时钟可以是连续时钟以连续的脉冲串传送所有数据。 反之，它也可以是非连续时钟，将信息以小批型数据发送给 AD7705 2 MCLK IN 为转换器提供主时钟信号。 能以晶体 /谐振器或外部时钟的形式提供。 晶体 /谐振器可以接在 MCLKIN 和 MCLKOUT 二引脚之间。 此外，MCLKIN 也可用 CMOS 兼容的时钟驱动，而 MCLKOUT 不连接。 时钟频率的范围为 500kHz～ 5MHz 3 MCLK OUT 当主时钟为晶体 /谐振器时，晶体 /谐振器被接在 MCLKIN 和MCLKOUT 之间。 如果在 MCLKIN 引脚处接上一个外部时钟，西安航空职业技术学 院 毕业设计论文 8 3 MCLK OUT MCLKOUT 将提供一个反相时钟信号。 这个时钟可以用来为外部电路提供时钟源，且可以驱动一个 CMOS 负载。 如果用户不需要，MCLKOUT 可以通过时钟寄存器中的 CLKDIS 位关掉。 这样，器件不会在 MCLKOUT 脚上驱动电容负载而消耗不必要的功率 4 CS 片选，低电平有效的逻辑输入，选择 AD7705。 将该引脚接为低电平，AD7705 能以三线接口模式运行（以 SCLK、 DIN 和 DOUT 与器件接口）。 在串行总线上带有多个器件的系统中，可由 CS 对这些器件作出选择，或在与 AD7705 通信时， CS 可用作帧同步信号 5 RESET 复位输入。 低电平有效的输入，将器件的控制逻辑、接口逻辑、校准 系数、数字滤波器和模拟调制器复位至上电状态 6 AIN2(+) 差分模拟输入通道 2 的正输入端 7 AIN1(+) 差分模拟输入通道 1 的正输入端 8 AIN1() 差分模拟输入通道 1 的负输入端 9 REF IN(+) 基准输入端。 AD7705 差分基准输入的正输入端。 基准输入是差分的，并规定 REFIN(+)必须大于 REFIN()。 REFIN(+)可以取 VDD 和 GND之 间的任何值 10 REF IN() 基准输入端。 AD7705差分基准输入的负输入端。 REFIN()可以取 VDD和 GND 之间的任何值，且满足 REFIN(+)大于 REFIN() 11 AIN2() 差分模拟输入通道 2 的负输入端 12 DRDY 逻辑输出。 这个输出端上的逻辑低 电平表示可从 AD7705 的数据寄存器获取新的输出字。 完成对一个完全的输出字的读操作后， DRDY 引脚立即回到高电平。 如果在两次输出更新之间，不发生数据读出，DRDY 将在下一次输出更新前 500 tCLKIN 时间返回高电平。 当DRDY 处于高电平时，不能进行读操作，以免数据寄存器中的数据正在被更新时进行读操作。 当数据被更新后， DRDY 又将返回低电平。 DRDY 也用来指示何时 AD7705/7706 已经完成片内的校准序列 13 DOUT 串行数据输出端。 从片内的输出移位寄存器读出的串行数据由此端输出。 根据通讯寄存器中 的寄存器选择位，移位寄存器可容纳来自通讯寄存器、时钟寄存器或数据寄存器的信息 14 DIN 串行数据输入端。 向片内的输入移位寄存器写入的串行数据由此输入。 根据通讯寄存器中的寄存器选择位，输入移位寄存器中的数据被传送到设置寄存器、时钟寄存器或通讯寄存器 15 VDD 电源电压， +～ + 16 GND 内部电路的地电位基准点 AD7705 的寄存器 AD7705 片内包括 8 个寄存器，这些寄存器通过器件的串行口访问。 第一个是通信寄存器，它管理通道选择，决定下一个操作是读操作 还是写操作，以及下一次读或写哪一个寄存器。 所有与器件的通信必须从写入通信寄存器开始。 上电或复位后，器件等待在通信寄存器上进行一次写操作。 这一写到通信寄存器的数据决定下一次操作是读还是写，同时决定这次读操作或写操作在哪个寄存器上发西安航空职业技术学 院 毕业设计论文 9 生。 所以，写任何其它寄存器首先要写通信寄存器，然后才能写选定的寄存器。 所有的寄存器（包括通信寄存器本身和输出数据寄存器）进行读操作之前，必须先写通信寄存器，然后才能读选定的寄存器。 此外，通信寄存器还控制等待模式和通道选择，此外 DRDY 状态也可以从通信寄存器上读出。 AD7705 的基准源 大家都知道在电池使用过程中随着电池电量的降低，电池的输出电压也随之降低这对整个系统有一定影响，特别是对电压进行测量时影响就更大了。 要想精确地测量某个电压，在整个系统电压变化时。