基于i2c总线的数字电压表设计

基于i2c总线的数字电压表设计内容摘要：

采集。 2 .ADC0804的规格及引脚图 8位 COMS逐次逼近型的 A/D转换器； 三态锁定输出； 存取时间： 135181。 s； 分辨率： 8位； 转换时间： 100181。 s； 总误差：177。 1LSB； 工作温度： ADC0804LCN—— 0℃― +70℃； ADC0804LCD—— 40℃― +85℃； 引脚图及说明如图所示： 图 9 ADC0804引脚图 /CS：芯片选择信号。 /RD：外部读取转换结果的控制脚输出信号。 /RD 为 HIGH 时， DB0— DB7 处于高阻抗； /RD为 LOW时，数字数据才会输出。 /WR：用来启动转换的控制输入，相当于 ADC 的转换开始（ /CS=0 时），当 /WR 由 HIGH 变为LOW时，转换器被清除；当 /WR回到 HIGH时，转换正式开始。 CLK IN， CLK R：时钟输入或接振荡元件（ R， C），频率约限制在 100KHZ— 1460KHZ 如果使用 RC电路 则其振荡频率为 1/（ ）。 /INTR：中断请求信号输出，低电平动作。 VIN（ +）、 VIN（ — ）：差动模拟电压输入。 输入单端正电压时， VIN（ — ）接地；而差动输入时，直接加入 VIN（ +）、 VIN（ — ）。 AGND， DGND：模拟信号以及数字信号的接地。 VREF：辅助参考电压。 DB0— DB7： 8位的数字输出。 VCC：电源供应以及作为电路的参考电压。 ADC0804与 89C51连接 (见图 10) 通过调节电位器来调节参考电压，使其稳定在 图 10 ADC0804 与 89C51 连接图 8 图 8 数字电压表原理电路图 9 在电压表中 A/D转换原理 把 ADC0804转换出来的数据转换成可显示的十进制数据方法如下： 以 5伏档为例，若测试端输入为 4伏，实际进入 ADC0804为 4V （ 1） 经 A/D转换后为 11001000B=C8H（查对照表）。 （ 2） C8经十进制转换为 0200，则令 R4=20， R5=00 （ 3） 再将此 0200 2=0400，令 R4=40， R5=00。 （ 4） 将小数点设在 D3上，并将其分别显示为： 0 4 0 0 D4 D3 D2 D1 （ 5） 若档位不同，只要移动小数点的位置就可以了。 表 5 ADC0804 电压输入与数字输出关系 十六进制 二进制 与满刻度的比率 相对电压值 VREF= 伏 高 4 位字节 低 4 位字节 高 4 位字节电压 低 4 位字节电压 F 1111 15/16 15/256 E 1110 14/16 14/256 D 1101 13/16 13/256 C 1100 12/16 12/256 B 1011 11/16 11/256 A 1010 10/16 10/256 9 1001 9/16 9/256 8 1000 8/16 8/256 7 0111 7/16 7/256 6 0110 6/16 6/256 5 0101 5/16 5/256 4 0100 4/16 4/256 3 0011 3/16 3/256 2 0010 2/16 2/256 1 0001 1/16 1/256 0 0000 0 0 0 0 按照上面转化规则即可实现数字电压表的数据采集、 A/D转换、十进制转化。 、 电压档位调节电路 直流 500mV档：由 LM324作为运放，对输入电压进行放大，放大 10倍，使输入到 ADC0804的电压范围在 05V之间。 直流 50V， 500V档：输入电压经由分压 1/ 1/100后送入 ADC0804。 交流档：交流电压输入进行分压，然后由整流桥进行全波整流，由三个电容滤波，输出 10 的直流电压再输入 ADC0804。 电压档位调节器有双层，上层作为电压输入，下层作为单片机判别档位。 图 11 电压档位调节电 路 、显示电路 本电路采用动态模式显示（见图 12）由程序控制 SAA1064使 MX MX2连接的两个三极管交替导通。 图 12 显示电路 硬件实物图 如图 13 把写完的软件烧写到 89C51芯片中，电路中所要用到的各芯片对号入座，插到电路板相应的插槽中即可进行调试与测试。 、 调试 打开电源开关，用另一个数字万用表做校准工作，先对 ADC0804的参考电压进行校准，调节电位器，使参考电压稳定在 ，然后对每个档位进行校准，也是调节各电位器，使显示值与另一个 数字电压表的显示值一致，按下按键 2，看 LED亮度是否变化；旋转电压档位，看 LED的小数点亮的位置是否会变化。 由于所使用的 A/D转换器误差为177。 1LSB，在此电路中的显示的精度为177。 ，因此，测量时最后一位会出现177。 2的跳变。 、测试 打开电源开关时，四个 LED都显示为“ 0”，把档位调节器调到待测档，在此档状态下， 按下按键 2，可以看到右边第 1个 LED显示数字，其数字即为 LED 的亮度等级，同时所有的 11 图 13 数字电压表的硬件实物图 LED的 亮度会随着数字不同呈不同的亮度。 把档位调节到 5V档，此时电路板上的两根测量线可以接上待测电压，进行电压测试，在测试状态下，按下按键 1，可进行数据储存， 12 如：测试电压显示为 ，按下按键 1，即把 这个数据存储到 AT24C01 中，当把档位再调到待测档，按一下按键 1，即可在次显示 ，这说明存储数据成功。 I2C总线的应用程序设计原理 、概述 下面是用软件实现 I2C总线控制数字电压表的显示和存储。 用单片机的两个 I/O口来模拟SDA， SCL 两条传输线上的传输时序，把从 A/D 转 换完的数据传送到指定的从器件，实现单片机对整个系统的控制。 、软件的整体构思 程序中用两个中断，一个用来控制 SAA1064T的输出电流以控制 LED 显示的亮度；另一个中断用来控制 E2PROM 的读写，在没有测试电压时此中断的产生进行读操作，在测电压时中断产生进行写操作（即进行电压值的存储 ）。 模拟 I2C 总线的子程序设置了器件的入口地址，这样可以在使用各器件时进行调用。 、应用程序设计实例 、 模拟 I2C总线的程序设计 以 AT89C51作为 I2C总线的主控制器件，进行 I2C总线的模拟传输。 程序 是严格按照 I2C传输协议要求来编写的，主要控制 SCL和 SDA两条信号线的时序来完成寻址和数据的传输。 本设计的要求是对采集的电压进行显示，因此，传输速度要求不是很高，在程序中采用标准模式编写即参照表 1参数值进行时序设计。 模拟 I2C总线的设计程序可以写成一个软件包的形式，只要在主程序中加上文件名，就可以进行直接调用。 I2C 总线的初始化及通用读、写子程序：根据表 1 的参数值写 I2C总线启动子程序、数据传输（读、写）子程序，时序的调整是用 NOP指令，由于 CPU的电路中所用的晶振为 12MHZ，则可以用 4个单片机周期（ 1μ S）指令“ NOP”模拟 SCL时钟高电平的宽度。 图 14启动 I2C总线（ START）子程序流程图 图 15结束总线（ STOP）子程序流程图 开始 SDA 置 1 SDA 置 0 SCL 置 1 创建 延时 4us 创建延时 S SCL 置 0,钳住总线 ,准备发送数据 结束 开始 SDA 置 0 SDA置 1 SCL 置 1 创建延时 4μ S 创建延时 S 结束 SDA 置 0 SCL 置 0 13 图 16 应答信号（ MACK）子程序流程图 图 17 写 N 字节数据子程序流程图 、数字电压表程序设计 本程序设计是以 AT89C51 为中心，读取前端 A/D 转换的数据，进行数据十进制调整，然后进行显示，必要时进行数据存储。 硬件中设计了两个按键，在程序中对应两个中断，其分别是用来控制 LED亮度和 AT24C01的读写。 量状态。 当 =0 时，待测状态，此时，不能进行电压测量，只能响应外部两个中断。 响应中断 0时， LED亮度变化，同时显示亮度等级；响应中断 1，读取 24C01数据并进行显示。 =0时，小数点在最低位（即第 4个 LED的小数点亮） 当 =0时，第 3个 LED小数点亮，当 =0时，第 2个 LED小数点亮。 程序初始化，开机显示为 0000。 主程序流程图见图 19。 各个调用子程序流程图： 中断 0：此中断为设置电流输出等级（即 LED 的亮度调节），主要是控制 SAA1064 中的状态字节寄存器 00H的值，其取值范围为： 07H77H，因此，有八级亮度显示。 中断 1：此中断控制 24C01的读写，当 =0时，进行读 24C01，当 =1时写 24C01。 N N N Y Y Y Y 结束 开始 SDA 置 1 使 C=SDA SCL 置 1 ACK 置 0 SCL 置 0 ACK 置 1 C=0? N 开始 启动 I2C 总线 送被控器地址 有应答。 发送一个字节数据 送单元地址 有应答。 有应答。 数据发送完。 结束 发 送停止信号 延时 10ms 等待写完 N Y 14 图 18 读 N 字节数据子程序流程图 图 19 主程序流程图 Y 图 20 中断 0 子程序流程图 Y N Y Y N 开始 启动 I2C 总线 送被控器地址 有应答。