毕业设计（论文）-基于单片机的数字电压表设计.doc

哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 0 摘 要 数字电压表（gigital voltmenter）简称 DVM，它是采用数字化测试技术，把 连续的模拟量（直流输入电压）转化成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪 表。传统的指针电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的要求，采用单 片机的数字电压表，有精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与 PC 进行实施通信。目前，有各种单片 A/D 转换器构成的数字电压表，已被广泛 应用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动监测系统等智能化测量领域，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。本章重点介绍单片 A/D 转换器以及 由他们构成的基于单片机的数字电压表的工作原理 关键词：A/D 转换器；PC ；电压测量； 液晶显示 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 1 Abstract Digital voltmeter (gigital voltmenter) abbreviation DVM, it is using digital testing technology, the continuous analogue (dc input voltage) into a discontinuous, discrete digital form and to show appearance. The traditional pointer voltmeter and low accuracy of single function, and cant meet the requirements of the digital age, USES the monolithic digital voltmeter, have high precision, strong anti-interference, extensibility, integration is convenient, also can be carried out with PC communications. At present, there are all kinds of single piece of A/D converter in the composition of the digital voltmeter, has been widely used in the electronics and electrical measurement, industrial automation instrument, automatic monitoring system, intelligent measurement field, shows A strong vitality. At the same time, the expansion of DVM into general and special digital instruments, the power and the power measurement technology to a new level. This chapter introduces single chip on the A/D converter and they make by the based on SCM digital voltmeter principle of work Key words: A/D converter; PC; Voltage measurement; Liquid crystal display 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 2 目 录 第第 1 章章 绪论绪论.4 1.1 数字电压表背景.4 1.2 数字电压表背景.4 1.3 数字电压表的特点.5 第第 2 章章 硬件设计硬件设计.7 2.1 单片机 AT89S52.7 2.2 输入电路.11 2.3 A/D 转换电路.11 2.4 ICL7135 的应用.13 2.5 CD4060 的相关资料.18 2.6 ICL7660S 的功能与作用.19 2.7 液晶显示部分.20 2.8 本章小结.25 第第 3 章章 系统的软件设计系统的软件设计.26 3.1 主程序设计.26 3.2 A/D 中断程序设计.28 3.3 本章小结.29 结结 论论.30 参考文献参考文献.31 致致 谢谢. 32 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 3 第 1 章 绪论 1.1 数字电压表背景 采用新技术、新工艺，由 LSI 和 VLSI 构成的新型数字仪表及高档智能仪器 的大量问世，标志着电子仪器领域的一场革命，也开创了现代电子测量技术的先 河。新型数字仪表的发展主要有四个方向： （1）广泛采用新技术，不断开发新产品 （2）向模块化发展 新一代数字仪表正朝着标准模块化的方向发展。预计在不久的将来，许多数 字仪表将由标准化、通用化、系列化的模块所构成，给电路设计和安装调试、维 修带来极大方便。 表面安技装术（SMT）和表面安装元器件（SMD）将获得普遍应用。这项技 术被誉为世界电子工艺技术的一项重要突破。所谓表面安装是将微型化的表面安 装集成电路（SMIC）和表面安装元件，用粘贴工艺直接安装在印刷板上，再用 波峰焊接机焊接，由此取代传统的打孔焊接工艺，使印刷板安装密度大为增加， 可靠性得到明显提高。 （3）多重显示仪表 为彻底解决数字仪表不便于观察连续变化量的技术难题， “数字/模拟条图”双 显示仪表已成为国际流行款式，它兼有数字仪表准确度高、模拟式仪表便于观察 被测量的变化过程及变化趋势的两大优点。 模拟条图大致分成三类：液晶（LCD）条图，呈断续的条状，这种显示器 的分辨力高、微功耗，体积小，低压驱动，适于电池供电的小型化仪表。等离 子体（PDP）光柱显示器，其优点是自身发光，亮度高，显示清晰，观察距离远， 分辨力较高，缺点是驱动电压高，耗电较大。LED 光柱，它是又多只发光二极 管排列而成。这种显示器的亮度高，成本低，但象素尺寸较大，功耗高，驱动电 路复杂。 （4）作简单化 1.2 数字电压表背景 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 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 4 单片机的数字电压表，由精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可 与 PC 进行实时通信。目前，由各种单片 A/D 转换器构成的数字电压表，已被 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， 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。本章重点介绍单片 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。 1.3 数字电压表的特点 （1）显示清晰直观，读数准确 传统的模拟式仪表必须借助于指针和刻度盘进行读数，在读数过程中不可避 免的会引入人为的测量误差。数字电压表则采用先进的数显技术，使测量结果一 目了然，只要仪表不发生跳读现象，测量结果就是唯一的。 新型数字电压表还增加了标志符显示功能，包括测量项目、符号单位和特殊 符号、为解决 DVM 不能反映被测电压的连续变化过程以及变化趋势这一难题， 一种“数字/模拟条图”仪表业已问世。 “模拟图条”有双重含义：第一，被测量为模 拟量；第二，利用条状图形来模拟被测量的大小及变化趋势。这类仪表将数字显 示与高分辨率模拟条图显示集于一身，兼有 DVM 与模拟电压表之优点。 智能数字电压表均带微处理器和标准接口，可配合计算机和打印机进行数据处理 或自动打印，构成完整的测试系统。准确度是测量结果中系统误差与随机误差的 综合。 （2）分辨率高，测量范围宽 数字电压表在最低电压量程上末位 1 个字所代表的电压值，称为仪表的分辨 力，它反映仪表灵敏度的高低。分辨力随显示位数的增加而提高。分辨率是指所 能显示的最小数字（零除外）与最大数字的百分比。多量程 DVM 一般可测量 01000V 直流电压，配上高压探头还可测上万伏的高压。 （3）扩展能力强 在数字电压表的基础上，还可扩展成各种通用及专用数字仪表数字多用表 （DMM）和智能仪表，以满足不同的需要。 （4）测量速度快 数字电压表在每秒钟内对被测电压的测量次数，叫测量速率，单位是“次/S” 。 它主要取决于 A/D 转换器的转换速率，其倒数是测量周期。 （5）输入阻抗高，集成度高，微功耗 数字电压表具有很高的输入阻抗，通常为 10M10000M，最高可达 1T。 并且新型数字电压表普遍采用 CMOS 大规模集成电路整机功耗很低。 （6）抗干扰能力强 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 5 5 位以下的 DVM 大多采用双积分式 A/D 转换器，其串模抑制比、共模抑制 比各别可达 100dB、80120dB。高档 DVM 还采用数字滤波、浮地保护等先进技 术，进一步提高了抗干扰能力，共模抑制比可达 180dB。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 6 第 2 章硬件设计 数字电压表的设计方案有很多，本方案主要采用了 AT89S52 单片机、 ICL7135 高精度 A/D 转换器和其他一些辅助芯片经过调试之后最终达到测量目 的。 2.1 单片机 AT89S52 单片机选用的是 ATMEL 公司推出的 AT89S52，它的封装方式有三种。如图 2-1 所示。AT89S52 是一种低功耗、高性能 COMS8 位微控制器，具有 8K 在系统 可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦 适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使 得 AT89S52 位众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 （a） 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 7 （b） （c） 图 2-1 AT89S52 三种封装方式 2.1.1 AT89S52 的主要特点 （1） 与 MCS51 系列单片机完全兼容 （2） 其片内具有 256 字节 RAM，8KB 的可在线编程（ISP）FLASH 存储 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 8 器 （3） 1000 次擦写周期 （4） 全静态操作:0Hz33Hz （5） 三级加密程序存储器 （6） 32 个可编程 I/O 口线 （7） 三个 16 位定时器/计数器 （8） 八个中断源 （9） 全双工 UART 串行通道 （10） 低功耗空闲和掉电模式，点掉后中断可唤醒，拥有掉电标识符 （11） 看门口定时器 （12） 双数据指针 2.1.2 AT89S52 单片机主要接口功能 P0 口：P0 口是一个 8 位漏极烤炉的双向 I/O 口。作为输出口，每位能驱动 8 个 TTL 逻辑电平。对 P0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当方位外部程序和数据存储器时，P0 口也被作为低 8 位地址/数据复用。在 这种模式下，P0 具有内部上拉电阻。 在 flash 编程时，P0 口也用来接受指令字节；在程序校验时，输出指令字节， 并需要外部上拉电阻。 P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 输出缓冲器能 驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P1 端口写“1”时，被外部拉低的引脚由于内部电阻 的原因，将输出电流 I。此外，P1.0 和 P1.2 分别作定时器/计数器 2 的外部计数输 入（P1.0/T2）和定时器/计数器 2 在 flash 编程和校验时，P1 口接收低 8 位地址字 节。 表 2-1 P1 口第二功能 引脚号第二功能 P1.0 T2（定时器/计数器 T2 的外部计数输入） ，时钟输出 P1.1 T2EX（定时器/计数器 T2 的捕捉/重载触发信号和方向控制） P1.5 MOSI（在系统编程用） P1.6 MISO（在系统编程用） P1.7 SCK（在系统编程用） 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 9 P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲期能 驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可 以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因， 将输出电流（I） 。在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器（例 如执行 MOV X DPTR）时，P2 口送出高 8 位地址。在这种应用中，P2 口使 用很强的内部上拉发送 1。在使用 8 位地址（如 MOV X DPTR）时，P2 口 也接受高 8 位地址字节和一些控制信号。 P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲期能 驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可 以作为输入口使用作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将 输出电流（I） 。P3 口亦作为 AT89S52 特殊功能使用。如下表： 表 2-2 P3 口第二功能 引脚号第二功能 P3.0RXD（串行输入） P3.1TXD（串行输出） P3.2 （外部中断 0）0INT P3.3 （外部中断 0）0INT P3.4T0（定时器 0 外部输入） P3.5T1（定时器 1 外部输入） P3.6 （外部数据存储器写选通）WR P3.7 （外部数据存储器写选通）RD RST：复位输入。晶振工作时，RST 脚持续 2 个机器中期高电平将使单片机复 位。看门狗计时完成后，RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器 AUXR（地址 8EH）上的 DISRTO 位可以使此功能无效。DISRTO 默认状态下， 复位高电平有效。 ALE/：地址锁存控制信号（ALE）是方位外部程序存储器时，锁存低PROG 8 位地址的输出脉冲。在 flash 编程时，此引脚（）也用作编程输入脉冲。PROG 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 10 在一般情况下，ALE 以晶振的 6 分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外 部定时器或时钟使用。然而，特变强调，在每次方位外部数据存储器时，ALE 脉 冲将会跳过。如果需要，通过将地址位 8EH 的 SFR 的第 0 位置“1”，ALE 将被微 弱拉高。这个 ALE 使能标志位（地址为 8EH 的 SFR 的第 0 位）的设置对微控制 器处于外部执行模式下无效。 ：外部程序存储器选通信号（）是外部程序存储器选通信号。PSENPSEN 当 AT89S52 从外部程序实行外不代码时，在每个机器周期被激活两次，而PSEN 在方位外部数据存储器时，将不被激活。PSEN /VPP：访问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000H 到 FFFFH 的外部EA 程序存储器读取指令，必须接 GND。EA 为了执行内部程序指令，应该接 Vcc。EA 在 flash 编程期间，也接收 12 伏 Vpp 电压。EA XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器和输出端。 2.2 输入电路 输入电路的作用是把不同量程的被测的电压规范到 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 02V。本仪表设计是 0-1000V 电压，灵敏度高所以可以不加前置放大器， 只需衰减器，如图 3.1.2 所示 9M、900K、90K、和 10K 电阻构成 1/10 1/100、1/1000 的衰减器。衰减输入电路可由开关来选择不同的衰减率，从而 切换档位。为了能让 CPU 自动识别档位，还要有图 3.1.1 的硬件连接。 2.3 A/D 转换电路 A/D 转换器的转换精度对测量电路极其重要，它的参数关系到测量电路性 能。本设计采用双积 A/D 转换器，它的性能比较稳定，转换精度高，具有很高 的抗干扰能力，电路结构简单，其缺点是工作速度较低。在对转换精度要求较高， 而对转换速度要求不高的场合如电压测量有广泛的应用。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 11 2.3.1 双积 A/D 转换器的工作原理 双积分式 A/D 转换器是通过对测电压进行定时积分和对参考电压进行定值积 分的两个积分过程，来获得被测电压值数值的一种测量方法。它由积分器、过零 比较器、计数器及逻辑控制电路构成，基本电路原理如：图 2-2 所示，图中为 x V 被测电压、为基准电压、位模拟开关、R 为积分电阻、C 为积分电容、 r V 1 S 为积分器输出电压、为运算放大器、为电压比较器。 o V 1 A 2 A 图 2-2 双积 A/D 转换器工作原理 双积分式 A/D 转换器的工作过程为：A/D 转换启动后，首先将输入信号接 1 S 到积分器上，积分器输出一个负斜波电压，同时计数器开始计数。经过一定时间 ，计数器达到要求的计数值，逻辑控制电路通过将输入信号切换到基准电压 1 T 1 S 上，积分器开始对进行反向积分，同时计数器从 0 开始重新计数。由于 r V r V 与的极性相反，所以积分器输出正斜波电压。当积分器输出电压过零时， x V r V 比较器输出为 0，计数器停止计数。双积分式 A/D 转换器的工作过程波形如图 2- 3 所示。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 12 图 2-3 双积分 A/D 转换器工作波形 如图所示：对输入模拟电压和基准电压进行两次积分，先对输入模拟电压进 行积分，将其变换成与输入模拟电压成正比的时间间隔 T1，再利用计数器测出 此时间间隔，则计数器所计的数字量就正比于输入的模拟电压；接着对基准电压 进行同样的处理。在常用的 A/D 转换芯片（如 ADC -0809、ICL7135、ICL7109 等）中，ICL7135 与其余几种有所不同，它是一种四位半的双积分 A/D 转换器， 具有精度高（精度相当于 14 位二进制数） 、价格低廉、抗干扰能力强等优点。本 文介绍用单片机并行方式采集 ICL7135 的数据以实现单片机电压表和小型智能仪 表的设计方案。 2.4 ICL7135 的应用 7135 是采用 CMOS 工艺制作的单片 4 位半 A/D 转换器，封装形式如图 2-4， 其所转换的数字值以多工扫描的方式输出，只要附加译码器，数码显示器，驱动 器及电阻电容等元件，就可组成一个满量程为 2V 的数字电压表。 ICL7135 的了 Intersil 高精度 A/D 转换器，其复用的 BCD 输出和数字驱动器， 结合双坡转换的可靠性与1 的 20000 计数的准确性和适合的视觉显示数字电压表 /的 DPM 市场。2.0000V 充分的规模能力，自动调零，并自动极性相结合，真正 的比例操作，几乎理想的差分线性和真正的差分输入。一切必要的有源器件上载 有一个单一的 CMOS 集成电路，除了显示驱动器，范围，及时钟。 在 ICL7135 汇集了前所未有的结合，精度高，通用性，和真正的经济。它具 有自动调零，以低于 10V，零点漂移小于 1V/，输入偏置电流 10pA（最大值） ，并转误差不到一计数。多功能复用的 BCD 产出增加了另外的几个针脚，允许 其经营中更复杂的系统。这些措施包括， 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 13 OVERRANGE，UNDERRANGE，RUN/和 BUSY 的线路，使它能够接口HOLD 电路微处理器或 UART 。 图 2-4 ICL7135 封装 2.4.1 7135 主要特点如下： （1） 双积型 A/D 转换器，转换速度慢。 （2） 在每次 A/D 转换前，内部电路都自动进行调零操作，可保证零点 （3） 在常温下的长期稳定。在 20000 字（2V 满量程）范围内，保证转换 精度1 字。 （4） 转换精度 1 字相当于 14bitA/D 转换器。 （5） 具有自动极性转换功能。能在但极性参考电压下对双极性模拟输 （6） 入电压进行 A/D 转换，模拟电压的范围为 019999V。 （7） 模拟出入可以是差动信号，输入电阻极高，输入电流典型值 1PA。 （8） 所有输出端和 TTL 电路相容。 （9） 有过量程（OR）和欠量程（UR）标志信号输出，可用作自动量程转 换的控制信号。 （10） 输出为动态扫描 BCD 码 （11） 对外提供六个输入，输出控制信号 (R/H，BUSH，ST，POL，OR，UR)，因此除用于数字电压表外，还能与异步接 收/发送器、微处理器或其它控制电路连接使用。 （12） 采用 28 外引线双列直插式封装，外引线功能端排列如图所示。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 14 2.4.2 详细功能 （1）自动调零阶段 在自动调零，三件事情发生。首先，输入高，低电平断开的引脚和内部短路 模拟共用。其次，参考电容取决于参考电压。第三，反馈回路是封闭的系统，以 命令自动调零电容 CAZ，以补偿偏移电压的缓冲放大器，集成和比较。由于比较 包括在循环，自动调零的准确性是有限的唯一的噪音系统。在任何情况下，系统 补偿输入小于 10uV 。 （2）信号整合阶段 在信号集成期间，自动调零回路被打开，内部短路被删除，和内部输入高， 低电平连接到外部引脚。该转换器则集成了差分电压 HI 和 LO 之间固定的时间。 这个差动电压可在广泛的共模范围内；在一个伏供应。另一方面，在输入信号没 有恢复对转换电源供应器，LO 束缚于模拟共用建立正确的共模电压。在这一阶 段结束时，极性综合信号锁存到极性 F/F。 （3）非整合阶段 第三阶段是非整合或参考整合。输入低电平是内部连接到模拟共用和高电平 输入是连接整个放电的参考电容。电路芯片内确保电容器将与正确的极性，导致 积分输出返回到零。所需的时间输出返回到零正比于输入信号。 （4）零积分阶段 最后阶段是零积分。第一点，输入低电平是短路模拟共用。第二点，反馈回 路是封闭的系统，以高投入，导致集成输出返回到零。正常情况下，这一阶段持 续从 100 至 200 时钟脉冲，但经过一个过载转换，这是扩大到 6200 时钟脉冲。 （5）差分输入 输入可以接受差动电压范围内的任意位置共模范围内的输入放大器；或具体 从以下 0.5V 的积极供应 1V 的上述消极供应。在此范围内的系统有一个 CMRR 为八六分贝典型。然而，由于集成波动也与共模电压，必须谨慎行使，以确保集 成输出不饱和。最坏情况下的条件将是一个大型的积极共模电压接近负全面差分 输入电压。负输入信号驱动器的集成时，最积极的已经使用了积极的共模电压。 对于这些关键业务应用的集成挥杆可以减少到低于建议 4V 的全面展开与一些损 失的准确性。输出的积分可以在 0.3V 摆动都供应不丧失线性。 （6）模拟共用 模拟共用的是用作低电平输入回报在自动调零和非整合。如果 INLO 不同于 模拟共用，一个共同的模电压存在于该系统，并照顾了良好的 CMRR 为转换。然 而，在大多数应用 INLO 将在一个固定的已知电压（电源供应器常见的实例） 。在 此应用，模拟共用应当并列的相同点，从而消除了共模电压的转换器。参考电压 是参照模拟共用。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 15 2.4.3 7135 数字部分 数字部分主要由计数器、锁存器、多路开关及控制逻辑电路等组成。7135 一 次 A/D 转换周期分为四个阶段： （1）自动调零（AZ） ； （2）被测电压积分（INT） ； （3）基准电压反积分（DE） ； （4）积分回零（ZI） 。具体内部转换过程这里不做祥细介绍，主要介绍引脚 的使用。 R/H（25 脚）当 R/H=“1” （该端悬空时为“1” ）时，7135 处于连续转换状 态，每 40002 个时钟周期完成一次 A/D 转换。若 R/H 由“1”变“0” ，则 7135 在 完成本次 A/D 转换后进入保持状态，此时输出为最后一次转换结果，不受输入电 压变化的影响。因此利用 R/H 端的功能可以使数据有保持功能。若把 R/H 端用作 启动功能时，只要在该端输入一个正脉冲（宽度300ns） ，转换器就从 AZ 阶段开 始进行 A/D 转换。注意：第一次转换周期中的 AZ 阶段时间为 9001-10001 个时钟 脉冲，这是由于启动脉冲和内部计数器状态不同步造成的。 （26 脚）每次 A/D 转换周期结束后，ST 端都输出 5 个负脉冲，其输出时ST 间对应在每个周期开始时的 5 个位选信号正脉冲的中间，ST 负脉冲宽度等于 1/2 时钟周期 第一个 ST 负脉冲在上次转换周期结束后 101 个时钟周期产生。 因为每个选信号（D5-D1）的正脉冲宽度为 200 个时钟周期（只有 AZ 和 DE 阶段开始时的第一个 D5 的脉冲宽度为 201 个 CLK 周期）所以 ST 负脉冲之 间相隔也是 200 个时钟周期。需要注意的是，若上一周期为保持状态（R/H=“0”） 则 ST 无脉冲信号输出。ST 信号主要用来控制将转换结果向外部锁存器、UARTs 或微处理器进行传送。 BUSY（21 脚）在双积分阶段（INT+DE） ，BUSY 为高电平其余时为低电平。 因此利用 BUSY 功能，可以实现 A/D 转换结果的远距离双线传送，其还原方法是 将 BUSY 和 CLK“与”后来计数器，再减去 10001 就可得到原来的转换结果。 OR（27 脚）当输入电压超出量程范围（20000） ，OR 将会变高该信号在 BUSY 信号结束时变高。在 DE 阶段开始时变低。 UR（28 脚）当输入电压等于或低于满量程的 9%（读数为 1800）则一当 BUST 信号结束，UR 将会变高。该信号在 INT 阶段开始时变低。 POL（23 脚）该信号用来指示输入电压的极性。当输入电压为正则 POL 等 于“1” ，反之则等于“0” 。该信号 DE 阶段开始时变化，并维持一个 A/D 转换调 期。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 16 位驱动信号 D5、D4、D3、D2、D1（12、17、18、19、20 脚）每一位驱动 信号分别输出一个正脉冲信号，脉冲宽度为 200 个时钟周期，其中 D5 对应万位 选通，以下依次为千、百、十、个位。在正常输入情况下，D5-D1 输出连续脉冲。 当输入电压过量程时，D5-D1 在 AZ 阶段开始时只分别输出一个脉冲，然后都处 于低电平，直至 DE 阶段开始时才输出连续脉冲。利用这个特性，可使得显示器 件在过程时产生一亮一暗的直观现象。 B8、B4、B2、B1（16、15、14、13 脚）该四端为转换结果 BCD 码输出， 采用动态扫描输出方式，即当位选信号 D5=“1”时，该四端的信号为万位数的 内容，D4=“1”时为千位数内容，其余依次类推在个、十、百、千四位数的内容 输出时，BCD 码范围为 0000-1001 对于万位数只有 0 和 1 两种状态，所以其输 出的 BCD 码为“0000”和“0001” 。当输入电压过量程时，各位数输出全部为零， 这一点在使用时应注意。 最后还要说明一点，由于数字部分以 DGNG 端作为接地端，所以所有输出端 输出电平以 DGNG 作为相对参考点。基准电压，基准电压的输入必须对于模拟公 共端 COM 是正电压。 2.4.4 与单片机系统的串行连接 在 ICL7135 与单片机系统进行连接时，如图 2-5，使用并行采集方式，要连 接 BCD 码数据输出线，可以将 ICL7135 的/STB 信号接至 AT89S52 的 P3.2（INT0） 。 图 2-5 ICL7135 与单片机连接 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 17 ICL7135 需要外部的时钟信号，本设计采用 CD4060 来对 4M 信号进行 32 分 频得到 125KHz 的时钟信号，如图 2-6。CD4060 计数为 14 级 2 进制计数器，在 数字集成电路中可实现的分频次数最高，而且 CD4060 包含振荡电路所需的非门， 使用更为方便。 图 2-6 CD4060 分频连接图 2.5 CD4060 的相关资料 2.5.1 CD4060 的描述与特征 该 CD4060 是 14 级二进制计数器。封装如图 2-7。计数器是一项先进的负面 一个过渡的每一个时钟脉冲。该计数器复位到零状态的一个逻辑“1”在复位输 入独立的时钟。其特征如下： （1） 电源电压范围：3V15V （2） 高抗干扰：0.45Vdd（典型值） （3） 低功耗 TTL 兼容性：可以驱动 2 片 74L 系列芯片或驱动 1 片 74LS 系 列芯片 （4） 中等高速运转：在电压=10V 时，具有 8MHz 典型。 （5） 施密特触发器的时钟输入 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 18 图 2-7 CD4060 封装 2.6 ICL7660S 的功能与作用 2.6.1 ICL7660S 简介 如图 2-8，该 ICL7660S 超电压转换器是一个单片电路 CMOS 电压转换 IC， 保证显着的性能优于其他类似装置。这是一个直接替换工业标准的 ICL7660 提供 了一个扩大经营范围的电源电压高达 12V，低电源电流。无需外部二极管所需的 ICL7660S。此外，高频升压脚已被纳入，使用户能够实现较低的输出阻抗，尽管 使用较小的电容器。 图 2-8 ICL7660S 引脚 所有改进中所强调的电气规格一节。关键参数都保证在整个商业，工业和军 事温度范围内工作。 ICL7660S 执行的电源电压转换从积极的消极的输入电压范 围 1.5V 至 12V 的，因此互补的输出电压-1.5V-12V 的。只有 2 个非关键外部电 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 19 容器所需要的电荷泵和负责水库的功能。该 ICL7660S 可以连接到作为一个电压 倍增，并会产生高达 22.8V 的 12V 输入。它也可以被用来作为电压倍增器或分压 器。 该芯片包含了一系列直流电源稳压器，RC 振荡器，电压电平转换器，4 个输 出功率 MOS 开关。振荡器，当卸下，振荡的标称频率为 10kHz 时输入电源电压 为 5.0V。这频率可降低，增加了一个外部电容器的“振荡”终端或振荡器，可过驱 动一个外部时钟。的“吕”终端可与地线绕过内部一系列调节和改善低电压 （LV）号行动。在高电压（3.5V 至 12V）中，LV 是左浮动，以防止闭锁装置。 2.6.2 ICL7660S 的特点 （1） 保证较低的最大供应电流为所有的温度范围； （2） 宽工作电压范围 1.5V 至 12V 的； （3） 100测试在 3V； （4） 无需外部二极管的温度和电压范围； （5） 推动针脚（针 1）即：更高的开关频率； （6） 保证最低限度的电源效率达 96； （7） 改进的最小开路电压转换效率为 99； （8） 改善可控硅闭锁保护； （9） 从+5V 逻辑电源到5V 的输出的简易转换； （10） 简单的乘法输出电压 VOUT=（-）n VIN； （11） 易用-只需要 2 个外接非关键无源器件； （12） 改进的直接替换工业标准。ICL7660 和其他设备的第二个源器件的应 用； （13） 简单的转换+5V 至5V； （14） 乘法输出电压=n VIN； （15） 负极供给数据采集系统和仪器仪表； 2.7 液晶显示部分 显示接口用来显示系统的状态，命令或采集的电压数据。本系统显示部分用 的是 LCD 液晶模块，采用一个 161 的字符型液晶显示模块， 点阵图形式液晶由 M 行N 列个显示单元组成，假设 LCD 显示屏有 64 行， 每行有 128 列，每 8 列对应 1 个字节的 8 个位，即每行由 16 字节，共 168=128 个点组成，屏上 6416 个显示单元和显示 RAM 区 1024 个字节相对应，每一字节 的内容和屏上相应位置的亮暗对应。一个字符由 68 或 88 点阵组成，即要找到 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 20 和屏上某几个位置对应的显示 RAM 区的 8 个字节，并且要使每个字节的不同 的位为1，其它的为0，为1的点亮为0的点暗，这样一来就组成 某个字符。但对于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可让 控制器工作在文本方式，根据在 LCD 上开始显示的行列号及每行的列数找出显 示 RAM 对应的地址，设立光标在此送上该字符对应的代码即可。 2.7.1 1601 使用说明 如图 2-9： 图 2-9 1601 引脚图 表 2-3 LCD1601 液晶模块的引脚 引脚符号功能说明 1GND接地 2Vcc5V 3VL驱动 LCD，一般将此脚接地 4RS 寄存器选择 0：指令寄存器（WRITE）Busy flag，位址计数器 （READ） 1：数据寄存器（WRITE，READ） 5R/WREAD/WRITE 选择 1：READ 0：WTITE 6E读写使能（下降沿使能） 7DB0低 4 位三态、双向数据总线 8DB1 9DB2 10DB3 11DB4 12DB5 13DB6 14DB7 高 4 位三态、双向数据总线 另外 DB7 也是一个 Busy flag 寄存器选择，如表 2-4 所示： 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 21 表 2-4 寄存器选择控制线操作 RSR/W操作说明 00写入指令寄存器（清除屏幕等） 01读 Busy flag(DB7)，以及读取位址计数器（DB0DB6)值 10写入数据寄存器（显示各字型等） 11从数据寄存器读取数据 Busy flag(DB7):在此位未被清除为“0”时，LCD 将无法再处理其他指令要 求。显示地址：如表 2-5，内部地址计数器的计数地址：SB7=0(DB0DB6)第一 行 00、01、02 等，第二行 40、41、42 等，可配合检测 DB7=1 (RS=0，R/W=1)读取目前显示字的地址，判断是否需要换行。 表 2-5 LCD1601 161 显示字的地址 12345678910111213141516 00010203040506074041424344454647 外部地址：DB7=1，亦即 80H内部计数地址，可以用此方式将字显示在某 一位置。 LCD 各地址列举如表 2-6： 表 2-6 LCD1601 161 显示字的外部地址 12345678910111213141516 8081828384858687C0C1C2C3C4C5C6C7 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 22 表 2-7 LCD1601 的指令组 指 令设置码 说 明RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0 清除显示幕000000000* 光标回到原点000000001* 进入模式设定00000001I/DS 显示幕 ON/OFF0000001DCB 移位000001S/CR/L* 功能设定00001DLNF* 字发生器地址设 定 0001AGC 设置显示地址0001ADD 忙碌标志位 BF001BF 显示数据10写入数据 读取数据11读取数据 I/D I/D=1 表示加 1， I/D=0 表示减 1 S S=1 表示显示幕 ON S=0 表示 OFF D D=1 表示显示屏幕 ON D=0 表示显示屏幕 OFF C C=1 表示光标 ON C=0 表示光标 OFF B B=1 表示闪烁 ON B=0 表示显示闪烁 OFF S/C S/C=1 表示显示屏幕移位 S/C=0 光标移位 R/L R/L=1 表示右移 R/L=0 表示左移 DL DL=1 表示 8 位 DL=0 表示 4 位 F F=1 表示 510 点矩阵 F=0 表示 57 点矩阵 N N=1 表示 2 行显示行 N=0 表示 1 行显示行 BF BF=1:内部正在动作 BF=0:可接收指令或数据码 2.7.2 液晶显示部分与 89S52 的接口 如图 2-10，用 89S52 的 P2 口作为数据线，用 P01、P02、P03 分别作 为 LCD 的 E、R/W、RS。其中 E 是下降沿触发的片选信号 R/W 是读写信号，RS 是寄存器选择信号本模块设计要点如下：显示模块初始化：首先清屏，再设置接 口数据位为 8 位，显示行数为 1 行字型为 57 点阵，然后设置为整体显示，取消 光标和字体闪烁，最后设置为正向增量方式且不移位。向 LCD 的显示缓冲区中 送字符，程序中采用 2 个字符数组，一个显示字符，另一个显示电压数据，要显 示的字符或数据被送到相应的数组中，完成后再统一显示首先取一个要显示的 字符或数据送到 LCD 的显示缓冲区，程序延时 2.5ms，判断是否够显示的个数， 不够则地址加一取下一个要显示的字符或数据。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 23 图 2-10 LCD 与单片机连接图 以下是 LCD1601 驱动测试程序： RS EQU P0.1 RW EQU P0.2 E EQU P0.3 ORG 0000H MOV P2，#00000001B ； 清屏 ACALL ENABLE MOV P2，#00000001B ； 清屏 ACALL ENABLE MOV P2，#00111000B ； 显示功能 ACALL ENABLE MOV P2，#00001111B ； 显示开关控制 ACALL ENABLE MOV P2，#00000110B ； 输入模式 ACALL ENABLE MOV P2，#0C0H ； 数据存贮器地址 ACALL ENABLE MOV P2，#01000001B ； ASCII 码 SETB RS CLR RW CLR E ACALL DELAY SETB E AJMP $