基于AT89S52单片机的智能多用表设计.doc

梧州学院学位论文摘要电学参数测量技术涉及范围广，特别是微电压、微电流、高电压以及待测信号强弱相差极大的情况下，既要保证弱信号的测量精度又要兼顾强信号的测量范围，在技术上有一定的难度。传统的低成本仪表在测量电压、电阻时都采用手动选择档位的方法来转换量程。在使用中，当忘记转换档位时，会造成仪表测量精度下降或损坏。 现代电子测量对系统的精度要求越来越高且智能化程度也越来越高。全量程无档自动量程转换电压表和电阻表是在保证测量精度不下降的前提条件下省去手动转换量程的工作，得到了广泛应用。本文介绍了一种基于AT89S52单片机的智能多用表。该表能在单片机的控制下完成直流电压、电阻和直流电流的测量。测量电流部分采用了简单的I/V转换电路完成测试；测量电压部分结合模拟开关CD4051和运算放大器OP07构成程控放大器，实现了自动量程转换；测量电阻部分也由模拟开关CD4051和运算放大器OP07相结合，在单片机控制下完成了自动量程转换。电流、电压和电阻的最终测量信号都在单片机的控制下由12位A/D转换器TLC2543进行采集，采集的信号经单片机数据处理后通过LCD（12864）显示出来，测量结果还可以由带有串行EEPROM的CPU存储器和监控器的X25045进行多个数据保存。关键词：TLC2543 自动量程转换 程控增益放大器 电压电阻电流AbstractThe electricity parameter measuring technique involves the area to be broad, specially micro voltage, micro electric current, high voltage as well as in testing signal strong and the puniness discrepancy enormous situation, both must guarantee the discrepancy signal the measuring accuracy and to give dual attention to the strong signal the measuring range, technically has certain difficulty. Traditional low cost measuring appliance when measurement voltage, resistance uses the manual choice files position the method to transform the measuring range. In use, when forgot transform the files position, will cause the measuring appliance measuring accuracy to drop or the damage. The modern electronic surveying to systems accuracy requirement is getting higher and higher, and the intellectualized degree is also getting higher and higher. The entire measuring range does not have the files automatic measuring range transformation voltmeter and the ohmmeter is in the guarantee measuring accuracy does not drop under the prerequisite omits the manual transformation measuring range the work, obtained the widespread application. This article introduced one kind based on AT89S52 monolithic integrated circuits intelligent multipurpose meter. This meter can complete the DC voltage, the resistance and the direct current measure under monolithic integrated circuits control. The measuring current part used the simple I/V switching circuit to complete the test; Measurement voltage part union simulation switch CD4051 and the operational amplifier OP07 constitution program control amplifier, has realized the automatic measuring range transformation; The measure resistive part also unifies by simulation switch CD4051 and operational amplifier OP07, has completed the automatic measuring range transformation under the monolithic integrated circuit control.The electric current, the voltage and the resistance final measure signal under monolithic integrated circuits control carries on collection by 12 bit A/D switch TLC2543, the collection signal after the monolithic integrated circuit data processing through LCD (12864) display that the measurement result may also by have the serial EEPROM CPU memory and monitors X25045 carries on many data storages. Key word: TLC2543 Automatic measuring Range of transformation Program control gainVoltage Resistance Current目录摘要1Abstract 2第一章绪论511概述512智能仪器/仪表国内外发展概况513课题研究目的及意义6第二章系统结构及功能介绍821系统功能和性能指标8211仪表功能8212性能指标8213本机特色8214系统使用说明922系统工作原理概述9第三章方案设计与论证1131量程选择的设计与论证1132译码显示部分方案分析与论证12第四章硬件系统的设计1341系统硬件设计1342各部分硬件设计15421量程自动转换电压测量原理16423在线电阻测量原理18423电流测量原理及AD620的应用19424运算放大器的选择与OP07的应用20425 A/D芯片TLC2543简介21426串行存储器X2504526427显示部分28第五章 系统软件设计3051概述3052主程序结构3053自动量程基本控制流程32第六章系统测试3361实验条件与标定方法3362测试方法3363测量结果与分析35第七章结束语37谢 辞38参考文献39附录411TLC2543读写程序2X25045读写程序3电压电阻自动量程转换测量程序第一章绪论11概述在自动测控系统和智能仪器中，如果测控信号的范围比较宽，为了保证必要的测量精度，常会采用改变量程的办法。改变量程时，测量放大器的增益也应相应地加以改变；另外, 在数据采集系统中，对于输入的模拟信号一般都需要加前置放大器，以使放大器输出的模拟电压适合于模数转换器的电压范围, 但被测信号变化的幅度在不同的场合表现不同动态范围，信号电平可以从微伏级到伏级， 模数转换器不可能在各种情况下都与之相匹配，如果采用单一的增益放大，往往使A/D 转换器的精度不能最大限度地利用，或致使被测信号削顶饱和，造成很大的测量误差，甚至使A/D 转换器损坏。使用程控增益放大器就能很好地解决这些问题，实现量程的自动切换，或实现全量程的均一化，从而提高A/D 转换的有效精度。因此，程控增益放大器在数据采集系统、自动测控系统和各种智能仪器仪表中得到越来越多的应用。数字电压、电阻和电流表是诸多数字化仪表的核心与基础，电压电阻电流表的数字化是将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示，这有别于传统的以指针加刻度盘进行读数的方法，避免了读数的视差和视觉疲劳。目前数字万用表的内部核心部件是AD转换器，转换器的精度很大程度上影响着数字万用表的准确度。本文AD转换器采用TLC2543对输入模拟信号进行转换，控制核心AT89S52再对转换的结果进行运算和处理，最后驱动输出装置显示测量的信号。同时，使用了程控增益放大器很好的实现了电压量程自动转换；使用模拟开关选择不同的量程电阻，实现不同电阻量程间的自动转换，使用仪用放大器AD620构成I/V转换电路，完成精确测量。12智能仪器/仪表国内外发展概况智能仪器/仪表是计算机技术向测量仪器移植的产物1。是含有微计算机或微处理器的测量仪器。由于它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，有着智能的作用(表现为智能的延伸或加强等)，因而被称之为智能仪器22。这一观点已逐渐被国内外学术界所接受。如我国电磁测量信息处理仪器学会于1988年正式成立“自动测试与智能仪器专业学组”,1986年IMECO(InternationalM easurementConfederation，国际测量联合会)以“智能仪器”为主题召开了专门的讨论会，IFAC (InternationalFederation of Automatic Control,国际自动控制联合会)1988年的理事会正式确立“智能元件及仪器”(In telligentC omponentsa ndI nstruments)(TC25)( C&I)为其系列学术委员会之一。此外，1989年5月在我国武汉召开了第一界测试技术与智能仪器国际学术讨论会(ISMT 1189),自从 1971年世界上出现了第一种微处理器(美国Intel公司4004型4位微处理器芯片)以来，微计算机技术得到了迅猛的发展22。测量仪器在它的影响下有了新的活力，取得了新的进步。电子计算机从过去的庞然大物己经可以在某种特定条件下缩小到可以置于测量仪器之中，作为仪器的控制器、存储器及运算器，并使其具有智能的作用。概括起来说，智能仪器在测量过程自动化、测量结果的数据处理及一机多用(多功能化)等方面己经取得巨大进步。到80年代，可以说，在高准确度、高性能、多功能的测量仪器中已经很少有不采用微计算机技术的了。总的来说，传统仪表的不断的改进，新型仪表也不断的出现，传统的手持式仪表表，在采用了单片微机控制之后，功能更加多样，使用更加方便、可靠，而且准确度大为提高。13课题研究目的及意义电压（Volatage）是基本的物理量之一，对电压进行测量的要求是普遍存在的，无论在科学研究生产实践，或是在日常生活中，人们都需要对电压进行测量。不仅电量，即使是非电量也常常是借助电压测量的方法来进行研究。数字多用表的首要功能即是对电压进行测量。数字电压表是通用仪器中使用较广泛的一种测试仪器，很多电量或非电量经变化后都用可数字电压表完成测试。因此，数字电压表被广泛地应用于科研和生产测试中。电阻的参数测试在电子设计中是至关重要的，目前其测试基本上都采用直接测量的方式，即用万用表直接测试元件的两端以测得元件参数。但通常设计者们在电路设计初期只能通过理论分析计算需要的电子元件的参数，在实际的设计中，需要测试更换一些电路板上的电子元件。但此时元件已经焊接在电路板上，特别像电阻电容往往都不是分立的元件，而是和其他的元件或并、或串联在一起，直接测试两端的话将会造成极大的误差。传统的做法是焊开原器件再测量，以避免受板上其他元器件的影响。这不仅麻烦，测试速度低，甚至可能损伤印制板和元件。如果能够在不焊开其他元件的情况下准确的测试元件的参数大小，则可以避免以上问题。本文除了完成测试直流电压电流的部分之外，还介绍了一种单片机控制的在线电阻测试（也可不在线测试），采用在线测试的“电隔离”技术，使旁路电阻、电容忽略不计，无须焊开元件便可直接在印制板上测试元件的参数，既保持了印制板和元件的完整性，又大大提高了测试速度。目前, 大多数的测量仪表采用手动转换方式, 这种量程转换方式工作量大, 使用不方便, 当量程选择不当时, 会影响测量精度, 甚至损坏仪表. 因此, 研制量程自动转换电压电阻表具有较强的实用意义。在传统电压电阻测量仪器中，对某一电压或电阻的测量需要根据不同的量程进行手动旋钮选择，或即使在现有的一些智能仪表中，自动量程转换通常采用继电器的切换来选择，优点是导通阻抗小，开路阻抗大，但其存在着体积大，驱动电流大，动作慢，容易老化等缺点21。本系统能实现电阻和直流电压自动量程转换机制，由单片机完成对数据的计算和存储等工作，实用性强，具有智能性。这种测量方法速度快、精度高,电路简单,判别和设置量程不会占用微处理器大量时间。在智能仪表中，普遍受到应用。第二章系统结构及功能介绍21系统功能和性能指标211仪表功能根据设计要求，基于单片机的智能多用表能将测量直流电压、电阻和直流电流于一体，能根据电压或电阻的大小进行不同量程间的自动转换，并且具有多个数据存储功能，有超量程报警功能。电压、电阻和电流之间的转换一键可切换，简单方便。212性能指标功能量程输入阻抗准确度直流电压100mV大于10M士1200mV1V10V50V110V电阻2001 K10 K100 K1M10M直流电流2A士0.5213本机特色（1）电压能实现自动量程转换，确保良好的测量精度。（2）电阻能实现自动量程转换，确保良好的测量精度。（3）测量结果可以进行多个数据掉电保存。（4）电压、电阻和电流之间可一键切换，简单方便。214系统使用说明（1）开机接通电源后系统复位进入工作状态，此时可以进行测试。（默认测试状态为电阻测量）（2）本系统设置了四个按键，从左到右排列为按键1、2、3、4。其中，按键1设定为测量数据保存键，每按一次， 转换X25045的EEPROM中的地址。按键2为已保存数据的读取键，每按一次，可读取已存的数据。3键数据存储确认键。按键4为电压/电阻/电流切换键。22系统工作原理概述该系统以AT89S52单片机作为控制中心，系统结构如图11所示。AT89S52被测电压衰减电路A/D转换器（TLC2543）按键模块声光指示模块LCD显示（12864）EEPROM(X25045)程控增益放大器（自动转换模块）被测电阻Rx/Vo转换模块（自动转换模块）被测电流I/V转换电路 图11 系统基本工作原理方框图系统主要包括电压衰减、程控增益放大电路、Rx/Vo转换电路、I/V转换电路、A/D转换、数据存储、键盘控制、LCD显示、声光指示电路、以及控制心脏单片机。进行电压测量时系统由单片机对放大倍数选择进行控制，可根据不同的输入信号Vi，在程序控制下自动选择合适的放大倍数，达到自动量程转换的目的，从而简化了测试工作，加快了测试速度，提高了测试的自动化水平，体现出智能化。进行电阻测量时，由模拟开关完成量程的自动转换，即根据被测电阻的大小，而选择相应的量程电阻测量结果由电阻转换为电压之后，由A/D转换器TLC2543采样，经单片机数据处理后由LCD12864显示出电阻值。电流的测量由仪用放大器AD620和1电阻组成I/V转换电路，结果送入TLC2543进行模数转换。放大倍数的选择由模拟开关CD4051和低失调低漂移高精度运放OP07来完成，被测电压衰减并自动选择适合的放大倍数后，由12位A/D转换器TLC2543进行采样，经单片机数据处理后由LCD12864显示出电压值。第三章方案设计与论证31量程选择的设计与论证电压量程的选择对于量程的选择，主要有一下几种选择方案实现：1、采用人工选择量程开关，调整输入信号幅度范围；2、采用微型继电器选择分压电阻网络，形成量程开关；3、采用可编程控制增益放大器；4、采用运算放大器和模拟开关组成量程开关，进行选择。这几种方案各有优缺点。现比较如下。方案1：采用人工选择量程开关，这是最简单的电路，而且最经济，并且完全能在输入高频信号时保证具有最小的信号损失，几乎没有宽带和信噪比的问题存在。但是这一方案也存在缺点，那就是使用不方便，而且无法完成自动量程转换的功能。方案2：采用继电器组选择量程。这一方案实际上是用软件控制的继电器组代替了方案1中手动量程开关，有效的避免了方案1的缺点，但却带来了另一个问题；当量程范围较多时，特别又有两个通道的输入信号要求独立选择量程，这就需要较多的继电器。而且继电器存在着体积大，驱动电流大，动作慢容易老化等缺点。方案3：采用可编程增益放大器，这一方案易于硬件与软件的设计。但一般可编程放大器增益比较固定（如1：2：4或1：10：100），不便于量程范围的灵活选择；且对器件（可编程增益放大器芯片）要求太高，不易选择。方案4：采用运算放大器和模拟开关选择量程。这种方案综合了上述三个方案的有缺点，易于硬件和软件的设计，且增益可任选，量程范围选择灵活，芯片性价比也比较实惠。因此，本系统采用了方案4。电阻量程的选择实现电阻的自动量程转换可选择的方案有：1、采用继电器选择量程电阻；2、采用模拟开关选择量程电阻。方案1：采用继电器组选择量程。由软件进行控制，实现量程自动转换，但是继电器存着体积大，驱动电流大，动作慢容易老化等缺点。方案2：采用模拟开关选择量程电阻。模拟开关易于软硬件实现，克服了继电器体积大的特点。经实践，利用模拟开关能很好的实现量程的自动转换。本文采用此方案。32译码显示部分方案分析与论证方案1：采用LED或字符型LCD显示。LED可以用移位寄存器74164或者专用芯片MAX7219驱动，字符型LCD也可以采用74LS164通过同步串口驱动。优点是控制比较简单，而且串行显示只占用很少的I/O口。但也有一个很大的缺点，只能显示一些简单的ASCII码字符，显示的信息量十分的有限。方案2：采用带有点阵型的LCD显示。点阵型LCD可采用并行或串行接法，串行接法只占用CPU的两个I/O口即可完成数据传送。用LCD显示，可显示中文，显示信息量大，可以保证良好的用户模式。因此本系统采用LCD进行电压、电阻和电流信号的输出显示。第四章硬件系统的设计41系统硬件设计系统硬件电路如图41、图42、图43和图44所示。主控部分采用ATMEL公司生产的AT89S52单片机，它片内有8K的ROM， 256字节的RAM以及32个I/0口，无需扩展外部程序存储器，外部电路形式简洁。其中，X25045可对测量数据进行存储。电压自动量程转换部分由模拟开关CD4051和高精度运放OP07组成程控增益放大器，由单片机软件控制以选择适合的电压增益，然后送入A/D转换器。在线电阻测量采用在线测试的“电隔离”技术17，利用运放的基本原理，使测量电阻的旁路电阻、电容忽略不计，由模拟开关进行量程电阻自动选择，从而实现RxVo转换电路，完成电阻的在线测量或可用于不在线的直接测量。电流测量采用简单的I/V转换电路，电流信号转换为电压信号后送入A/D转换器。为保证良好的测量精度，我们采用由12位开关电容逐次逼近AD转换器TLC2543对测量信号进行采样，送入单片机处理。TLC2543需要外部基准参考电压，为了减少A/D转换的误差或使A/D转换值不跳动，正参考电压REF+需保证稳定的，不应有波动。在此，我们选择了MC1403。MC1403是美国摩托罗拉公司生产的高准确度、低温漂、采用激光修正的带隙基准电压源，其输出基准电压为2.5 V /- 25 mV。显示部分用点阵型LCD12864进行显示。其中6个发光二极管作指示作用，当选择相应的量程时或按键起作用时，对应的一个LED即亮。蜂鸣器起报警指示作用，当电压电流有超量程使用时，蜂鸣器长鸣。图41电压测量原理图图42在线电阻测量原理图 图43电流测量原理图图44 系统硬件主控制电路图42各部分硬件设计421量程自动转换电压测量原理完成电压测量自动量程转换的核心部分采用了程控放大器。程控放大器是智能仪器的常用部件之一。为了在整个测量范围内获取合适的分辨力，采用可变增益的放大器，放大器的增益由程序控制，这种放大器就是程控放大器21。程控放大器由放大器、可变反馈电阻网络和控制接口三部分组成。其原理框图如图45所示。它与普通放大器的差别在于反馈电阻网络可变.受控与控制接口的输出信号。程控放大器有同相和反相两种。由于同相放大器具有较高的输入阻抗，这有利于提高测量电压准确度。不过，它引入了工模电压，因此需要使用高共模抑制比的运算放大器才能保证精度。由于选择不同增益时，运算放大器反向输入端对地等效电阻的变化将引起失调偏差。设计中可通过调整放大器本身的参数或零位来消除。自动量程转换是大多数通用智能测试仪器的基本功能。自动量程能根据测量的大小自动选择合适量程，以保证测量值有足够的分辨力和准确度。自动量程转换的测量速度，是指根据被测量的大小自动选择合适量程并完成一次测量的速度。测量中若测量值超出当前量程，立刻跳转到最高量程，测得的数据进行处理后，选择合适的量程再进行测量;如果没有超出，也应该进行处理，选择一个最佳的量程来测量。选定量程后，应在该量程继续测量，直到发现过载或被测量低于降量程的值。为了保证自动量程转换的确定性，(确定性是指在升降量程时，不应该发生在两个相邻量程间反复选择的现象)。这种情况的出现是由于分档差的存在所造成的。量程选择的不确定性可以通过给定升降阐值回差的方法来解决。这里适当减小降量程闽值的方法来消除这种不确定，这里采用分档误差的绝对值之和小于0. 5%。可变反馈电阻网络控制接口络 图45程控放大器原理框图本系统实现的程控放大器（自动量程转换部分）如图41所示。该电路由输入失调电压小、温漂和时漂小、低噪声的集成运算放大器OPO7和模拟电子开关CD4051组成，其增益由CD4051A、B、C三端的数字量来控制。由于模拟电子开关的导通电阻R以及它的不稳定性一直是影响程控放大器放大精度的症结所在。所以我们在设计中将切换量程电阻和模拟电子开关置于OP07运放的闭环回路中，这样就利用了运放的高增益特性和反馈性，使模拟电子开关的导通电阻及其温度系数对放大器增益的影响基本上得以消除，而放大器的增益A仅取决于反馈电阻Rf和R0。Al=RfR0，A2=1，放大器的总增益A=A1*A2=RpR 0。A2的作用是将电压信号进行反相，以保证给A/D的信号是正电压。当我们将Rf选用多圈可调电阻时。图45所示的电路就形成了多量程控制的放大器。当CD4051的C、B、A 端给定为O00、001、010、0ll时，调节各个电位器的电阻使得放大器的总增益A分别为200、100、20、2、0.4、0.18使之与量程100mV、200mV、10V、50V、110V一一对应。为能保证测量110V这么大的电压，我们在电路中将被测电压统一经过一个1/10的衰减器。为提高输入阻抗，减小前级电路的影响，我们加入了电压跟随器，进行阻抗变换，以减小测量误差。实现电压电阻自动量程的转换的核心部分主要由模拟电子开关CD4051来完成。CD4051在单片机的控制下，接通或断开相应的开关S，实现了数字信号控制模拟信号。CD4051引脚21如图46。图46CD4051结构及引脚图对应的真值表如表1。表1：CD4051真值表INHCBA接通通道000000001000011110011001101010101S0S1S2S3S4S5S6S7无422在线电阻测量原理我们在调试、检测和维修电路板时，往往需要测量印刷电路板上的电阻数值。传统的做法是将被测试的元件从印刷电路板上焊开后再测量，以避免受板上其他元器件的影响。这种测量方法不仅麻烦，而且测试速度低，甚至可能损坏印刷电路板和元器件。本文利用单片机控制的电阻在线测试技术，该技术无需从电路板上焊开元器件便可直接测量各元件的参数，既保持了印刷电路板的完好无损，又大大提高了测量精度和速度。利用此原理也可做不在线测量的直接测量。电阻在线测试的过程是：将被测电阻Rx通过Rx/Vo转换电路，将Rx转换为直流输出电压Vo，经过量程选择按键K，送入A/D转换器，将模拟电压转换为数字量，送到单片机系统17。单片机根据输入的数据，选择最佳的量程，并控制量程转换开关，选择合适的基准电阻，实现量程的自动转换。在线电阻测量的关键技术是Rx/Vo转换器，Rx即在线电阻，无论多么复杂，总可以把与Rx相并联的元件等效为两只互相串联的电阻R1和R2，由此构成三角形电阻网络，基本原理图如图47所示，Ro为量程电阻，只要使R1两端呈等电位，此时U10，则R1相当开路，R2变成运放的负载电阻，R1和R2就不起分流作用，这样即可直接测量Rx的阻值。E为测试电压，Is为测试电流。设流过Rx、R1的电流分别为Ix、I1。根据基尔霍夫定律可知：Is=Ix+I1又根据“虚地”原理，Uod=I1R1=0,故I1约等于0，亦可忽略不计，由此得到：Is=Ix再考虑到C点接地，d为虚地，因此Is=E/Ro进而推导出Ux=IxRx=IsRx=(E/Ro)Rx显然，只要用数字电压表测出Rx两端的压降Ux,就能求出Rx值。这就是在线测量电阻的基本原理。图47：在线电阻测量原理本系统通过CD4051来选择不同的量程电阻（如上图42），在单片机控制下完成自动量程转换，具有速度快，精度高的特点。423电流测量原理及AD620的应用AD620是一个低价格、低功耗、高精度仪器表用放大器，它采用8引脚SOIC封装和DIP封装，由于尺寸小、功耗低特别适用于电池供电、便捷式应用场合24。AD620具有很高的精度，它的最大非线性失真为40ppm，最大失调电压为50uv,最大失调漂移为0.6uv/,它常用于精确的数据采集系统。它的增益方程式为：，通过调节外部电阻Rg即可方便调节放大倍数。本文中只取增益1，所以不用外接电阻。AD620的主要特性：（1）仅需一个外接电阻即可获得11000内的增益，适用方便。（2）工作电压范围极宽士2.3V士18V。（3）最大偏置电流20mA。（4）最小共模抑制比为93dB（G=10）。（5）带宽120Hz.AD620的引脚图如图48。图48 AD620引脚图在设计中，测量电流部分使用了AD620完成I/V转换，它能保证在电阻R上的压降完全能被A/D采样，完成电流测量。该电路具有很高的测量精度。其原理图如图44所示。测量原理为：VIR,I=V/R。R已知，求出V，即可知道被测的电流I。424运算放大器的选择与OP07的应用通常，检测信号的放大采用集成运算放大器。运算放大器可以实现模拟信号的加、减、微分、积分等运算6。运算放大器电压增益高，输入阻抗大，输出阻抗小，根据负反馈电路的接法，可以实现反相运算、同相运算和差动运算等。由于经传感器变换后的模拟电压信号有时是很微弱的微伏级信号，而一般的通用放大器都具有毫伏级的失调电压和每度数微伏的温度漂移，显然是不能用于放大微弱信号的。因此在设计中要采用高精度运算放大器或测量放大器。在设计中，我采用了OP-07高精度运算放大器10。八管脚DIP(双列直插)封装。它有A. D . C . E各档，具有极低的失调电压和偏置电流(0.7nA)，他的温漂系数为0.2uv/，长期稳定性能指标为0. 2uV/每月。OP-07具有较高的共模输入范围(士14V)，共模抑制比CMRR=126dB以及极宽的供电电源范围(从士3V-士18V)。下表为OP07特性表2。 表2：OP07特性表符号参数OP07EHOP07CHOP07DHOP07AH单位说明开环增益AVO倍数RL2k输出电阻R.o60606060频带上升率0.60.170.60.170.60.170.60.17MHZV/uS放大倍数1RL=10K输入失调电压：内部失调：温漂：300.3600.5600.7100.2uVuV/长期稳定性0.30.40.50.2uV/月差动输入：共模输入：50160231203112080200MM偏置电流士1.2士1.8士2.0士0.7nA输入输入噪声峰峰电压值0.350.380.380.35uV输入电压范围：共模输入电压：共模抑制比：士14123士14120士14110士14126VdB工作温度范围：0+700+700+70-55+125经实验，OP07能很好的实现放大作用，而且失调电压可以通过电位器进行调节，以保证良好的测量精度。在电路中，使用的大都是OP07。425 A/D芯片TLC2543简介模块采用TI公司的12位串行A/D转换器TLC2543，使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程20。由于是串行输入结构，能够节省51系列单片机I/O资源，且价格适中。TLC2543在要求多通道模拟输入、高精度A/D转换的电路设计中得到广泛应用，如多通道输入的智能测量仪表便使用它。4251TLC2543的特点、引脚及功能（1）12位分辨率A/D转换器；（2）在工作温度范围内10us转换时间；（3）11个模拟输入通道；（4）3路内置自测试方式；（5）采样率为66kbps；（6）线性误差+1LSB（max）（7）有转换结束（EOC）输出；（8）具有单、双极性输出；（9）可编程的MSB或LSB前导；（10）可编程的输出数据长度。TLC2543的引脚排列如图49所示。TLC2543引脚功能表如表3。表3：引脚功能表引脚功能引脚功能10号通道119号通道21号通道1210号通道32号通道13A/D参考电压43号通道14A/D参考电压54号通道15片选65号通道16转换数据输出76号通道17编程数据输入87号通道18输入/输出时钟98号通道19转换结束指示10接地20电源图49TLC2543的引脚排列图410 TLC2543的工作时序图从TLC2543的工作时序图可知，它的工作过程分两阶段：I/O周期和A/D周期。（1）I/O周期：当=0期间为I/O周期。在这期间TLC2543做两件事：一是通过DATA IN脚输入8位可编程数据；二是DATA OUT脚向单片机输出已A/D转换的数据。 通过DATA IN脚输入的8位可编程数据D7、D6、D5、D4这四位可编程数据是0#10#这11个通道中下一轮要作A/D转换的通道号。例如D7D6D5D4的数值为0000，则下一轮要选择0#通道进作A/D转换。如下一轮要选择第10#通道，则D7D6D5D4的数值为1010。如果D7D6D5D4的数值范围在00001010之间变化，若不需要全部11个通道，可以在C51程序的循环语句中设好循环初值、终值便可减少所选的通道数。设ch是A/D转换的通道号，而且仅需36共4个通道作模拟输入，则设ch的循环初值为3，循环终值为6即可。D3、D2这两位用于选择输出数据长度。按D3、D2这两位取值的不同，输出数据的长度可选8位、12位、16位。当D3D2=01，输出数据长度为8位，只取A/D转换值的高8位，舍去低4位，以提高转换速度，但降低了转换精度。D3D2=10，输出数据长度为12位，就取TLC2543的A/D转换原始数据（12位）。D3D2=11，输出数据长度为16位，将TLC2543的A/D转换原始数据（12位）置于16位数据的高12位，而低4位补0，这种输出数据格式在实际应用中较常用。D1位是输出数据格式选择位，当D1=0，先输出A/D转换原始数据的高8位，然后再输出余下的低位字节。D1=0，则是先输出A/D转换原始数据的低8位，然后再输出余下的高位字节。建议使用前者。D0位是转换结果单/双极性选择位，当D0=1，转换的结果为单极性表示，当D0=0，转换结果为双极性表示。例如单极性转换结果，12位A/D值是04095，即000HFFFH。由时序图图410中可知，在I/O周期的前8个时钟周期里为单片机把8位可编程数据通过TLC2543的DATA IN脚输入到内部的输入寄存器去。当第一个时钟脉冲的上跳沿到来，便将8位可编程数据的D7位输入TLC2543，8个时钟脉冲后8位可编程数据输入完毕。 从DATA OUT脚输出A/D转换数据 由工作时序图可知，在I/O周期的第一个时钟周期的上跳沿就开始输出数据，以输出16位数据为例，前8个时钟周期输出高8位数据，后8个时钟周期输出低8位数据。不要产生这样的错觉：例如，设在本I/O周期输入的可编程数据的D7、D6、D5、D40011，即3通道，便以为在本I/O周期输出的A/D转换数据就是3通道的，这是不对的，在本I/O周期输出的A/D转换数据是上一通道的A/D转换数据！ 还要注意的是：在I/O周期，DATA IN与DATA OUT是同步进行的，由于DATA OUT最大长度可达16位，所以I/O周期需要16个时钟周期，而DATA IN输入的数据只有8位，所以只需要前8个时钟周期。（2）A/D转换周期当=1期间，为A/D转换周期。在这期间TLC2543对上次选择的通道号的数据进行A/D转换，而DATA OUT输出端为高阻态，让出数据总线使用权。4252TLC2543与单片机的接线图图411是TLC2543与单片机以及模拟输入放大电路的连接原理图。 图411 TLC2543与单片机的接线图在图中有几点要注意：REF+脚是TLC2543的正参考电压输入脚，REF-是负参考电压输入脚。当使用单极性时，REF-接地，而REF+接正参考电压。 为了减少A/D转换的误差或使A/D转换值不跳动，正参考电压REF+应是很稳定的，不应有波动，为此，REF+应接精密稳压电源器件如TL431或MC1403等。我们采用MC1403作为基准电压。4253MC1403简介在此，简单介绍一下MC1403。MC1403是美国摩托罗拉公司生产的高准确度、低温漂、采用激光修正的带隙基准电压源，国产型号为5G1403和CH1403。它采用DIP8封装，引脚排列如图411所示。UI4.5V15V，UO2.500V（典型值），T可达10106/。为了配8P插座，还专门设置了5个空脚。其输出电压UOUg0(R3R4)/R41.2052.082.5V。 输出电压: 2.5 V /- 25 mV 输入电压范围: 4.5 V to 40 V 输出电流: 10 mA 芯片引脚图如图412： 图412M1403引脚图因为输出是固定的，所以电路很简单。就是Vin接电源输入，GND接底，Vout加一个0.1uf1uf的电容就可以了。 Vout一般用作812bit的A/D芯片的基准电压。表4：MC1403的输入-输出特性输入电压UIV输出电压UOV102.502892.502882.502872.502862.502852.50284.52.5027当UI从10V降至4.5V时，UO只变化0.0001V，变化率仅为0.0018。 426串行存储器X25045X25045是美国Xicor公司的生产的标准化8脚集成电路，它将看门