AD7705 采用SP I Q SP I兼容的三線(xiàn)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(jié)省了CPU的 I O口。那么AD7705與51單片機(jī)的數(shù)字電壓表是怎么表示的我們一起來(lái)看看。

　　摘要：在比賽中我們通過(guò) A/D 芯片（AD7705）對(duì)外部電壓值 進(jìn)行采集， 經(jīng)轉(zhuǎn)換后傳輸給單片機(jī) （89C52） ， 使用液晶 （1602） 輸出測(cè)量得到的電壓值。該實(shí)驗(yàn)板可以測(cè)量不同增益下對(duì)應(yīng) 范圍的電壓值，并使部分量程下精確度理論上達(dá)到 8 增益。 對(duì)于-20~20V，增益值為 1。在拓展中，我們根據(jù)閉合電路歐 姆定律，改進(jìn)程序及實(shí)驗(yàn)板，使之能夠測(cè)量電流、電阻，同 時(shí)能對(duì)短路狀態(tài)做出檢測(cè)。

　　總設(shè)計(jì)流程圖

　 方案比較

　　本次比賽基礎(chǔ)要求設(shè)計(jì)量程為 0-5V，精確度至少為 0.02V 的電壓表。根據(jù)精確度計(jì)算公式：精確度=量程/2^n（n 為 ADC 的位數(shù)） ，結(jié)合擴(kuò)展的 25V，做出以下方案比較：

? ? ? ? 方案一：使用 STC12C51 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，但由于其內(nèi)置 ADC 精度 不夠（8 位） ，勉強(qiáng)能夠滿(mǎn)足基礎(chǔ)要求，但無(wú)法達(dá)到擴(kuò)展要求。 故舍棄此方案。

? ? ? ? 方案二：ADC 選用 AD7705，單片機(jī)采用 89C52，使用 AD780 提 供基準(zhǔn)電壓。16 位 AD 處理 25V 時(shí)精度為 0.0004。同時(shí)使用繼電 器完成自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換，但由于電路的復(fù)雜程度和比賽時(shí)間，最終 我們沒(méi)有做此擴(kuò)展。
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? ? ? ? 方案三：ADC 選用 AD7705，單片機(jī)采用 89C52，使用 AD780 提 供基準(zhǔn)電壓。 充分利用 89c52 的豐富 I/O 口及 AD7705 的高精度、 雙極性特性將作品設(shè)計(jì)成擁有五檔電壓測(cè)量、五檔電流測(cè)量、七 檔電流測(cè)量及短路檢測(cè)的多用表。 最終我們組決定使用方案三完成比賽。

　各單元設(shè)計(jì)原理

　　1、供電電壓選取

? ? ? ? ? 由于實(shí)驗(yàn)要求使用 A/D 測(cè)量 0~5V 電壓， 使用 DC Power Supply 提供外部供電電壓，或以 USB 接口給系統(tǒng)上電，經(jīng)過(guò) AD780 芯 片，對(duì) A/D 輸入適合工作的基準(zhǔn)電壓，為 AD7705、單片機(jī)提供 穩(wěn)定的 2.5V 工作電壓。

　　2、AD7705 對(duì)模擬量的采集及轉(zhuǎn)換（測(cè)量電壓）

? ? ? ? ?（1）AD7705 為 16 位雙極性模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它包括一個(gè)Σ -Δ （或 電荷平衡）ADC、片內(nèi)帶靜態(tài) RAM 的校準(zhǔn)微控制器、時(shí)鐘 振蕩器、數(shù)字濾波器和一個(gè)雙向串行通信端口。該器件的電 源電流僅為 320μ A，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(zhǔn)、測(cè)量的能力，適應(yīng)電壓表的精 度要求。

? ? ? ? （2）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)板共有 5 個(gè)量程，分別為： -200mV~200mV -2~2V -20~20V -200~200V -500~500V 對(duì)應(yīng)增益值為 8 對(duì)應(yīng)增益值為 1 對(duì)應(yīng)增益值為 1 對(duì)應(yīng)增益值為 1 對(duì)應(yīng)增益值為 1

　　（3）實(shí)驗(yàn)通過(guò)開(kāi)關(guān)使不同阻值分壓電阻接入電路來(lái)改變電壓表量程。開(kāi)關(guān)抬起有效。如圖連接 A/D 與單片機(jī)，對(duì) A/D 進(jìn)行初始 化， 設(shè)置為雙極性、 無(wú)緩沖、 增益為 1、 濾波器不工作、 自校準(zhǔn)、 更新速率為 20Hz 的狀態(tài)。通過(guò)編譯的讀、寫(xiě)程序，完成 A/D 對(duì) 外部模擬量的采集和處理，并將數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)。

　　3、單片機(jī)數(shù)據(jù)處理（直流電壓）

? ? ? ? （1）本作品設(shè)計(jì)有五個(gè)電壓檔位。在程序中我們通過(guò)設(shè)置 switch 語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)對(duì)不同檔位的選取和控制，AD 轉(zhuǎn)換后的數(shù) 據(jù)被傳輸至單片機(jī)中對(duì)應(yīng)檔位的數(shù)據(jù)處理函數(shù)， 單片機(jī)根據(jù) 相應(yīng)檔位的參數(shù)設(shè)置將數(shù)據(jù)處理還原為真實(shí)電壓值， 并轉(zhuǎn)換 為可被液晶讀取的 2 進(jìn)制形式。

　?。?）測(cè)量直流電壓的公式為： 電壓真值=數(shù)據(jù) V/增益值*對(duì)應(yīng)的檔位參數(shù)

? ? ? ?4、1602 液晶顯示器

? ? ? ?（1）對(duì) 1602 進(jìn)行初始化，設(shè)置相關(guān)功能。

　　1602 液晶初始化程序：

　　顯示器模塊原理圖：

　?。?）關(guān)于顯示正負(fù)號(hào)及小數(shù)點(diǎn)，本次顯示 000.00000 精度

　　（3）關(guān)于數(shù)據(jù)處理之后的輸出，將經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理得到的數(shù) 據(jù) V 發(fā)送至 1602 液晶，通過(guò) display 函數(shù)（部分程序如下） ，實(shí) 現(xiàn)液晶對(duì)數(shù)據(jù)的顯示。同時(shí)設(shè)計(jì)保護(hù)數(shù)據(jù)，當(dāng)測(cè)得數(shù)據(jù)大于檔位 上限時(shí)，系統(tǒng)輸出檔位上限值。

? ? ? ? void display（） （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(kuò)展部分

　　1、電流測(cè)量

? ? ? ?m利用閉合電路歐姆定律，在測(cè)電壓的基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電流 的測(cè)量。實(shí)驗(yàn)中共有五個(gè)檔位，分別為： -2~2mA -20~20mA -200~200mA -2~2A -15~15A 對(duì)應(yīng)增益值為 8 對(duì)應(yīng)增益值為 8 對(duì)應(yīng)增益值為 8 對(duì)應(yīng)增益值為 8 對(duì)應(yīng)增益值為 1

　　對(duì)于電流數(shù)據(jù)的處理，將 AD 采集到的數(shù)據(jù) v 輸入單片機(jī)后， 根據(jù)計(jì)算公式對(duì) v 進(jìn)行處理，以第一檔程序舉例：

　　其中對(duì)數(shù)據(jù)處理的公式為： 電流真值=數(shù)據(jù)/增益值*對(duì)應(yīng)的檔位參數(shù)

? ? ? ? 2、電阻測(cè)量

? ? ? （1）本次比賽的電阻測(cè)量在說(shuō)明中并沒(méi)有，我們組為了充分 利用 AD7705 資源、 鍛煉組員的能力， 額外做了電阻測(cè)量和短 路檢測(cè)的拓展。

? ? ? （2）電阻測(cè)量的原理為：根據(jù)閉合電路歐姆定律 R=U/I，由 于前兩步已完成對(duì)電壓與電流的測(cè)量，所以此處只需要在數(shù) 據(jù)處理時(shí)，使用某檔位電壓/對(duì)應(yīng)檔位流過(guò)待測(cè)電阻的電流值 即可。
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? ? ? ?（3）電阻測(cè)量的檔位及對(duì)應(yīng)增益值 0~20Ω 0~200Ω 0~2kΩ 0~20kΩ 0~200kΩ 0~2MΩ 0~100MΩ 對(duì)應(yīng)增益值為 2 對(duì)應(yīng)增益值為 2 對(duì)應(yīng)增益值為 2 對(duì)應(yīng)增益值為 2 對(duì)應(yīng)增益值為 2 對(duì)應(yīng)增益值為 2 對(duì)應(yīng)增益值為 1

　?。?）電阻測(cè)量的數(shù)據(jù)處理（20Ω 檔為例）

　　電阻測(cè)量的數(shù)據(jù)處理公式為： U/Rx=2.5/（Rx+Ro） Ro：相應(yīng)電阻檔的已知串聯(lián)電阻 3、短路檢測(cè) 在 P2.5 連接蜂鳴器系統(tǒng)，當(dāng)表筆兩端電阻小于 15Ω 時(shí)，P2.5 賦低電平，蜂鳴器工作。

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