【正文】 電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間 (脈沖寬度信號(hào) )或頻率 (脈沖頻率 )，然后由定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器獲得數(shù)字值。其優(yōu)點(diǎn)是用簡(jiǎn)單電路就能獲得高分辨率，成本低廉，非常適合現(xiàn)在所需。 （ 2） 逐次比較型（如 TLC0831） [4] 逐次比較型 AD 由一個(gè)比較器和 DA 轉(zhuǎn)換器通過(guò)逐次比較邏輯構(gòu)成，從 MSB開(kāi)始，順序地對(duì)每一位將輸入電壓與內(nèi)置 DA 轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng) n 次比較而輸出 數(shù)字值。其電路規(guī)模屬于中等。其優(yōu)點(diǎn)是速度較高、功耗低，在低分 辯率（ 12位）時(shí)價(jià)格便宜，但高精度（ 12 位）時(shí)價(jià)格很高。 （ 3） 壓頻變換型（如 AD650） [3] 壓頻變換型（ VoltageFrequency Converter）是通過(guò)間接轉(zhuǎn)換方式實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的。其原理是首先將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率，然 后用計(jì)數(shù)器將頻率轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。從理論上講這種 A/D 的分辨率幾乎可以無(wú)限增加，只要采樣的時(shí)間能夠滿足輸出頻率分辨率要求的累積脈沖個(gè)數(shù)的寬度。其優(yōu)點(diǎn)是 分辯率高、功耗低、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 7 頁(yè) 共 39 頁(yè) 價(jià)格低，但是需要外部計(jì)數(shù)電路共同完成 AD 轉(zhuǎn)換。 選用 3. 控制和處理 系統(tǒng) 方案 （ 1） 利用 STC89C51 來(lái)實(shí)現(xiàn)控制和處理，它 功能強(qiáng)，速度快，壽命長(zhǎng)，價(jià)格低。 （ 2）利用 ARM 技術(shù) 來(lái)實(shí)現(xiàn)控制和處理， ARM 的 RISC 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展中已經(jīng)提供了低功耗、小體積、高性能的方案。而為了解決代碼長(zhǎng)度的問(wèn)題， ARM 體系結(jié)構(gòu)又增加了Ｔ變種，開(kāi)發(fā)了一種新的指令體系，這就是 Thumb 指令集，它是 ARM 技術(shù)的一大特色 ，但是價(jià)格昂貴。 （ 1） 八段 LED 數(shù)碼管來(lái)顯示電壓結(jié)果，價(jià)格廉價(jià)。 （ 2） LCD 液晶顯示， 液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來(lái) 越廣泛的應(yīng)用 ，但價(jià)格昂貴。 選用 綜上所述電源部分我選取的是 7 79系列 三端固定正 、負(fù) 穩(wěn)壓器 ， A/D轉(zhuǎn)換 選取的是 ICL7135雙積分 AD， 控制、處理系統(tǒng) 選用的是 STC89C51，顯示部分選用的是八段 LED數(shù)碼管，此方案既能完成預(yù)定目標(biāo)，材料費(fèi)又比較低廉。 設(shè)計(jì)框圖 如 圖 21 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 8 頁(yè) 共 39 頁(yè) 圖 21 設(shè)計(jì)過(guò)程框圖 原理 框圖 如圖 22 如圖 所示，模擬電壓送到 ICL7135 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，然后送到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。處理后的數(shù)據(jù)送到 數(shù)碼管 中顯示 。 LM317 和 7905（和前面不符） 分別提供正負(fù)電壓給 ICL7135 工作所需電壓， TL431 提供基準(zhǔn)電壓。 （更詳細(xì)敘述） 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 9 頁(yè) 共 39 頁(yè) L M 3 1 7 ( + 5 . 5 V )7 9 0 5 ( 5 V )I C L 7 1 3 5負(fù) 電 壓正 電 壓S T C 8 9 C 5 1電 壓 值控 制被 測(cè) 信 號(hào) 0 5 V四 位 數(shù) 碼 管 顯 示四 分 頻 7 4 L S 7 42 MC L K 5 0 0 K H ZT L 4 3 12 . 5 0 V 基 準(zhǔn) 電 壓 圖 22 原理 框圖 第三章 硬件 設(shè)計(jì) A/D 轉(zhuǎn)換電路 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 10 頁(yè) 共 39 頁(yè) A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度對(duì)測(cè)量電路極其重要，它的參數(shù)關(guān)系到測(cè)量電路性能。本設(shè)計(jì)采用雙積 A/D 轉(zhuǎn)換器 ICL7135，它的性能比較穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換精度高，具有很高的抗干擾能力，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其缺點(diǎn)是工作速度較低。在對(duì)轉(zhuǎn)換精度要求較高，而對(duì)轉(zhuǎn)換速度要求不高的場(chǎng)合如電壓測(cè)量 有廣泛的應(yīng)用。 雙積 A/D 轉(zhuǎn)換器的工作原理 [10] 圖 31雙積 A/D 轉(zhuǎn)換器 如圖 31 所示：對(duì)輸入模擬電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行兩次積分，先對(duì)輸入模擬電壓進(jìn)行積分，將其變換成與輸入模擬電壓成正比的時(shí)間間隔 T1，再利用計(jì)數(shù)器測(cè)出此時(shí)間間隔，則計(jì)數(shù)器所 計(jì)的數(shù)字量就正比于輸入的模擬電壓；接著對(duì)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行同樣的處理， 在常用的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片（如 ADC 080 ICL713ICL7109 等）中， ICL7135 與其余幾種有所不同，它是一種四位半的雙積分 A/D 圖 32雙積 A/D 轉(zhuǎn)換器 的波形 轉(zhuǎn)換器，具有精度高（精度相當(dāng)于 14 位二進(jìn)制數(shù)）、價(jià)格低廉、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。波形如 圖 32 所示。 A/D 轉(zhuǎn)換電路 主要構(gòu)造 （ 的 組成及各集成電路功能介紹） AD 轉(zhuǎn)換電路主要由 ICL713 LM31 TL43 LM35 74LS74 等芯片及其它器件構(gòu)成。電路如圖 33 所示。 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 11 頁(yè) 共 39 頁(yè) 圖 33AD轉(zhuǎn)換電路原理圖 1． ICL7135 的應(yīng)用 [11]（沒(méi)有應(yīng)用） ICL7135 引腳如 34 所示 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 12 頁(yè) 共 39 頁(yè) 34 ICL7135引腳圖 ICL7135 是采用 CMOS 工藝制作的單片 4 位 半 A/D 轉(zhuǎn)換器， 其所轉(zhuǎn)換的數(shù)字值以多工掃描的方式輸出， 只要附加譯碼器，數(shù)碼顯示器，驅(qū)動(dòng)器及電阻電容等元件，就可組成一個(gè)滿量程為 5V的數(shù)字電壓表。 （ 1） ICL 7135 主要特點(diǎn)如下： （序號(hào)不連續(xù)） A/D 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速度慢 A/D 轉(zhuǎn)換前，內(nèi)部電路都自動(dòng)進(jìn)行調(diào)零操作 ，可保證零點(diǎn)在常溫下的長(zhǎng)期穩(wěn)定。 在 20200 字（ 2V滿量程）范圍內(nèi)，保證轉(zhuǎn)換精度 1 字 相當(dāng)于 14bitA/D 轉(zhuǎn)換器 。 。能在但極性參考電壓下對(duì)雙極性模擬輸入電壓進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換，模擬電壓的范圍為 0～177。 。 ，輸入電阻極高， 輸 入 電流典型值 1PA。 TTL 電路相容 。 （ OR）和欠量程（ UR）標(biāo)志信號(hào)輸出，可用作自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換的控制信號(hào)。 BCD 碼。 ,輸出控制信號(hào) (R/H,BUSH,ST,POL,OR,UR),因此除用于數(shù)字電壓表外 ,還能與異步接收 /發(fā)送器 ,微處理器或其它控制電路連接使用。 28 外引線雙列直插式 封裝，外引線功能端排列如圖所示。 (2)ICL7135 數(shù)字部分 數(shù)字部分主要由計(jì)數(shù)器、鎖存器、多路開(kāi)關(guān)及控制邏輯電路等組成。 ICL7135 一次A/D 轉(zhuǎn)換周期分為四個(gè)階段： a、自動(dòng)調(diào)零（ AZ）； b、被測(cè)電壓積分（ INT）； c、基準(zhǔn)電壓反積分（ DE）； d、積分回零（ ZI） ,主要介紹引腳的使用。 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 13 頁(yè) 共 39 頁(yè) (a)R/H（ 25腳）當(dāng) R/H=“1” （該端懸空時(shí)為 “1” ）時(shí)， ICL7135 處于連續(xù)轉(zhuǎn)換狀態(tài)，每 40002 個(gè)時(shí)鐘周期完成一次 A/D 轉(zhuǎn)換 ，圖 35所示。 若 R/H 由 “1” 變 “0” ，則ICL7135 在完成本次 A/D 轉(zhuǎn)換后進(jìn)入保持狀態(tài)，此時(shí)輸出為最后一次轉(zhuǎn)換結(jié)果，不受輸入電壓變化的影響。因此利用 R/H 端的功能可以使數(shù)據(jù)有保持功能。若把 R/H端用作啟動(dòng)功能時(shí)，只要在該端輸入一個(gè)正脈沖（寬度 ≥300 ns），轉(zhuǎn)換器就從 AZ階段開(kāi)始進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。注意：第一次轉(zhuǎn)換周期中的 AZ 階段時(shí)間為 900110001 個(gè)時(shí)鐘脈沖 ， 這是由于啟動(dòng)脈沖和內(nèi)部計(jì)數(shù)器狀態(tài)不同步造成的。 (b)/ST（ 26 腳）每次 A/D 轉(zhuǎn)換周期結(jié)束后， ST 端都輸出 5 個(gè)負(fù)脈沖，其輸出時(shí)間對(duì)應(yīng)在每個(gè)周期開(kāi)始時(shí)的 5個(gè)位選信號(hào)正脈沖的中間， ST 負(fù)脈沖寬度等于 1/2 時(shí)鐘周期 。 第一個(gè) ST 負(fù)脈沖在上次轉(zhuǎn)換周期結(jié)束后 101 個(gè)時(shí)鐘周期產(chǎn)生。因?yàn)槊總€(gè)選信號(hào)（ D5D1）的正脈沖寬度為 200 個(gè)時(shí)鐘周期（只有 AZ和 DE階段開(kāi)始時(shí)的第一個(gè) D5的脈沖寬度為 201 個(gè) CLK 周期），所以ST 負(fù)脈沖之間相隔也是 200 個(gè)時(shí)鐘周期。需要注意的是，若上一周期為保持狀態(tài)（ R/H=“0” ）則 ST無(wú)脈沖信號(hào)輸出。 ST信號(hào)主要用來(lái)控制將轉(zhuǎn)換結(jié)果向外部鎖存器、UARTs 或微處理器進(jìn)行傳送 。 (c)BUSY（ 21 腳）在雙積分階段（ INT+DE）， BUSY 為高電平，其余時(shí)為低電平。因此利用 BUSY 功能，可以實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的遠(yuǎn)距離雙線傳送，其還原方法是將 BUSY 和CLK“ 與 ” 后來(lái)計(jì)數(shù)器，再減去 10001 就可得到原來(lái)的轉(zhuǎn)換結(jié)果。 (d)OR（ 27腳）當(dāng)輸入電壓超出量程范圍（ 20200）， OR 將會(huì)變高。該信號(hào)在 BUSY信號(hào)結(jié)束時(shí)變高。在 DE 階段開(kāi)始時(shí)變低。 (e)UR（ 28 腳）當(dāng)輸入電壓等于或低于滿量程的 9%（讀數(shù)為 1800），則一當(dāng) BUST圖 35 ICL7135 的波形圖 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 14 頁(yè) 共 39 頁(yè) 信號(hào)結(jié)束， UR 將會(huì)變高。該信號(hào)在 INT 階段開(kāi)始時(shí)變低。 (f)POL（ 23 腳）該信號(hào)用來(lái)指示輸入電壓的極性。當(dāng)輸入電壓為正，則 POL 等于“1” ，反之則等于 “0” 。該信號(hào) DE 階段開(kāi)始時(shí) 變化，并維持一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換調(diào)期。 (g)位驅(qū)動(dòng)信號(hào) D D D