電壓表課程設(shè)計(jì)--基于tlc549串行ad轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)易電壓表的設(shè)計(jì)-文庫吧
2025-05-15 08:13 本頁面
【正文】 前，由單片機(jī)和 A/D 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表已被廣泛應(yīng)用于電子測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化儀表、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等智能化測(cè)量領(lǐng)域中。數(shù)字電壓表的內(nèi)部核心部件是 A/D 轉(zhuǎn)換器，傳統(tǒng)的 A/D 轉(zhuǎn)換器主要有 ADC080 ADC0809 等，轉(zhuǎn)換的精度很大程度上影響著數(shù)字電壓表的準(zhǔn)確度，因而，以后數(shù)字電壓表的發(fā)展就著眼在高精度和低成本這兩個(gè)方面。 這些 A/D 轉(zhuǎn)換器采用并口與單 片機(jī)相連，大量占用單片機(jī)的 I/O 口資源。為此，采用 TLC549 設(shè)計(jì)的數(shù)字電壓表，能夠較好地解決以上問題。 TLC549 是 TI 公司推出的一種 A/D 轉(zhuǎn)換器，具有以下特點(diǎn)： （ 1） TLC549 是一種 8 位串行 A/D 轉(zhuǎn)換器； （ 2）可通過三線串行通信與單片機(jī)連接； （ 3）具有 4MHz 片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘和軟、硬件控制電路； （ 4）轉(zhuǎn)換時(shí)間最長 17μ s ； （ 5）允許的最高轉(zhuǎn)換速率為 40000 次 / s ； （ 6）總失調(diào)誤差最大為177。 ； （ 7）典型功耗值為 6mW； （ 8）采用差 分參考電壓高阻輸入，抗干擾能力強(qiáng)，可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍； （ 9）當(dāng) VREF－接地 , VREF+－ VREF－≥ 1V ,可用于較小信號(hào)的采樣。 2 總體設(shè)計(jì)方案 1) 以 TLC549串行 A/D轉(zhuǎn)換器和 AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè) 5V的數(shù)字電壓表，電壓值由電位器模擬。 2) 采用 3位 LED顯示器，顯示格式為“╳ .╳╳” V。 總體設(shè)計(jì)框圖 本系統(tǒng)主要包括三大模塊：轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊及顯示模塊。 電壓表的控制系統(tǒng)采用 AT89C51 單片 機(jī)， A/D 轉(zhuǎn)換器采用 TLC549。 先將待測(cè)模擬量信號(hào)輸入到 TLC549進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換 ,通過其將數(shù)字信號(hào)傳送到單片機(jī)。 單片機(jī) 對(duì)轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算處理，將顯示結(jié)果通過一個(gè)四位一體的 7段數(shù)碼管顯示出來。 模擬量電壓信號(hào) TLC549 單 片 機(jī) 4 位一體八段數(shù)碼管 3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 硬件實(shí)現(xiàn)總體框圖： 下圖是 本系統(tǒng)的硬件框圖，單片機(jī)采用 AT89C51。 AT89 系列單片機(jī)是美國 ATMEL 公司繼承 INTEL 公司 80C31 的核心技術(shù)并和自身先進(jìn)的閃電存儲(chǔ)器（ FLASH MEMORY）技術(shù)相結(jié)合 而產(chǎn)生的 FLASH 單片機(jī)系列。它是一種低功耗、高性能、內(nèi)含 4K/8K 字節(jié)閃電存儲(chǔ)器、用 CHMOS 工藝制作的 8 位單片機(jī)。 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的核心部分是數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片， 標(biāo)準(zhǔn)參考電壓 Vref+為 +5 伏 , Vref為 0伏。 A/D 轉(zhuǎn)換器 TLC549 是以 8 位開關(guān)電容逐次逼近 A/D 轉(zhuǎn)換器為基礎(chǔ)而構(gòu)造的 CMOS A/D轉(zhuǎn)換器。 TLC549 介紹 TLC549 是美國德州儀器公司生產(chǎn)的 8 位串行 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片，可與通用微處理器、控制器通過 CLK、 CS、 DATA OUT 三 條口線進(jìn)行串行接口。使用 IIC 總線工作。具有 4MHz片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘和軟、硬件控制電路，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長 17μ s， TLC548 允許的最高轉(zhuǎn)換速率為45500 次 /s， TLC549 為 40000 次 /S?？偸д{(diào)誤差最大為177。 ，典型功耗值為 6mW。采用差分參考電壓高阻輸入，抗干擾，可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍， VREF接地， VREF+－ VREF≥ 1V，可用于較小信號(hào)的采樣。 TLC549 的引腳排列與使用方法 TLC549 的引腳排列如下圖所示，其中 ANALOG IN 為模擬輸入端， CS 為片選端，DATA OUT 為 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的串行輸出端， I/O CLOCK 為 I/O 時(shí)鐘端， REF+為正基準(zhǔn)電壓端， REF－為負(fù)基準(zhǔn)電壓端， VCC 為電源端， GND 為地。 TLC549 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖二所示，其內(nèi)部包含有時(shí)鐘電路、 8 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器等單元電路。 TLC549 的極限參數(shù)為： （ 1）電源電壓： ； （ 2）輸入電壓范圍： 0. 3V～ VCC + 0. 3V； （ 3）輸出電壓范圍： 0. 3V～ VCC + 0. 3V； （ 4）峰值輸入電流（任一輸入端）：177。 10mA ； （ 5）總峰值輸入電流 (所有輸入端 )：177。 30mA； （ 6）工作溫度： 0℃～ 70℃。 TLC549 具有片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘，該時(shí)鐘與 I/ OCLOCK 是獨(dú)立工作的 , 無須特殊的速度或相位匹配，其工作時(shí)序如下圖。 當(dāng)片選端為高時(shí)，數(shù)據(jù)輸出端（ DATA OUT）處于高阻狀態(tài)，此時(shí) I/ O CLOCK 不起作用。這種控制作用允許在同時(shí)使用多片 TLC549 時(shí)，共用 I/ O CLOCK，以減少多路 (片 ) A/ D 并用時(shí)的 I/ O 控制端口的數(shù)量，節(jié)省 I/O 口資源。 從上圖中可以看 出，當(dāng) CS 變?yōu)榈碗娖胶螅?TLC549 芯片被選中，同時(shí)前次轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高有效位 MSB（ A7）自 DATA OUT 端輸出。接著要求自 I/O CLOCK 端輸入 8 個(gè)外部時(shí)鐘信號(hào)，前 7 個(gè) I/O CLOCK 信號(hào)的作用是配合 TLC549 輸出前次轉(zhuǎn)換結(jié)果的 A6～A0 的 7 位，并為本次轉(zhuǎn)換做準(zhǔn)備。在第 4 個(gè) I/O CLOCK 信號(hào)由高至低的跳變之后，片內(nèi)采樣 / 保持電路對(duì)輸入模擬量采樣開始，第 8 個(gè) I/O CLOCK 信號(hào)的下降沿使片內(nèi)采樣 / 保持電路進(jìn)入保持狀態(tài)并啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換。 轉(zhuǎn) 換時(shí)間為 36 個(gè)系統(tǒng)時(shí)間周期，最大為 17us。直到 A/D 轉(zhuǎn)換完成前的這段時(shí)間內(nèi)，TLC549 的控制邏輯要求或者保持高電平，或者 I/O CLOCK 時(shí)鐘端保持 36 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期的低電平。 由此可見，在自 TLC549 的 I/O CLOCK 端輸入 8 個(gè)外部時(shí)鐘信
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