【文章內(nèi)容簡介】 ?LEDR?RES/EOC/CSDINSCLKDOUTAIN1 圖 測量信號轉(zhuǎn)換模塊原理圖 測量信號轉(zhuǎn)換模塊，將放大后的模擬電壓信號送入 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，該模塊使用的 AD 轉(zhuǎn)換器為 ICL7135,其輸出信號可由該公式計算 ,即： 輸出數(shù)字量 = 10000*REFINVA (3) 在本次設(shè)計中，輸出量由 ICL7135 的 BUSY 端口送入單片機(jī)， 由于單片機(jī)的 ALE 端口輸出信號為單片機(jī)在正常工作情晶振頻率的六分之一，本系統(tǒng)中，使用 12MHz，所以在此處為ALE 輸出頻率 2MHz。再通過兩個 Q 觸發(fā)器所構(gòu)成的 4 分頻模塊，最后送入 ICL7135 的 CLK管腳的時鐘頻率為 500KHz。 配置好單片機(jī)的工作方式 為外部信號輸入計數(shù)模式后 ，單片機(jī)所接收到 BUSY端口送入的脈沖數(shù)為（ 3）式中的輸出數(shù)字量加上 10000 個脈沖，其中的 10000個脈沖是由 ICL7135 正向積分所決定的。 將接收到的脈沖數(shù)進(jìn)行誤差處理，使用擬合方法，可以得到輸入電壓與脈沖的一個線性關(guān)系，經(jīng)過軟件算法的處理，最后通過 LCD 顯示器輸出顯示出所測得的電阻值。 ICL7135介紹 ICI7135 是 4位雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ,可以轉(zhuǎn)換輸出 177。20210 個數(shù)字量 ,有 STB 選通控制的 BCD碼輸出 ,與微機(jī)接口十分方便 .ICL7135具有精度高 (相當(dāng)于 14位 A/D轉(zhuǎn)換 ),價格低的 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 第 9 頁 優(yōu)點(diǎn) .其轉(zhuǎn)換速度與時鐘頻率相關(guān) ,每個轉(zhuǎn)換周期均有 :自校準(zhǔn) (調(diào)零 ),正向積分 (被測模擬電壓積分 ),反向積分 (基準(zhǔn)電壓積分 )和過零檢測四個階段組成 ,其中自校準(zhǔn)時間為 10001個脈沖 ,正向積分時間為 10000 個脈沖 ,反向積分直至電壓到零為止 (最大不超過 20211 個脈沖 ).故設(shè)計者可以采用從正向積分開始計數(shù)脈沖個數(shù) ,到反向積分為零 時停止計數(shù) .將計數(shù)的脈沖個數(shù)減 10000,即得到對應(yīng)的模擬量 .圖 給出了 ICL7135 時序 ,由圖可見 ,當(dāng) BUSY變高時開始正向積分 ,反向積分到零時 BUSY變低 ,所以 BUSY可以用于控制計數(shù)器的啟動 /停止 . ICL7135 為 DIP28 封裝 ,芯片 引腳 排列如圖 所示 ,引腳 功能及含義如下 : (1)與供電及電源相關(guān)的 引腳 (共 7腳 ) .V:ICL7135 負(fù)電源引入端 ,典型值 5V,極限值 9V。 .+V:ICL7135 正電源引入端 ,典型值 +5V,極限值 +6V。 .DGND:數(shù)字地 ,ICL7135 正 ,負(fù)電 源的 低電平 基準(zhǔn) 。 .REF:參考電壓輸入 ,REF 的地為 AGND 引腳 ,典型值 1V,輸出數(shù)字量 =10000(VIN/VREF)。 .AC:模擬地 ,典型應(yīng)用中 ,與 DGND(數(shù)字地 )一點(diǎn)接地 。 .INHI:模擬輸入正 。 .INLO:模擬輸入負(fù) ,當(dāng)模擬信號輸入為單端對地時 ,直接與 AC相連 . 圖 ICL7135時序 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 第 10 頁 圖 ICL7135 芯片 引腳圖 (2)與控制和狀態(tài)相關(guān)的 引腳 (共 12腳 ) .CLKIN:時鐘信號輸入 .當(dāng) T=80ms時 ,fcp=125kHz,對 50Hz工頻干擾有較大抑制能力 ,此時轉(zhuǎn)換速度為 3 次 / fcp=1MHz 時 ,轉(zhuǎn)換速度為 25 次 /s. .REFC+:外接參考電容正 ,典型值 1μF. .REFC:外接參考電容負(fù) . .BUFFO:緩沖放大器輸出端 ,典型外接積分電阻 . .INTO:積分器輸出端 ,典型外接積分電容 . .AZIN:自校零端 . .LOW: 欠量程信號輸出端 ,當(dāng)輸入信號小于量程范圍的 10%時 ,該端輸出高電平 . .HIGH:過量程信號輸出端 ,當(dāng)輸入信號超過計數(shù)范圍 (20211)時 ,該端輸出高電平 . .STOR:數(shù)據(jù)輸出選通信號 (負(fù)脈沖 ),寬度為時鐘脈沖寬度的一半 ,每次 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時 ,該端輸出 5 個負(fù)脈沖 ,分別選通由高到低的 BCD 碼數(shù)據(jù) (5 位 ),該端用于將轉(zhuǎn)換結(jié)果打到 并行 I/O接口 . .R/H:自動轉(zhuǎn)換 /停頓控制輸入 .當(dāng)輸入高電平時 。每隔 40002 個時鐘脈沖自動啟動下一次轉(zhuǎn)換 。當(dāng)輸入為低電平時 ,轉(zhuǎn)換結(jié)束后需輸入一個大于 300ns 的正脈沖 ,才能啟動下一次轉(zhuǎn)換 . .POL:極性信號輸出 ,高電平表示極性為正 . .BUSY:忙信號輸出 ,高電平有效 .正向積分開始時自動變高 ,反向積分結(jié)束時自動變低 . (3)與選通和數(shù)據(jù)輸出相關(guān)的 引腳 (共 9腳 )39。 .B8～ B1:BCD 碼輸出 .B8 為高位 ,對應(yīng) BCD 碼 。 .D5:萬位選通 。 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 第 11 頁 .D4～ D1:千 ,百 ,十 ,個位選通 . 圖 ICL7135典型應(yīng)用圖 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 第 12 頁 4 軟件設(shè)計 軟件設(shè)計采用 C 語言進(jìn)行編程，調(diào)試軟件使用 KEIL C 的 Vision3 開發(fā)環(huán)境和調(diào)試環(huán)境 ，仿真使用 Protues7 的 ISIS 軟件平臺。 主程序設(shè)計：當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)內(nèi)部后，單片機(jī)就采集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)采集到內(nèi)部存儲器的存儲單元存儲，將輸入的 脈沖數(shù)經(jīng)過計算轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電阻值 。再將所測得的電阻值轉(zhuǎn)換為 ASIIC 碼，輸出顯示在 LCD 顯示器上。 單片機(jī)從 A/D 轉(zhuǎn)換器讀取數(shù)據(jù)的程序設(shè)計： 由于單片機(jī)是從 ICL7135 的 BUSY 端口讀入脈沖數(shù)，程序初始化后將不斷的從該端口讀 入脈沖數(shù)，為了減小由電路原因引起的誤差，此處應(yīng)采用軟件濾波方法，本設(shè)計中使用中值濾波法，連續(xù)采樣 9 次以后，使用中間值作為此次采樣的最終數(shù)據(jù)。 碼的變換程序： 單片機(jī)所讀入的數(shù)據(jù)時 A/D 轉(zhuǎn)換后的脈沖數(shù)，該脈沖數(shù)與輸入電壓有一個線性的對應(yīng)關(guān)系，應(yīng)將該脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換為電壓數(shù)據(jù)，再經(jīng)過電壓與電阻的線性對應(yīng)關(guān)系，轉(zhuǎn)換為測量的電阻值大小。 顯示程序： 因?yàn)?LCD1602 接收的是 ASIIC 碼，所以應(yīng)將測量的電阻值大小轉(zhuǎn)換為 ASIIC碼，直接送入 LCD1602 顯示。 程序整體設(shè)計框圖如下： 圖 程序整體設(shè)計流程圖 程序開始 程序初始化化 配置定時器 0 工作方式 配置 LCD 工作方式 程序采樣并進(jìn)行濾波處理 判斷采樣數(shù)據(jù)是否符合量程范圍 將采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為測量電阻值并顯示 N Y 提示溢出 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 第 13 頁 5 系統(tǒng)調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試主要分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。該部分調(diào)試，主要采用 Proteus7 的 ISIS 軟件進(jìn)行仿真 。 硬件調(diào)試 硬件部分，恒流源模塊和弱信號放大模塊的穩(wěn)定性對本設(shè)計起著決定性作用，所以應(yīng)將調(diào)試重心放在這兩個模塊。 恒流源調(diào)試 本測試儀中，系統(tǒng)依據(jù)待測電阻兩端的電壓來判斷其電阻值的大小，所以該電壓要非常的穩(wěn)定。 根據(jù)歐姆定律可知，電壓等于電流與電阻之積。而測量電阻的電阻值可以認(rèn)為是一常量，所以測量的精度是否達(dá)到要 求，主要在于恒流源的穩(wěn)定性。 本設(shè)計中，恒流源的電流為 ，理論計算值 W2=，將該理論值代入仿真軟件中進(jìn)行，仿真結(jié)果并不能達(dá)到設(shè)計要求，最后經(jīng)過修改，定為 ，因?yàn)樵谟布O(shè)計時，改電阻使用的是一個 1K 的滑動變阻器，所以該模塊能達(dá)到設(shè)計要求，在實(shí)際制作中，三極管的 BEV 不是恒定不變，受到電路中的電路和電源電壓多種因素的影響，可改變滑動變阻器的值來使恒流源的電流達(dá)到穩(wěn)定值。 在實(shí)際制作過程中，還應(yīng)考慮三極管功耗的問題，因?yàn)楦暮懔髟吹碾娏鳛?，三極管的功率不夠的話，可能造成三極管的損壞，發(fā)熱過高的話也會造成三極管的不穩(wěn)定，所以應(yīng)選用功率高，散熱效果好的三極管。 弱信號放大器調(diào)試 該部分的放大單元使用了運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器在使用時應(yīng)該進(jìn)行調(diào)零，也就是讓兩端輸入型號都為 0V 時，輸出信號要盡量的接近于 0V。 該部分的設(shè)計要求是，對電壓檢測的小信號進(jìn)行 30 倍放大，理論計算值 W1=，所以在設(shè)計時應(yīng)選用 10k 的滑動變阻器，即可達(dá)到設(shè)計要求，在調(diào)試該部分時，可以選用一個阻值為 1Ω的精密電阻進(jìn)行調(diào)試，改變滑動變阻器的值，將輸出電壓 控制在 ，越接近說明精度越高，測量誤差也就越小。 該部分的電路仿真圖如下： 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 第 14 頁 +9V9V+9V9V+9V9V9V+9V9V+9V9V+9VINIINI32184U 2 :AM A X 4 9 2 C P A56784U 3 :BM A X 4 9 2 C P AR V 11 .6 5 4 kR11 0 kR61 0 0 kR81 0 0 kR21 0 kR41 2 kR71 0 0 kR51 0 0 kR31 2 kR92 2 kR 1 12 2 kC10 .4 7 uC20 .4 7 uR 1 02 2 kR 1 21U3: B ( O UT )V = 4 .8 0 2 1+ 9 V 9 VINIV = 0 .1 6 0 0 0 932184U 1 :AM A X 4 9 2 C P A56784U 1 :B