钜大LARGE | 点击量：2430次 | 2020年02月26日
基于AD7705与51单片机的数字电压表
AD7705采用SpIQSpI兼容的三线串行接口，能够方便地与各种微控制器和DSp连接，也比并行接口方式大大节省了CpU的IO口。那么AD7705与51单片机的数字电压表是怎么表示的我们一起来看看。
摘要：在比赛中我们通过A/D芯片（AD7705）对外部电压值进行采集，经转换后传输给单片机（89C52），使用液晶（1602）输出测量得到的电压值。该实验板可以测量不同增益下对应范围的电压值，并使部分量程下精确度理论上达到8增益。对于-20~20V，增益值为1。在拓展中，我们根据闭合电路欧姆定律，改进程序及实验板，使之能够测量电流、电阻，同时能对短路状态做出检测。
总设计流程图
方案比较
本次比赛基础要求设计量程为0-5V，精确度至少为0.02V的电压表。根据精确度计算公式：精确度=量程/2^n（n为ADC的位数），结合扩展的25V，做出以下方案比较：
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
方案一：使用STC12C51进行模数转换，但由于其内置ADC精度不够（8位），勉强能够满足基础要求，但无法达到扩展要求。故舍弃此方案。
方案二：ADC选用AD7705，单片机采用89C52，使用AD780提供基准电压。16位AD处理25V时精度为0.0004。同时使用继电器完成自动量程转换，但由于电路的复杂程度和比赛时间，最终我们没有做此扩展。
方案三：ADC选用AD7705，单片机采用89C52，使用AD780提供基准电压。充分利用89c52的丰富I/O口及AD7705的高精度、双极性特性将作品设计成拥有五档电压测量、五档电流测量、七档电流测量及短路检测的多用表。最终我们组决定使用方案三完成比赛。
各单元设计原理
1、供电电压选取
由于实验要求使用A/D测量0~5V电压，使用DCpowerSupply提供外部供电电压，或以USB接口给系统上电，经过AD780芯片，对A/D输入适合工作的基准电压，为AD7705、单片机提供稳定的2.5V工作电压。
2、AD7705对模拟量的采集及转换（测量电压）
（1）AD7705为16位双极性模数转换器，它包括一个Σ-Δ（或电荷平衡）ADC、片内带静态RAM的校准微控制器、时钟振荡器、数字滤波器和一个双向串行通信端口。该器件的电源电流仅为320A，使得它理想地用于电池供电的仪器中。器件具有两种可选电源电压范围分别是2.7～3.3V或4.75～5.25V。它具有高精度校准、测量的能力，适应电压表的精度要求。
（2）设计实验板共有5个量程，分别为：-200mV~200mV-2~2V-20~20V-200~200V-500~500V对应增益值为8对应增益值为1对应增益值为1对应增益值为1对应增益值为1
（3）实验通过开关使不同阻值分压电阻接入电路来改变电压表量程。开关抬起有效。如图连接A/D与单片机，对A/D进行初始化，设置为双极性、无缓冲、增益为1、滤波器不工作、自校准、更新速率为20Hz的状态。通过编译的读、写程序，完成A/D对外部模拟量的采集和处理，并将数据传送给单片机。
3、单片机数据处理（直流电压）
（1）本作品设计有五个电压档位。在程序中我们通过设置switch语句实现对不同档位的选取和控制，AD转换后的数据被传输至单片机中对应档位的数据处理函数，单片机根据相应档位的参数设置将数据处理还原为真实电压值，并转换为可被液晶读取的2进制形式。
（2）测量直流电压的公式为：电压真值=数据V/增益值*对应的档位参数
4、1602液晶显示器
（1）对1602进行初始化，设置相关功能。
1602液晶初始化程序：
显示器模块原理图：
（2）关于显示正负号及小数点，本次显示000.00000精度
（3）关于数据处理之后的输出，将经过单片机处理得到的数据V发送至1602液晶，通过display函数（部分程序如下），实现液晶对数据的显示。同时设计保护数据，当测得数据大于档位上限时，系统输出档位上限值。
voiddisplay（）（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;
……
扩展部分
1、电流测量
m利用闭合电路欧姆定律，在测电压的基础上可以实现对电流的测量。实验中共有五个档位，分别为：-2~2mA-20~20mA-200~200mA-2~2A-15~15A对应增益值为8对应增益值为8对应增益值为8对应增益值为8对应增益值为1
对于电流数据的处理，将AD采集到的数据v输入单片机后，根据计算公式对v进行处理，以第一档程序举例：
其中对数据处理的公式为：电流真值=数据/增益值*对应的档位参数
2、电阻测量
（1）本次比赛的电阻测量在说明中并没有，我们组为了充分利用AD7705资源、锻炼组员的能力，额外做了电阻测量和短路检测的拓展。
（2）电阻测量的原理为：根据闭合电路欧姆定律R=U/I，由于前两步已完成对电压与电流的测量，所以此处只需要在数据处理时，使用某档位电压/对应档位流过待测电阻的电流值即可。
（3）电阻测量的档位及对应增益值0~200~2000~2k0~20k0~200k0~2M0~100M对应增益值为2对应增益值为2对应增益值为2对应增益值为2对应增益值为2对应增益值为2对应增益值为1
（4）电阻测量的数据处理（20档为例）
电阻测量的数据处理公式为：U/Rx=2.5/（Rx+Ro）Ro：相应电阻档的已知串联电阻3、短路检测在p2.5连接蜂鸣器系统，当表笔两端电阻小于15时，p2.5赋低电平，蜂鸣器工作。
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