基于stc12le5a60s2單片機(jī)的電壓表設(shè)計(jì)

西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕論文題目：基于單片機(jī)的電壓表設(shè)計(jì)所屬學(xué)院： 電子工程學(xué)院指導(dǎo)老師：余平生職稱：副教授學(xué)生姓名：李瀟班級、學(xué)號:11202310專業(yè)： 應(yīng)用電子技術(shù)西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院制2023年1月12日西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕任務(wù)書題目： 基于單片機(jī)的電壓表設(shè)計(jì)任務(wù)與要求：任務(wù)：設(shè)計(jì)一款便攜式數(shù)字電壓表要求：測量范圍0-400V直流電壓，有量程切換和超量程報(bào)警功能，能夠顯示電池電量。時(shí)間：2023年11月18日至 2023年1月12日共8周所屬學(xué)院： 電子工程學(xué)院學(xué)生姓名：李瀟學(xué)號：11202310專業(yè)： 應(yīng)用電子技術(shù)指導(dǎo)單位或教研室：電子工程學(xué)院指導(dǎo)教師： 余平生職稱： 副教授西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院制2023年1月12日畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)度方案表日期工作內(nèi)容執(zhí)行情況指導(dǎo)教師簽字查找資料，了解相關(guān)知識完成方案選擇完成根底LCD驅(qū)動(dòng)程序編寫完成硬件電路焊接調(diào)試完成201整體程序編寫完成軟硬件連調(diào)完成整機(jī)性能測試完成教師對進(jìn)度方案實(shí)施情況總評簽名年月日本表作評定學(xué)生平時(shí)成績的依據(jù)之一。基于單片機(jī)的電壓表設(shè)計(jì)【摘要】論文主要闡述了基于STC12LE5A60S2低壓單片機(jī)便攜式電壓表的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)以STC12LE5A60S2低壓單片機(jī)為主控芯片，以16位AD芯片AD7705為AD轉(zhuǎn)換芯片，以DS18B20為溫度傳感器對溫度進(jìn)行測量，以1.8寸TFT彩屏為顯示模塊。該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)測量輸入電壓和當(dāng)前溫度，并能對供電電池的電壓進(jìn)行測量，并在屏幕上顯示出當(dāng)前電量。系統(tǒng)測量電壓范圍為0—400V直流電壓，分為7個(gè)檔位，當(dāng)輸入電壓超量程時(shí)通過蜂鳴器報(bào)警。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了相關(guān)的硬件電路和相關(guān)應(yīng)用程序。硬件電路主要包括STC12LE5A60S2單片機(jī)最小系統(tǒng)、AD7705驅(qū)動(dòng)電路、測溫電路、1.8寸TFT液晶顯示電路以及按鍵處理模塊電路等。系統(tǒng)程序主要包括主程序、讀AD7705子程序、讀出溫度子程序、計(jì)算溫度子程序、按鍵處理程序、LCD顯示程序等。關(guān)鍵詞：STC12LE5A60S2單片機(jī)；AD7705；TL431；DS18B20Abstract:ThisthesismainlyexpoundstheSTC12LE5A60S2lowvoltagemicrocomputerportablevoltmeterbaseddesign,thesystemwithSTC12LE5A60S2low-pressuresingle-chipmicrocomputerasmaincontrolchip,ADchipwitha16bitAD7705toADconversionchip,DS18B20astemperaturesensorfortemperaturemeasurement,displaymodulefor1.8inchTFTcolorscreen.Thesystemcanreal-timemeasurementoftheinputvoltage,thecurrenttemperatureismeasured,andthepowersupplytomeasurethevoltageofbattery,andonthescreenshowsthecurrentelectricity.Systemtomeasurethevoltagerangeof0-400vdcvoltage,isdividedintosevengear,whentheinputvoltageinexcessoftherangebyabuzzeralarm.Systemdesigntherelatedhardwarecircuitandrelevantapplications.HardwarecircuitmainlyincludesSTC12LE5A60S2SCMsmallestsystem,AD7705drivercircuit,temperaturemeasurementcircuit,1.8inchTFTLCDdisplaycircuitandthekeyprocessingmodulecircuit,etc.Systemprogrammainlyincludesthemainprogram,readtheAD7705subroutine,readtemperaturesubroutine,calculationtemperaturehandlersubroutine,buttonsandLCDdisplayprogram,etc.Keywords:STC12LE5A60S2;AD7705;TL431;DS18B20目錄TOC\o"1-3"\h\u306001設(shè)計(jì)方案1265241.1主控芯片選擇170501.2電源局部196501.3AD轉(zhuǎn)換芯片選擇2158911.4溫度測量257181.5顯示模塊260261.6總體方案3274922硬件電路設(shè)計(jì)4187272.1STC12LE5A60S2單片機(jī)及最小系統(tǒng)4176202.1.1STC12LE5A60S2單片機(jī)特點(diǎn)4287002.1.2STC12LE5A60S2單片機(jī)最小系統(tǒng)6153032.2電源模塊6140652.3AD7705轉(zhuǎn)換芯片及硬件電路758602.3.1AD7705結(jié)構(gòu)及工作原理7324882.3.2AD7705各引腳及功能7314152.3.3AD7705的存放器8187902.3.4AD7705的基準(zhǔn)源9158602.3.5AD7705的電壓采集電路1024792.4DS18B20的介紹及溫度采集模塊電路1022392.4.1DS18B20的性能介紹1024252.4.2溫度采集模塊電路1179712.51.8寸TFT液晶顯示模塊12318952.5.1TFT液晶模塊的結(jié)構(gòu)及性能介紹12108972.5.2TFT液晶模塊和幾種常用液晶模塊的比照12149932.5.3TFT液晶模塊引腳功能與結(jié)構(gòu)13138202.6電源電壓監(jiān)控1356113系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)15169543.1AD7705電壓采集子程序15207103.2計(jì)算溫度子程序16169683.3按鍵子程序1719806結(jié)束語1810266參考文獻(xiàn)195846附錄一系統(tǒng)總體電路圖和作品實(shí)物圖201設(shè)計(jì)方案在電量的測量中，電壓、電流和頻率是最根本的三個(gè)被測量，其中電壓量的測量最為經(jīng)常。而且隨著電子技術(shù)的開展，更是經(jīng)常需要測量高精度的電壓，所以數(shù)字電壓表就成為一種必不可少的測量儀器。數(shù)字電壓表〔DigitalVoltmeter〕簡稱DVM，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量〔直流或交流輸入電壓〕轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。由于數(shù)字式儀器具有讀數(shù)準(zhǔn)確方便、精度高、誤差小、靈敏度高和分辨率高、測量速度快等特點(diǎn)而倍受青睞。本設(shè)計(jì)從各個(gè)角度分析了由單片機(jī)組成的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)過程及各局部電路的組成及其原理，并且分析了程序如何驅(qū)動(dòng)單片機(jī)進(jìn)而使系統(tǒng)運(yùn)行起來的原理及方法。本設(shè)計(jì)主要分為兩局部：硬件電路及軟件程序。而硬件電路又大體可分為A/D轉(zhuǎn)換電路、液晶顯示電路，各局部電路的設(shè)計(jì)及原理將會(huì)在硬件電路設(shè)計(jì)局部詳細(xì)介紹；程序的設(shè)計(jì)使用C語言編程，詳細(xì)的設(shè)計(jì)算法將會(huì)在程序設(shè)計(jì)局部詳細(xì)介紹。1.1主控芯片選擇方案一：傳統(tǒng)的AT89C51有一個(gè)8位的CPU，128個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和4KB的程序存儲(chǔ)器，5個(gè)中斷源，兩個(gè)定時(shí)器32個(gè)通用IO，一個(gè)全雙工串行I/O口UART〔通用異步接收、發(fā)送器〕。采用單一的+5V電源供電，一個(gè)機(jī)器周期包括12個(gè)時(shí)鐘周期。方案二：采用STC公司新推出STC12LE5A60S2系列1T單片機(jī)，該系列單片機(jī)一個(gè)時(shí)鐘周期就是一個(gè)機(jī)器周期，相比傳統(tǒng)8051單片機(jī)運(yùn)行速度是原來的8-12倍，供電電壓為3.6V-2.1V，內(nèi)部有1280字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和60KB程序存儲(chǔ)器，1KB的EEPROM，36個(gè)通用IO，4個(gè)定時(shí)器，2個(gè)全雙工串口，8通道10位ADC，2路PWM波輸出。因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)中采用4.2V的電池供電采用1.8寸TFT彩色液晶屏作為顯示模塊，在液晶顯示局部的程序較為復(fù)雜，且函數(shù)眾多所以所需的程序存儲(chǔ)空間大，要完成采集電壓到顯示在液晶屏上對單片機(jī)的運(yùn)行速度要求很高，綜合各方面考慮選擇STC公司的STC12LE5A60S2單片機(jī)為主控芯片。1.2電源局部由于該系統(tǒng)采用的單片機(jī)為低壓單片機(jī)供電范圍為3.6V-2.1V，彩屏的供電電壓為3.3V，AD芯片的供電電壓為3.3V，且功率都不大，采用4.2V的鋰離子電池為最正確選擇。1.3AD轉(zhuǎn)換芯片選擇方案一：采用單片機(jī)內(nèi)部AD。STC12LE5A60S2單片機(jī)內(nèi)部8通道10位ADC，作為一般設(shè)計(jì)無需外圍電路，8個(gè)通道可分時(shí)測量，對測量較低的電壓精確度足夠。方案二：采用AD7705芯片作為AD轉(zhuǎn)換芯片。該器件可以接受直接來自傳感器的低電平的輸入信號，然后產(chǎn)生串行的數(shù)字輸出。利用Σ-?轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)了16位無喪失代碼性能。選定的輸入信號被送到一個(gè)基于模擬調(diào)制器的增益可編程專用前端。片內(nèi)數(shù)字濾波器處理調(diào)制器的輸出信號。通過片內(nèi)控制存放器可調(diào)節(jié)濾波器的截止點(diǎn)和輸出更新速率，從而對數(shù)字濾波器的第一個(gè)陷波進(jìn)行編程。AD7705只需3.3V～5.25V單電源。當(dāng)電源電壓為5V、基準(zhǔn)電壓為2.5V時(shí)，可將輸入信號范圍從0～+20mV到0～+2.5V的信號進(jìn)行處理。還可處理±20mV～±2.5V的雙極性輸入信號，對于AD7705是以AIN(-)輸入端為參考點(diǎn)AD7705是用于智能系統(tǒng)、微控制器系統(tǒng)和基于DSP系統(tǒng)的理想產(chǎn)品。其串行接口可配置為三線接口。增益值、信號極性以及更新速率的選擇可用串行輸入口由軟件來配置。該器件還包括自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)選項(xiàng)，以消除器件本身或系統(tǒng)的增益和偏移誤差。CMOS結(jié)構(gòu)確保器件具有極低功耗，掉電模式減少等待時(shí)的功耗至20μW。由于該系統(tǒng)中只需一個(gè)測量端，所需測量范圍廣，有時(shí)對前端電壓衰減有時(shí)又需要對信號進(jìn)行放大，單片機(jī)內(nèi)部無法完成信號的放大，而AD7705內(nèi)部自帶8種增益方式，可通過程序控制器增益倍數(shù)。而且AD7705比單片機(jī)內(nèi)部精度更高，綜合考慮后選擇AD7705為AD轉(zhuǎn)換芯片。1.4溫度測量采用一線制數(shù)字溫度傳感器DS18B20來作為本課題的溫度傳感器。傳感器輸出信號進(jìn)4.7K的上拉電阻直接接到單片機(jī)的引腳上。DS18B20溫度傳感器是美國達(dá)拉斯(DALLAS)半導(dǎo)體公司推出的應(yīng)用單總線技術(shù)的數(shù)字溫度傳感器。該器件將半導(dǎo)體溫敏器件、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器等做在一個(gè)很小的集成電路芯片上。應(yīng)用廣泛，所以將測溫作為本系統(tǒng)的一個(gè)附加功能。1.5顯示模塊本系統(tǒng)顯示模塊采用1.8寸TFT彩色液晶屏，彩色液晶屏相比起傳統(tǒng)的數(shù)碼管、1602液晶屏和12864液晶屏有很多優(yōu)點(diǎn)。數(shù)碼管只能顯示數(shù)字和簡單的字符，1602液晶屏能顯示所有的數(shù)字和字符，而不能顯示漢字。12864液晶屏滿屏能顯示32個(gè)漢字，或是64個(gè)字符，且顯示位置不能根據(jù)用戶要求而隨意改變，只能顯示簡單的單色圖片。而現(xiàn)在較為流行的TFT彩色液晶屏不僅能顯示數(shù)字、字符、漢字、還可以顯示彩色圖片。本系統(tǒng)使用的1.8寸TFT彩色液晶屏共有128*160個(gè)像素點(diǎn)，能夠顯示的信息量很大，但相比12864和1602液晶屏操控起來也相對復(fù)雜很多。1.6總體方案根據(jù)各模塊方案的選擇，該系統(tǒng)CPU選擇為STC12LE5A60S2單片機(jī)，選擇4.2V鋰離子電池為系統(tǒng)供電電源，AD轉(zhuǎn)換芯片為AD7705芯片，溫度測量采用DS18B20溫度傳感器，顯示模塊為1.8寸TFT彩色液晶屏。2硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)、AD轉(zhuǎn)換模塊、LCD顯示電路、溫度采集電路、按鍵控制和報(bào)警電路三局部。單片機(jī)采用STC12LE5A60S2單片機(jī)，采用11.0592MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，減小測量誤差；溫度采集利用溫度傳感器DS18B20，利用單總線占用單片機(jī)的IO口少，便于控制與調(diào)試；顯示電路采用1.8寸TFT彩色液晶屏，采用SPI串行傳輸，占用的單片機(jī)IO端口少；按鍵采用獨(dú)立式按鍵，可以減少程序的編寫，并且可以減少干擾，更好地控制；報(bào)警電路與傳統(tǒng)的一樣，可以更好地實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)。總體結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示。STC12LE5A60S2STC12LE5A60S2單片機(jī)控制器溫度采集模塊按鍵模塊顯示模塊報(bào)警模塊電源模塊AD轉(zhuǎn)換模塊圖2.1總體結(jié)構(gòu)圖2.1STC12LE5A60S2單片機(jī)及最小系統(tǒng)2.1.1STC12LE5A60S2單片機(jī)特點(diǎn)STC12LE5A60S2系列單片機(jī)是宏晶科技科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期〔1T〕的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換〔250K/S，即25萬次/秒〕，針對電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合。增強(qiáng)型8051CPU，1T單時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051工作電壓：STC12LE5A60S2系列單片機(jī)：3.6V-2.2V〔3V單片機(jī)〕工作頻率范圍：0-35MHz，相當(dāng)于普通8051的0-420MHz用戶應(yīng)用程序空間60KB字節(jié)片上集成1280字節(jié)RAM通用I/O口〔36個(gè)〕，復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向/假設(shè)上拉〔普通8051傳統(tǒng)I/O口〕 可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向/假設(shè)上拉，強(qiáng)推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開 漏每個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)能力均可到達(dá)20mA，但整個(gè)芯片最大電流不要超過120mAISP(在系統(tǒng)可編程)/IAP〔在應(yīng)用可編程〕，無需專用編程器，無需專用仿 真器可通過串口〔P3.0/P3.1〕直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片內(nèi)部看門狗內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路〔外部晶振12M以下時(shí)，復(fù)位腳可直接接1K 電阻到地〕時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部R/C振蕩器〔溫漂為±5%到±10%以 內(nèi)〕用戶在下載用戶程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶體/ 時(shí)鐘常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：8MHz-12MHz精度要求不高時(shí)可選擇使 用內(nèi)部時(shí)鐘共4個(gè)16位定時(shí)器，兩個(gè)與傳統(tǒng)8051兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，16位定時(shí) 器T0和T1，沒有定時(shí)器2，但有獨(dú)立波特率發(fā)生器做串口通訊的波特率發(fā) 生器，再加上2路PCA模塊可再實(shí)現(xiàn)2個(gè)16位定時(shí)器3個(gè)時(shí)鐘輸出口，可由T0的溢出在P3.4/T0輸出時(shí)鐘，可由T1的溢出在 P3.5/T1輸出時(shí)鐘，獨(dú)立波特率發(fā)生器可在P1.0口輸出時(shí)鐘外部中斷I/O口7路，傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，并新增支持 上升沿中斷的PCA模塊，powerDown模式可由外部中斷喚醒， INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4,T1/P3.5,CCP0/P1.3(也可通過 存放器設(shè)置到P4.2)，CCP1/P1.4〔也可通過存放器設(shè)置到P4.3〕PWM(2路)/PCA〔可編程計(jì)數(shù)器陣列2路〕也可用來當(dāng)2路D/A使用，也可 用來在實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器，也可用來再實(shí)現(xiàn)2個(gè)外部中斷〔上升沿中斷/下降 沿中斷均可分別或同時(shí)支持〕A/D轉(zhuǎn)換，10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S〔每秒鐘25萬次〕通用全雙工異步串行口〔UART〕，由于STC12系列是高速的8051，可再用 定時(shí)器或PCA軟件實(shí)現(xiàn)多串口STC12LE5A60S2系列有雙串口，RxD2/P1.2〔可通過存放器設(shè)置到P4.2〕， TxD2/P1.3〔可通過存放器設(shè)置到P4.3〕工作溫度范圍：-40℃-85℃〔工業(yè)級〕/0℃-75℃(商業(yè)級)封裝：LQFP-48，LQFP-44，PDIP-40，PICC-44，QFN-40.I/O口不夠時(shí)， 可用2到3根普通I/O口外接74HC164/165/595(均可級聯(lián))來擴(kuò)展I/O口， 還可以用A/D做按鍵掃描來節(jié)省I/O口，或用雙CPU，三線通信，還多了 串口。2.1.2STC12LE5A60S2單片機(jī)最小系統(tǒng)51單片機(jī)的最小系統(tǒng)包括：時(shí)鐘振蕩電路、復(fù)位電路、電源電路。時(shí)鐘振蕩電路必須在X1和X2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，晶體振蕩器常用11.0592M，電容用22pF；復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位，采用40引腳雙列直插封裝(DIP)形式。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖如圖2.2所示。圖2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)2.2電源模塊電源模塊選用鋰離子電池作為系統(tǒng)電源，鋰離子電池體積小、容量大、供電電壓在3.7V-4.2V之間，電壓相對較穩(wěn)定，還可以充電屢次利用。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電壓表要求使用便捷，采用電池為電源非常適宜。由于單片機(jī)、液晶屏、AD轉(zhuǎn)換芯片的工作電壓都為3.3V而電池充滿電時(shí)電壓為4.2V，放點(diǎn)過后電壓為3.7V直接供應(yīng)芯片電壓稍微過高。1N4007二極管的導(dǎo)通壓降為0.5V-0.6V，設(shè)計(jì)時(shí)在電池輸出加上一個(gè)二極管那么輸出電壓為3.2V-3.6V，根本滿足各芯片穩(wěn)定工作要求。2.3AD7705轉(zhuǎn)換芯片及硬件電路2.3.1AD7705結(jié)構(gòu)及工作原理AD7705是AD公司新推出的16位Σ-?A/D轉(zhuǎn)換器。器件包括由緩沖器和增益可編程放大器〔PGA〕組成的前段模擬調(diào)節(jié)電路，Σ-?調(diào)制器，可編程數(shù)字濾波器等部件。能夠直接將傳感器測量到的多路微小信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。這種器件還具有很高分辨率、寬動(dòng)態(tài)范圍、自校準(zhǔn)、優(yōu)良的抗噪聲性能以及低電壓低功耗等特點(diǎn)，非常適合儀表測量、工業(yè)控制等領(lǐng)域的應(yīng)用。它采用三線串行接口，有兩個(gè)全差分輸入通道，能到達(dá)0.003%非線性的16位無誤碼數(shù)據(jù)輸出，其增益和數(shù)據(jù)輸出更新率均可編程設(shè)定，還可選擇輸入模擬緩沖器，以及自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)方式。工作電壓3V或5V。3V電壓時(shí)，最大功耗為1mW，等待模式下電源電流僅為8uA。2.3.2AD7705各引腳及功能AD7705引腳圖如圖2.3所示。圖2.3AD7705引腳圖AD7705各引腳功能如表2.1所示。表2.1AD7705各引腳功能編號名稱功能1SCLK串行時(shí)鐘，施密特邏輯輸入。將一個(gè)外部的串行時(shí)鐘加于這一輸入端口，以訪問AD7705的串行數(shù)據(jù)。該串行時(shí)鐘可以是連續(xù)時(shí)鐘以連續(xù)的脈沖串傳送所有數(shù)據(jù)。反之，它也可以是非連續(xù)時(shí)鐘，將信息以小批型數(shù)據(jù)發(fā)送給AD77052MCLKIN為轉(zhuǎn)換器提供主時(shí)鐘信號。能以晶體/諧振器或外部時(shí)鐘的形式提供。晶體/諧振器可以接在MCLKIN和MCLKOUT二引腳之間。此外，MCLKIN也可用CMOS兼容的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，而MCLKOUT不連接。時(shí)鐘頻率的范圍為500kHz～5MHz33MCLKOUTMCLKOUT當(dāng)主時(shí)鐘為晶體/諧振器時(shí)，晶體/諧振器被接在MCLKIN和MCLKOUT之間。如果在MCLKIN引腳處接上一個(gè)外部時(shí)鐘，MCLKOUT將提供一個(gè)反相時(shí)鐘信號。這個(gè)時(shí)鐘可以用來為外部電路提供時(shí)鐘源，且可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)CMOS負(fù)載。如果用戶不需要，MCLKOUT可以通過時(shí)鐘存放器中的CLKDIS位關(guān)掉。這樣，器件不會(huì)在MCLKOUT腳上驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載而消耗不必要的功率4CS片選，低電平有效的邏輯輸入，選擇AD7705。將該引腳接為低電平，AD7705能以三線接口模式運(yùn)行〔以SCLK、DIN和DOUT與器件接口〕。在串行總線上帶有多個(gè)器件的系統(tǒng)中，可由CS對這些器件作出選擇，或在與AD7705通信時(shí)，CS可用作幀同步信號5RESET復(fù)位輸入。低電平有效的輸入，將器件的控制邏輯、接口邏輯、校準(zhǔn)系數(shù)、數(shù)字濾波器和模擬調(diào)制器復(fù)位至上電狀態(tài)6AIN2(+)差分模擬輸入通道2的正輸入端7AIN1(+)差分模擬輸入通道1的正輸入端8AIN1(-)差分模擬輸入通道1的負(fù)輸入端9REFIN(+)基準(zhǔn)輸入端。AD7705差分基準(zhǔn)輸入的正輸入端?；鶞?zhǔn)輸入是差分的，并規(guī)定REFIN(+)必須大于REFIN(-)。REFIN(+)可以取VDD和GND之間的任何值10REFIN(-)基準(zhǔn)輸入端。AD7705差分基準(zhǔn)輸入的負(fù)輸入端。REFIN(-)可以取VDD和GND之間的任何值，且滿足REFIN(+)大于REFIN(-)11AIN2(-)差分模擬輸入通道2的負(fù)輸入端12DRDY邏輯輸出。這個(gè)輸出端上的邏輯低電平表示可從AD7705的數(shù)據(jù)存放器獲取新的輸出字。完成對一個(gè)完全的輸出字的讀操作后，DRDY引腳立即回到高電平。如果在兩次輸出更新之間，不發(fā)生數(shù)據(jù)讀出，DRDY將在下一次輸出更新前500×tCLKIN時(shí)間返回高電平。當(dāng)DRDY處于高電平時(shí)，不能進(jìn)行讀操作，以免數(shù)據(jù)存放器中的數(shù)據(jù)正在被更新時(shí)進(jìn)行讀操作。當(dāng)數(shù)據(jù)被更新后，DRDY又將返回低電平。DRDY也用來指示何時(shí)AD7705/7706已經(jīng)完成片內(nèi)的校準(zhǔn)序列13DOUT串行數(shù)據(jù)輸出端。從片內(nèi)的輸出移位存放器讀出的串行數(shù)據(jù)由此端輸出。根據(jù)通訊存放器中的存放器選擇位，移位存放器可容納來自通訊存放器、時(shí)鐘存放器或數(shù)據(jù)存放器的信息14DIN串行數(shù)據(jù)輸入端。向片內(nèi)的輸入移位存放器寫入的串行數(shù)據(jù)由此輸入。根據(jù)通訊存放器中的存放器選擇位，輸入移位存放器中的數(shù)據(jù)被傳送到設(shè)置存放器、時(shí)鐘存放器或通訊存放器15VDD電源電壓，+2.7V～+5.25V16GND內(nèi)部電路的地電位基準(zhǔn)點(diǎn)2.3.3AD7705的存放器AD7705片內(nèi)包括8個(gè)存放器，這些存放器通過器件的串行口訪問。第一個(gè)是通信存放器，它管理通道選擇，決定下一個(gè)操作是讀操作還是寫操作，以及下一次讀或?qū)懩囊粋€(gè)存放器。所有與器件的通信必須從寫入通信存放器開始。上電或復(fù)位后，器件等待在通信存放器上進(jìn)行一次寫操作。這一寫到通信存放器的數(shù)據(jù)決定下一次操作是讀還是寫，同時(shí)決定這次讀操作或?qū)懖僮髟谀膫€(gè)存放器上發(fā)生。所以，寫任何其它存放器首先要寫通信存放器，然后才能寫選定的存放器。所有的存放器〔包括通信存放器本身和輸出數(shù)據(jù)存放器〕進(jìn)行讀操作之前，必須先寫通信存放器，然后才能讀選定的存放器。此外，通信存放器還控制等待模式和通道選擇，此外DRDY狀態(tài)也可以從通信存放器上讀出。2.3.4AD7705的基準(zhǔn)源大家都知道在電池使用過程中隨著電池電量的降低，電池的輸出電壓也隨之降低這對整個(gè)系統(tǒng)有一定影響，特別是對電壓進(jìn)行測量時(shí)影響就更大了。要想精確地測量某個(gè)電壓，在整個(gè)系統(tǒng)電壓變化時(shí)必須有一個(gè)電壓保持不變，我們將這個(gè)不變的電壓叫做基準(zhǔn)電壓。TL431是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從VREF〔2.5V〕到36V范圍內(nèi)的任何值。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為0.2Ω，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源，開關(guān)電源等等。特點(diǎn)： ?可編程輸出電壓為36V?電壓參考誤差：±0.4％，典型值25℃〔TL431B〕?低動(dòng)態(tài)輸出阻抗，典型0.22Ω

?負(fù)載電流能力1.0mAto100mA?等效全范圍溫度系數(shù)50ppm/℃典型?溫度補(bǔ)償操作全額定工作溫度范圍?低輸出噪聲電壓當(dāng)輸入電壓在3V到30V之間變化時(shí)輸出基準(zhǔn)始終是2.5V。如圖2.4為proteus仿真圖。圖2.4當(dāng)輸入電壓從3V-30V變化時(shí)TL431的輸出電壓由此可見選用TL431作為該系統(tǒng)的基準(zhǔn)源是最為理想的器件。2.3.5AD7705的電壓采集電路AD7705使用SPI串行總線與CPU進(jìn)行通信，只需四條線與CPU連接，分別是SCLK、DIN、DOUT、DRDY。系統(tǒng)選用2MHz外接晶振為轉(zhuǎn)換器提供主時(shí)鐘信號，因?yàn)橄到y(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)能測得最高電壓為直流400V所以要對輸入的高壓進(jìn)行衰減，選用397.5K電阻和2.5K電阻進(jìn)行分壓，當(dāng)測量低電壓時(shí)可以用AD7705內(nèi)部程控增益對電壓進(jìn)行放大已獲得較高的精確度。電源選用10uF和0.01uF電容為電源濾波，選用TL431為基準(zhǔn)源。AD7705模塊的整體電路圖如圖2.5所示。圖2.5AD7705電壓采集電路2.4DS18B20的介紹及溫度采集模塊電路2.4.1DS18B20的性能介紹采用一線制數(shù)字溫度傳感器DS18B20來作為本課題的溫度傳感器。傳感器輸出信號進(jìn)4.7K的上拉電阻直接接到單片機(jī)的引腳上。DS18B20溫度傳感器是美國達(dá)拉斯(DALLAS)半導(dǎo)體公司推出的應(yīng)用單總線技術(shù)的數(shù)字溫度傳感器。該器件將半導(dǎo)體溫敏器件、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器等做在一個(gè)很小的集成電路芯片上。DS18B20的特點(diǎn)包括〔1〕系統(tǒng)的特性：測溫范圍為-55℃～+125℃，測溫精度為士0.5℃；溫度轉(zhuǎn)換精度9～12位可變，能夠直接將溫度轉(zhuǎn)換值以16位二進(jìn)制數(shù)碼的方式串行輸出；12位精度轉(zhuǎn)換的最大時(shí)間為750ms；可以通過數(shù)據(jù)線供電，具有超低功耗工作方式?！?〕系統(tǒng)本錢：由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的開展，新型大規(guī)模集成電路功能越來越強(qiáng)大，體積越來越小，而價(jià)格也越來越低。〔3〕系統(tǒng)復(fù)雜度：由于DS18B20是單總線器件，微處理器與其接口時(shí)僅需占用1個(gè)I/O端口且一條總線上可以掛接幾十個(gè)DS18B20，測溫時(shí)無需任何外部元件，因此，與模擬傳感器相比，可以大大減少接線的數(shù)量，降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，減少工程的施工量?！?〕系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)：由于引線的減少，使得系統(tǒng)接口大為簡化，給系統(tǒng)的調(diào)試帶來方便。同時(shí)因?yàn)镈S18B20是全數(shù)字元器件，故障率很低，抗干擾性強(qiáng)，因此，減少了系統(tǒng)的日常維護(hù)工作。如圖2.6為DS18B20的外觀圖和封裝圖。圖2.6DS18B20的外觀圖和封裝圖2.4.2溫度采集模塊電路DS18B20溫度傳感器只有三根外引線：單線數(shù)據(jù)傳輸總線端口DQ，外供電源線VDD，共用地線GND。DS18B20有兩種供電方式：一種為數(shù)據(jù)線供電方式，此時(shí)VDD接地，它是通過內(nèi)部電容在空閑時(shí)從數(shù)據(jù)線獲取能量，來完成溫度轉(zhuǎn)換，相應(yīng)的完成溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間較長。這種情況下，用單片機(jī)的一個(gè)I/O口來完成對DS18B20總線的上拉。另一種是外部供電方式(VDD接+5V)，相應(yīng)的完成溫度測量的時(shí)間較短。在本設(shè)計(jì)中采用外部供電方式實(shí)現(xiàn)DS18B20傳感器與單片機(jī)的連接，其接口電路圖如圖2.7所示。圖2.7溫度采集模塊電路2.51.8寸TFT液晶顯示模塊2.5.1TFT液晶模塊的結(jié)構(gòu)及性能介紹TFT屏〔ThinFilmTransistor〕是薄膜晶體管型液晶顯示屏，他的每一個(gè)像素點(diǎn)都是由集成在其后的薄膜晶體管來驅(qū)動(dòng)的，這樣不僅提高了顯示屏的響應(yīng)速度，同事可以精確的控制顯示色階，所以TFT液晶的色彩更逼真。TFT屏主要的構(gòu)成包括：背光源、導(dǎo)光板、偏光板、濾光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄膜晶體管等。TFT顯示屏和驅(qū)動(dòng)IC〔控制器〕集成在一起，就成了TFT顯示模塊。我們一般使用的是TFT模塊，但大家在稱呼的時(shí)候，可能仍然成為TFT屏。TFT模塊的尺寸是指屏幕的對角線長度。常用的有：1.8、2.2、2.8、3.2、3.6、4.3、5.7、8.4英寸等。分辨率：值水平像素和垂直像素的數(shù)量，1.8寸TFT模塊的像素點(diǎn)為160*128。2.5.2TFT液晶模塊和幾種常用液晶模塊的比照字符式液晶模塊〔常用型號lcd1602〕：只能顯示數(shù)字，英文字符〔也有少量型號可以顯示中文字符的〕，只能顯示單色。短時(shí)液晶屏：只能顯示數(shù)字〔也可顯示少量英文字符〕和預(yù)設(shè)的圖標(biāo)，只能顯示單色。圖形液晶模塊〔常用型號lcd12864〕：可以顯示數(shù)字、中英文字符和圖案，只能顯示單色，且分辨率低。TFT液晶模塊：可以顯示數(shù)字、中英文字符和圖案，彩色，圖案分辨率高。由于TFT顯示器本錢日漸降低，并且人們越來越渴望擁有用戶友好程度更好的圖形界面，因此有越來越多的工程師把TFT顯示器設(shè)計(jì)到他們的產(chǎn)品中去。Lcd1602液晶屏、段式液晶屏、lcd12864液晶屏和TFT彩色液晶屏的外形如圖2.8所示。TFT模塊TFT模塊圖2.8幾種常用液晶模塊比照圖2.5.3TFT液晶模塊引腳功能與結(jié)構(gòu)常用的TFT液晶模塊分為兩種接口，SPI串口和并行口，并行口的操作速度快但所需的接線多，SPI串行口操作速度相對較慢，但所需的IO口少。本設(shè)計(jì)不需要很快的刷屏顯示，所以選用的是SPI串行口的液晶屏。液晶屏上一共有8條連接線除去電源和地線外與單片機(jī)鏈接的共有6條線，其中BL是模塊的背光源，如果需要背光常亮可直接連接電源VCC。1腳-RST：液晶復(fù)位腳2腳-CS：液晶片選信號3腳-D/C：命令與數(shù)據(jù)操作選擇端4腳-DIN：液晶數(shù)據(jù)信號5腳-CLK：液晶時(shí)鐘信號6腳-VCC：液晶模塊電源7腳-BL：液晶模塊背光8腳-GND：液晶模塊地圖2.9TFT1.8寸液晶屏原理圖圖2.9為1.8寸TFT液晶屏模塊原理圖。圖2.9TFT1.8寸液晶屏原理圖2.6電源電壓監(jiān)控大家都知道當(dāng)電池電量消耗時(shí)對外的表現(xiàn)形式就是電池電壓的降低，如何知道電池電量是否消耗完了呢，現(xiàn)在一般的智能家電上都會(huì)有電源電量指示的，如我們經(jīng)常用的MP3、MP4、以及、筆記本電腦等。通常情況下我們都是電源電壓固定來測量一個(gè)外來電壓。但是本體統(tǒng)使用的是電池，本身電源電壓就不固定，沒有一個(gè)準(zhǔn)確的基準(zhǔn)源那么測出來的電壓值肯定也不準(zhǔn)確。一般情況下用AD測量電壓的計(jì)算公式為：U=(data/2n)*V其中：U為待測電壓 data為從AD芯片讀出的數(shù)值n為AD的位數(shù)〔例如ADC0809是8位AD〕V為電源電壓本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電源電壓監(jiān)控系統(tǒng)利用高精度的TL431為AD的基準(zhǔn)源同時(shí)也用來作為電源電壓監(jiān)控系統(tǒng)的基準(zhǔn)源。其原理與一般情況下的AD測量正好相反，一般情況下是知道電源電壓來測量一個(gè)不確定的電壓，而該系統(tǒng)是知道一個(gè)確定的電壓來測量電源電壓。計(jì)算公式為：V=U*2n/data其中：V為電源電壓U為TL431輸出固定2.5V電壓n為AD的位數(shù)〔例如ADC0809是8位AD〕data為從AD芯片讀出的數(shù)值電源電壓監(jiān)控局部采用單片機(jī)內(nèi)部10位ADC選用P1^7為ADC輸入端。具體硬件圖如圖2.10所示。圖2.10電源電壓監(jiān)控電路3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件語言主要是采用C語言，對單片機(jī)進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。主程序?qū)δK進(jìn)行初始化，而后調(diào)用AD轉(zhuǎn)換子程序、讀溫度、處理溫度、顯示、鍵盤等模塊。用的是循環(huán)查詢方式，來顯示和控制溫度，主程序的主要功能是負(fù)責(zé)電壓的實(shí)時(shí)顯示以及溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當(dāng)前溫度值并負(fù)責(zé)調(diào)用各子程序,其程序流程如圖3.1所示。圖3.1系統(tǒng)程序流程圖3.1AD7705電壓采集子程序AD7705上電或復(fù)位后，器件等待在通信存放器上進(jìn)行一次寫操作。這一寫到通信存放器的數(shù)據(jù)決定下一次操作是讀還是寫，同時(shí)決定這次讀操作或?qū)懖僮髟谀莻€(gè)存放器上發(fā)生。所以，寫任何其他存放器首先要寫通信存放器，然后才能寫選定的存放器。所有的存放器〔包括通信存放器本身和輸出數(shù)據(jù)存放器〕進(jìn)行讀操作之前，必須先寫通信存放器，然后才能讀選定的存放器。此外，通信存放器還控制等待模式和通道選擇，DRDY狀態(tài)也可以從通信存放器上讀出。如圖3.2所示。圖3.2AD7705軟件流程圖3.2計(jì)算溫度子程序計(jì)算溫度子程序包括初始化,判斷DS18B20是否存在,假設(shè)存在那么進(jìn)行一系列的讀操作,假設(shè)不存在那么返回。其程序流程圖如圖3.3所示。圖3.3DS18B20流程圖3.3按鍵子程序按鍵子程序主要負(fù)責(zé)電壓測量時(shí)量程的調(diào)整，主程序每循環(huán)一次都要對按鍵進(jìn)行掃描,判斷是否有輸入鍵按下，如果有按鍵按下那么修改AD7705內(nèi)部增益設(shè)置同時(shí)修改顯示屏上測量電壓的量程。如圖3.4所示。開始開始判斷是否有按鍵按下退出修改AD內(nèi)部增益和顯示屏顯示信息圖3.4按鍵判斷流程圖結(jié)束語完成情況：此次電路設(shè)計(jì)根本到達(dá)設(shè)計(jì)要求，可以實(shí)現(xiàn)電壓的測量以及可以實(shí)測當(dāng)時(shí)溫度，且做出了實(shí)物。所得收獲：通過幾周的努力，基于單片機(jī)的電壓表的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于在老師的精心指導(dǎo)下