李海

【摘要】? ? 本文以STM32F103ZE為主控芯片，用ICL7135雙積分A/D轉(zhuǎn)換芯片對被測電壓進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，設(shè)計了一個電壓檔量程可切換，滿量程為2V數(shù)字電壓表。電壓顯示格式和精度可通過軟件控制，電壓大小可通過硬件實現(xiàn)。簡單介紹了數(shù)字電壓表硬件電路的設(shè)計和軟件部分的設(shè)計，對電壓測量的原理作了詳細的介紹。

【關(guān)鍵詞】? ? 數(shù)字電壓表? ? STM32F103? ? ICL7135

一、引言

傳統(tǒng)采用ICL7135芯片設(shè)計的數(shù)字電壓表，一般都是利用ICL7135的BCD碼和STB選通信號，對于產(chǎn)品的微型化、多功能，該設(shè)計占用了比較多的I/O口。本設(shè)計只利用了ICL7135的“busy”端，在其高電平期間，STM32通過對ICL7135的脈沖時鐘進行計數(shù)，對計數(shù)數(shù)據(jù)進行處理并顯示，占用資源較少。

二、ICL7135簡介

TCT7l35是高準確度、通用型、位BCD碼精度雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器。它有許多優(yōu)良的特性，具有自動校零功能，自動較零的準確性僅受系統(tǒng)噪聲的影響，且偏差小于10μV;有超量程（OR）和欠量程（UR）信號，容易實現(xiàn)量程的自動轉(zhuǎn)換;設(shè)有6個控制信號端、同時進行字位輸出和BCD碼輸出，可與LCD譯碼/驅(qū)動器及單片機接口，進行數(shù)據(jù)處理，構(gòu)成智能化儀器;滿量程為2 0000在±20000汁數(shù)范圍內(nèi)的準確度為±1個字。

三、硬件電路設(shè)計與實現(xiàn)

本設(shè)計電路主要由負電源產(chǎn)生電路、脈沖產(chǎn)生電路、取樣電路、數(shù)據(jù)采集處理電路、電壓放大倍數(shù)切換電路以及顯示電路組成。

3.1 ICL7135AD轉(zhuǎn)換電路

本設(shè)計采用ICL7660芯片構(gòu)成電路產(chǎn)生-5v電壓，給ICL7135的1引腳供芯片所需的負電源;采用ICL8069芯片，通過電阻、電位器調(diào)整得到ICL7135芯片的2引腳所需的基準電壓;采用555電路產(chǎn)生100K的脈沖信號，作為ICL7135芯片22引腳的時鐘脈沖。

3.2 電壓檔切換電路

本設(shè)計根據(jù)測量電壓的大小，設(shè)計了三個電壓檔量程，分別為2V、200mv、20mv，與之相對應(yīng)的電壓放大倍數(shù)為1倍、10倍、100倍。本設(shè)計采用TCL2652芯片和兩個繼電器構(gòu)成3個電壓檔量程

3.3 數(shù)據(jù)采集處理及顯示電路

本設(shè)計通過STM32F103ZE為主控芯片，ICL7135采集到的數(shù)據(jù)送給STM32，STM32主控芯片對數(shù)據(jù)進行分析，得到相應(yīng)的分析結(jié)果，并在LCD顯示屏上顯示出來。

四、軟件部分設(shè)計與實現(xiàn)

4.1? ICL7135原理簡介

ICL7135是以雙積分方式進行A/D轉(zhuǎn)換的電路。每個轉(zhuǎn)換周期分為四個階段：I自動調(diào)零;II被測電壓積分;III基準電壓反積分;IV積分回零。在BUSY信號為高電平時經(jīng)歷了被測電壓積分階段和基準電壓反積分階段，由ICL7135 A/D時序圖可以看出，一共需要30001個CLK信號。很顯然，只要設(shè)法測得BUSY信號在高電平期間的CLK時鐘脈沖總數(shù)，再減去10001個脈沖數(shù)，就可以得到A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。

4.2軟件實現(xiàn)方法

本設(shè)計中ICL7135的BUSY線與STM32的PD3口相連，CLK脈沖信號與STM32的PA0端口相連。stm32通用定時器做計數(shù)器，外部輸入脈沖信號接在相應(yīng)TIM的ETR引腳上，使用外部時鐘模式2，對外部脈沖信號CLK計數(shù)。程序中，去判斷PD3引腳是否為高電平，若為高電平，啟動TIM2開始計數(shù)，等到PD3引腳為低電平時，TIM2停止計數(shù)，然后讀取計數(shù)器的值顯示出來。STM32根據(jù)計數(shù)值的大小判斷是否超量程，通過電壓量程切換，讀取更為精確合理的電壓值。

五、實驗結(jié)果與分析

實驗初期，由于ICL7135積分電路的電容采用的瓷片電容，讀數(shù)顯示為0，無法測出ICL7135的信號，達不到參數(shù)要求，查找資料后發(fā)現(xiàn)，此電容需要CBB電容，更換后基本上能達到參數(shù)要求。另外ICL7135的基準電壓也要保住穩(wěn)定性，否則也會導(dǎo)致電壓測量值的不穩(wěn)定性。

六、總結(jié)

ICL7135的串行方式在實踐中的應(yīng)用效果很好。與并行方式相比，其突出的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、程序簡潔、占用資源少、可提高抗干擾能力，同時可提高儀器的檢測可靠性，并且可在不添加任何擴展口線器件的情況下使系統(tǒng)的成本得到降低。

參? 考? 文? 獻

[1]張超凡、劉珈誠.ICL7135與單片機接口電路[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué).2010-02

[2]張紹卿.實現(xiàn)自動量程控制的幾種軟件方法[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué).