基于AD7705与51单片机的数字电压表
ad7705 采用sp i q sp i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 i o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：
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 dc power supply 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 320μ a，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。
void display（） （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 0~20ω 0~200ω 0~2kω 0~20kω 0~200kω 0~2mω 0~100mω 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（20ω 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 15ω 时，p2.5 赋低电平，蜂鸣器工作。
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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：
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 dc power supply 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 320μ a，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。
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（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。
void display（） （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;
……
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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 0~20ω 0~200ω 0~2kω 0~20kω 0~200kω 0~2mω 0~100mω 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（20ω 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 15ω 时，p2.5 赋低电平，蜂鸣器工作。
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