AD7705采用SpIQSpI兼容的三線串行接口，能夠方便地與各種微控制器和DSp連接，也比并行接口方式大大節(jié)省了CpU的IO口。那么AD7705與51單片機(jī)的數(shù)字電壓表是怎么表示的我們一起來看看。

摘要：在比賽中我們通過A/D芯片（AD7705）對外部電壓值進(jìn)行采集，經(jīng)轉(zhuǎn)換后傳輸給單片機(jī)（89C52），使用液晶（1602）輸出測量得到的電壓值。該實(shí)驗(yàn)板可以測量不同增益下對應(yīng)范圍的電壓值，并使部分量程下精確度理論上達(dá)到8增益。對于-20~20V，增益值為1。在拓展中，我們根據(jù)閉合電路歐姆定律，改進(jìn)程序及實(shí)驗(yàn)板，使之能夠測量電流、電阻，同時(shí)能對短路狀態(tài)做出檢測。

總設(shè)計(jì)流程圖

方案比較

本次比賽基礎(chǔ)要求設(shè)計(jì)量程為0-5V，精確度至少為0.02V的電壓表。根據(jù)精確度計(jì)算公式：精確度=量程/2^n（n為ADC的位數(shù)），結(jié)合擴(kuò)展的25V，做出以下方案比較：

過針刺 低溫防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

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方案一：使用STC12C51進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，但由于其內(nèi)置ADC精度不夠（8位），勉強(qiáng)能夠滿足基礎(chǔ)要求，但無法達(dá)到擴(kuò)展要求。故舍棄此方案。

方案二：ADC選用AD7705，單片機(jī)采用89C52，使用AD780提供基準(zhǔn)電壓。16位AD處理25V時(shí)精度為0.0004。同時(shí)使用繼電器完成自動量程轉(zhuǎn)換，但由于電路的復(fù)雜程度和比賽時(shí)間，最終我們沒有做此擴(kuò)展。

方案三：ADC選用AD7705，單片機(jī)采用89C52，使用AD780提供基準(zhǔn)電壓。充分利用89c52的豐富I/O口及AD7705的高精度、雙極性特性將作品設(shè)計(jì)成擁有五檔電壓測量、五檔電流測量、七檔電流測量及短路檢測的多用表。最終我們組決定使用方案三完成比賽。

各單元設(shè)計(jì)原理

1、供電電壓選取

無人船智能鋰電池

IP67防水，充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備

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由于實(shí)驗(yàn)要求使用A/D測量0~5V電壓，使用DCpowerSupply提供外部供電電壓，或以USB接口給系統(tǒng)上電，經(jīng)過AD780芯片，對A/D輸入適合工作的基準(zhǔn)電壓，為AD7705、單片機(jī)提供穩(wěn)定的2.5V工作電壓。

2、AD7705對模擬量的采集及轉(zhuǎn)換（測量電壓）

（1）AD7705為16位雙極性模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它包括一個(gè)Σ-Δ（或電荷平衡）ADC、片內(nèi)帶靜態(tài)RAM的校準(zhǔn)微控制器、時(shí)鐘振蕩器、數(shù)字濾波器和一個(gè)雙向串行通信端口。該器件的電源電流僅為320A，使得它理想地用于電池供電的儀器中。器件具有兩種可選電源電壓范圍分別是2.7～3.3V或4.75～5.25V。它具有高精度校準(zhǔn)、測量的能力，適應(yīng)電壓表的精度要求。

（2）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)板共有5個(gè)量程，分別為：-200mV~200mV-2~2V-20~20V-200~200V-500~500V對應(yīng)增益值為8對應(yīng)增益值為1對應(yīng)增益值為1對應(yīng)增益值為1對應(yīng)增益值為1

（3）實(shí)驗(yàn)通過開關(guān)使不同阻值分壓電阻接入電路來改變電壓表量程。開關(guān)抬起有效。如圖連接A/D與單片機(jī)，對A/D進(jìn)行初始化，設(shè)置為雙極性、無緩沖、增益為1、濾波器不工作、自校準(zhǔn)、更新速率為20Hz的狀態(tài)。通過編譯的讀、寫程序，完成A/D對外部模擬量的采集和處理，并將數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)。

3、單片機(jī)數(shù)據(jù)處理（直流電壓）

（1）本作品設(shè)計(jì)有五個(gè)電壓檔位。在程序中我們通過設(shè)置switch語句實(shí)現(xiàn)對不同檔位的選取和控制，AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)被傳輸至單片機(jī)中對應(yīng)檔位的數(shù)據(jù)處理函數(shù)，單片機(jī)根據(jù)相應(yīng)檔位的參數(shù)設(shè)置將數(shù)據(jù)處理還原為真實(shí)電壓值，并轉(zhuǎn)換為可被液晶讀取的2進(jìn)制形式。

（2）測量直流電壓的公式為：電壓真值=數(shù)據(jù)V/增益值*對應(yīng)的檔位參數(shù)

4、1602液晶顯示器

（1）對1602進(jìn)行初始化，設(shè)置相關(guān)功能。

1602液晶初始化程序：

顯示器模塊原理圖：

（2）關(guān)于顯示正負(fù)號及小數(shù)點(diǎn)，本次顯示000.00000精度

（3）關(guān)于數(shù)據(jù)處理之后的輸出，將經(jīng)過單片機(jī)處理得到的數(shù)據(jù)V發(fā)送至1602液晶，通過display函數(shù)（部分程序如下），實(shí)現(xiàn)液晶對數(shù)據(jù)的顯示。同時(shí)設(shè)計(jì)保護(hù)數(shù)據(jù)，當(dāng)測得數(shù)據(jù)大于檔位上限時(shí)，系統(tǒng)輸出檔位上限值。

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;

……

擴(kuò)展部分

1、電流測量

m利用閉合電路歐姆定律，在測電壓的基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)對電流的測量。實(shí)驗(yàn)中共有五個(gè)檔位，分別為：-2~2mA-20~20mA-200~200mA-2~2A-15~15A對應(yīng)增益值為8對應(yīng)增益值為8對應(yīng)增益值為8對應(yīng)增益值為8對應(yīng)增益值為1

對于電流數(shù)據(jù)的處理，將AD采集到的數(shù)據(jù)v輸入單片機(jī)后，根據(jù)計(jì)算公式對v進(jìn)行處理，以第一檔程序舉例：

其中對數(shù)據(jù)處理的公式為：電流真值=數(shù)據(jù)/增益值*對應(yīng)的檔位參數(shù)

2、電阻測量

（1）本次比賽的電阻測量在說明中并沒有，我們組為了充分利用AD7705資源、鍛煉組員的能力，額外做了電阻測量和短路檢測的拓展。

（2）電阻測量的原理為：根據(jù)閉合電路歐姆定律R=U/I，由于前兩步已完成對電壓與電流的測量，所以此處只需要在數(shù)據(jù)處理時(shí)，使用某檔位電壓/對應(yīng)檔位流過待測電阻的電流值即可。

（3）電阻測量的檔位及對應(yīng)增益值0~200~2000~2k0~20k0~200k0~2M0~100M對應(yīng)增益值為2對應(yīng)增益值為2對應(yīng)增益值為2對應(yīng)增益值為2對應(yīng)增益值為2對應(yīng)增益值為2對應(yīng)增益值為1

（4）電阻測量的數(shù)據(jù)處理（20檔為例）

電阻測量的數(shù)據(jù)處理公式為：U/Rx=2.5/（Rx+Ro）Ro：相應(yīng)電阻檔的已知串聯(lián)電阻3、短路檢測在p2.5連接蜂鳴器系統(tǒng)，當(dāng)表筆兩端電阻小于15時(shí)，p2.5賦低電平，蜂鳴器工作。

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