1、设计需求
以51单片机和A/D转换器为核心、以LCD1602位显示,设计一个可以自动选择档位的多档位直流电压测量电路。可测电压范围0V—500V。电压量程范围: 2V, 20V, 200V 和500V,共四个档位,可判断出电压范围并用继电器实现档位自动切换。
2、设计思路及方案
(1)数模转换电路
数模转换电路有ADC0808构成,ADC0808是CMOS器件,不仅包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分,而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑,因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行A/D换。
①IN0~IN7——8路模拟输入,通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC来选通一路,分别接单片机的P1.0、P1.1、P1.2。
②D7~D0——A/D转换后的数据输出端,为三态可控输出,故可直接和微处理器数据线连接。
③VR(+)、VR(-)——正、负参考电压输入端,用于提供片内DAC电阻网络的基准电压。在单极性输入时,VR(+)=5V,VR(-)=0V;双极性输入时,VR(+)、VR(-)分别接正、负极性的参考电压
④ALE——地址锁存允许信号,高电平有效。当此信号有效时,A、B、C三位地址信号被锁存,译码选通对应模拟通道。在使用时,该信号和START信号连在一起,以便同时锁存通道地址和启动A/D转换。
⑤START——A/D转换启动信号,正脉冲有效。加于该端的脉冲的上升沿使逐次逼近寄存器清零,下降沿开始A/D转换。如正在进行转换时又接到新的启动脉冲,则原来的转换进程被中止,重新从头开始转换。
⑥EOC——转换结束信号,高电平有效。该信号在A/D转换过程中为低电平,其余时间为高电平。该信号可作为被CPU查询的状态信号。该信号接P3.0查询转换是否结束。
⑦OE——输出允许信号,高电平有效。当微处理器送出该信号时,ADC0808/0809的输出三态门被打开,使转换结果通过数据总线被读走。
(2)分压电路
由于待测电压范围不确定,高的可达500v,而AD只能参考输入为+-5V,考虑安全因素,所以不能把电压直接送给ADC0808。对于未知信号Vx,经电阻分压衰减后送入AD转换器。在处理数据时候,分别对转换结果乘以1,10和100,即可还原真实值。
(3)大电压衰减测量:
经单片机判断后,需对AD0808 的ABC引脚进行操作,选择通道输入。
对于0—2V信号,选择IN0通道作为输入
对于2—20V电路,选择IN1通道作为输入
对于20—200V电路,选择IN2通道作为输入
对于大于200V则选择IN3通道作为输入
输入信号经过以上比较器,可以大致划分为:0—2V、2—20V、20V—200V、200V以上等三个范围,即可以组成1档、10档、100档、1000档四个档位,将比较器的结果输入到单片机中,进行判断处理。
比较器输出为:①A=0、B=0、C=0可知电压范围为0—2V。
②A=0、B=0、C=1可知电压范围为2—20V。③:A=0、B=1、C=1可知电压范围为20—200V。④:A=1、B=1、C=1可知电压范围为大于200V。