电压表课程设计报告

《单片机原理及应用》

课程设计报告书

学院（系）：应用技术学院

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制作日期2012 年11 月18日

基于TLC549串行A/D转换器的简易电压表的设计

摘要：数字电压表是对电子电路进行现场检测的常用仪表，本文介绍了一种基于TLC549 的数字电压表的设计方法。本系统主要包括三大模块：转换模块、数据处理模块及显示模块。电压表的控制系统采用A T89C51 单片机，A/D 转换器采用TLC549。单片机对转换的结果进行运算处理，通过一个四位一体的7段数码管显示出来。本设计实现简易数字式直流电压表的硬件电路与软件设计，可以测量0-5V的1路模拟直流输入电压值，误差范围为±0.01V。具有一定的实用价值。

关键词：TLC549，A T89C51,数字电压表

1 引言

1.1 设计背景

在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量。其中电压量的测量最为经常。在日常生活及工业生产中经常要用到直流电压的检测。随着电子技术的发展，更是经常需要测量高精度的电压，所以，数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器。数字电压表简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、测量速度快等特而得到广泛应用。

传统的指针式刻度电压表功能单一，进度低，容易引起视差和视觉疲劳，因而不能满足数字化时代的需要。采用单片机的数字电压表，将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示，从而精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与PC实时通信。

1.2核心器件介绍

目前，由单片机和A/D 转换器构成的数字电压表已被广泛应用于电子测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域中。数字电压表的内部核心部件是A/D转换器，传统的 A/D 转换器主要有ADC0808、ADC0809等，转换的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度，因而，以后数字电压表的发展就着眼在高精度和低成本这两个方面。

这些 A/D 转换器采用并口与单片机相连，大量占用单片机的 I/O 口资源。为此，采用 TLC549 设计的数字电压表，能够较好地解决以上问题。

TLC549 是 TI 公司推出的一种 A/D 转换器，具有以下特点：

（1）TLC549 是一种 8 位串行 A/D 转换器；

（2）可通过三线串行通信与单片机连接；

（3）具有 4MHz 片内系统时钟和软、硬件控制电路；

（4）转换时间最长 17μs ；

（5）允许的最高转换速率为 40000 次 / s ；

（6）总失调误差最大为±0.5LSB；

（7）典型功耗值为 6mW；

（8）采用差分参考电压高阻输入，抗干扰能力强，可按比例量程校准转换范围；

（9）当 VREF－接地, VREF+－ VREF－≥1V ,可用于较小信号的采样。

2 总体设计方案

2.1设计要求

1)以TLC549串行A/D转换器和AT89C51单片机设计一个5V的数字电压表，电压值由

电位器模拟。

2)采用3位LED显示器，显示格式为“╳.╳╳”V。

2.2总体设计框图

本系统主要包括三大模块：转换模块、数据处理模块及显示模块。电压表的控制系统采用AT89C51 单片机，A/D 转换器采用TLC549。先将待测模拟量信号输入到TLC549进行模数转换,通过其将数字信号传送到单片机。单片机对转换的结果进行运算处理，将显示结果通过一个四位一体的7段数码管显示出来。

模

拟

量电压信号TLC

549

单

片

机

4位

一体

八段

数码

管

3 硬件系统设计

硬件实现总体框图：

下图是本系统的硬件框图，单片机采用AT89C51。A T89系列单片机是美国ATMEL 公司继承INTEL 公司80C31 的核心技术并和自身先进的闪电存储器（FLASH MEMORY）技术相结合而产生的FLASH 单片机系列。它是一种低功耗、高性能、内含4K/8K 字节闪电存储器、用CHMOS 工艺制作的8 位单片机。

3.1模数转换电路

模数转换电路的核心部分是数模转换芯片，标准参考电压Vref+为+5伏, Vref-为0伏。A/D转换器TLC549是以8位开关电容逐次逼近A/D转换器为基础而构造的CMOS A/D 转换器。

3.1.1 TLC549介绍

TLC549是美国德州仪器公司生产的8位串行A/D转换器芯片，可与通用微处理器、控制器通过CLK、CS、DATA OUT三条口线进行串行接口。使用IIC总线工作。具有4MHz 片内系统时钟和软、硬件控制电路，转换时间最长17μs，TLC548允许的最高转换速率为45500次/s，TLC549为40000次/S。总失调误差最大为±0.5LSB，典型功耗值为6mW。采用差分参考电压高阻输入，抗干扰，可按比例量程校准转换范围，V REF-接地，V REF+－V REF-≥1V，可用于较小信号的采样。

3.1.2 TLC549 的引脚排列与使用方法

TLC549 的引脚排列如下图所示，其中ANA-LOG IN为模拟输入端，CS 为片选端，DA TA OUT为A/D 转换结果的串行输出端，I/O CLOCK 为I/O时钟端，REF+为正基准电压端，REF－为负基准电压端，VCC 为电源端，GND 为地。

TLC549 的内部结构图如图二所示，其内部包含有时钟电路、8 位模数转换器等单元电