基于單片機的電壓表設(shè)計

基于單片機的電壓表設(shè)計【摘要】論文主要闡述了基于STC12LE5A60S2低壓單片機便攜式電壓表的設(shè)計，系統(tǒng)以STC12LE5A60S2低壓單片機為主控芯片，以16位AD芯片AD7705為AD轉(zhuǎn)換芯片，以DS18B20為溫度傳感器對溫度進行測量，以1.8寸TFT彩屏為顯示模塊。該系統(tǒng)能實時測量輸入電壓和當前溫度，并能對供電電池的電壓進行測量，并在屏幕上顯示出當前電量。系統(tǒng)測量電壓范圍為0—400V直流電壓，分為7個檔位，當輸入電壓超量程時通過蜂鳴器報警。系統(tǒng)設(shè)計了相關(guān)的硬件電路和相關(guān)應(yīng)用程序。硬件電路主要包括STC12LE5A60S2單片機最小系統(tǒng)、AD7705驅(qū)動電路、測溫電路、1.8寸TFT液晶顯示電路以及按鍵處理模塊電路等。系統(tǒng)程序主要包括主程序、讀AD7705子程序、讀出溫度子程序、計算溫度子程序、按鍵處理程序、LCD顯示程序等。關(guān)鍵詞：STC12LE5A60S2單片機；AD7705；TL431；DS18B20Abstract:ThisthesismainlyexpoundstheSTC12LE5A60S2lowvoltagemicrocomputerportablevoltmeterbaseddesign,thesystemwithSTC12LE5A60S2low-pressuresingle-chipmicrocomputerasmaincontrolchip,ADchipwitha16bitAD7705toADconversionchip,DS18B20astemperaturesensorfortemperaturemeasurement,displaymodulefor1.8inchTFTcolorscreen.Thesystemcanreal-timemeasurementoftheinputvoltage,thecurrenttemperatureismeasured,andthepowersupplytomeasurethevoltageofbattery,andonthescreenshowsthecurrentelectricity.Systemtomeasurethevoltagerangeof0-400vdcvoltage,isdividedintosevengear,whentheinputvoltageinexcessoftherangebyabuzzeralarm.Systemdesigntherelatedhardwarecircuitandrelevantapplications.HardwarecircuitmainlyincludesSTC12LE5A60S2SCMsmallestsystem,AD7705drivercircuit,temperaturemeasurementcircuit,1.8inchTFTLCDdisplaycircuitandthekeyprocessingmodulecircuit,etc.Systemprogrammainlyincludesthemainprogram,readtheAD7705subroutine,readtemperaturesubroutine,calculationtemperaturehandlersubroutine,buttonsandLCDdisplayprogram,etc.Keywords:STC12LE5A60S2;AD7705;TL431;DS18B20目錄TOC\o"1-3"\h\u306001設(shè)計方案 1265241.1主控芯片選擇 170501.2電源部分 196501.3AD轉(zhuǎn)換芯片選擇 2158911.4溫度測量 257181.5顯示模塊 260261.6總體方案 3274922硬件電路設(shè)計 4187272.1STC12LE5A60S2單片機及最小系統(tǒng) 4176202.1.1STC12LE5A60S2單片機特點 4287002.1.2STC12LE5A60S2單片機最小系統(tǒng) 6153032.2電源模塊 6140652.3AD7705轉(zhuǎn)換芯片及硬件電路 758602.3.1AD7705結(jié)構(gòu)及工作原理 7324882.3.2AD7705各引腳及功能 7314152.3.3AD7705的寄存器 8187902.3.4AD7705的基準源 9158602.3.5AD7705的電壓采集電路 1024792.4DS18B20的介紹及溫度采集模塊電路 1022392.4.1DS18B20的性能介紹 1024252.4.2溫度采集模塊電路 1179712.51.8寸TFT液晶顯示模塊 12318952.5.1TFT液晶模塊的結(jié)構(gòu)及性能介紹 12108972.5.2TFT液晶模塊和幾種常用液晶模塊的對比 12149932.5.3TFT液晶模塊引腳功能與結(jié)構(gòu) 13138202.6電源電壓監(jiān)控 1356113系統(tǒng)軟件設(shè)計 15169543.1AD7705電壓采集子程序 15207103.2計算溫度子程序 16169683.3按鍵子程序 1719806結(jié)束語 1810266參考文獻 195846附錄一系統(tǒng)總體電路圖和作品實物圖 201設(shè)計方案在電量的測量中，電壓、電流和頻率是最基本的三個被測量，其中電壓量的測量最為經(jīng)常。而且隨著電子技術(shù)的發(fā)展，更是經(jīng)常需要測量高精度的電壓，所以數(shù)字電壓表就成為一種必不可少的測量儀器。數(shù)字電壓表（DigitalVoltmeter）簡稱DVM，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流或交流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。由于數(shù)字式儀器具有讀數(shù)準確方便、精度高、誤差小、靈敏度高和分辨率高、測量速度快等特點而倍受青睞。本設(shè)計從各個角度分析了由單片機組成的數(shù)字電壓表的設(shè)計過程及各部分電路的組成及其原理，并且分析了程序如何驅(qū)動單片機進而使系統(tǒng)運行起來的原理及方法。本設(shè)計主要分為兩部分：硬件電路及軟件程序。而硬件電路又大體可分為A/D轉(zhuǎn)換電路、液晶顯示電路，各部分電路的設(shè)計及原理將會在硬件電路設(shè)計部分詳細介紹；程序的設(shè)計使用C語言編程，詳細的設(shè)計算法將會在程序設(shè)計部分詳細介紹。1.1主控芯片選擇方案一：傳統(tǒng)的AT89C51有一個8位的CPU，128個字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器和4KB的程序存儲器，5個中斷源，兩個定時器32個通用IO，一個全雙工串行I/O口UART（通用異步接收、發(fā)送器）。采用單一的+5V電源供電，一個機器周期包括12個時鐘周期。方案二：采用STC公司新推出STC12LE5A60S2系列1T單片機，該系列單片機一個時鐘周期就是一個機器周期，相比傳統(tǒng)8051單片機運行速度是原來的8-12倍，供電電壓為3.6V-2.1V，內(nèi)部有1280字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器和60KB程序存儲器，1KB的EEPROM，36個通用IO，4個定時器，2個全雙工串口，8通道10位ADC，2路PWM波輸出。因為該設(shè)計中采用4.2V的手機電池供電采用1.8寸TFT彩色液晶屏作為顯示模塊，在液晶顯示部分的程序較為復(fù)雜，且函數(shù)眾多所以所需的程序存儲空間大，要完成采集電壓到顯示在液晶屏上對單片機的運行速度要求很高，綜合各方面考慮選擇STC公司的STC12LE5A60S2單片機為主控芯片。1.2電源部分由于該系統(tǒng)采用的單片機為低壓單片機供電范圍為3.6V-2.1V，彩屏的供電電壓為3.3V，AD芯片的供電電壓為3.3V，且功率都不大，采用4.2V的手機鋰離子電池為最佳選擇。1.3AD轉(zhuǎn)換芯片選擇方案一：采用單片機內(nèi)部AD。STC12LE5A60S2單片機內(nèi)部8通道10位ADC，作為一般設(shè)計無需外圍電路，8個通道可分時測量，對測量較低的電壓精確度足夠。方案二：采用AD7705芯片作為AD轉(zhuǎn)換芯片。該器件可以接受直接來自傳感器的低電平的輸入信號，然后產(chǎn)生串行的數(shù)字輸出。利用Σ-?轉(zhuǎn)換技術(shù)實現(xiàn)了16位無丟失代碼性能。選定的輸入信號被送到一個基于模擬調(diào)制器的增益可編程專用前端。片內(nèi)數(shù)字濾波器處理調(diào)制器的輸出信號。通過片內(nèi)控制寄存器可調(diào)節(jié)濾波器的截止點和輸出更新速率，從而對數(shù)字濾波器的第一個陷波進行編程。AD7705只需3.3V～5.25V單電源。當電源電壓為5V、基準電壓為2.5V時，可將輸入信號范圍從0～+20mV到0～+2.5V的信號進行處理。還可處理±20mV～±2.5V的雙極性輸入信號，對于AD7705是以AIN(-)輸入端為參考點AD7705是用于智能系統(tǒng)、微控制器系統(tǒng)和基于DSP系統(tǒng)的理想產(chǎn)品。其串行接口可配置為三線接口。增益值、信號極性以及更新速率的選擇可用串行輸入口由軟件來配置。該器件還包括自校準和系統(tǒng)校準選項，以消除器件本身或系統(tǒng)的增益和偏移誤差。CMOS結(jié)構(gòu)確保器件具有極低功耗，掉電模式減少等待時的功耗至20μW。由于該系統(tǒng)中只需一個測量端，所需測量范圍廣，有時對前端電壓衰減有時又需要對信號進行放大，單片機內(nèi)部無法完成信號的放大，而AD7705內(nèi)部自帶8種增益方式，可通過程序控制器增益倍數(shù)。而且AD7705比單片機內(nèi)部精度更高，綜合考慮后選擇AD7705為AD轉(zhuǎn)換芯片。1.4溫度測量采用一線制數(shù)字溫度傳感器DS18B20來作為本課題的溫度傳感器。傳感器輸出信號進4.7K的上拉電阻直接接到單片機的引腳上。DS18B20溫度傳感器是美國達拉斯(DALLAS)半導(dǎo)體公司推出的應(yīng)用單總線技術(shù)的數(shù)字溫度傳感器。該器件將半導(dǎo)體溫敏器件、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲器等做在一個很小的集成電路芯片上。應(yīng)用廣泛，所以將測溫作為本系統(tǒng)的一個附加功能。1.5顯示模塊本系統(tǒng)顯示模塊采用1.8寸TFT彩色液晶屏，彩色液晶屏相比起傳統(tǒng)的數(shù)碼管、1602液晶屏和12864液晶屏有很多優(yōu)點。數(shù)碼管只能顯示數(shù)字和簡單的字符，1602液晶屏能顯示所有的數(shù)字和字符，而不能顯示漢字。12864液晶屏滿屏能顯示32個漢字，或是64個字符，且顯示位置不能根據(jù)用戶要求而隨意改變，只能顯示簡單的單色圖片。而現(xiàn)在較為流行的TFT彩色液晶屏不僅能顯示數(shù)字、字符、漢字、還可以顯示彩色圖片。本系統(tǒng)使用的1.8寸TFT彩色液晶屏共有128*160個像素點，能夠顯示的信息量很大，但相比12864和1602液晶屏操控起來也相對復(fù)雜很多。1.6總體方案根據(jù)各模塊方案的選擇，該系統(tǒng)CPU選擇為STC12LE5A60S2單片機，選擇4.2V手機鋰離子電池為系統(tǒng)供電電源，AD轉(zhuǎn)換芯片為AD7705芯片，溫度測量采用DS18B20溫度傳感器，顯示模塊為1.8寸TFT彩色液晶屏。

2硬件電路設(shè)計硬件電路的設(shè)計主要包括單片機系統(tǒng)、AD轉(zhuǎn)換模塊、LCD顯示電路、溫度采集電路、按鍵控制和報警電路三部分。單片機采用STC12LE5A60S2單片機，采用11.0592MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差；溫度采集利用溫度傳感器DS18B20，利用單總線占用單片機的IO口少，便于控制與調(diào)試；顯示電路采用1.8寸TFT彩色液晶屏，采用SPI串行傳輸，占用的單片機IO端口少；按鍵采用獨立式按鍵，可以減少程序的編寫，并且可以減少干擾，更好地控制；報警電路與傳統(tǒng)的一樣，可以更好地實現(xiàn)人機互動?？傮w結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示。STC12LE5A60S2STC12LE5A60S2單片機控制器溫度采集模塊按鍵模塊顯示模塊報警模塊電源模塊AD轉(zhuǎn)換模塊圖2.1總體結(jié)構(gòu)圖2.1STC12LE5A60S2單片機及最小系統(tǒng)2.1.1STC12LE5A60S2單片機特點STC12LE5A60S2系列單片機是宏晶科技科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S，即25萬次/秒），針對電機控制，強干擾場合。增強型8051CPU，1T單時鐘/機器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051工作電壓：STC12LE5A60S2系列單片機：3.6V-2.2V（3V單片機）工作頻率范圍：0-35MHz，相當于普通8051的0-420MHz用戶應(yīng)用程序空間60KB字節(jié)片上集成1280字節(jié)RAM通用I/O口（36個），復(fù)位后為：準雙向/若上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口） 可設(shè)置成四種模式：準雙向/若上拉，強推挽/強上拉，僅為輸入/高阻，開 漏每個I/O口驅(qū)動能力均可達到20mA，但整個芯片最大電流不要超過120mAISP(在系統(tǒng)可編程)/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿 真器可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片內(nèi)部看門狗內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路（外部晶振12M以下時，復(fù)位腳可直接接1K 電阻到地）時鐘源：外部高精度晶體/時鐘，內(nèi)部R/C振蕩器（溫漂為±5%到±10%以 內(nèi)）用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶體/ 時鐘常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：8MHz-12MHz精度要求不高時可選擇使 用內(nèi)部時鐘共4個16位定時器，兩個與傳統(tǒng)8051兼容的定時器/計數(shù)器，16位定時 器T0和T1，沒有定時器2，但有獨立波特率發(fā)生器做串口通訊的波特率發(fā) 生器，再加上2路PCA模塊可再實現(xiàn)2個16位定時器3個時鐘輸出口，可由T0的溢出在P3.4/T0輸出時鐘，可由T1的溢出在 P3.5/T1輸出時鐘，獨立波特率發(fā)生器可在P1.0口輸出時鐘外部中斷I/O口7路，傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，并新增支持 上升沿中斷的PCA模塊，powerDown模式可由外部中斷喚醒， INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4,T1/P3.5,CCP0/P1.3(也可通過 寄存器設(shè)置到P4.2)，CCP1/P1.4（也可通過寄存器設(shè)置到P4.3）PWM(2路)/PCA（可編程計數(shù)器陣列2路）也可用來當2路D/A使用，也可 用來在實現(xiàn)2個定時器，也可用來再實現(xiàn)2個外部中斷（上升沿中斷/下降 沿中斷均可分別或同時支持）A/D轉(zhuǎn)換，10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達250K/S（每秒鐘25萬次）通用全雙工異步串行口（UART），由于STC12系列是高速的8051，可再用 定時器或PCA軟件實現(xiàn)多串口STC12LE5A60S2系列有雙串口，RxD2/P1.2（可通過寄存器設(shè)置到P4.2）， TxD2/P1.3（可通過寄存器設(shè)置到P4.3）工作溫度范圍：-40℃-85℃（工業(yè)級）/0℃-75℃(商業(yè)級)封裝：LQFP-48，LQFP-44，PDIP-40，PICC-44，QFN-40.I/O口不夠時， 可用2到3根普通I/O口外接74HC164/165/595(均可級聯(lián))來擴展I/O口， 還可以用A/D做按鍵掃描來節(jié)省I/O口，或用雙CPU，三線通信，還多了 串口。2.1.2STC12LE5A60S2單片機最小系統(tǒng)51單片機的最小系統(tǒng)包括：時鐘振蕩電路、復(fù)位電路、電源電路。時鐘振蕩電路必須在X1和X2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，晶體振蕩器常用11.0592M，電容用22pF；復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位，采用40引腳雙列直插封裝(DIP)形式。單片機最小系統(tǒng)電路圖如圖2.2所示。圖2.2單片機最小系統(tǒng)2.2電源模塊電源模塊選用手機鋰離子電池作為系統(tǒng)電源，手機鋰離子電池體積小、容量大、供電電壓在3.7V-4.2V之間，電壓相對較穩(wěn)定，還可以充電多次利用。本系統(tǒng)設(shè)計的電壓表要求使用便捷，采用手機電池為電源非常合適。由于單片機、液晶屏、AD轉(zhuǎn)換芯片的工作電壓都為3.3V而手機電池充滿電時電壓為4.2V，放點過后電壓為3.7V直接供給芯片電壓稍微過高。1N4007二極管的導(dǎo)通壓降為0.5V-0.6V，設(shè)計時在電池輸出加上一個二極管則輸出電壓為3.2V-3.6V，基本滿足各芯片穩(wěn)定工作要求。2.3AD7705轉(zhuǎn)換芯片及硬件電路2.3.1AD7705結(jié)構(gòu)及工作原理AD7705是AD公司新推出的16位Σ-?A/D轉(zhuǎn)換器。器件包括由緩沖器和增益可編程放大器（PGA）組成的前段模擬調(diào)節(jié)電路，Σ-?調(diào)制器，可編程數(shù)字濾波器等部件。能夠直接將傳感器測量到的多路微小信號進行A/D轉(zhuǎn)換。這種器件還具有很高分辨率、寬動態(tài)范圍、自校準、優(yōu)良的抗噪聲性能以及低電壓低功耗等特點，非常適合儀表測量、工業(yè)控制等領(lǐng)域的應(yīng)用。它采用三線串行接口，有兩個全差分輸入通道，能達到0.003%非線性的16位無誤碼數(shù)據(jù)輸出，其增益和數(shù)據(jù)輸出更新率均可編程設(shè)定，還可選擇輸入模擬緩沖器，以及自校準和系統(tǒng)校準方式。工作電壓3V或5V。3V電壓時，最大功耗為1mW，等待模式下電源電流僅為8uA。2.3.2AD7705各引腳及功能AD7705引腳圖如圖2.3所示。圖2.3AD7705引腳圖AD7705各引腳功能如表2.1所示。表2.1AD7705各引腳功能編號名稱功能1SCLK串行時鐘，施密特邏輯輸入。將一個外部的串行時鐘加于這一輸入端口，以訪問AD7705的串行數(shù)據(jù)。該串行時鐘可以是連續(xù)時鐘以連續(xù)的脈沖串傳送所有數(shù)據(jù)。反之，它也可以是非連續(xù)時鐘，將信息以小批型數(shù)據(jù)發(fā)送給AD77052MCLKIN為轉(zhuǎn)換器提供主時鐘信號。能以晶體/諧振器或外部時鐘的形式提供。晶體/諧振器可以接在MCLKIN和MCLKOUT二引腳之間。此外，MCLKIN也可用CMOS兼容的時鐘驅(qū)動，而MCLKOUT不連接。時鐘頻率的范圍為500kHz～5MHz33MCLKOUTMCLKOUT當主時鐘為晶體/諧振器時，晶體/諧振器被接在MCLKIN和MCLKOUT之間。如果在MCLKIN引腳處接上一個外部時鐘，MCLKOUT將提供一個反相時鐘信號。這個時鐘可以用來為外部電路提供時鐘源，且可以驅(qū)動一個CMOS負載。如果用戶不需要，MCLKOUT可以通過時鐘寄存器中的CLKDIS位關(guān)掉。這樣，器件不會在MCLKOUT腳上驅(qū)動電容負載而消耗不必要的功率4CS片選，低電平有效的邏輯輸入，選擇AD7705。將該引腳接為低電平，AD7705能以三線接口模式運行（以SCLK、DIN和DOUT與器件接口）。在串行總線上帶有多個器件的系統(tǒng)中，可由CS對這些器件作出選擇，或在與AD7705通信時，CS可用作幀同步信號5RESET復(fù)位輸入。低電平有效的輸入，將器件的控制邏輯、接口邏輯、校準系數(shù)、數(shù)字濾波器和模擬調(diào)制器復(fù)位至上電狀態(tài)6AIN2(+)差分模擬輸入通道2的正輸入端7AIN1(+)差分模擬輸入通道1的正輸入端8AIN1(-)差分模擬輸入通道1的負輸入端9REFIN(+)基準輸入端。AD7705差分基準輸入的正輸入端。基準輸入是差分的，并規(guī)定REFIN(+)必須大于REFIN(-)。REFIN(+)可以取VDD和GND之間的任何值10REFIN(-)基準輸入端。AD7705差分基準輸入的負輸入端。REFIN(-)可以取VDD和GND之間的任何值，且滿足REFIN(+)大于REFIN(-)11AIN2(-)差分模擬輸入通道2的負輸入端12DRDY邏輯輸出。這個輸出端上的邏輯低電平表示可從AD7705的數(shù)據(jù)寄存器獲取新的輸出字。完成對一個完全的輸出字的讀操作后，DRDY引腳立即回到高電平。如果在兩次輸出更新之間，不發(fā)生數(shù)據(jù)讀出，DRDY將在下一次輸出更新前500×tCLKIN時間返回高電平。當DRDY處于高電平時，不能進行讀操作，以免數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)正在被更新時進行讀操作。當數(shù)據(jù)被更新后，DRDY又將返回低電平。DRDY也用來指示何時AD7705/7706已經(jīng)完成片內(nèi)的校準序列13DOUT串行數(shù)據(jù)輸出端。從片內(nèi)的輸出移位寄存器讀出的串行數(shù)據(jù)由此端輸出。根據(jù)通訊寄存器中的寄存器選擇位，移位寄存器可容納來自通訊寄存器、時鐘寄存器或數(shù)據(jù)寄存器的信息14DIN串行數(shù)據(jù)輸入端。向片內(nèi)的輸入移位寄存器寫入的串行數(shù)據(jù)由此輸入。根據(jù)通訊寄存器中的寄存器選擇位，輸入移位寄存器中的數(shù)據(jù)被傳送到設(shè)置寄存器、時鐘寄存器或通訊寄存器15VDD電源電壓，+2.7V～+5.25V16GND內(nèi)部電路的地電位基準點2.3.3AD7705的寄存器AD7705片內(nèi)包括8個寄存器，這些寄存器通過器件的串行口訪問。第一個是通信寄存器，它管理通道選擇，決定下一個操作是讀操作還是寫操作，以及下一次讀或?qū)懩囊粋€寄存器。所有與器件的通信必須從寫入通信寄存器開始。上電或復(fù)位后，器件等待在通信寄存器上進行一次寫操作。這一寫到通信寄存器的數(shù)據(jù)決定下一次操作是讀還是寫，同時決定這次讀操作或?qū)懖僮髟谀膫€寄存器上發(fā)生。所以，寫任何其它寄存器首先要寫通信寄存器，然后才能寫選定的寄存器。所有的寄存器（包括通信寄存器本身和輸出數(shù)據(jù)寄存器）進行讀操作之前，必須先寫通信寄存器，然后才能讀選定的寄存器。此外，通信寄存器還控制等待模式和通道選擇，此外DRDY狀態(tài)也可以從通信寄存器上讀出。2.3.4AD7705的基準源大家都知道在電池使用過程中隨著電池電量的降低，電池的輸出電壓也隨之降低這對整個系統(tǒng)有一定影響，特別是對電壓進行測量時影響就更大了。要想精確地測量某個電壓，在整個系統(tǒng)電壓變化時必須有一個電壓保持不變，我們將這個不變的電壓叫做基準電壓。TL431是一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準電壓源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設(shè)置到從VREF（2.5V）到36V范圍內(nèi)的任何值。該器件的典型動態(tài)阻抗為0.2Ω，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運放電路、可調(diào)壓電源，開關(guān)電源等等。特點： ?可編程輸出電壓為36V

?電壓參考誤差：±0.4％，典型值25℃（TL431B）

?低動態(tài)輸出阻抗，典型0.22Ω

?負載電流能力1.0mAto100mA ?等效全范圍溫度系數(shù)50ppm/℃典型

?溫度補償操作全額定工作溫度范圍

?低輸出噪聲電壓當輸入電壓在3V到30V之間變化時輸出基準始終是2.5V。如圖2.4為proteus仿真圖。圖2.4當輸入電壓從3V-30V變化時TL431的輸出電壓由此可見選用TL431作為該系統(tǒng)的基準源是最為理想的器件。2.3.5AD7705的電壓采集電路AD7705使用SPI串行總線與CPU進行通信，只需四條線與CPU連接，分別是SCLK、DIN、DOUT、DRDY。系統(tǒng)選用2MHz外接晶振為轉(zhuǎn)換器提供主時鐘信號，因為系統(tǒng)設(shè)計時能測得最高電壓為直流400V所以要對輸入的高壓進行衰減，選用397.5K電阻和2.5K電阻進行分壓，當測量低電壓時可以用AD7705內(nèi)部程控增益對電壓進行放大已獲得較高的精確度。電源選用10uF和0.01uF電容為電源濾波，選用TL431為基準源。AD7705模塊的整體電路圖如圖2.5所示。圖2.5AD7705電壓采集電路2.4DS18B20的介紹及溫度采集模塊電路2.4.1DS18B20的性能介紹采用一線制數(shù)字溫度傳感器DS18B20來作為本課題的溫度傳感器。傳感器輸出信號進4.7K的上拉電阻直接接到單片機的引腳上。DS18B20溫度傳感器是美國達拉斯(DALLAS)半導(dǎo)體公司推出的應(yīng)用單總線技術(shù)的數(shù)字溫度傳感器。該器件將半導(dǎo)體溫敏器件、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲器等做在一個很小的集成電路芯片上。DS18B20的特點包括（1）系統(tǒng)的特性：測溫范圍為-55℃～+125℃，測溫精度為士0.5℃；溫度轉(zhuǎn)換精度9～12位可變，能夠直接將溫度轉(zhuǎn)換值以16位二進制數(shù)碼的方式串行輸出；12位精度轉(zhuǎn)換的最大時間為750ms；可以通過數(shù)據(jù)線供電，具有超低功耗工作方式。（2）系統(tǒng)成本：由于計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，新型大規(guī)模集成電路功能越來越強大，體積越來越小，而價格也越來越低。（3）系統(tǒng)復(fù)雜度：由于DS18B20是單總線器件，微處理器與其接口時僅需占用1個I/O端口且一條總線上可以掛接幾十個DS18B20，測溫時無需任何外部元件，因此，與模擬傳感器相比，可以大大減少接線的數(shù)量，降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，減少工程的施工量。（4）系統(tǒng)的調(diào)試和維護：由于引線的減少，使得系統(tǒng)接口大為簡化，給系統(tǒng)的調(diào)試帶來方便。同時因為DS18B20是全數(shù)字元器件，故障率很低，抗干擾性強，因此，減少了系統(tǒng)的日常維護工作。如圖2.6為DS18B20的外觀圖和封裝圖。圖2.6DS18B20的外觀圖和封裝圖2.4.2溫度采集模塊電路DS18B20溫度傳感器只有三根外引線：單線數(shù)據(jù)傳輸總線端口DQ，外供電源線VDD，共用地線GND。DS18B20有兩種供電方式：一種為數(shù)據(jù)線供電方式，此時VDD接地，它是通過內(nèi)部電容在空閑時從數(shù)據(jù)線獲取能量，來完成溫度轉(zhuǎn)換，相應(yīng)的完成溫度轉(zhuǎn)換的時間較長。這種情況下，用單片機的一個I/O口來完成對DS18B20總線的上拉。另一種是外部供電方式(VDD接+5V)，相應(yīng)的完成溫度測量的時間較短。在本設(shè)計中采用外部供電方式實現(xiàn)DS18B20傳感器與單片機的連接，其接口電路圖如圖2.7所示。圖2.7溫度采集模塊電路2.51.8寸TFT液晶顯示模塊2.5.1TFT液晶模塊的結(jié)構(gòu)及性能介紹TFT屏（ThinFilmTransistor）是薄膜晶體管型液晶顯示屏，他的每一個像素點都是由集成在其后的薄膜晶體管來驅(qū)動的，這樣不僅提高了顯示屏的響應(yīng)速度，同事可以精確的控制顯示色階，所以TFT液晶的色彩更逼真。TFT屏主要的構(gòu)成包括：背光源、導(dǎo)光板、偏光板、濾光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄膜晶體管等。TFT顯示屏和驅(qū)動IC（控制器）集成在一起，就成了TFT顯示模塊。我們一般使用的是TFT模塊，但大家在稱呼的時候，可能仍然成為TFT屏。TFT模塊的尺寸是指屏幕的對角線長度。常用的有：1.8、2.2、2.8、3.2、3.6、4.3、5.7、8.4英寸等。分辨率：值水平像素和垂直像素的數(shù)量，1.8寸TFT模塊的像素點為160*128。2.5.2TFT液晶模塊和幾種常用液晶模塊的對比字符式液晶模塊（常用型號lcd1602）：只能顯示數(shù)字，英文字符（也有少量型號可以顯示中文字符的），只能顯示單色。短時液晶屏：只能顯示數(shù)字（也可顯示少量英文字符）和預(yù)設(shè)的圖標，只能顯示單色。圖形液晶模塊（常用型號lcd12864）：可以顯示數(shù)字、中英文字符和圖案，只能顯示單色，且分辨率低。TFT液晶模塊：可以顯示數(shù)字、中英文字符和圖案，彩色，圖案分辨率高。由于TFT顯示器成本日漸降低，并且人們越來越渴望擁有用戶友好程度更好的圖形界面，因此有越來越多的工程師把TFT顯示器設(shè)計到他們的產(chǎn)品中去。Lcd1602液晶屏、段式液晶屏、lcd12864液晶屏和TFT彩色液晶屏的外形如圖2.8所示。TFT模塊TFT模塊圖2.8幾種常用液晶模塊對比圖2.5.3TFT液晶模塊引腳功能與結(jié)構(gòu)常用的TFT液晶模塊分為兩種接口，SPI串口和并行口，并行口的操作速度快但所需的接線多，SPI串行口操作速度相對較慢，但所需的IO口少。本設(shè)計不需要很快的刷屏顯示，所以選用的是SPI串行口的液晶屏。液晶屏上一共有8條連接線除去電源和地線外與單片機鏈接的共有6條線，其中BL是模