基于STM32和ICL7135的數字電壓表設計

李海

【摘要】? ? 本文以STM32F103ZE為主控芯片，用ICL7135雙積分A/D轉換芯片對被測電壓進行模數轉換，設計了一個電壓檔量程可切換，滿量程為2V數字電壓表。電壓顯示格式和精度可通過軟件控制，電壓大小可通過硬件實現。簡單介紹了數字電壓表硬件電路的設計和軟件部分的設計，對電壓測量的原理作了詳細的介紹。

【關鍵詞】? ? 數字電壓表? ? STM32F103? ? ICL7135

一、引言

傳統采用ICL7135芯片設計的數字電壓表，一般都是利用ICL7135的BCD碼和STB選通信號，對于產品的微型化、多功能，該設計占用了比較多的I/O口。本設計只利用了ICL7135的“busy”端，在其高電平期間，STM32通過對ICL7135的脈沖時鐘進行計數，對計數數據進行處理并顯示，占用資源較少。

二、ICL7135簡介

TCT7l35是高準確度、通用型、位BCD碼精度雙積分式A/D轉換器。它有許多優良的特性，具有自動校零功能，自動較零的準確性僅受系統噪聲的影響，且偏差小于10μV;有超量程（OR）和欠量程（UR）信號，容易實現量程的自動轉換;設有6個控制信號端、同時進行字位輸出和BCD碼輸出，可與LCD譯碼/驅動器及單片機接口，進行數據處理，構成智能化儀器;滿量程為2 0000在±20000汁數范圍內的準確度為±1個字。

三、硬件電路設計與實現

本設計電路主要由負電源產生電路、脈沖產生電路、取樣電路、數據采集處理電路、電壓放大倍數切換電路以及顯示電路組成。

3.1 ICL7135AD轉換電路

本設計采用ICL7660芯片構成電路產生-5v電壓，給ICL7135的1引腳供芯片所需的負電源;采用ICL8069芯片，通過電阻、電位器調整得到ICL7135芯片的2引腳所需的基準電壓;采用555電路產生100K的脈沖信號，作為ICL7135芯片22引腳的時鐘脈沖。

3.2 電壓檔切換電路

本設計根據測量電壓的大小，設計了三個電壓檔量程，分別為2V、200mv、20mv，與之相對應的電壓放大倍數為1倍、10倍、100倍。本設計采用TCL2652芯片和兩個繼電器構成3個電壓檔量程

3.3 數據采集處理及顯示電路

本設計通過STM32F103ZE為主控芯片，ICL7135采集到的數據送給STM32，STM32主控芯片對數據進行分析，得到相應的分析結果，并在LCD顯示屏上顯示出來。

四、軟件部分設計與實現

4.1? ICL7135原理簡介

ICL7135是以雙積分方式進行A/D轉換的電路。每個轉換周期分為四個階段：I自動調零;II被測電壓積分;III基準電壓反積分;IV積分回零。在BUSY信號為高電平時經歷了被測電壓積分階段和基準電壓反積分階段，由ICL7135 A/D時序圖可以看出，一共需要30001個CLK信號。很顯然，只要設法測得BUSY信號在高電平期間的CLK時鐘脈沖總數，再減去10001個脈沖數，就可以得到A/D轉換結果。

4.2軟件實現方法

本設計中ICL7135的BUSY線與STM32的PD3口相連，CLK脈沖信號與STM32的PA0端口相連。stm32通用定時器做計數器，外部輸入脈沖信號接在相應TIM的ETR引腳上，使用外部時鐘模式2，對外部脈沖信號CLK計數。程序中，去判斷PD3引腳是否為高電平，若為高電平，啟動TIM2開始計數，等到PD3引腳為低電平時，TIM2停止計數，然后讀取計數器的值顯示出來。STM32根據計數值的大小判斷是否超量程，通過電壓量程切換，讀取更為精確合理的電壓值。

五、實驗結果與分析

實驗初期，由于ICL7135積分電路的電容采用的瓷片電容，讀數顯示為0，無法測出ICL7135的信號，達不到參數要求，查找資料后發現，此電容需要CBB電容，更換后基本上能達到參數要求。另外ICL7135的基準電壓也要保住穩定性，否則也會導致電壓測量值的不穩定性。

六、總結

ICL7135的串行方式在實踐中的應用效果很好。與并行方式相比，其突出的優點是結構簡單、程序簡潔、占用資源少、可提高抗干擾能力，同時可提高儀器的檢測可靠性，并且可在不添加任何擴展口線器件的情況下使系統的成本得到降低。

參? 考? 文? 獻

[1]張超凡、劉珈誠.ICL7135與單片機接口電路[D].遼寧工程技術大學.2010-02

[2]張紹卿.實現自動量程控制的幾種軟件方法[D].哈爾濱工業大學.