摘要：介紹了對(duì)a/d芯片icl7135進(jìn)行串行數(shù)據(jù)采集的具體方法，同時(shí)利用該方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程簡(jiǎn)潔、占用單片機(jī)資源少的特點(diǎn)，給出了用icl7135與at89c52單片機(jī)構(gòu)成電壓表系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)方法。
關(guān)鍵詞：單片機(jī) adc 電壓表 icl7135
在常用的a/d轉(zhuǎn)換芯片（如adc0809、icl7135、icl7109等）中，icl7135與其余幾種有所不同，它是一種四位半的雙積分a/d轉(zhuǎn)換器，具有精度高（精度相當(dāng)于14位二進(jìn)制數(shù)）、價(jià)格低廉、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。通常情況下，設(shè)計(jì)者都是用單片機(jī)來并行采集icl7135的數(shù)據(jù)，本文介紹用單片機(jī)串行方式采集icl7135的數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)電壓表和小型智能儀表的設(shè)計(jì)方案。
1 icl7135的串行工作方式
1.1 icl7135的測(cè)量周期
icl7135的測(cè)量周期包括下列四相（節(jié)拍）：
（1）auto-zero（自動(dòng)調(diào)零）相
在該相時(shí)，內(nèi)部in 和in-輸入與引腳斷開，且在內(nèi)部連接到anlg-common，基準(zhǔn)電容被充電至基準(zhǔn)電壓，系統(tǒng)接成閉環(huán)并為自動(dòng)調(diào)零（autozero）電容充電以補(bǔ)償緩沖放大器、積分器和比較器的失調(diào)電壓。此時(shí)，自動(dòng)調(diào)零精度令受系統(tǒng)噪聲的限制，以輸入為基準(zhǔn)的總失調(diào)小于10μv。
（2）singal-integrate（信號(hào)積分）相
在該相，自動(dòng)調(diào)零環(huán)路被打開，內(nèi)部的in 和in-輸入被連接至外部引腳。在固定的時(shí)間周期內(nèi)，這些輸入端之間的差分電壓被積分。當(dāng)輸入信號(hào)相對(duì)于轉(zhuǎn)換器電源不反相（no-return）時(shí)，in-可直接連接至anjg-common以便輸出正確的共模電壓。同時(shí)，在這一相完成的基礎(chǔ)上，輸入信號(hào)的極性將被系統(tǒng)所記錄。
（3）deintegrate（去積分）相
該相的基準(zhǔn)用于完成去積分（deintegrate）任務(wù)，此時(shí)內(nèi)部in-在內(nèi)部連接anlg-common，in 跨接至先前已充電的基準(zhǔn)電容，所記錄的輸入信號(hào)的極性可確保以正確的極性連接至電容以使積分器輸出極性回零。輸出返回至零所需的時(shí)間正比于輸入信號(hào)的幅度。返回時(shí)間顯示為數(shù)字讀數(shù)，并由1000（vid/vref）確定。滿度或最大轉(zhuǎn)換值發(fā)生在vid等于vref的兩倍時(shí)。
（4）zero-integrate（積分器返回零）相
內(nèi)部的in-連接到anlg-common，系統(tǒng)接成閉環(huán)以使積分器輸出返回到零。通常這相需要100～200個(gè)時(shí)鐘脈沖，但是在超范圍（overrange）轉(zhuǎn)換后，則需要6200個(gè)脈沖。
1.2 icl7135時(shí)序圖
圖1所示是vid為常數(shù)時(shí)的icl7135時(shí)序圖，由圖1可知：在signal-integrate（即信號(hào)積分）相開始時(shí)，icl7135的busy信號(hào)線跳高并一直保持高電平，直到de integrate（去積分）相結(jié)束時(shí)才跳回低電平。在滿量程情況下，這個(gè)區(qū)域中的最多脈沖個(gè)數(shù)為30002個(gè)。其中de integrate（去積分）相的脈沖個(gè)數(shù)反映了轉(zhuǎn)換結(jié)果。
圖2是不同vid值時(shí)的icl7135時(shí)序。由圖2可見：對(duì)于不同模擬量輸入，icl7135的busy信號(hào)的高電平寬度也不同。
2 與單片機(jī)系統(tǒng)的串行連接
在icl7135與單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行連接時(shí)，如果使用icl7135的并行采集方式，則不但要連接bcd碼數(shù)據(jù)輸出線，又要連接bcd碼數(shù)據(jù)的位驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端，這樣至少需要9根i/o口線。因此，系統(tǒng)的連接比較麻煩，且編程也非常復(fù)雜。
而icl7135的串行接法是通過計(jì)脈沖數(shù)的方法來獲得測(cè)量轉(zhuǎn)換結(jié)果的。由其時(shí)序分析可知，在deintegrate（去積分）相，其脈沖數(shù)與轉(zhuǎn)換結(jié)果具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。
實(shí)際上，可以通過單片機(jī)
（例如atmel公司的51系列單片機(jī)at89c52）的定時(shí)器t0（也可以使用定時(shí)器t1）來計(jì)脈沖器。由于，定時(shí)器t0所用的clk頻率是系統(tǒng)晶振頻率的1/12。因此可利用單片機(jī)（at89c52）的ale信號(hào)作為icl7135的脈沖（clk）輸入。但要注意，在軟件設(shè)計(jì)編程中，若指令中不出現(xiàn)movx指令，ale端產(chǎn)生的脈沖頻率將是晶振的1/6。至此，便可找到定時(shí)器所使用的頻率與單片機(jī)系統(tǒng)晶振頻率的關(guān)系，以及icl7135所需的頻率輸入與單片機(jī)系統(tǒng)晶振頻率的關(guān)系。
為了使定時(shí)器t0的計(jì)數(shù)脈沖的icl7135工作所需的脈沖同步，可以將icl7135的busy信號(hào)接至at89c52的p3.2（int0）引腳上，并且將定時(shí)器t0的選通控制信號(hào)gate倍1。此時(shí)定時(shí)器t0是否工作將受busy信號(hào)的控制。由上述時(shí)序圖可知，當(dāng)icl7135開始工作時(shí)，即在積分波形的signal-integrate相開始時(shí)，也就是icl7135的busy信號(hào)跳高時(shí)，定時(shí)器t0才開始工作，且定時(shí)器t0的th0、tl0所記錄的數(shù)據(jù)與icl7135的測(cè)試脈沖（從積分波形的signal-integrate相開始時(shí)deintegrate相結(jié)束這一區(qū)域內(nèi)的脈沖稱為測(cè)量脈沖）存在一定的比例關(guān)系。其系統(tǒng)連接圖如圖3所示。
在這種情況下，由于定時(shí)器t0和icl7135所用的時(shí)鐘不是同一路。因此，應(yīng)當(dāng)找到定時(shí)器t0所記錄的數(shù)據(jù)和測(cè)量脈沖之間的某種比例關(guān)系。其比例關(guān)系如下：
ftime=fosc/12
fale=fosc/6
freal=fosc/24
ficl=fale/n
其中，fosc為系統(tǒng)晶振頻率；ftime為定時(shí)器所用頻率；fale為單片機(jī)ale輸出的頻率；freal為icl7135的測(cè)量脈沖頻率；ficl為icl7135所用的輸入頻率，該頻率可通過dale分頻得到。n為分頻比，該系統(tǒng)中n應(yīng)選為4。
圖4 icl7135a/d轉(zhuǎn)換器與系統(tǒng)的連接圖
由上述頻率之間的比率關(guān)系可知，at98c52的定時(shí)器t0所用的頻率是icl7135的測(cè)量脈沖頻率的兩倍。因此，定時(shí)器t0所記錄的脈沖數(shù)也是icl7135的測(cè)量脈沖的兩倍。圖中，分頻數(shù)可根據(jù)icl7135的要求和單片機(jī)的時(shí)鐘頻率來選擇。在這里，提倡使用四分頻，這樣可使定時(shí)器t0在對(duì)測(cè)量脈沖計(jì)數(shù)時(shí)不會(huì)溢出。若使用4以上的分頻數(shù)，則需在軟件上作一下改進(jìn)。
要得到測(cè)量脈沖的個(gè)數(shù)，只需將定時(shí)器所記錄的脈沖個(gè)數(shù)除以2即可。而要得到a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果所對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)則應(yīng)用測(cè)量脈沖的個(gè)數(shù)減去10001。這些轉(zhuǎn)換通�？赏ㄟ^軟件完成，因此非常簡(jiǎn)單。通過a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果所對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)可得到被測(cè)的模擬量。通過對(duì)串行方式的討論可以看出：使用這種方法可以不再使用8255芯片來擴(kuò)展口線。其優(yōu)點(diǎn)是占用口線少，能節(jié)省系統(tǒng)的硬件資源，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，不用添加任何擴(kuò)展口線器件，從而使系統(tǒng)的成本得到降低。
3 基于單片機(jī)系統(tǒng)的電壓表設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)的硬件
圖4所示是單片機(jī)電壓表系統(tǒng)中icl7135與單片機(jī)系統(tǒng)的典型連接示意圖。圖中，單片機(jī)系統(tǒng)的晶振為6mhz，單片機(jī)的ale信號(hào)頻率為1mhz；考慮到系統(tǒng)連接方面和單片機(jī)ale信號(hào)頻率范圍等因素，筆者取icl7135的輸入頻率為ale信號(hào)的四分頻，即選用125khz。這樣選用的好處是t0定時(shí)器在對(duì)測(cè)量脈沖計(jì)數(shù)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生溢出。
3.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
icl7135a/d與單片機(jī)連接電路的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的程序流程圖如圖5所示。
該軟件流程圖由三部分組成。其中轉(zhuǎn)換子程序是在主程序中調(diào)用的，目的是為了不占用很長(zhǎng)的中斷時(shí)間。t0計(jì)數(shù)器設(shè)定為方式1、定時(shí)狀態(tài)、選通控制設(shè)為“1”。故tmod控制字設(shè)置為“05h”。由于t0計(jì)數(shù)器用的是系統(tǒng)的晶振頻率，因此與設(shè)定為計(jì)數(shù)狀態(tài)效果一樣。
4 結(jié)束語(yǔ)
icl7135的串行方式在實(shí)踐中的應(yīng)用效果很好。與并行方式相比，其突出的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、程序簡(jiǎn)潔、占用單片機(jī)的資源少、可提高抗干擾能力，同時(shí)可提高儀器的檢測(cè)可靠性，并且可在不添加任何擴(kuò)展口線器件的情況下使系統(tǒng)的成本得到降低。
