基于51單片機的數字電壓表仿真設計

　　引言

　　隨著(zhù)電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子測量成為廣大電子工作者必須掌握的手段，對測量的精度和功能的要求也越來(lái)越高，而電壓的測量甚為突出，因為電壓的測量最為普遍。數字電壓表是采用數字化測量技術(shù)設計的電壓表。數字電壓表與模擬電壓表相比，具有讀數直觀(guān)、準確、顯示范圍寬、分辨力高、輸入阻抗大、集成度高、功耗小、抗干擾能力強，可擴展能力強等特點(diǎn)，因此在電壓測量、電壓校準中有著(zhù)廣泛的應用。本文采用ADC0808對輸入模擬信號進(jìn)行轉換，控制核心AT89C51單片機對轉換的結果進(jìn)行運算和處理，最后驅動(dòng)輸出裝置顯示數字電壓信號，通過(guò)Proteus仿真軟件實(shí)現接口電路設計，并進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真。

　　Proteus軟件是一種電路分析和實(shí)物模擬仿真軟件。它運行于Windows操作系統上，可以進(jìn)行仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，是集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能強大，具有系統資源豐富、硬件投入少、形象直觀(guān)等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)受到廣大用戶(hù)的青睞。

　　1 系統概述

　　1.1 設計任務(wù)

　　利用單片機AT89C51與ADC0808設計一個(gè)數字電壓表，將模擬信號0～5 V之間的電壓值轉換成數字量信號，以?xún)晌粩荡a管顯示，并通過(guò)虛擬電壓表觀(guān)察ADC0808模擬量輸入信號的電壓值，LED數碼管實(shí)時(shí)顯示相應的數值量。

　　1.2 總體方案

　　數字電壓表電路組成框圖如圖1所示。

　　本設計中需要用到的電路有電源電路、模/數轉換電路、單片機控制電路、顯示電路等。設計中需要用到的芯片有AT89C51單片機、ADC-0808、74LS74、LED數碼管等。

　　2 數字電壓表的Proteus軟件仿真電路設計

　　待測電壓輸入信號在A(yíng)DC0808芯片承受的最大工作電壓范圍內，經(jīng)過(guò)模/數轉換電路實(shí)現A/D轉換，通過(guò)單片機控制電路進(jìn)行程序數據處理，然后通過(guò)七段譯碼/驅動(dòng)顯示電路實(shí)現數碼管顯示輸入電壓。

　　硬件電路原理圖如圖2所示。

　　2.1 AT89C51單片機和數碼管顯示電路的接口設計

　　利用單片機AT89C51與ADC0808設計一個(gè)數字電壓表，將模擬信號0～5 V之間的直流電壓值轉換成數字量信號0～FF，以?xún)晌粩荡a管顯示。Proteus軟件啟動(dòng)仿真，當前輸入電壓為2.5 V，轉換成數字值為7FH，用鼠標指針調節電位器RV1，可改變輸入模/數轉換器ADC0808的電壓，并通過(guò)虛擬電壓表觀(guān)察ADC0808模擬量輸入信號的電壓值，LED數碼管實(shí)時(shí)顯示相應的數值量。

　　在Proteus軟件中設置AT89C51單片機的晶振頻率為12 MHz。本電路EA接高電平，沒(méi)有擴展片外ROM。

　　2.2 A/D轉換電路的接口設計

　　A/D轉換器采用集成電路ADC0808。ADC0808具有8路模擬量輸入信號IN0～IN7(1～5腳、26～28腳)，地址線(xiàn)C、B、A(23～25腳)決定哪一路模擬輸入信號進(jìn)行A/D轉換，本電路將地址線(xiàn)C、B、A均接地，即選擇0號通道輸入模擬量電壓信號。22腳ALE為地址鎖存允許控制信號，當輸入為高電平時(shí)，對地址信號進(jìn)行鎖存。6腳START為啟動(dòng)控制信號，當輸入為高電平時(shí)，A/D轉換開(kāi)始。本電路將ALE腳與START腳接到一起，共同由單片機的P2.0腳和WR腳通過(guò)或非門(mén)控制。7腳EOC為A/D轉換結束信號，當A/D轉換結束時(shí)，7腳輸出一個(gè)正脈沖，此信號可作為A/D轉換是否結束的檢測信號或向CPU申請中斷的信號，本電路通過(guò)一個(gè)非門(mén)連接到單片機的P3.2腳。9腳OE為A/D轉換數據輸出允許控制信號，當OE腳為高電平時(shí)，允許讀取A/D轉換的數字量。該OE腳由單片機的P2.0腳和RD腳通過(guò)或非門(mén)控制。10腳CLOCK為ADC0808的實(shí)時(shí)時(shí)鐘輸入端，利用單片機30引腳ALE的六分頻晶振頻率得到時(shí)鐘信號。數字量輸出端8個(gè)接到單片機的P0口。

　　3 數字電壓表的軟件程序設計

　　系統上電狀態(tài)，初始化ADC0808的啟動(dòng)地址，數碼管顯示關(guān)閉，開(kāi)始啟動(dòng)A/D轉換。等待啟動(dòng)結束后，將ADC0808的0號通道模擬量輸入信號轉換輸出的數字量結果通過(guò)數碼管動(dòng)態(tài)顯示的方式顯示到三位數碼管上。

　　根據設計要求結合硬件電路，在輸入模擬信號時(shí)采用電阻分壓，最終的采樣輸入電壓只有實(shí)際輸入電壓的十分之一，所以在編寫(xiě)程序中要編寫(xiě)一段數據調整程序，其中還應注意硬件顯示電路采用了動(dòng)態(tài)掃描顯示，在動(dòng)態(tài)掃描顯示方式中，動(dòng)態(tài)掃描的頻率有一定的要求，頻率太低，數碼管LED將會(huì )出現閃爍現象，通常數碼管點(diǎn)亮時(shí)間間隔一般均取5ms左右為宜，這就要求在編寫(xiě)程序時(shí)，使其點(diǎn)亮并保持一定的時(shí)間?？偨Y以上分析，程序流程圖如圖3，圖4所示。

　　本電路的程序設計主要包括A/D轉換部分、LED顯示、初始化和定時(shí)器中斷部分。部分程序代碼如下所示。

　　5 結束語(yǔ)

　　本文的數字電壓表可以測量0～5 V的電壓值，AT89C51為8位單片機，當ADC0808的輸入電壓為5 V時(shí)，輸出數字量值為+4.99 V。如果要獲得更高的精度，需采用I2位、I3位等高于8位的A/D轉換器。數字電壓表的顯示部分可以增加BCD碼調整程序來(lái)通過(guò)三位數碼管顯示其數據。本設計的顯示偏差，可以通過(guò)校正0808的基準參考電壓來(lái)解決，或用軟件編程來(lái)校正其測量值。本系統在設計過(guò)程中通過(guò)Proteus仿真軟件的調試，具有電路簡(jiǎn)單、成本低、精度高、速度快和性能穩定等特點(diǎn)。