嚴世勝，鐘承堯

（海南師范大學 物理與電子工程學院，海南 ?？?71158）

單片機直流數(shù)字電壓表的設(shè)計

嚴世勝，鐘承堯

（海南師范大學 物理與電子工程學院，海南 海口571158）

設(shè)計了一種以AT89C51單片機為核心，以ADC0809芯片為模數(shù)轉(zhuǎn)換，液晶顯示器OCMC2X16A為顯示部分的二路輸入直流數(shù)字電壓表.經(jīng)過仿真和實際電路測試，其測量精度高，擴展功能強，性能可靠，價格又低廉，有很好的應用前景.

單片機；模數(shù)轉(zhuǎn)換；液晶顯示器；電壓表

數(shù)字電壓表是一種結(jié)構(gòu)比較簡單，應用十分廣泛的測量儀表，近年來越來越多地應用在電壓測量場合；因此，對其測量精度、可靠性和可維護性的要求也越來越高.

數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎(chǔ)，電壓表的數(shù)字化是將連續(xù)的模擬量如直流電壓轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示，具有清晰直觀、讀數(shù)準確、擴展功能強等特點.這有別于傳統(tǒng)的指針加刻度盤進行讀數(shù)的方法，避免了讀數(shù)的視覺差和視覺疲勞.目前數(shù)字電壓表的內(nèi)部核心部件是A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器的精度很大程度上影響著數(shù)字電壓表的測量準確度［1］.作者設(shè)計的A/D轉(zhuǎn)換器采用ADC0809，把輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，控制核心AT89C51對轉(zhuǎn)換的結(jié)果進行運算和處理，最后輸出驅(qū)動液晶顯示屏OCMC2X16A顯示被測數(shù)字電壓信號.

1 電路

設(shè)計的硬件電路包括單片機 AT89C51、模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC0809、液晶顯示屏OCMC2X16A等部分，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1.

1.1 單片機AT89C51控制電路

控制電路是包括復位和振蕩電路的單片機最小系統(tǒng)（見圖2）［2］.

1.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路

ADC0809的連接電路見圖2.ADC0809除含有8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器外，還有8通道多路轉(zhuǎn)換器和3位地址鎖存和譯碼器，以實現(xiàn)對8路輸入模擬量的選擇.當?shù)刂锋i存允許信號ALE有效時，將3位地址ADDC～ADDA鎖入地址鎖存器中，經(jīng)譯碼器選擇8路模擬量中的一路通過8位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換輸出.輸出端具有三態(tài)輸出鎖存緩沖器，受輸出允許信號OE的控制，當該信號為高電平時，打開輸出緩沖器三態(tài)門，轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出到數(shù)據(jù)總線上；當該信號為低電平時，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻態(tài).ADC0809是CMOS工藝芯片，允許的電源范圍較寬（5～15 V）.當該芯片采用單5 V電源工作時，模擬信號輸入范圍為0～5 V，輸出可與TTL兼容.時鐘信號 CLOCK最高允許值為 640 kHz，ADC0809的轉(zhuǎn)換速度在最高時鐘頻率下為100 μs左右.當?shù)刂锋i存信號ALE＝1期間，通道選擇的地址（ADDA，ADDB，ADDC）存入地址鎖存器；在ALE＝0地址鎖存.啟動信號START上升沿復位ADC0809，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換.EOC為輸出的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，正在轉(zhuǎn)換時為0，轉(zhuǎn)換結(jié)束時為1.一旦EOC為高即可將OE置為1，打開輸出三態(tài)門，從ADC0809輸出本次轉(zhuǎn)換結(jié)果［3-4］.

圖2 系統(tǒng)電路原理圖Fig.2 Circuit principle diagraMof systen

1.3 液晶顯示器電路

測量結(jié)果采用金鵬電子有限公司的液晶顯示屏OCMC2X16A顯示.OCMC2X16A是藍屏帶LED背光顯示、2行顯示32個字符的模塊［5］，通過圖2中的可調(diào)電阻RW1來調(diào)節(jié)背光的強度.模塊組件內(nèi)部主要由 LCD顯示屏（LCD PANEL）、控制器（CONTROLLER）、驅(qū)動器（DRIVER）和偏壓產(chǎn)生電路構(gòu)成.

液晶顯示屏 LCD的數(shù)據(jù)端口 D0～D7接AT89C51的P1端口，控制端口RS、RW、E分別接單片機的P2.1、P2.2、P2.3端口，連接電路見圖2.

2.1 程序流程圖

程序流程見圖3.

2 程序設(shè)計

圖3 程序流程圖Fig.3 FloWchart of the program

2.2 部分程序

主要是研制二路輸入直流數(shù)字電壓表，待測電壓是0～9.99 V和0～99.99 V，分別輸入ADC0809進行模數(shù)轉(zhuǎn)換.輸入ADC0809的電壓不能大于5 V，所以要經(jīng)過分壓電阻R2、R3、R4進行分壓，分壓電路見圖2.

從ADC0809數(shù)據(jù)端口取出來的數(shù)據(jù)是 0～255，代表電壓0～9.99 V或0～99.99 V，通過單片機AT89C51內(nèi)編寫好的C語言程序［6］來完成計算工作，并把測量的電壓值還原顯示出來.以下是部分程序：

3 實驗測試

3.1 測試儀器

測試所用的儀器主要有直流穩(wěn)壓電源1臺、數(shù)字萬用表1個和計算機1臺等.

3.2 測試結(jié)果及分析

在仿真實驗結(jié)果正確的情況下，完成了硬件電路的制作.硬件電路測試結(jié)果見表1.

表1 測試結(jié)果Tab.1 Test results

［18］Connell E L，Colmer T D，Walker D I.Radial oxygen loss froMintact roots of Halophila ovalis as a function of distance behind the root tip and shoot illuMination[J]. Aquat Bot，1999，63：219-228.

［19］Christine L，O liver H，Michael H.Environmental factors regulating the radial oxygen loss froMroots of MyriophylluMspicatuMand Potamogeton crispus[J].Aquatic Botany，2006，84：333-340.

［20］Armstrong J，Armstrong W.Rice and PhragMites：Effects of O rganic Acids on GroWth，Root Permeability，and Radial Oxycen Loss to the Rhizosphere[J].American Journal of Botany，2001，88（8）：1359-1370.

［21］Norio T K Y T.Effect of broken dead culms of Phragmites australis on radial oxygen loss in relation to radiation and temperature[J].Hydrobiologia，2007，583：165-172.

［22］Colmer T D.Long-distance transport of gases in plants：a perspective on internal aeration and radial oxygen loss froMroots[J].Plant Cell Environ，2003，26：17-36.

［23］Armstrong J，Armstrong W，Beckett P M.PhragMites australis：Venture-and huMidity-induced pressure flows enhance rhizome aeration and rhizosphere oxidation[J]. NeWPhytol，1992，120：197-207.

［24］Armstrong J，Armstrong W.Rice：sulfide-induced barriers to root radial oxygen loss，F(xiàn)e2+and water uptake，and lateral root emergence[J].Annals of Botany，2005，96：625-638.

［25］Kirk G J D，Bajita J B.Root-induced iron oxidation，pH changes and zinc solubilisation in the rhizosphere of loWland rice[J].NeWPhytologist，1995，131：129-137.

［26］Kirk G J D.Plant-mediated processes to acquire nutrients：nitrogen uptake by rice plants[J].Plant and Soil，2001，232：129-134.

［27］章永松，林咸永，羅安程.水稻根系泌氧對水稻土磷素化學行為的影響[J].中國水稻科學，2000，14（4）：208-212.

［28］Gilbert B，F(xiàn)enzel P.R ice roots and methane oxidation：the activity of bacteria，their distribution and the Microenvironment[J].Soil Biology and BiocheMistry，1998，30：1903-1916.

［29］成水平，夏宜凈.香蒲、燈心草人工濕地的研究Ⅱ：凈化污水的空間[J].湖泊科學，1998，10（1）：62-66.

［30］鄧泓，葉志鴻，黃銘洪.濕地植物根系泌氧的特征[J].華東師范大學學報：自然科學版，2007（6）：69-76.

［31］劉永，楊俊興，皮娜，等.三種不同泌氧能力的紅樹植物對鉛、鋅、銅的耐性研究[J].生態(tài)科學，2008，27（5）：433-435.

責任編輯：畢和平

［14］Litani-Barzilai I，Bulatov V，Schechter I.Detector Based on Time-Resolved Ion-Induced Voltage in Laser Multiphoton Ionization and Laser-Induced Fluorescence[J]. Anal ChiMActa，2004（501）：151-156.

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責任編輯：畢和平

Design of SCMDC Digital Voltmeter

YAN Shisheng，ZHONG Chengyao
（College of Physics and Electronic Engineering，Hainan Normal University，Haikou 571158，China）

A 2-input DC digital voltmeter was designed，which used SCMAT89C51 as the core，chip ADC0809 for the analog-digital conversion，and LCD OCMC2X16A as the display section.After simulation and practical circuit testing，the voltmeter has high accuracy，powerful expansion function，reliable performance，and loWprice.So it will has a good prospect of application.

SCM；Analog-Digital Conversion；LCD；Voltmeter

TM933.2

A

1674-4942（2010）01-0044-03

2009-06-12