【摘要】數(shù)字電壓表可將連續(xù)的直流模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并加以顯示。本文介紹了基于YL-236亞龍單片機實訓(xùn)裝置來制作數(shù)字電壓表的實現(xiàn)方法，可完成計算、存儲、控制和顯示等功能。本設(shè)計以AT89C51單片機為核心，采用ADC0809芯片進行A/D轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了數(shù)字電壓表的功能。

【關(guān)鍵詞】AT89C51單片機；數(shù)字電壓表；A/D轉(zhuǎn)換

一、引言

數(shù)字電壓表采用數(shù)字化測量技術(shù)，可以將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并加以顯示。由于其具有測量精度高、抗干擾能力強等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化儀表領(lǐng)域[1]。下面本文就以亞龍YL-236單片機實訓(xùn)裝置為平臺，介紹數(shù)字電壓表的實現(xiàn)方法。

二、總體方案

本設(shè)計選擇AT89C51單片機作為核心控制器件，采用ADC0809實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，用3位LED數(shù)碼管數(shù)字來顯示采集電壓（范圍0～5V）。設(shè)計框圖如圖1所示[2]。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計方案

三、硬件部分

1.轉(zhuǎn)換芯片ADC0809

ADC0809具有8路模擬輸入端口，8路模擬開關(guān)分時選通8個模擬通道，轉(zhuǎn)換后的8位數(shù)字量鎖存到三態(tài)輸出鎖存器中，在輸出允許的情況下，可以從8條數(shù)據(jù)線D7～D0上讀出，并可直接與單片機接口相連[3]。ADC0809其引腳排列和具體功能可參考ADC0809說明文件，這里不再詳述。

2.ADC0809與單片機的硬件連接

單片機與ADC0809接口電路如圖2所示。74HC02可實現(xiàn)4路2輸入或非門功能。連接時，將主機模塊中單片機的P0.0～P0.7接到ADC0809的數(shù)據(jù)輸出端D0～D7，用來接收ADC0809轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)據(jù)；將單片機的P2.5、P3.6、P3.7接到ADC0809的CS、WR、RD端，作為A/D采樣的控制聯(lián)絡(luò)線；將ADC0809的A、B、C接到ADC0809的D0、D1、D2口，通過P0的控制來選擇ADC的采樣通道。

圖2 ADC0809接口電路

3.數(shù)字電壓表硬件模塊接線

用YL-236實訓(xùn)裝置實現(xiàn)本任務(wù)要求的硬件模塊接線如圖3所示。該電路由主機模塊（MCU01）、顯示模塊（MCU04）和ADC/DAC模塊（MCU07）組成。將時鐘源1MHZ接到ADC電路的CLK口，由模擬電壓源提供0～5V輸入電壓。

地址鎖存允許信號ALE由P3.6控制通道地址選擇，以WR作寫選通信號。我們將ALE信號與START信號接在一起，這樣使得AD0809在鎖存通道地址的同時，也啟動了A/D轉(zhuǎn)換。

將主機模塊中單片機的P0口作為數(shù)碼管顯示的段碼使用，接到數(shù)碼管的a～dp段端，將單片機的P3.6、P2.6、P2.7分別接到數(shù)碼管的WR、CS2、CS1端，對數(shù)碼管進行動態(tài)掃描顯示。

圖3 數(shù)字電壓表硬件模塊接線圖

四、軟件部分

1.AD轉(zhuǎn)換

圖4為利用ADC0809進行A/D轉(zhuǎn)換的程序流程圖。

圖4 A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖

A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)應(yīng)傳給單片機進行處理。數(shù)據(jù)傳送之前必須確認A/D轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成。常用的有以下幾種方法：

（1）定時傳送方式；

（2）查詢法；

（3）中斷控制法。

不管采用哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進行數(shù)據(jù)傳送[3]。

啟動信號START啟動后開始模數(shù)轉(zhuǎn)換。對于ADC0809來說，當(dāng)時鐘頻率一定時，其A/D轉(zhuǎn)換時間是固定的（微秒級）。因此，我們可以設(shè)計一個延時函數(shù)delay（），等待一段時間（遠大于A/D轉(zhuǎn)換的時間），延時時間到時轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，之后就可以進行數(shù)據(jù)傳送了。

參考流程圖，我們可以編寫對模擬通道0輸入的模擬電壓進行A/D轉(zhuǎn)換的C語言程序，關(guān)鍵語句如下：

/***********端口定義**************/

sbit ADCS=P2^5

sbit ADWR=P3^6

sbit ADRD=P3^7

/********AD轉(zhuǎn)換子函數(shù)*************/

void ad（void）//讀出AD輸出的值

{

ADCS=0；//選擇通道

delay（10）；//延時10ms等待轉(zhuǎn)換完成

P0=255；//將P0置為高電平，準備讀取數(shù)據(jù)

vol=ADCS；//將轉(zhuǎn)換結(jié)果存放到變量vol中

}

2.主函數(shù)流程圖

主函數(shù)流程圖如圖5所示。

圖5 數(shù)字電壓表程序流程圖

編程時應(yīng)注意，變量vol單位為毫伏。因為ADC0809為8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，輸入模擬電壓最大值為5V，即5000mV，所以分辨率為5000mV/28，因此程序中測量的電壓值為采樣AD值乘以5000mV/255，再將所得的數(shù)依次通過數(shù)碼管顯示。完成后可改變輸入直流電壓值，觀察輸入電壓的變化情況。

五、總結(jié)

本文詳細討論了數(shù)字電壓表系統(tǒng)的設(shè)計，重點介紹了以YL-236亞龍單片機實訓(xùn)裝置為平臺的硬件連接和軟件設(shè)計的方案，系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)換速度快、精度高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，且電路簡單，工作可靠，具有很好的實用價值。

參考文獻

[1]宋鳳娟，孫軍，李國忠.基于89C51單片機的數(shù)字電壓表設(shè)計[J].制造業(yè)自動化，2007（2）：92-93.

[2]趙靜，劉少聰，丁浩，王莉莎.基于單片機的數(shù)字電壓表設(shè)計[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2011：121-125.

[3]楊增汪，陳斯，戴新宇.一種量程自動轉(zhuǎn)換高精度數(shù)字電壓表的設(shè)計[J].儀器儀表裝置，2011（11）：12-14.