【摘要】 本文中數(shù)字電壓表的控制系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換器采用ADC0809為主要硬件，實(shí)現(xiàn)數(shù)字電壓表的硬件電路與軟件設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)的數(shù)字電壓表電路簡(jiǎn)單，所用的元件較少，成本低，調(diào)節(jié)工作可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。還可以方便地進(jìn)行8路A/D轉(zhuǎn)換量的測(cè)量，遠(yuǎn)程測(cè)量結(jié)果傳送等功能。數(shù)字電壓表可以測(cè)量0～5V的8路輸入電壓值，并在LCD液晶顯示屏上顯示出來(lái)。

【關(guān)鍵詞】 單片機(jī) 數(shù)字電壓表 A/D轉(zhuǎn)換器 液晶顯示屏

一、總體框圖

設(shè)計(jì)電壓表的總體框圖如圖1所示。被測(cè)電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換由模擬值變?yōu)閿?shù)字值，在單片機(jī)的邏輯控制下輸出到液晶屏上顯示出來(lái)。

圖1 電壓表總體框圖

二、電壓表硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的LCD電壓表，計(jì)劃以51單片機(jī)為核心，以ADC0809為A/D轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)模擬電壓的數(shù)字化測(cè)量及顯示。輸入電壓為直流電壓，設(shè)計(jì)電壓表的顯示位數(shù)為3?位，工作電壓為5V，最大測(cè)量值為5V，測(cè)量速率約為2.5次/秒，準(zhǔn)確度±0.1%，分辨率0.05%，顯示容量16×2個(gè)字符。

采用ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換器，AT89S51單片機(jī)作為控制部分，把測(cè)得的模擬電壓值經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后顯示在液晶顯示屏上。設(shè)計(jì)中用ADC0809進(jìn)行8路數(shù)據(jù)的采樣。

該電壓表可測(cè)量0～5V直流電壓，通過(guò)電位器調(diào)節(jié)產(chǎn)生，顯示位數(shù)3?位，工作電壓5V。A/D轉(zhuǎn)換器將采集到的電壓值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，輸出到AT89S51的P2口，再由AT89S51的P3口將電壓值送入液晶顯示器顯示出來(lái)。

三、A/D轉(zhuǎn)換模塊程序設(shè)計(jì)

ADC0809 START端為A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，ALE端為通道選擇地址的鎖存信號(hào)。實(shí)驗(yàn)電路中將其相連，以便同時(shí)鎖存通道地址并開(kāi)始A/D采樣轉(zhuǎn)換。

ADC0809是8位A/D芯片，數(shù)字量表示最大為16進(jìn)制#FFH，也就是10進(jìn)制的255.5V對(duì)應(yīng)的是255數(shù)字量，3V就是255×3/5。每個(gè)數(shù)字量表示的模擬量為5/255V，約0.02V，也就是說(shuō)精度（最小分辨率）為0.02V。如果想提高精度，可以適當(dāng)降低基準(zhǔn)電壓。例如降為3V，精度就可以達(dá)到0.0118V，但是超過(guò)3V的就沒(méi)有辦法表示了。因此，實(shí)際電壓值應(yīng)等于測(cè)量到的數(shù)值乘以5，然后除以255。

本設(shè)計(jì)中，把AT89S51的P0.0～P0.3作為控制端，P3口作為A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的接收端。

四、液晶顯示模塊程序設(shè)計(jì)

4.1 1602的初始化設(shè)置

控制器內(nèi)部設(shè)有一個(gè)數(shù)據(jù)地址指針，用戶可以通過(guò)它們來(lái)訪問(wèn)全部80字節(jié)RAM。

4.2 1602的初始化過(guò)程

1602的初始化過(guò)程即復(fù)位過(guò)程。液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符。初始化過(guò)程如下：

寫(xiě)指令38H：顯示模式設(shè)置；寫(xiě)指令08H：顯示關(guān)閉；寫(xiě)指令01H：顯示清屏；寫(xiě)指令06H：顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置；寫(xiě)指令0CH：顯示開(kāi)關(guān)及光標(biāo)設(shè)置。

4.3數(shù)據(jù)采集部分

中斷方式使用EOC信號(hào)作為向AT89C51的中斷申請(qǐng)。在主程序中，向ADC發(fā)出首次啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到EOC的請(qǐng)求后，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，并啟動(dòng)下一次轉(zhuǎn)換，后繼續(xù)執(zhí)行。

五、模塊的仿真

利用C51語(yǔ)言設(shè)計(jì)波形產(chǎn)生程序，并采用Proteus進(jìn)行模塊化仿真，仿真圖如下圖2所示。

圖2 電壓表仿真結(jié)果圖

當(dāng)改變連接在AD轉(zhuǎn)換器上的滑動(dòng)變阻器時(shí)，模擬電壓源的電壓發(fā)生了變化，液晶顯示屏上的電壓也隨之改變（兩者的值基本上是一致的，準(zhǔn)確度±0.1%）。

六、結(jié)束語(yǔ)

數(shù)字電壓表對(duì)A/D轉(zhuǎn)換的速度要求不高，因此采用了精度、速度、價(jià)格適中的逐次逼進(jìn)式A/D轉(zhuǎn)換方式。在實(shí)時(shí)性要求不高的應(yīng)用領(lǐng)域中，是一種低價(jià)格，高性能的A/D轉(zhuǎn)換方法，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

在本次設(shè)計(jì)中，通過(guò)使用Proteus繪制電路圖，制圖繪制流程圖，匯編語(yǔ)言編寫(xiě)程序，程序運(yùn)行完畢后，電壓表的顯示屏上就可以顯示出電壓數(shù)值來(lái)。調(diào)節(jié)電位器，顯示數(shù)值就會(huì)發(fā)生變化。

剛開(kāi)始總是無(wú)法正確顯示出實(shí)際電壓值來(lái)。后來(lái)經(jīng)過(guò)調(diào)試，并根據(jù)ADC0809的轉(zhuǎn)換特性，修改了程序。再調(diào)節(jié)電位器的時(shí)候，電壓表的就可以正確顯示實(shí)際電壓值了。電壓表的最小顯示值是0V，最大顯示值是5V，這與設(shè)計(jì)目的是一致。電壓表顯示的電壓值精確到小數(shù)點(diǎn)后2位，精度為0.02V，一秒鐘內(nèi)大約可以測(cè)量2次電壓值。液晶顯示屏上顯示出電壓值后，斷開(kāi)電源，再接通電源時(shí)，還是會(huì)出現(xiàn)電壓值，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)才發(fā)現(xiàn)，是忘了擦除實(shí)驗(yàn)板上的程序而引起的，每次擦除程序后，再?gòu)?fù)位就可以清屏了。

張玲麗，1980，女，漢族，碩士研究生，講師，主要研究方向：通信技術(shù)

電話18071753047，QQ：46763348

湖北省武漢市洪山區(qū)珞瑜東路劍橋春天34-804

參 考 文 獻(xiàn)

[1]周潤(rùn)景，張麗娜，劉映群.PROTEUS入門(mén)使用教程.機(jī)械工業(yè)出版社.2007

[2]馬俊，劉曉林.智能鍵盤(pán)字符輸入及LCD顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì).2009

[3]柳金龍.淺談數(shù)字電壓表的特點(diǎn).北京：中國(guó)計(jì)量，2004

[4]王韜.3位半積分式A/D轉(zhuǎn)換DC電壓表.北京：電子世界，2002