朱敦忠，周紅鍇，呂廣文，袁 梅

（桂林理工大學(xué)南寧分校，廣西 南寧530001）

Proteus軟件是一款含有豐富的集成芯片、分立元件和硬件接口電路，能進(jìn)行PCB設(shè)計具有軟、硬件仿真相結(jié)合的EDA工具軟件，該軟件被廣泛地應(yīng)用到電類專業(yè)的“單片機(jī)”、“嵌入式”等課程教學(xué)以及電子產(chǎn)品開發(fā)過程中[1-4]。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中單片機(jī)經(jīng)常需要和各種硬件接口電路進(jìn)行連接，在軟件設(shè)計過程中常需要依據(jù)接口芯片的時序進(jìn)行程序設(shè)計，為了能更直觀地觀察單片機(jī)控制接口芯片的時序，本文設(shè)計一個單片機(jī)控制的簡易數(shù)字電壓表系統(tǒng)，通過使用Proteus軟件進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計并使用Proteus圖表查看單片機(jī)控制ADC0831芯片的時序仿真，探索使用利用Proteus圖表波形仿真在單片機(jī)控制芯片讀寫時序仿真的方法[5]。

1　硬件系統(tǒng)開發(fā)

簡易數(shù)字電壓表系統(tǒng)以AT8951單片機(jī)作為主控芯片，以ADC0831作為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片并以4共陽數(shù)碼管作為顯示器件。其中ADC0831把采集的模擬電壓轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量并傳送到AT8951芯片，AT8951單片機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理，將ADC0831芯片采集模擬電壓結(jié)果送到數(shù)碼管進(jìn)行顯示。電路連接上，在 Proteus軟件中將 AT8951單片機(jī)的 P1.0、P1.1、P1.2引腳分別與ADC0831芯片的的片選、時鐘CLK、數(shù)據(jù) DO 引腳相連接，單片機(jī) P0.0、P0.1、P0.2、P0.3 引腳與驅(qū)動4位共陽數(shù)碼管的三極管相連接，通過單片機(jī)P2口與4位共陽數(shù)碼管段碼相連接，被測電壓用可調(diào)電阻RV4通過5 v電壓分壓模擬。簡易數(shù)字電壓表系統(tǒng)的Proteus仿真電路圖如圖1所示[6]。

2　軟件開發(fā)

2.1　簡易數(shù)字電壓表系統(tǒng)程序

如圖2所示，給出了簡易數(shù)字電壓表系統(tǒng)程序流程圖。首先對AT8951單片機(jī)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC0831芯片、4位數(shù)碼管等進(jìn)行初始化設(shè)置。接著對輸入的待測電壓進(jìn)行檢測，從ADC0831芯片讀取被測電壓值的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，然后，AT8951單片機(jī)根據(jù)算法將該二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制電壓值送到數(shù)碼管進(jìn)行顯示。

圖1　簡易數(shù)字電壓表電路圖

圖2　簡易數(shù)字電壓表程序流程圖

2.2　主控單片機(jī)對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的控制程序

在簡易數(shù)字電壓表系統(tǒng)中，AT8951單片機(jī)作為主控芯片，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0831芯片把采集的模擬電壓轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量并傳送到AT8951單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，AT8951單片機(jī)將處理結(jié)果送到數(shù)碼管進(jìn)行顯示。因此，主控單片機(jī)AT8951對模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0831芯片的軟件控制顯得尤為重要。

如圖3所示，給出了ADC0831時序[7]。

圖3　ADC0831時序圖

根據(jù)圖3，編制主控單片機(jī)控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0831芯片讀寫時序程序如下：

3　Proteus圖表仿真查看單片機(jī)對ADC0831芯片控制的讀寫時序

3.1　使用Proteus圖表仿真查看單片機(jī)控制芯片讀寫時序仿真的步驟

（1）選擇探針模式。在Proteus的左側(cè)工具箱上選擇電壓探針按鈕圖標(biāo) ，依次在ADC0831芯片CS、CLK、DO管腳連線上放置電壓探針[5]。

（2）選擇圖表模式并放置圖表。在Proteus的左側(cè)工具箱中選擇圖表模式按鈕圖標(biāo) ，在右側(cè)的GRAPHS選項中選擇DIGITAL即數(shù)字圖表，然后將鼠標(biāo)移到編輯窗口，點擊左鍵開始放置圖表，拖出一個適當(dāng)大小的矩形，再次點擊左鍵完成圖表的放置[7]。

（3）添加電壓探針到數(shù)字圖表。依次選擇ADC0831芯片CS、CLK、DO管腳的電壓探針按住鼠標(biāo)左鍵拖到DIGITAL圖表中，然后釋放鼠標(biāo)左鍵（該操作像移動探針到另一個位置一樣）[5]。

（4）生成圖表仿真波形。在主菜單[Graph]→[Simulate Graph]命令（或使用快捷鍵：空格鍵），生成仿真波形，如圖4 所示[5]。

圖4　仿真圖表波形

（5）查看仿真波形。在仿真圖表上單擊鼠標(biāo)右鍵選擇 Maximize（show window），將彈出 DIGITAL ANALYSIS-PROSPICE仿真窗口。可以通過該窗口中的View菜單，對仿真圖形放大與縮少，其中選擇Zoom Area選項可以將鼠標(biāo)選中的波形區(qū)域放大[5]。

3.2　分析單片機(jī)對ADC0831芯片控制的讀寫時序

查看ADC0831芯片資料，要獲得ADC0831轉(zhuǎn)換的8位數(shù)據(jù)可以通過unsigned char Read Data From ADC0831（void）函數(shù)實現(xiàn)，該函數(shù)的讀寫時序控制過程為：（1）初始化。ADC0831_DO為1即將單片機(jī)P1.2口設(shè)置為輸入（目的是讀取ADC0831的DO口數(shù)據(jù)），ADC0831_CS=1，ADC0831_CLK=0；（2）啟動過程。ADC0831_CS=0，ADC0831_CLK=0，然后經(jīng)過Tset-up時間后給ADC0831_CLK傳送一個下降沿的時鐘來啟動ADC0831芯片進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換；（3）獲取數(shù)據(jù)過程。每來個時鐘且在下降沿時獲取1位AD數(shù)據(jù)且一個字節(jié)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)傳送形式為：高位到低位依次完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，因此依次進(jìn)行8次左移從而實現(xiàn)一個字節(jié)AD轉(zhuǎn)換結(jié)果；（4）轉(zhuǎn)換結(jié)束。ADC0831_CS=1完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

查看ADC0831芯片資料Tset-up時間250 ns，從圖5的DX：+1000 n可知程序滿足ADC0831芯片Tset-up時間要求（1000 n＞250 ns）。從圖5的DO可以得出ADC0831的一個字節(jié)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)為（01000000）2=64，根據(jù)轉(zhuǎn)換公式：被測電壓/AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)=ADC0831參考電壓/256，即被測電壓=（ADC0831參考電壓*AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)）/256，本文的簡易數(shù)字電壓表系統(tǒng)ADC0831參考電壓為5 V，被測電壓信號用可調(diào)電阻RV4對5 V電壓分壓進(jìn)行模擬，當(dāng)可調(diào)電阻RV4調(diào)到25%位置時如圖1所示，讀取到一個字節(jié)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)為（01000000）2=64如圖5，經(jīng)過轉(zhuǎn)換公式計算被測電壓 =（5*64）/256=1.25 V與圖1仿真結(jié)果顯示的電壓相符。

圖5　放大后的圖表波形

4　結(jié)束語

在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，單片機(jī)常需要根據(jù)芯片時序圖進(jìn)行讀寫控制。因此，單片機(jī)控制芯片讀寫時序是否正確將直接影響系統(tǒng)能否正常工作。使用Proteus軟件的圖表仿真波形查看單片機(jī)控制芯片讀寫時序的方法可以直觀的查看實際程序設(shè)計是否正確，該方法有助于定性的分析單片機(jī)對芯片進(jìn)行操作過程中出現(xiàn)的問題，對電類專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)控制芯片讀寫時序的認(rèn)識以及縮短電子工程師產(chǎn)品開發(fā)周期起到很重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

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