基于51單片機的數字電壓表仿真設計

摘要：設計采用AT89C51單片機、A／D轉換器ADC0808和共陽極數碼管為主要硬件，分析了數字電壓表Proteus軟件仿真電路設計及編程方法。將單片機應用于測量技術中，采用ADC0808將模擬信號轉化為數字信號，用AT89C51實現數據的處理，通過數碼管以掃描的方式完成顯示。設計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，輸出數字量值為+4．99 V。本設計電路簡單、成本低、性能穩定。

　

引言

　　隨著電子科學技術的發展，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、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，因此在電壓測量、電壓校準中有著廣泛的應用?！　roteus軟件是一種電路分析和實物模擬仿真軟件。它運行于Windows操作系統上，可以進行仿真、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、形象直觀等優點，近年來受到廣大用戶的青睞。

　　1 系統概述

　　1.1 設計任務

　　利用單片機AT89C51與ADC0808設計一個數字電壓表，將模擬信號0～5 V之間的電壓值轉換成數字量信號，以兩位數碼管顯示，并通過虛擬電壓表觀察ADC0808模擬量輸入信號的電壓值，LED數碼管實時顯示相應的數值量。

　　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ADC0808芯片承受的最大工作電壓范圍內，經過模/數轉換電路實現A/D轉換，通過單片機控制電路進行程序數據處理，然后通過七段譯碼/驅動顯示電路實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，以兩位數碼管顯示。Proteus軟件啟動仿真，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，并通過虛擬電壓表觀察ADC0808模擬量輸入信號的電壓值，LED數碼管實時顯示相應的數值量。

　　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C、B、A(23～25腳)決定哪一路模擬輸入信號進行A/D轉換，本電路將地址線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，對地址信號進行鎖存。6腳START為啟動控制信號，當輸入為高電平時，A/D轉換開始。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腳通過或非門控制。7腳EOC為A/D轉換結束信號，當A/D轉換結束時，7腳輸出一個正脈沖，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，本電路通過一個非門連接到單片機的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，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腳通過或非門控制。10腳CLOCK為ADC0808的實時時鐘輸入端，利用單片機30引腳ALE的六分頻晶振頻率得到時鐘信號。數字量輸出端8個接到單片機的P0口。