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基于51单片机的数字电压表仿真设计

• 摘要：设计采用AT89C51单片机、A／D转换器ADC0808和共阳极数码管为主要硬件，分析了数字电压表Proteus软件仿真电路设计及编程方法。将单片机应用于测量技术中，采用ADC0808将模拟信号转化为数字信号，用AT89C51实现数据的处理，通过数码管以扫描的方式完成显示。设计的数字电压表可以测量0～5 V的电压值，AT89C51为8模压电感位单片机，当ADC0808的输入电压为5 V时，输出数字量值为+4．99 V。本设计电路简单、成本低、性能稳定。
  关键词：数字电压表；51单片机；ADC0808；数码管LED
  
  0 引言
  随着电子科学技术的发展，电子测量成为广大电子工作者必须掌握的手段，对测量的精度和功能的要求也越来越高，而电压的测量甚为突出，因为电压的测量最为普遍。数字电压表是采用数字化测量技术设计的电压表。数字电压表与模拟电压表相比，具有读数直观、准确、显示范围宽、分辨力高、输入阻抗大、集成度高、功耗小、抗干扰能力强，可扩展能力强等特点，因此在电压测量、电压校准中有着广泛的应用。本文采用ADC0808对输入模拟信号进行转换，控制核心AT89C51单片机对转换的结果进行运算和处理，最后驱动输出装置显示数字电压信号，通过Proteus仿真软件实现接口电路设计，并进行实时仿真。
  Proteus软件是一种电路分析和实物模拟仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以进行仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，是集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能强大，具有系统资源丰富、硬件投入少、形象直观等优点，近年来受到广大用户的青睐。
  
  1 系统概述
  1．1 设计任务
  利用单片机AT89C51与ADC0808设计一个数字电压表，将模拟信号0～5 V之间的电压值转换成数字量信号，以两位数码管显示，并通过虚拟电压表观察ADC0808模拟量输入信号的电压值，LED数码管实时显示相应的数值量。
  1．2 总体方案
  数字电压表电路组成框图如图1所示。

  

  
  本设计中需要用到的电路有电源电路、模／数转换电路、单片机控制电路、显示电路等。设计中需要用到的芯片有AT89C51单片机、ADC-0808、74LS74、LED数码管等。
  
  2 数字电压表的Proteus软件仿真电路设计
  待测电压输入信号在ADC0808芯片承受的最大工作电压范围内，经过模／数转换电路实现A／D转换，通过单片机控制电路进行程序数据处理，然后通过七段译码／驱动显示电路实现数码管显示输入电压。
  硬件电路原理图如图2所示。

  

  
  2．1 AT89C51单片机和数码管显示电路的接口设计
  利用单片机AT89C51与ADC0808设计一个数字电压表，将模拟信号0～5 V一体成型电感器之间的直流差模电感电压值转换成数字量信号0～FF，以两位数码管显示。Proteus软件启动仿真，当前输入电压为2．5 V，转换成数字值为7FH，用鼠标指针调节电位器RV1，可改变输入模／数转换器ADC0808的电压，并通过虚拟电压表观察ADC0808模拟量输入信号的电压值，LED数码管实时显示相应的数值量。
  在Proteus软件中设置AT89C51单片机的晶振频率为12 MHz。本电路EA接高电平，没有扩展片外ROM。
  2．2 A／D转换电路的接口设计
  A／D转换器采用集成电路ADC0808。ADC0808具有8路模拟量输入信号IN0～IN7(1～5脚、26～28脚)，地址线C、B、A(23～25脚)决定哪一路模拟输入信号进行A／D转换，本电路将地址线C、B、A均接地，即选择0号通道输入模拟量电压信号。22脚ALE为地址锁存允许控制信号，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。6脚START为启动控制信号，当输入为高电平时，A／D转换开始。本电路将ALE脚与START脚接到一起，共同由单片机的P2．0脚和WR脚通过或非门控制。7脚EOC为A／D转换结束信号，当A／D转换结束时，7脚输出一个正脉冲，此信号可作为A／D转换是否结束的检测信号或向CPU申请中断的信号，本电路通过一个非门连接到单片机的绕行电感器P3．2脚。9脚OE为A／D转换数据输出允许控制信号，当OE脚为高电平时，允许读取A／D转换的数字量。该OE脚由单片机的P2．0脚和RD脚通过或非门控制。10脚CLOCK为ADC0808的实时时钟输入端高频电感器设计，利用单片机30引脚ALE的六分频晶振频率得到时钟信号。数字量输出端8个接到单片机的P0口。

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