摘 要： 本方案以單片機(jī)AT89C51為系統(tǒng)的控制核心，結(jié)合A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電壓表，能夠測(cè)量0—5V之間的直流電壓值，并通過(guò)四位數(shù)碼顯示。數(shù)字電壓表的電路圖設(shè)計(jì)在Proteus軟件中進(jìn)行，執(zhí)行程序應(yīng)用C語(yǔ)言在Keil中編寫(xiě)、調(diào)試。
　　關(guān)鍵詞： 單片機(jī)（AT89C51） 電壓 A/D轉(zhuǎn)換 ADC0809
　　
　　數(shù)字電壓表（Dligita Voltmeter）簡(jiǎn)稱DVM，是利用A/D轉(zhuǎn)換原理，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。通常數(shù)字電壓表都采用大規(guī)模的A/D轉(zhuǎn)換集成電路，測(cè)量精度高，讀數(shù)方便，在體積、重量、耗電、穩(wěn)定性及可靠性等方面性能指標(biāo)均明顯優(yōu)于指針式萬(wàn)用表。其中，A/D轉(zhuǎn)換器將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，邏輯控制電路產(chǎn)生控制信號(hào)，按規(guī)定的時(shí)序?qū)/D轉(zhuǎn)換器中各組模擬開(kāi)關(guān)接通或斷開(kāi)，保證A/D轉(zhuǎn)換正常進(jìn)行。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)計(jì)數(shù)譯碼電路變換成段碼，最后驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)值。目前，由各種單片A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化儀表、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等智能化測(cè)量領(lǐng)域，顯示出強(qiáng)大的生命力。本方案以單片機(jī)AT89C51為系統(tǒng)的控制核心，結(jié)合A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電壓表，能夠測(cè)量0—5V之間的直流電壓值，通過(guò)四位數(shù)碼顯示。數(shù)字電壓表的電路圖設(shè)計(jì)在Proteus軟件中進(jìn)行，執(zhí)行程序用C語(yǔ)言在Keil中編寫(xiě)、調(diào)試。
　　1.數(shù)字電壓表硬件電路設(shè)計(jì)
　　數(shù)字電壓表由AT89C51單片機(jī)控制電路、12MHz時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、數(shù)碼管顯示電路、AD轉(zhuǎn)換電路和電源電路等主要電路組成，總體組成框圖如圖1所示。
　　1.1時(shí)鐘電路
　　時(shí)鐘電路也稱為振蕩電路，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是保證系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。80C51單片機(jī)芯片機(jī)集成了振蕩電路，只要在芯片的第18、19腳外接晶體振蕩器即可工作。如圖4中的晶體振蕩器（X1）、電容C1和C2即構(gòu)成了單片機(jī)所需的時(shí)鐘電路。
　　1.2復(fù)位電路
　　復(fù)位電路的作用是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開(kāi)始工作。單片機(jī)的復(fù)位電路是由外部電路來(lái)執(zhí)行的，在RST引腳上加上持續(xù)二個(gè)機(jī)器周期以上的高電平就執(zhí)行狀態(tài)復(fù)位。通常采用上電復(fù)位和開(kāi)關(guān)復(fù)位二種方式。如圖4中單片機(jī)第9腳與R1、R2、C3和按鍵開(kāi)關(guān)構(gòu)成了單片機(jī)的復(fù)位電路。
　　1.3電源電路
　　電源電路是給數(shù)字電壓表提供+5V的供電電路，保證各電路正常工作。
　　1.4數(shù)碼管顯示電路
　　數(shù)碼管顯示電路的作用是顯示輸入0.00—5.00V的電壓值。系統(tǒng)通過(guò)對(duì)LED燈的動(dòng)態(tài)顯示及不停的輪流給數(shù)碼管位選端加驅(qū)動(dòng)電壓，在給其中一個(gè)數(shù)碼管位選段加驅(qū)動(dòng)電壓的時(shí)候它才能變亮，而其他的是暗的，由于數(shù)碼管暗下來(lái)需要一定的時(shí)間，人眼具有視覺(jué)暫留特點(diǎn)，同時(shí)系統(tǒng)又給其他的施加驅(qū)動(dòng)電壓，因此我們看到的就是穩(wěn)定的亮著的數(shù)字了，如圖4所示。
　　1.5A/D轉(zhuǎn)換電路
　　A/D轉(zhuǎn)換電路的作用是將所輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后進(jìn)行處理。A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度對(duì)測(cè)量電路極其重要，它的參數(shù)關(guān)系到測(cè)量電路性能。A/DC0809轉(zhuǎn)換器的性能比較穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換精度高，具有很高的抗干擾能力，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。ADC08098路模擬信號(hào)的分時(shí)采集，片內(nèi)有8路模擬選通開(kāi)關(guān)，以及相應(yīng)的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs左右，圖2為0809引腳圖。
　　1.5.1ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
　　ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖如上圖3所示。
　　圖中多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟(jì)的多路數(shù)據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對(duì)A、B、C3個(gè)地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，表1為通道選擇表。
　　1.5.2信號(hào)引腳
　　ADC0809芯片為28引腳為雙列直插式封裝，其引腳排列見(jiàn)圖3。對(duì)ADC0809主要信號(hào)引腳的功能說(shuō)明如下。
　　IN7～I(xiàn)N0——模擬量輸入通道。
　　ALE——地址鎖存允許信號(hào)。對(duì)應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。
　　START——轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。START上升沿時(shí)，復(fù)位ADC0809；START下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片，開(kāi)始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。本信號(hào)有時(shí)簡(jiǎn)寫(xiě)為ST。
　　A、B、C——地址線。通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。其地址狀態(tài)與通道對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表1。
　　CLK——時(shí)鐘信號(hào)。ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。通常使用頻率為500KHz的時(shí)鐘信號(hào)。
　　EOC——轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。EOC=0，正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1，轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號(hào)即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。
　　D7～D0——數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高位。
　　OE——輸出允許信號(hào)。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。
　　Vcc——+5V電源。
　　Vref——參考電源參考電壓用來(lái)與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5V（Vref（+）=+5V，Vref（-）=-5V）。
　　1.5.3電路電路連接
　　ADC0809與單片機(jī)的電路連接主要涉及兩個(gè)問(wèn)題。一是8路模擬信號(hào)通道的選擇，二是A/D轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送。根據(jù)表1中所示將ADC0809的地址線A、B、C接低電平即可選擇通道1（IN0），ADC0809的數(shù)據(jù)輸出線D7～D0接80C51的P0口，如圖4所示。
　　1.6測(cè)試電壓輸入電路
　　輸入電路的作用是把不同量程的被測(cè)的電壓規(guī)范到A/D轉(zhuǎn)換器所要求的電壓值。本電路設(shè)計(jì)所用電壓為0.00—5.00V，其大小通過(guò)滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)。
　　數(shù)字電壓表硬件電路如圖4所示。
　　2.數(shù)字式電壓表程序設(shè)計(jì)
　　2.1數(shù)字式電壓表程序流程圖
　　2.2Keil C51參考程序如下
　　#include "reg51.h"
　　#define uchar unsigned char
　　#define uint unsigned int
　　//*————————數(shù)碼管段碼定義————————*//
　　uchar code table={0xc0，0x99，0xa4，
　　0xb0，0xf9，0x92，0x82，0xf8，0x80，0x90}；
　　//*————————0809引腳定義————————*//
　　sbit st=P2^7；
　　sbit oe=P2^5；
　　sbit eoc=P2^6；
　　sbit clk=P2^4；
　　//*——————-延時(shí)子函數(shù)————————*//
　　void delay（uchar z）
　　{
　　uint x，y；
　　for（x=z；x>0；x——）
　　for（y=110；y>0；y——）；
　　}
　　//*———————啟動(dòng)轉(zhuǎn)換子函數(shù)————————*//
　　void start（）
　　{
　　st=0；oe=0；st=1；st=0；
　　}
　　//*————————顯示子函數(shù)——————————*//
　　xian（uchar b）
　　{
　　P2=0x01；
　　P0=table［b%10］；
　　delay（1）；
　　P2=0x02；
　　P0=table［b/10%10］；
　　delay（1）；
　　P2=0x04；
　　P0=table［b/100%10］&0x7f；
　　delay（1）；
　　P2=0x08；
　　P0=table［b/1000］；
　　delay（1）；
　　}
　　//*————————-主函數(shù)————————*//
　　void main（）
　　{
　　uint B；
　　uchar date；
　　TMOD=0x01；
　　TH0=（65536-20）/256；
　　TL0=（65536-20）%256；
　　EA=1；
　　ET0=1；
　　TR0=1；
　　start（）；//啟動(dòng)轉(zhuǎn)換
　　while（1）
　　{
　　while（eoc==0）；//等待轉(zhuǎn)換結(jié)束
　　oe=1；//允許輸出
　　date=P0；
　　start（）；
　　oe=0；
　　B=date*5.0/255；
　　xian（B）；//顯示轉(zhuǎn)換結(jié)果
　　}
　　}
　　//*————-T0定時(shí)器中斷子函數(shù)給ADC0809提供時(shí)鐘信號(hào)————-*//
　　void time0（）interrupt 1 using 1
　　{
　　TH0=（65536-20）/256；
　　TL0=（65536-20）%256；
　　clk=~clk；
　　}
　　3.測(cè)試與調(diào)試
　　本設(shè)計(jì)應(yīng)用Proteus和Keil51軟件，首先根據(jù)自己設(shè)計(jì)的電路圖用Proteus軟件畫(huà)出電路模型，然后用Keil51軟件對(duì)所編寫(xiě)的程序進(jìn)行編譯、鏈接，如果沒(méi)有錯(cuò)誤和警告便可生成程序的hex文件，再將此文件加到電路圖上使軟硬件結(jié)合運(yùn)行，最后進(jìn)行端口電壓的對(duì)比測(cè)試，測(cè)試的結(jié)果如圖5所示。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　?。?］姜治臻.單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用.高等教育出版社，2009，7.
　?。?］彭偉.單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)100例.電子工業(yè)出版社，2009，6.