趙巧妮（1.西南交通大學(xué)，四川成都，610031；2.湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南株洲，412001）

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基于Proteus 仿真軟件的DVM電路的仿真與設(shè)計

趙巧妮1，2
（1.西南交通大學(xué)，四川成都，610031；2.湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南株洲，412001）

摘要：基于AT89C51單片機(jī)設(shè)計的數(shù)字電壓表，可測試0—5V的電壓值。電路采用AD轉(zhuǎn)換芯片ADC0809將模擬測試電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并送入單片機(jī)中處理后，結(jié)合Proteus仿真軟件在四位LED數(shù)碼管上顯示被測的電壓值。

關(guān)鍵詞：AT89C51 ADC0809 Proteus 數(shù)字電壓表

0 引言

Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件，由于其仿真功能的強(qiáng)大，是目前較好的仿真單片機(jī)及其外圍期間的工具。

數(shù)字電壓表，簡稱DVM，是如今應(yīng)用極為廣泛、高性能價格比，廣受測試工作者歡迎的最基本電子測量儀器。數(shù)字電壓表具有高準(zhǔn)確度、高可靠性、高分辨率、高性價比的優(yōu)良特性，得到了人們的喜愛。利用Proteus仿真軟件結(jié)合keil編程軟件設(shè)計一款數(shù)字電壓表，可直觀的顯示出被測電壓的大小。

1 數(shù)字電壓表指標(biāo)

（1）直流電壓：0—5V

（2）轉(zhuǎn)換時間：100us

（3）精度：0.02V

2 電路方案

圖1 電路系統(tǒng)框圖

將要待測的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并準(zhǔn)確顯示在LED顯示屏上，需要單片機(jī)最小系統(tǒng)電路（單片機(jī)、時鐘電路、復(fù)位電路）、顯示電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，如圖1所示。

3 硬件電路設(shè)計

硬件電路圖如圖2所示，包括了最小系統(tǒng)電路、顯示電路、A/D轉(zhuǎn)換電路。

3.1 最小系統(tǒng)電路

單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路包括時鐘電路、復(fù)位電路，時鐘電路由如圖2中的單片機(jī)AT89C51、電容（C1、C2）、晶振X1構(gòu)成，晶振振蕩頻率為12M，為單片機(jī)提供工作時鐘，則單片機(jī)工作的機(jī)器周期為1uS。

復(fù)位電路由圖2中的電阻Rf、電容C3和按鍵組成。按下按鍵則手動給單片機(jī)復(fù)位，上電后通過電阻Rf、電容C3分壓給單片機(jī)的 9腳輸入高電平復(fù)位信號，即滿足上電復(fù)位條件，保證單片機(jī)能正常工作。

3.2 A/D轉(zhuǎn)換電路

A/D轉(zhuǎn)換電路是數(shù)字電壓表的核心部分，A/D轉(zhuǎn)換需要經(jīng)過采樣、保持、量化和編碼四個步驟，選擇的A/D芯片決定了數(shù)字電壓表的測試指標(biāo)，依據(jù)指標(biāo)選擇ADC0808轉(zhuǎn)換芯片來完成AD轉(zhuǎn)換工作。

ADC0808有8個模擬量的輸入端IN0~IN7，可由3個通道地址選擇輸入ADDC~ADDC依次編碼決定哪個輸入端有效。

每次模擬轉(zhuǎn)換完成后輸出8位數(shù)字量D0~D7，送入單片機(jī)的P0口，這個位數(shù)8決定了數(shù)字電壓表的精度，計算如下：

精度=最大值/2N=5/28=0.019（V）

對比設(shè)定要求的精度要求，符合要求。

AD0808芯片的時鐘端CLK頻率取值范圍為10KHZ~1280KHZ，頻率的值決定了AD轉(zhuǎn)換的時間，將時鐘頻率設(shè)為12.5KHz，即周期為80uS，半個周期為40 uS?？捎脝纹瑱C(jī)的定時器TO來給ADC0809做時鐘信號，定時器TO定時40 uS ，經(jīng)74LS74D觸發(fā)器的輸入端D與/Q相連，二分頻后輸出頻率為12.5KHz的時鐘信號，通過單片機(jī)的P3.3口輸出。

啟動A/D轉(zhuǎn)換端START接P3.0口，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號端EOC接P3.2口，輸出允許信號端OE接P3.1口，通道地址鎖存允許信號端ALE接START接P3.0K口。

A/D轉(zhuǎn)換電路由ADC0809轉(zhuǎn)換芯片、74LS74D觸發(fā)器、模擬電壓信號RV1構(gòu)成，如圖2所示，芯片接5V的電源電壓。

3.3 顯示電路

為了節(jié)省成本，顯示電路選用4位一體的共陽數(shù)碼管來顯示測量的電壓值，單片機(jī)的I/O口不能直接驅(qū)動數(shù)碼管，所以用4 個NPN三極管Q1--Q4來做驅(qū)動電路。數(shù)碼管的引腳較多，不能直接與單片機(jī)的I/O口連接，故數(shù)碼管的顯示利用人眼的惰性采用動態(tài)掃描分時顯示。

數(shù)碼管4個公共端1，2，3，4 分別接驅(qū)動電路中三極管中的發(fā)射極，單片機(jī)的P2.4—P2.7接三極管驅(qū)動電路的基極，為數(shù)碼管電路的位控端。當(dāng)P2.4—P2.7中任意端為輸出高電平時，對應(yīng)三極管Q1—Q4導(dǎo)通，數(shù)碼管的公共端為高電平，即數(shù)碼管的共陽數(shù)碼管的位控端有效，其中一位數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)字，其對應(yīng)電路圖如圖2中所示。

4 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計包括主程序和各個子程序。主程序包含初始化部分，調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序，調(diào)用數(shù)據(jù)處理子程序和調(diào)用顯示子程序，初始化部分包含存通道數(shù)據(jù)緩沖區(qū)初始化和顯示緩沖區(qū)初始化。主程序流程圖如圖3所示。各個子程序中A/D轉(zhuǎn)換為核心部分，流程圖如圖4所示。

4.1 主程序流程圖

4.2 A/D轉(zhuǎn)換步驟

圖2 硬件電路圖

（1）初始化：使ST和OE信號全為低電平。

（2）設(shè)置ADC0809的IN0為通道地址；

（3）在ST端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。

（4）A/D轉(zhuǎn)換是否完畢：當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r，轉(zhuǎn)換完畢，此時給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)。

5 仿真結(jié)果測試

采集電壓從0-5V連續(xù)變化，記錄被測試電壓的顯示數(shù)值，記錄在表格1中。部分仿真結(jié)果如圖5所示。

表1 仿真結(jié)果測試表

圖3 主程序流程圖

圖4 A/D子程序流程圖

6 結(jié)束語

將測試值對比仿真結(jié)果可知，誤差較小，系統(tǒng)較穩(wěn)定。驗證了單片機(jī)AT89C51為核心控制器結(jié)合ADC0809轉(zhuǎn) 換 器設(shè)計的數(shù)字電壓表電路是正確可行的。該系統(tǒng)的數(shù)字電壓表電路簡單，所用的元件較少，成本低。

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Design and Simulation of DVM circuit based Proteus

Zhao Qiaoni1，2
（1.SouthWest JiaoTong University，Si Chuan，Chengdu，610031；2.Hunan Railway Professional Technology College，Zhuzhou，412001）

Abstract：The digital voltmeter is designed by AT89C51 single-chip，which can test the voltage of 0-5V.It is used AD converter chip ADC0809 to transform analog signal into digital signal.The digital signal is sent into the microcontroller to be processed and is displayed on four LED digital with the Proteus simulation software.

Keywords：AT89C51；ADC0809；Proteus；DVM

中圖分類號：TP 319

文獻(xiàn)標(biāo)識碼B

基金項目：湖南省教育廳課題：基于模糊控制的機(jī)車雨刮控制器的設(shè)計（14C0754）

作者簡介

趙巧妮 女，生于1982年，湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，學(xué)歷研究生，研究方向為電子技術(shù)，傳感器技術(shù)

圖5 部分仿真測試結(jié)果