單片機(jī)直流數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)

嚴(yán)世勝，鐘承堯

（海南師范大學(xué) 物理與電子工程學(xué)院，海南 海口571158）

單片機(jī)直流數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)

嚴(yán)世勝，鐘承堯

（海南師范大學(xué) 物理與電子工程學(xué)院，海南 ?？?71158）

設(shè)計(jì)了一種以AT89C51單片機(jī)為核心，以ADC0809芯片為模數(shù)轉(zhuǎn)換，液晶顯示器OCMC2X16A為顯示部分的二路輸入直流數(shù)字電壓表.經(jīng)過(guò)仿真和實(shí)際電路測(cè)試，其測(cè)量精度高，擴(kuò)展功能強(qiáng)，性能可靠，價(jià)格又低廉，有很好的應(yīng)用前景.

單片機(jī)；模數(shù)轉(zhuǎn)換；液晶顯示器；電壓表

數(shù)字電壓表是一種結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用十分廣泛的測(cè)量?jī)x表，近年來(lái)越來(lái)越多地應(yīng)用在電壓測(cè)量場(chǎng)合；因此，對(duì)其測(cè)量精度、可靠性和可維護(hù)性的要求也越來(lái)越高.

數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎(chǔ)，電壓表的數(shù)字化是將連續(xù)的模擬量如直流電壓轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示，具有清晰直觀、讀數(shù)準(zhǔn)確、擴(kuò)展功能強(qiáng)等特點(diǎn).這有別于傳統(tǒng)的指針加刻度盤(pán)進(jìn)行讀數(shù)的方法，避免了讀數(shù)的視覺(jué)差和視覺(jué)疲勞.目前數(shù)字電壓表的內(nèi)部核心部件是A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器的精度很大程度上影響著數(shù)字電壓表的測(cè)量準(zhǔn)確度［1］.作者設(shè)計(jì)的A/D轉(zhuǎn)換器采用ADC0809，把輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，控制核心AT89C51對(duì)轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算和處理，最后輸出驅(qū)動(dòng)液晶顯示屏OCMC2X16A顯示被測(cè)數(shù)字電壓信號(hào).

1 電路

設(shè)計(jì)的硬件電路包括單片機(jī) AT89C51、模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC0809、液晶顯示屏OCMC2X16A等部分，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1.

1.1 單片機(jī)AT89C51控制電路

控制電路是包括復(fù)位和振蕩電路的單片機(jī)最小系統(tǒng)（見(jiàn)圖2）［2］.

1.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路

ADC0809的連接電路見(jiàn)圖2.ADC0809除含有8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器外，還有8通道多路轉(zhuǎn)換器和3位地址鎖存和譯碼器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)8路輸入模擬量的選擇.當(dāng)?shù)刂锋i存允許信號(hào)ALE有效時(shí)，將3位地址ADDC～ADDA鎖入地址鎖存器中，經(jīng)譯碼器選擇8路模擬量中的一路通過(guò)8位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換輸出.輸出端具有三態(tài)輸出鎖存緩沖器，受輸出允許信號(hào)OE的控制，當(dāng)該信號(hào)為高電平時(shí)，打開(kāi)輸出緩沖器三態(tài)門(mén)，轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出到數(shù)據(jù)總線上；當(dāng)該信號(hào)為低電平時(shí)，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻態(tài).ADC0809是CMOS工藝芯片，允許的電源范圍較寬（5～15 V）.當(dāng)該芯片采用單5 V電源工作時(shí)，模擬信號(hào)輸入范圍為0～5 V，輸出可與TTL兼容.時(shí)鐘信號(hào) CLOCK最高允許值為 640 kHz，ADC0809的轉(zhuǎn)換速度在最高時(shí)鐘頻率下為100 μs左右.當(dāng)?shù)刂锋i存信號(hào)ALE＝1期間，通道選擇的地址（ADDA，ADDB，ADDC）存入地址鎖存器；在ALE＝0地址鎖存.啟動(dòng)信號(hào)START上升沿復(fù)位ADC0809，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換.EOC為輸出的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，正在轉(zhuǎn)換時(shí)為0，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為1.一旦EOC為高即可將OE置為1，打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)，從ADC0809輸出本次轉(zhuǎn)換結(jié)果［3-4］.

圖2 系統(tǒng)電路原理圖Fig.2 Circuit principle diagraMof systen

1.3 液晶顯示器電路

測(cè)量結(jié)果采用金鵬電子有限公司的液晶顯示屏OCMC2X16A顯示.OCMC2X16A是藍(lán)屏帶LED背光顯示、2行顯示32個(gè)字符的模塊［5］，通過(guò)圖2中的可調(diào)電阻RW1來(lái)調(diào)節(jié)背光的強(qiáng)度.模塊組件內(nèi)部主要由 LCD顯示屏（LCD PANEL）、控制器（CONTROLLER）、驅(qū)動(dòng)器（DRIVER）和偏壓產(chǎn)生電路構(gòu)成.

液晶顯示屏 LCD的數(shù)據(jù)端口 D0～D7接AT89C51的P1端口，控制端口RS、RW、E分別接單片機(jī)的P2.1、P2.2、P2.3端口，連接電路見(jiàn)圖2.

2.1 程序流程圖

程序流程見(jiàn)圖3.

2 程序設(shè)計(jì)

圖3 程序流程圖Fig.3 FloWchart of the program

2.2 部分程序

主要是研制二路輸入直流數(shù)字電壓表，待測(cè)電壓是0～9.99 V和0～99.99 V，分別輸入ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換.輸入ADC0809的電壓不能大于5 V，所以要經(jīng)過(guò)分壓電阻R2、R3、R4進(jìn)行分壓，分壓電路見(jiàn)圖2.

從ADC0809數(shù)據(jù)端口取出來(lái)的數(shù)據(jù)是 0～255，代表電壓0～9.99 V或0～99.99 V，通過(guò)單片機(jī)AT89C51內(nèi)編寫(xiě)好的C語(yǔ)言程序［6］來(lái)完成計(jì)算工作，并把測(cè)量的電壓值還原顯示出來(lái).以下是部分程序：

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

3.1 測(cè)試儀器

測(cè)試所用的儀器主要有直流穩(wěn)壓電源1臺(tái)、數(shù)字萬(wàn)用表1個(gè)和計(jì)算機(jī)1臺(tái)等.

3.2 測(cè)試結(jié)果及分析

在仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果正確的情況下，完成了硬件電路的制作.硬件電路測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1.

表1 測(cè)試結(jié)果Tab.1 Test results

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［31］劉永，楊俊興，皮娜，等.三種不同泌氧能力的紅樹(shù)植物對(duì)鉛、鋅、銅的耐性研究[J].生態(tài)科學(xué)，2008，27（5）：433-435.

責(zé)任編輯：畢和平

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責(zé)任編輯：畢和平

Design of SCMDC Digital Voltmeter

YAN Shisheng，ZHONG Chengyao
（College of Physics and Electronic Engineering，Hainan Normal University，Haikou 571158，China）

A 2-input DC digital voltmeter was designed，which used SCMAT89C51 as the core，chip ADC0809 for the analog-digital conversion，and LCD OCMC2X16A as the display section.After simulation and practical circuit testing，the voltmeter has high accuracy，powerful expansion function，reliable performance，and loWprice.So it will has a good prospect of application.

SCM；Analog-Digital Conversion；LCD；Voltmeter

TM933.2

A

1674-4942（2010）01-0044-03

2009-06-12