直流數(shù)字電壓表設(shè)計與Proteus應(yīng)用

朱曉玲

（武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程學(xué)院，湖北 武漢430074）

0 引 言

數(shù)字電壓表采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量，即連續(xù)的電壓值轉(zhuǎn)變?yōu)椴贿B續(xù)的數(shù)字量，加以數(shù)字處理然后通過顯示器件顯示。數(shù)字電壓表把電子技術(shù)、計算技術(shù)、自動化技術(shù)的成果與精密電測量技術(shù)密切的結(jié)合在一起，成為儀器、儀表領(lǐng)域中獨立而完整的一個分支。傳統(tǒng)的模擬指針式電壓表功能單一、精度低，讀數(shù)的時候也非常不方便，很容易出錯。而采用單片機的數(shù)字電壓表由于測量精度高、速度快，讀數(shù)方便，抗干擾能力和可擴展性強等優(yōu)點，已被廣泛地應(yīng)用于電子及電工的測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領(lǐng)域。

1 Proteus軟件介紹

Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。其處理器模型支持 8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DSPIC33、AVR、ARM、8086和 MSP430等眾多類型，在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。

Proteus軟件具有其它EDA工具軟件如Multisim的功能。例如原理布圖、PCB自動或人工布線、SPICE電路仿真等，還可供用戶實時采用諸如RAM、ROM、鍵盤、馬達、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分I2C器件。Proteus軟件可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM等常用主流單片機，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境。

Proteus最大的亮點在于能夠?qū)纹瑱C進行實物級的仿真；從程序的編寫、編譯到調(diào)試，目標(biāo)版的仿真一應(yīng)俱全；支持匯編語言和C語言的編程；還可配合Keil C實現(xiàn)程序的聯(lián)合調(diào)試，將Proteus中繪制的原理圖作為實際中的目標(biāo)板，而用Keil C集成環(huán)境實現(xiàn)對目標(biāo)板的控制，與實際中通過硬件仿真器對目標(biāo)板的調(diào)試幾乎完全相同；并且支持多顯示器的調(diào)試，即Proteus運行在一臺計算機上，而Keil C運行在另一臺計算機上，通過網(wǎng)絡(luò)連接實現(xiàn)遠(yuǎn)程的調(diào)試。

2 直流數(shù)字電壓表設(shè)計與仿真

直流數(shù)字電壓表的設(shè)計采用了以單片機為開發(fā)平臺，控制系統(tǒng)采用AT89C52單片機，A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0832，顯示元件采用1602型LCD。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。

2.1 ADC0832

ADC0832是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨率可達256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0～5 V之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32μs，具有雙數(shù)據(jù)輸出，可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變得更加方便。通過DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易地實現(xiàn)通道功能的選擇。

ADC0832與單片機的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效，與單片機的接口是雙向的，設(shè)計中將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當(dāng)要進行A/D轉(zhuǎn)換時，須先將CS使能端置于低電平，并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第1個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。

作為單通道模擬信號輸入時ADC0832的輸入電壓是0～5 V，且8位分辨率時的電壓精度為19.53 mV。

2.2 AT89C52單片機

AT89C52是一個低電壓、高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含8kB的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256B的RAM。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS－51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。AT89C52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。其特征如下：

（1）兼容MCS51指令系統(tǒng)；

（2）8k可反復(fù)擦寫（大于1 000次）Flash ROM；

（3）32個雙向I/O口；

（4）256×8bit內(nèi)部RAM；

（5）3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷；

（6）時鐘頻率0－24 MHz；

（7）2個串行中斷，可編程UART串行通道；

（8）2個外部中斷源，共8個中斷源；

（9）2個讀寫中斷口線，3級加密位；

（10）低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能；

（11）有PDIP、PQFP、TQFP及 PLCC等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。

2.3 1602型LCD

1602型LCD顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點，其可以顯示2行16個字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0～D7和RS，R/W，EN三個控制端口，工作電壓為5 V，并且具有字符對比度調(diào)節(jié)和背光功能。

圖2 直流數(shù)字電壓表Proteus仿真

2.4 Proteus仿真

直流數(shù)字電壓表Proteus仿真如圖2。

3 數(shù)據(jù)分析

萬用表和設(shè)計電壓表測量同一組電壓值所得結(jié)果如表1所示。

表1 測量結(jié)果

通常所需要測量的被測電壓不是一個定值，一般都有一些微小的變化，因此測量值會有微小的變動。測量結(jié)果符合要求。

4 結(jié) 論

采用Proteus軟件進行仿真設(shè)計，可以節(jié)約系統(tǒng)開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期。上述運用Proteus軟件完成直流數(shù)字電壓表設(shè)計，通過實測結(jié)果驗證其能滿足設(shè)計要求。

［1］ 侯寶玉，陳中平.基于proteus的51系列單片機設(shè)計與仿真［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2008.

［2］ 李 芳，李家慶.基于Proteus＋Keil的單片機實驗仿真平臺［J］.中國教育技術(shù)裝備，2009，（04）：11－13.

［3］ 陳海宴 編著.51單片機原理及應(yīng)用——基于Keil C與Proteus［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.