基于Proteus和MedWin V3.0的直流數字電壓表的設計

嚴 敏

（江蘇旅游職業(yè)學院信息工程學院，江蘇揚州225127）

數字電壓表具有測量速度快、測量精度高及測量結果可視化等優(yōu)點，已用于智能測量控制的某些領域［1-2］。本文設計的基于Proteus和MedWin V3.0直流數字電壓表，以AT89C51為主控制器測量單通道模擬電壓，在ADC0832模數轉換后，輸出數字電壓值在LCD1602屏幕上實時顯示。

1 系統(tǒng)硬件設計

1.1 設計總體結構

該設計使用單片機芯片AT89C51控制ADC0832進行模數轉換，ADC0832輸入被測0～5 V模擬電壓，經模數轉換后，輸出的數字電壓值介于0x00～0xFF之間。單片機讀取ADC0832模數轉換結果，進行數值量程變換，再送至液晶屏LCD1602實時顯示，系統(tǒng)設計的總體結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的總體結構

1.2 A/D轉換器ADC0832

設計電路時，將引腳VCC接5 V，將GND引腳接地，并將引腳CS（芯片選擇使能）連接到微控制器AT89C51的P2.5端口，引腳CLK（時鐘輸入端子）連接到AT89C51的P2.6端口，引腳DI（數據信號輸入）和引腳DO（數據信號輸出）在通信期間不同時有效，并且與AT89C51的接口是雙向的，所以將它們并聯(lián)一起連接到AT89C51的P2.7端口，引腳CH0（模擬輸入通道0）經過滑動變阻器連接到被測模擬電壓，由于只測量一路電壓，所以不使用引腳CH1（模擬輸入通道1），如圖2所示。當然，這里也可以將被測模擬電壓連接到引腳CH1，不使用引腳CH0。

圖2 ADC0832電路原理

當ADC0832不工作時，CS為高電平；當ADC082處于執(zhí)行模數轉換工作狀態(tài)時，則將CS設置為低電平，并且保持低電平狀態(tài)一直到模數轉換完成。根據ADC0832的工作時序要求，DI必須在CLK的第1個脈沖的下降沿之前置為高電平，表示啟動信號。DI在CLK第2、3個脈沖的下降沿之前分別輸入1、0，選擇CH0單通道；如果選擇CH1單通道，這里DI應分別輸入1、1。DI在CLK第3個脈沖的下降沿之后失效，此時DO開始有效。從CLK第4個脈沖下降沿開始一直到第11個脈沖下降沿結束，ADC0832從DO依次輸出最高位數據直到最低位數據，完成一個字節(jié)8位數據的輸出。

1.3 LCD1602液晶顯示模塊

LCD1602屏幕可以顯示兩行字符，每行16個，總共32個字符。在電路設計時，引腳VSS接地，引腳VDD接5 V，引腳VEE接地。引腳RS（數據/指令寄存器選擇）、引腳R/W（讀/寫選擇）、引腳E（使能端）分別連接到AT89C51的P2端口的P2.0、P2.1、P2.2。引腳D0～D7（8位數據）直接連接到AT89C51的P0端口的P0.0～P0.7，這里使用上拉電阻RP1的目的是增加驅動能力。

圖3 LCD1602電路原理

LCD1602內部有一個80*8位的DDRAM緩沖區(qū)，字符顯示位與DDRAM地址的對應關系如表1所示。

表1 顯示位與DDRAM的對應關系

由表1可知，DDRAM第1行的地址從00H開始到27H結束，第2行的地址從40H開始到67H結束，每行40個地址，而LCD1602每行顯示16個字符，因此在編寫程序的時候，選用DDRAM的前16個地址即可，需要特別注意的是第2行地址是從40H開始的。如果要在LCD1602屏幕的某行某列顯示一個字符，就往某行某列對應的DDRAM地址寫入這個字符對應的ASCII碼，這時會發(fā)現(xiàn)液晶屏幕上并不能正常顯示出這個字符，原因就是必須在該地址的基礎上還要加上80H。比如，要在第2行第2列顯示電壓單位伏特的符號V，就要先將第2行第2列對應的DDRAM地址41H加上80H，即C1H，然后在C1H地址寫入V字符對應的ASCII碼0x56，這樣才能正常顯示，其他字符的顯示依此類推，不再贅述。

2 系統(tǒng)軟件設計

根據ADC0832的工作時序要求和LCD1602液晶顯示要求，該系統(tǒng)控制程序在MedwinV3.0開發(fā)軟件中用C51語言編寫完成，實現(xiàn)電壓表的測量功能。

2.1 主程序設計

主程序代碼設計如下。

2.2 A/D轉換子程序設計

A/D轉換子程序代碼設計如下。

2.3 LCD1602液晶顯示子程序設計

LCD1602液晶屏的驅動程序編寫較復雜，要弄清楚1602各個操作指令的用法和意義，操作指令包括顯示模式的設置、顯示開關控制、輸入模式控制、從DDRAM中讀取數據、對DDRAM進行寫數據、清屏、光標歸位設定、數據地址指針設置及LCD目前忙碌工作標志等［3］。其部分代碼設計如下。

3 仿真與結果分析

為了便于電壓測量結果的分析，在RV2兩端加一個虛擬電壓表，同時觀察虛擬電壓表和LCD1602顯示數值的大小，分別如圖4所示。

圖4 數字電壓表

在Medwin V3.0開發(fā)軟件中編寫程序、修改調試程序、編譯后生成十六進制HEX文件，打開Proteus電路設計圖，將其加載到AT89C51芯片中并啟動仿真按鈕以查看系統(tǒng)設計的仿真結果。根據分壓原理，改變滑動變阻器RV2的阻值大小，從而改變ADC0832輸入通道CH0的被測模擬電壓值，此時液晶LCD1602顯示的電壓值隨之改變，并精確到小數點后兩位。

經過多次測量可得：被測模擬電壓和模數轉換后的數字電壓之間誤差較小，約為10 mV，小于8位分辨率的電壓精度5 V/28≈19.53 mV。由此可見，測量精度高，滿足本設計要求。

4 小結

本文基于Proteus和MedWin V3.0設計了直流數字電壓表，在MedWin V3.0開發(fā)環(huán)境中編寫、調試單片機C51程序，編譯完成后生成HEX文件并將其加載到AT89C51芯片中，以便在Proteus仿真平臺上進行驗證。Proteus和MedWin V3.0聯(lián)合使用，不僅對單片機課程有較好的項目演示功能，而且對單片機項目的開發(fā)設計具有很大的實際意義。