基于ADC0809、AT89S51的數字電壓測量系統設計

汕頭市林百欣科學技術中等專業學校 李新海

基于ADC0809、AT89S51的數字電壓測量系統設計

汕頭市林百欣科學技術中等專業學校 李新海

本文針對普通電壓表在測量過程中顯示不夠清晰、測量范圍窄、抗干擾能力弱等缺點，結合生產實際情況，利用ADC0809有8路模擬量輸入，并將模擬量輸入轉換成數字量顯示出來的功能，同時用單片機芯片AT89S51設計電路，結合A/D 轉換器以及由它們構成的直流數字電壓表的工作原理，從而實現0-10V的電壓測量，該測量系統具有讀數準確、測量范圍寬、和微功耗等優點。

數字電壓表；ADC0809；AT89S51；電壓測量

0　引言

隨著現代化科學技術的日益普及，社會對電子測量也就相應的有更高的要求，時代的發展要求工作人員必須在精細測量的基礎上實現多樣化的功能。在微電子技術迅速發展的當今社會，集成電路固然是以多種形態出現。在復雜多變的測量控制儀表領域中，單片機正引領著新的技術革命。由此筆者認為，基于ADC0809、AT89S51的數字電壓測量系統設計的研究對我國電子測量技術的未來發展和進一步探索具有重大意義。針對普通電壓表在測量過程中顯示不夠清晰、測量范圍窄、抗干擾能力弱等缺點，結合生產實際情況，因此需要一個具有讀數準確、測量范圍寬、擴展能力強、集成度高和微功耗等優點數字電壓表。

1　數字電壓表系統電路設計分析

系統基于ADC0809的電壓測量系統主要由硬件設計和軟件設計兩大部分組成。硬件部分主要由AT89C51單片機、ADC0809模數轉換器、四位一體的LED數碼管和模擬量采集系統搭建。其中AT89C51單片機起控制作用，控制外圍電路的工作，ADC0809模數轉換器是本次設計的關鍵器件，它用來將連續的模擬量轉化為不連續的數字量，四位一體的LED數碼管用來顯示轉化來的數字電壓值。軟件部分通過對單片機C語言MCS-51編程實現。

圖1　系統的原理框圖

2　數字電壓表系統的設計

數字電壓表系統是否能正常工作取決于硬件和軟件的相互作用，因此，在進行設計時要充分考慮到所用到的軟件以及硬件的各自特點，實現相互融合，保證整個綜合系統能正常穩定的工作。

2.1硬件設計

2.1.1ADC0809芯片的工作原理及應用說明

ADC0809有8 條模擬量輸入通道，其要求的電壓范圍是0－5V，信號極性為單極性，如果電壓信號低于要求，不可工作，需將電壓信號進行放大后維持穩定。另外，ADC0809在工作的過程中，輸入的模擬量不可產生高頻率變化，模擬量在不斷轉換過程中要盡量保持不變，如果出現模擬量變化過快的情況，需要設計者在輸入模擬量之前采取相應的措施。ADC0809有4條輸入和控制線，高電平的ALE線才能鎖存地址線的地址信號，并將被選中的模擬量進行轉換，而低電平則不行，低電平的ALE線無法破譯輸入模擬量，也就無法完成后續的轉換工作。

ADC0809有11條數字量輸出及控制線。在其結構原理圖中，ST代表的是轉換啟動信號。其中，在輸出轉換的過程中，ST是處于低電平狀態的，ST下跳是A/D 轉換的信號，ST上跳則表示系統自動將所有內部寄存器清零。EOC與ST完全相反，其是轉換結束信號。EOC需要在高電平環境下實現其功能，即當EOC為高電平時，表示轉換結束，當EOC為低電平時，表示A/D 轉換正在進行。ST和EOC是轉換信號，而OE是一個輸出信號，其表示單片機輸出轉換得到的數據，當OE=0時，表示輸出數據線呈高阻狀態，而當OE=1時，則表示轉換數據的過程正在進行。因為ADC0809在工作的過程中無法自給需要的時鐘信號，所以CLK作為時鐘輸入信號線的作用十分重大，其穩定電業頻率為500KHZ，不宜過高，亦不宜過低，通常由VREF（＋）和VREF（－）為整個系統提供電壓，一般情況下，兩者中正極連接VDD ，負極接地。

2.1.2液晶顯示部分

液晶顯示部分圖如圖2所示。

圖2　液晶顯示部分圖

采用液晶1602，能夠16*02即32個字符（16列2行）。1602采用標準的16腳接口，其中：

第1腳：VSS為電源地。

第2腳：VDD接5V電源正極。

第3腳：V0為液晶顯示器對比度調整端。

第4腳：RS為寄存器選擇。

第5腳：RW為讀寫信號線。

第6腳：E（或EN）端為使能端。

第7-14腳：D0-D7為8位雙向數據端。

第15-16腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負極。

2.1.3 切換通道電路部分

AD0809 轉換器有IN0－IN7共8 條模擬量輸入通道；電路功能測量時，用兩個大的按鍵開關來切換通道，實現測量。其中，一個是通過手按按鍵來切換，另一個按下則實現是自動順序切換，切換通道的電路圖如圖3所示。

圖3　切換通道電路圖

2.2軟件設計

2.2.1程序設計流程圖

根據設計要求，結合硬件電路，在輸入模擬信號時采用電阻分壓，最終價的采樣輸入電壓只有實際輸入電壓的二分之一，所以在變下程序時，要編寫一段數據調整程序，其中還應注意硬件顯示電路采用了液晶顯示，液晶顯示的頻率有一定的要求，這就要求再編寫程序時，還要考慮到顯示子程序。

程序設計流程圖如圖4所示：

圖4　程序設計流程圖

2.2.2應用程序設計

設計者在編寫具體工作程序時，根據電壓測量系統的實際情況設計跳轉指令，形成“自我保護”，避免意外情況出現造成單片機系統的無故損壞。當CPU接到中斷請求信號并予以響應后，CPU把當前的PC內容壓入棧中進行保護，然后轉入響應的中斷服務程序。

AD0809時鐘脈沖信號 本方案中，采用軟件定時的方式，該單片機的時鐘頻率為12MHZ，1個機器周期時間為1us，可以計算出計數初值：TC=65536-5，即有TH0=(65536-5)/256；TL0=(65536-5)%256；定時器T0以定時方式1完成定時。

3　測試結果分析

（1）電壓測量：由測量可知該表測量電壓較準確，與萬用表有一定的差異應是分壓電阻和切換開關的導通電阻引起的。

（2）切換量程測試：由測量可知切換量程功能能夠實現。

（3）測試數據分析：液晶顯示的電壓值與用萬用表測得的數據如下表格：

測量次數　1　2　3　4　5　6　7　8顯示數據　2.50V　3.49V　4.97V　5.48V　6.98V　7.49V　8.01V　9.97V測量數據　2.49V　3.52V　4.99V　5.52V　6.99V　7.47V　8.02V　9.97V

（4）誤差計算：

顯示數據的平均值=(2.50+3.49+4.97+5.48+6.98+7.49+8.01+9.97) /8=6.1112

測量數據的平均值=(2.49+3.52+4.99+5.52+6.99+7.47+8.02+9.97) /8=6.1213

誤差值=(6.1112-6.1213)/6.1112=0.16%

所以，在誤差允許的范圍內可以認為，測試結果還是比較準確的。

4　結束語

在利用ADC0809進行電壓的精確測量的過程中，筆者雖然遇到了一系列的各種棘手的問題，但最終還是基本達到了實現提高產品質量的目的。在筆者的精心設計下，參數設定合理，設備選型匹配，整個測量過程不僅操作方便，而且能大大提高生產效率，能為實現提高產品精度的目標貢獻一份力量。

注釋：

①江思敏,姚鵬翼,胡榮.PROTEL電路設計教程[M].北京:清華大學出版社,2003.

②[英]A.M.L魯特金.常用電子測量儀器的使用[M].北京:電子工業出版社,1999.

③劉浩斌,汪良能,劉煒.數字電路與邏輯設計[M].北京:電子工業出版社,2001.

④沙占友,沙占為.數字萬用表的原理、使用與維修[M].北京：電子工業出版社,1988.

⑤王賢勇,趙傳申.單片機原理與接口技術應用教程[M].北京：清華大學出版社,2004.

⑥宋浩,田豐.單片機原理及應用[M].北京：北京交通大學出版社,2005.

⑦張培仁.基于C語言編程MCS-51單片機原理與應用[M].北京:清華大學出版社,2003.

[1]江思敏,姚鵬翼,胡榮.PROTEL電路設計教程[M].北京:清華大學出版社,2003.

[2][英]A.M.L魯特金.常用電子測量儀器的使用[M].北京:電子工業出版社,1999.

[3劉浩斌、汪良能、劉煒.數字電路與邏輯設計[M].北京:電子工業出版社,2001.

[4]沙占友,沙占為.數字萬用表的原理、使用與維修[M].北京:電子工業出版社,1988.

[5]王賢勇,趙傳申.單片機原理與接口技術應用教程[M].北京:清華大學出版社,2004.

[6]宋浩,田豐.單片機原理及應用[M].北京:北京交通大學出版社,2005.

[7]張培仁.基于C語言編程MCS-51單片機原理與應用[M].北京:清華大學出版社,2003.

李新海（1980—），男，廣東羅定人，工學學士，電子電工講師，現工作于廣東汕頭林百欣科學技術中等專業學校，主要從事電子、通信、通訊及自動化等課程教學研究工作。