基于Proteus的LCD數字電壓表的設計與仿真

【摘要】 本文中數字電壓表的控制系統采用AT89C51單片機，A/D轉換器采用ADC0809為主要硬件，實現數字電壓表的硬件電路與軟件設計。該系統的數字電壓表電路簡單，所用的元件較少，成本低，調節工作可實現自動化。還可以方便地進行8路A/D轉換量的測量，遠程測量結果傳送等功能。數字電壓表可以測量0～5V的8路輸入電壓值，并在LCD液晶顯示屏上顯示出來。

【關鍵詞】 單片機 數字電壓表 A/D轉換器 液晶顯示屏

一、總體框圖

設計電壓表的總體框圖如圖1所示。被測電壓經A/D轉換器轉換由模擬值變為數字值，在單片機的邏輯控制下輸出到液晶屏上顯示出來。

圖1 電壓表總體框圖

二、電壓表硬件設計

本設計要實現基于單片機的LCD電壓表，計劃以51單片機為核心，以ADC0809為A/D轉換器，實現模擬電壓的數字化測量及顯示。輸入電壓為直流電壓，設計電壓表的顯示位數為3?位，工作電壓為5V，最大測量值為5V，測量速率約為2.5次/秒，準確度±0.1%，分辨率0.05%，顯示容量16×2個字符。

采用ADC0809作為A/D轉換器，AT89S51單片機作為控制部分，把測得的模擬電壓值經A/D轉換后顯示在液晶顯示屏上。設計中用ADC0809進行8路數據的采樣。

該電壓表可測量0～5V直流電壓，通過電位器調節產生，顯示位數3?位，工作電壓5V。A/D轉換器將采集到的電壓值進行A/D轉換后，輸出到AT89S51的P2口，再由AT89S51的P3口將電壓值送入液晶顯示器顯示出來。

三、A/D轉換模塊程序設計

ADC0809 START端為A/D轉換啟動信號，ALE端為通道選擇地址的鎖存信號。實驗電路中將其相連，以便同時鎖存通道地址并開始A/D采樣轉換。

ADC0809是8位A/D芯片，數字量表示最大為16進制#FFH，也就是10進制的255.5V對應的是255數字量，3V就是255×3/5。每個數字量表示的模擬量為5/255V，約0.02V，也就是說精度（最小分辨率）為0.02V。如果想提高精度，可以適當降低基準電壓。例如降為3V，精度就可以達到0.0118V，但是超過3V的就沒有辦法表示了。因此，實際電壓值應等于測量到的數值乘以5，然后除以255。

本設計中，把AT89S51的P0.0～P0.3作為控制端，P3口作為A/D轉換數據的接收端。

四、液晶顯示模塊程序設計

4.1 1602的初始化設置

控制器內部設有一個數據地址指針，用戶可以通過它們來訪問全部80字節RAM。

4.2 1602的初始化過程

1602的初始化過程即復位過程。液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符。初始化過程如下：

寫指令38H：顯示模式設置；寫指令08H：顯示關閉；寫指令01H：顯示清屏；寫指令06H：顯示光標移動設置；寫指令0CH：顯示開關及光標設置。

4.3數據采集部分

中斷方式使用EOC信號作為向AT89C51的中斷申請。在主程序中，向ADC發出首次啟動轉換信號。當檢測到EOC的請求后，轉去執行中斷服務程序，讀取轉換結果，并啟動下一次轉換，后繼續執行。

五、模塊的仿真

利用C51語言設計波形產生程序，并采用Proteus進行模塊化仿真，仿真圖如下圖2所示。

圖2 電壓表仿真結果圖

當改變連接在AD轉換器上的滑動變阻器時，模擬電壓源的電壓發生了變化，液晶顯示屏上的電壓也隨之改變（兩者的值基本上是一致的，準確度±0.1%）。

六、結束語

數字電壓表對A/D轉換的速度要求不高，因此采用了精度、速度、價格適中的逐次逼進式A/D轉換方式。在實時性要求不高的應用領域中，是一種低價格，高性能的A/D轉換方法，達到了設計要求。

在本次設計中，通過使用Proteus繪制電路圖，制圖繪制流程圖，匯編語言編寫程序，程序運行完畢后，電壓表的顯示屏上就可以顯示出電壓數值來。調節電位器，顯示數值就會發生變化。

剛開始總是無法正確顯示出實際電壓值來。后來經過調試，并根據ADC0809的轉換特性，修改了程序。再調節電位器的時候，電壓表的就可以正確顯示實際電壓值了。電壓表的最小顯示值是0V，最大顯示值是5V，這與設計目的是一致。電壓表顯示的電壓值精確到小數點后2位，精度為0.02V，一秒鐘內大約可以測量2次電壓值。液晶顯示屏上顯示出電壓值后，斷開電源，再接通電源時，還是會出現電壓值，經過實驗才發現，是忘了擦除實驗板上的程序而引起的，每次擦除程序后，再復位就可以清屏了。

張玲麗，1980，女，漢族，碩士研究生，講師，主要研究方向：通信技術

電話18071753047，QQ：46763348

湖北省武漢市洪山區珞瑜東路劍橋春天34-804

參 考 文 獻

[1]周潤景，張麗娜，劉映群.PROTEUS入門使用教程.機械工業出版社.2007

[2]馬俊，劉曉林.智能鍵盤字符輸入及LCD顯示系統設計.2009

[3]柳金龍.淺談數字電壓表的特點.北京：中國計量，2004

[4]王韜.3位半積分式A/D轉換DC電壓表.北京：電子世界，2002