基于AT89C51单片机的数字电压表PROTEUS软件仿真设计
摘要：本设计以AT89C51单片机为核心，以逐次比较型A/D转换器ADC0809、七段数码管为主体，构造了一款简易的数字电压表，能够实现同时测量8路0.00～5.00V的直流电压，最小分辨率为0.02V。
关键词：AT89C51、ADC0809、七段数码管
1引言
数字电压表的基本工作原理是利用A/D转换电路将待测的模拟信号转换成数字信号，通过相应换算后将测试结果以数字形式显示出来的一种电压表。较之于一般的模拟电压表，数字电压表具有精度高、测量准确、读数直观、使用方便等优点。
在测量仪器中，电压表是必须的，而且电压表的好坏直接影响到测量精度。具有一个精度高、转换速度快、性能稳定的电压表才能符合测量的要求。为此，我们设计了数字电压表，此设计主要由A/D转换器和单片机AT89C51构成，A/D转换器在单片机的控制下完成对模拟信号的采集和转换功能，最后由数码管显示采集的电压值。
电压表的数字化测量，关键在于如何把随时连续变化的模拟量转化成数字量，完成这种转换的电路叫模数转换器（A/D）。数字电压表的核心部件就是A/D转换器，由于各种不同的A/D转换原理构成了各种不同类型的DVM。一般说来，A/D转换的方式可分为两类：积分式和逐次逼近式。
积分式A/D转换器是先用积分器将输入的模拟电压转换成时间或频率，再将其数字化。根据转化的中间量不同，它又分为U-T（电压-时间）式和U-F（电压-频率）式两种。
逐次逼近式A/D转换器分为比较式和斜坡电压式，根据不同的工作原理，比较式又分为逐次比较式及零平衡式等。斜坡电压式又分为线性斜坡式和阶梯斜坡式两种。
在高精度数字电压表中，常采用由积分式和比较式相结合起来的复合式A/D转换器。本设计以AT89C51单片机为核心，以逐次比较型A/D转换器ADC0809、七段数码管为主体，构造了一款简易的数字电压表，能够实现测量8路0.00～5.00V的电压，最小分辨率为0.02V。
2总体方案设计
2.1方案一：由数字电路及芯片构建。
这种设计方案是由模拟电路与数字电路两大部分组成，模拟部分包括输入放大器、A/D转换器和基准电压源；数字部分包括计数器、译码器、逻辑控制器、振荡器和显示器。其中，A/D转换器是它的核心器件，它将输入的模拟量转换成数字量。模拟电路和数字电路是相互联系的，由逻辑控制电路产生控制信号，按规定的时序将A/D转换器中几组模拟开关接通或断开，保证A/D转换正常进行。A/D转换结果通过计数译码电路变换成段码，最后驱动显示器显示出相应的数值。此方案设计的优点是设计成本低，能够满足一般的电压测量。但设计不灵活，都是采用纯硬件电路，很难将其在原有的基础上进行扩展。
2.2方案二：由单片机系统及A/D转换芯片构建。
这种方案是利用单片机系统与模数转换芯片、显示模块等的结合构建数字电压表。由于单片机的发展已经成熟，利用单片机系统的软硬件结合，可以组装出许多的应用电路来。此方案的原理是模/数（A/D）转换芯片的基准电压源，被测量电压输入端分别输入基准电压和被测电压。模/数（A/D）转换芯片将被被测量电压输入端所采集到的模拟电压信号转换成相应的数字信号，然后通过对单片机系统进行软件编程，使单片机系统能按规定的时序来采集这些数字信号，通过一定的算法计算出被测量电压的值。最后单片机系统将计算好了的被测电压值按一定的时序送入显示电路模块加以显示。此方案不仅能够继承方案一的各种优点，还能改进方案一设计的不灵活，可以在原有的基础上进行扩展。
综合比较以上两种设计方案的各方面的优点及现在所设计的电压表的实用性，选择第二种电压表的设计方案，及由单片机及数字芯片构建的方法来实现数字电压表的设计。
1) 设计思路
设计主要采用AT89C51单片机芯片和ADC0809模/数转换芯片来完成一个简易的数字电压表，能够对输入的8路0V～5V的模拟直流电压进行测量，并通过四位LED数码管进行显示，测量误差小于0.02 V。设计电路主要通过ADC0809芯片的模拟电压输入端输入的0V～5V的模拟量电压，产生相应的数字量经过其输出通道D0～D7传送给AT89C51芯片的P0口。该电压表的测量电路主要由四个模块组成：A/D转换模块、数据处理及控制模块、显示控制模块。A/D转换主要由芯片ADC0809来完成，主要负责把输入的模拟量转换为相应的数字量再传送到数据处理模块，数据处理则由单片机AT89C51来完成，其负责把ADC0809传送来的数字量经数据处理后，产生相应的显示码送到显示模块进行显示，显示模块主要由四位LED数码管组成，完成显示测量到的电压值。
目录
一、毕业设计任务书………………………………………………………………1
二、毕业设计调研报告………………………………………………………………2
三、毕业设计说明书…………………………………………………………………4
1 引言……………………………………………………………………………4
2 总体方案设计…………………………………………………………………4
2.1方案一：………………………………………………………………4
2.2方案二：………………………………………………………………4
3 硬件电路设计…………………………………………………………………5
3.1单片机AT89C51介绍…………………………………………………5
3.1.1 AT89C51芯片主要性能参数…………………………………5
3.1.2功能介绍……………………………………………………6
3.1.3 芯片管脚介绍及分配 ………………………………………6
3.2 A/D转换模块设计……………………………………………………8
3.2.1 A/D转换器的介绍……………………………………………8
3.2.2 ADC0809的介绍………………………………………………9
3.2.3转换器ADC0809与单片机的接口电路……………………13
3.3显示模块设计………………………………………………………15
3.3.1显示器的选择……………………………………………15
3.3.2显示器与单片机接口电路…………………………16
3.4 复位电路和时钟电路………………………………………………16
3.4.1复位电路………………………………………………16
3.4.2时钟电路………………………………………………17
4 软件设计……………………………………………………………………17
4．1程序流程…………………………………………………………18
4．1．1系统主程序流程图………………………………………18
4．1．2各子程序流程图…………………………………………19
4．2程序……………………………………………………………21
4．2．1主程序……………………………………………………21
4．2．2 各子程序…………………………………………………21
5软硬件系统的调试…………………………………………………………23
5.1硬件电路的调试…………………………………………………23
5.2 PROTEUS软件仿真…………………………………………………23
5.2.1 PROTEUS软件简介………………………………………23
5.2.2 KEIL简介……………………………………………………24
5.3软件调试……………………………………………………24
5.3.1显示结果及误差分析………………………………………25
6 附录…………………………………………………………………………28
7参考文献……………………………………………………………………29
四、毕业设计总结……………………………………………………………………30
五、英文翻译…………………………………………………………………………32
参考文献
1、《单片机应用技术》 王静霞 电子工业出版社.
2、《单片机接口技术》 杜伟略 西安电子科技大学出版社.
3、《ATMEL89系列单片机的原理与开发实践》 欧阳文 中国电力出版社.
3月
4、苗红霞.单片机实现数字电压表的软硬件设计[J] .河海大学常州分校学报，2002，（03）.
5、宋凤娟，孙军，李国忠.基于AT89C51单片机的数字电压表设计[J] .工业控制计算机，2007，(04).
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