基于ADC0809、AT89S51的数字电压测量系统设计

汕头市林百欣科学技术中等专业学校 李新海

基于ADC0809、AT89S51的数字电压测量系统设计

汕头市林百欣科学技术中等专业学校 李新海

本文针对普通电压表在测量过程中显示不够清晰、测量范围窄、抗干扰能力弱等缺点，结合生产实际情况，利用ADC0809有8路模拟量输入，并将模拟量输入转换成数字量显示出来的功能，同时用单片机芯片AT89S51设计电路，结合A/D 转换器以及由它们构成的直流数字电压表的工作原理，从而实现0-10V的电压测量，该测量系统具有读数准确、测量范围宽、和微功耗等优点。

数字电压表；ADC0809；AT89S51；电压测量

0　引言

随着现代化科学技术的日益普及，社会对电子测量也就相应的有更高的要求，时代的发展要求工作人员必须在精细测量的基础上实现多样化的功能。在微电子技术迅速发展的当今社会，集成电路固然是以多种形态出现。在复杂多变的测量控制仪表领域中，单片机正引领着新的技术革命。由此笔者认为，基于ADC0809、AT89S51的数字电压测量系统设计的研究对我国电子测量技术的未来发展和进一步探索具有重大意义。针对普通电压表在测量过程中显示不够清晰、测量范围窄、抗干扰能力弱等缺点，结合生产实际情况，因此需要一个具有读数准确、测量范围宽、扩展能力强、集成度高和微功耗等优点数字电压表。

1　数字电压表系统电路设计分析

系统基于ADC0809的电压测量系统主要由硬件设计和软件设计两大部分组成。硬件部分主要由AT89C51单片机、ADC0809模数转换器、四位一体的LED数码管和模拟量采集系统搭建。其中AT89C51单片机起控制作用，控制外围电路的工作，ADC0809模数转换器是本次设计的关键器件，它用来将连续的模拟量转化为不连续的数字量，四位一体的LED数码管用来显示转化来的数字电压值。软件部分通过对单片机C语言MCS-51编程实现。

图1　系统的原理框图

2　数字电压表系统的设计

数字电压表系统是否能正常工作取决于硬件和软件的相互作用，因此，在进行设计时要充分考虑到所用到的软件以及硬件的各自特点，实现相互融合，保证整个综合系统能正常稳定的工作。

2.1硬件设计

2.1.1ADC0809芯片的工作原理及应用说明

ADC0809有8 条模拟量输入通道，其要求的电压范围是0－5V，信号极性为单极性，如果电压信号低于要求，不可工作，需将电压信号进行放大后维持稳定。另外，ADC0809在工作的过程中，输入的模拟量不可产生高频率变化，模拟量在不断转换过程中要尽量保持不变，如果出现模拟量变化过快的情况，需要设计者在输入模拟量之前采取相应的措施。ADC0809有4条输入和控制线，高电平的ALE线才能锁存地址线的地址信号，并将被选中的模拟量进行转换，而低电平则不行，低电平的ALE线无法破译输入模拟量，也就无法完成后续的转换工作。

ADC0809有11条数字量输出及控制线。在其结构原理图中，ST代表的是转换启动信号。其中，在输出转换的过程中，ST是处于低电平状态的，ST下跳是A/D 转换的信号，ST上跳则表示系统自动将所有内部寄存器清零。EOC与ST完全相反，其是转换结束信号。EOC需要在高电平环境下实现其功能，即当EOC为高电平时，表示转换结束，当EOC为低电平时，表示A/D 转换正在进行。ST和EOC是转换信号，而OE是一个输出信号，其表示单片机输出转换得到的数据，当OE=0时，表示输出数据线呈高阻状态，而当OE=1时，则表示转换数据的过程正在进行。因为ADC0809在工作的过程中无法自给需要的时钟信号，所以CLK作为时钟输入信号线的作用十分重大，其稳定电业频率为500KHZ，不宜过高，亦不宜过低，通常由VREF（＋）和VREF（－）为整个系统提供电压，一般情况下，两者中正极连接VDD ，负极接地。

2.1.2液晶显示部分

液晶显示部分图如图2所示。

图2　液晶显示部分图

采用液晶1602，能够16*02即32个字符（16列2行）。1602采用标准的16脚接口，其中：

第1脚：VSS为电源地。

第2脚：VDD接5V电源正极。

第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端。

第4脚：RS为寄存器选择。

第5脚：RW为读写信号线。

第6脚：E（或EN）端为使能端。

第7-14脚：D0-D7为8位双向数据端。

第15-16脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。

2.1.3 切换通道电路部分

AD0809 转换器有IN0－IN7共8 条模拟量输入通道；电路功能测量时，用两个大的按键开关来切换通道，实现测量。其中，一个是通过手按按键来切换，另一个按下则实现是自动顺序切换，切换通道的电路图如图3所示。

图3　切换通道电路图

2.2软件设计

2.2.1程序设计流程图

根据设计要求，结合硬件电路，在输入模拟信号时采用电阻分压，最终价的采样输入电压只有实际输入电压的二分之一，所以在变下程序时，要编写一段数据调整程序，其中还应注意硬件显示电路采用了液晶显示，液晶显示的频率有一定的要求，这就要求再编写程序时，还要考虑到显示子程序。

程序设计流程图如图4所示：

图4　程序设计流程图

2.2.2应用程序设计

设计者在编写具体工作程序时，根据电压测量系统的实际情况设计跳转指令，形成“自我保护”，避免意外情况出现造成单片机系统的无故损坏。当CPU接到中断请求信号并予以响应后，CPU把当前的PC内容压入栈中进行保护，然后转入响应的中断服务程序。

AD0809时钟脉冲信号 本方案中，采用软件定时的方式，该单片机的时钟频率为12MHZ，1个机器周期时间为1us，可以计算出计数初值：TC=65536-5，即有TH0=(65536-5)/256；TL0=(65536-5)%256；定时器T0以定时方式1完成定时。

3　测试结果分析

（1）电压测量：由测量可知该表测量电压较准确，与万用表有一定的差异应是分压电阻和切换开关的导通电阻引起的。

（2）切换量程测试：由测量可知切换量程功能能够实现。

（3）测试数据分析：液晶显示的电压值与用万用表测得的数据如下表格：

测量次数　1　2　3　4　5　6　7　8显示数据　2.50V　3.49V　4.97V　5.48V　6.98V　7.49V　8.01V　9.97V测量数据　2.49V　3.52V　4.99V　5.52V　6.99V　7.47V　8.02V　9.97V

（4）误差计算：

显示数据的平均值=(2.50+3.49+4.97+5.48+6.98+7.49+8.01+9.97) /8=6.1112

测量数据的平均值=(2.49+3.52+4.99+5.52+6.99+7.47+8.02+9.97) /8=6.1213

误差值=(6.1112-6.1213)/6.1112=0.16%

所以，在误差允许的范围内可以认为，测试结果还是比较准确的。

4　结束语

在利用ADC0809进行电压的精确测量的过程中，笔者虽然遇到了一系列的各种棘手的问题，但最终还是基本达到了实现提高产品质量的目的。在笔者的精心设计下，参数设定合理，设备选型匹配，整个测量过程不仅操作方便，而且能大大提高生产效率，能为实现提高产品精度的目标贡献一份力量。

注释：

①江思敏,姚鹏翼,胡荣.PROTEL电路设计教程[M].北京:清华大学出版社,2003.

②[英]A.M.L鲁特金.常用电子测量仪器的使用[M].北京:电子工业出版社,1999.

③刘浩斌,汪良能,刘炜.数字电路与逻辑设计[M].北京:电子工业出版社,2001.

④沙占友,沙占为.数字万用表的原理、使用与维修[M].北京：电子工业出版社,1988.

⑤王贤勇,赵传申.单片机原理与接口技术应用教程[M].北京：清华大学出版社,2004.

⑥宋浩,田丰.单片机原理及应用[M].北京：北京交通大学出版社,2005.

⑦张培仁.基于C语言编程MCS-51单片机原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2003.

[1]江思敏,姚鹏翼,胡荣.PROTEL电路设计教程[M].北京:清华大学出版社,2003.

[2][英]A.M.L鲁特金.常用电子测量仪器的使用[M].北京:电子工业出版社,1999.

[3刘浩斌、汪良能、刘炜.数字电路与逻辑设计[M].北京:电子工业出版社,2001.

[4]沙占友,沙占为.数字万用表的原理、使用与维修[M].北京:电子工业出版社,1988.

[5]王贤勇,赵传申.单片机原理与接口技术应用教程[M].北京:清华大学出版社,2004.

[6]宋浩,田丰.单片机原理及应用[M].北京:北京交通大学出版社,2005.

[7]张培仁.基于C语言编程MCS-51单片机原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2003.

李新海（1980—），男，广东罗定人，工学学士，电子电工讲师，现工作于广东汕头林百欣科学技术中等专业学校，主要从事电子、通信、通讯及自动化等课程教学研究工作。