单片机直流数字电压表的设计

严世胜，钟承尧

（海南师范大学 物理与电子工程学院，海南 海口571158）

单片机直流数字电压表的设计

严世胜，钟承尧

（海南师范大学 物理与电子工程学院，海南 海口571158）

设计了一种以AT89C51单片机为核心，以ADC0809芯片为模数转换，液晶显示器OCMC2X16A为显示部分的二路输入直流数字电压表.经过仿真和实际电路测试，其测量精度高，扩展功能强，性能可靠，价格又低廉，有很好的应用前景.

单片机；模数转换；液晶显示器；电压表

数字电压表是一种结构比较简单，应用十分广泛的测量仪表，近年来越来越多地应用在电压测量场合；因此，对其测量精度、可靠性和可维护性的要求也越来越高.

数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础，电压表的数字化是将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示，具有清晰直观、读数准确、扩展功能强等特点.这有别于传统的指针加刻度盘进行读数的方法，避免了读数的视觉差和视觉疲劳.目前数字电压表的内部核心部件是A/D转换器，A/D转换器的精度很大程度上影响着数字电压表的测量准确度［1］.作者设计的A/D转换器采用ADC0809，把输入的模拟信号转换成数字信号，控制核心AT89C51对转换的结果进行运算和处理，最后输出驱动液晶显示屏OCMC2X16A显示被测数字电压信号.

1 电路

设计的硬件电路包括单片机 AT89C51、模数转换ADC0809、液晶显示屏OCMC2X16A等部分，系统结构见图1.

1.1 单片机AT89C51控制电路

控制电路是包括复位和振荡电路的单片机最小系统（见图2）［2］.

1.2 模数转换电路

ADC0809的连接电路见图2.ADC0809除含有8位逐次逼近型A/D转换器外，还有8通道多路转换器和3位地址锁存和译码器，以实现对8路输入模拟量的选择.当地址锁存允许信号ALE有效时，将3位地址ADDC～ADDA锁入地址锁存器中，经译码器选择8路模拟量中的一路通过8位A/D转换器转换输出.输出端具有三态输出锁存缓冲器，受输出允许信号OE的控制，当该信号为高电平时，打开输出缓冲器三态门，转换结果输出到数据总线上；当该信号为低电平时，输出数据线呈高阻态.ADC0809是CMOS工艺芯片，允许的电源范围较宽（5～15 V）.当该芯片采用单5 V电源工作时，模拟信号输入范围为0～5 V，输出可与TTL兼容.时钟信号 CLOCK最高允许值为 640 kHz，ADC0809的转换速度在最高时钟频率下为100 μs左右.当地址锁存信号ALE＝1期间，通道选择的地址（ADDA，ADDB，ADDC）存入地址锁存器；在ALE＝0地址锁存.启动信号START上升沿复位ADC0809，下降沿启动A/D转换.EOC为输出的转换结束信号，正在转换时为0，转换结束时为1.一旦EOC为高即可将OE置为1，打开输出三态门，从ADC0809输出本次转换结果［3-4］.

图2 系统电路原理图Fig.2 Circuit principle diagraMof systen

1.3 液晶显示器电路

测量结果采用金鹏电子有限公司的液晶显示屏OCMC2X16A显示.OCMC2X16A是蓝屏带LED背光显示、2行显示32个字符的模块［5］，通过图2中的可调电阻RW1来调节背光的强度.模块组件内部主要由 LCD显示屏（LCD PANEL）、控制器（CONTROLLER）、驱动器（DRIVER）和偏压产生电路构成.

液晶显示屏 LCD的数据端口 D0～D7接AT89C51的P1端口，控制端口RS、RW、E分别接单片机的P2.1、P2.2、P2.3端口，连接电路见图2.

2.1 程序流程图

程序流程见图3.

2 程序设计

图3 程序流程图Fig.3 FloWchart of the program

2.2 部分程序

主要是研制二路输入直流数字电压表，待测电压是0～9.99 V和0～99.99 V，分别输入ADC0809进行模数转换.输入ADC0809的电压不能大于5 V，所以要经过分压电阻R2、R3、R4进行分压，分压电路见图2.

从ADC0809数据端口取出来的数据是 0～255，代表电压0～9.99 V或0～99.99 V，通过单片机AT89C51内编写好的C语言程序［6］来完成计算工作，并把测量的电压值还原显示出来.以下是部分程序：

3 实验测试

3.1 测试仪器

测试所用的仪器主要有直流稳压电源1台、数字万用表1个和计算机1台等.

3.2 测试结果及分析

在仿真实验结果正确的情况下，完成了硬件电路的制作.硬件电路测试结果见表1.

表1 测试结果Tab.1 Test results

［18］Connell E L，Colmer T D，Walker D I.Radial oxygen loss froMintact roots of Halophila ovalis as a function of distance behind the root tip and shoot illuMination[J]. Aquat Bot，1999，63：219-228.

［19］Christine L，O liver H，Michael H.Environmental factors regulating the radial oxygen loss froMroots of MyriophylluMspicatuMand Potamogeton crispus[J].Aquatic Botany，2006，84：333-340.

［20］Armstrong J，Armstrong W.Rice and PhragMites：Effects of O rganic Acids on GroWth，Root Permeability，and Radial Oxycen Loss to the Rhizosphere[J].American Journal of Botany，2001，88（8）：1359-1370.

［21］Norio T K Y T.Effect of broken dead culms of Phragmites australis on radial oxygen loss in relation to radiation and temperature[J].Hydrobiologia，2007，583：165-172.

［22］Colmer T D.Long-distance transport of gases in plants：a perspective on internal aeration and radial oxygen loss froMroots[J].Plant Cell Environ，2003，26：17-36.

［23］Armstrong J，Armstrong W，Beckett P M.PhragMites australis：Venture-and huMidity-induced pressure flows enhance rhizome aeration and rhizosphere oxidation[J]. NeWPhytol，1992，120：197-207.

［24］Armstrong J，Armstrong W.Rice：sulfide-induced barriers to root radial oxygen loss，Fe2+and water uptake，and lateral root emergence[J].Annals of Botany，2005，96：625-638.

［25］Kirk G J D，Bajita J B.Root-induced iron oxidation，pH changes and zinc solubilisation in the rhizosphere of loWland rice[J].NeWPhytologist，1995，131：129-137.

［26］Kirk G J D.Plant-mediated processes to acquire nutrients：nitrogen uptake by rice plants[J].Plant and Soil，2001，232：129-134.

［27］章永松，林咸永，罗安程.水稻根系泌氧对水稻土磷素化学行为的影响[J].中国水稻科学，2000，14（4）：208-212.

［28］Gilbert B，Fenzel P.R ice roots and methane oxidation：the activity of bacteria，their distribution and the Microenvironment[J].Soil Biology and BiocheMistry，1998，30：1903-1916.

［29］成水平，夏宜净.香蒲、灯心草人工湿地的研究Ⅱ：净化污水的空间[J].湖泊科学，1998，10（1）：62-66.

［30］邓泓，叶志鸿，黄铭洪.湿地植物根系泌氧的特征[J].华东师范大学学报：自然科学版，2007（6）：69-76.

［31］刘永，杨俊兴，皮娜，等.三种不同泌氧能力的红树植物对铅、锌、铜的耐性研究[J].生态科学，2008，27（5）：433-435.

责任编辑：毕和平

［14］Litani-Barzilai I，Bulatov V，Schechter I.Detector Based on Time-Resolved Ion-Induced Voltage in Laser Multiphoton Ionization and Laser-Induced Fluorescence[J]. Anal ChiMActa，2004（501）：151-156.

［15］Lukeš V，Aquino A，Lischka H.Theoretical Study of Vibrational and Optical Spectra of Methylene-Bridged O ligofluorenes[J].J Phys CheMA，2005，109：10232-10238.

责任编辑：毕和平

Design of SCMDC Digital Voltmeter

YAN Shisheng，ZHONG Chengyao
（College of Physics and Electronic Engineering，Hainan Normal University，Haikou 571158，China）

A 2-input DC digital voltmeter was designed，which used SCMAT89C51 as the core，chip ADC0809 for the analog-digital conversion，and LCD OCMC2X16A as the display section.After simulation and practical circuit testing，the voltmeter has high accuracy，powerful expansion function，reliable performance，and loWprice.So it will has a good prospect of application.

SCM；Analog-Digital Conversion；LCD；Voltmeter

TM933.2

A

1674-4942（2010）01-0044-03

2009-06-12