基于Proteus和MedWin V3.0的直流数字电压表的设计

严 敏

（江苏旅游职业学院信息工程学院，江苏扬州225127）

数字电压表具有测量速度快、测量精度高及测量结果可视化等优点，已用于智能测量控制的某些领域［1-2］。本文设计的基于Proteus和MedWin V3.0直流数字电压表，以AT89C51为主控制器测量单通道模拟电压，在ADC0832模数转换后，输出数字电压值在LCD1602屏幕上实时显示。

1 系统硬件设计

1.1 设计总体结构

该设计使用单片机芯片AT89C51控制ADC0832进行模数转换，ADC0832输入被测0～5 V模拟电压，经模数转换后，输出的数字电压值介于0x00～0xFF之间。单片机读取ADC0832模数转换结果，进行数值量程变换，再送至液晶屏LCD1602实时显示，系统设计的总体结构如图1所示。

图1 系统的总体结构

1.2 A/D转换器ADC0832

设计电路时，将引脚VCC接5 V，将GND引脚接地，并将引脚CS（芯片选择使能）连接到微控制器AT89C51的P2.5端口，引脚CLK（时钟输入端子）连接到AT89C51的P2.6端口，引脚DI（数据信号输入）和引脚DO（数据信号输出）在通信期间不同时有效，并且与AT89C51的接口是双向的，所以将它们并联一起连接到AT89C51的P2.7端口，引脚CH0（模拟输入通道0）经过滑动变阻器连接到被测模拟电压，由于只测量一路电压，所以不使用引脚CH1（模拟输入通道1），如图2所示。当然，这里也可以将被测模拟电压连接到引脚CH1，不使用引脚CH0。

图2 ADC0832电路原理

当ADC0832不工作时，CS为高电平；当ADC082处于执行模数转换工作状态时，则将CS设置为低电平，并且保持低电平状态一直到模数转换完成。根据ADC0832的工作时序要求，DI必须在CLK的第1个脉冲的下降沿之前置为高电平，表示启动信号。DI在CLK第2、3个脉冲的下降沿之前分别输入1、0，选择CH0单通道；如果选择CH1单通道，这里DI应分别输入1、1。DI在CLK第3个脉冲的下降沿之后失效，此时DO开始有效。从CLK第4个脉冲下降沿开始一直到第11个脉冲下降沿结束，ADC0832从DO依次输出最高位数据直到最低位数据，完成一个字节8位数据的输出。

1.3 LCD1602液晶显示模块

LCD1602屏幕可以显示两行字符，每行16个，总共32个字符。在电路设计时，引脚VSS接地，引脚VDD接5 V，引脚VEE接地。引脚RS（数据/指令寄存器选择）、引脚R/W（读/写选择）、引脚E（使能端）分别连接到AT89C51的P2端口的P2.0、P2.1、P2.2。引脚D0～D7（8位数据）直接连接到AT89C51的P0端口的P0.0～P0.7，这里使用上拉电阻RP1的目的是增加驱动能力。

图3 LCD1602电路原理

LCD1602内部有一个80*8位的DDRAM缓冲区，字符显示位与DDRAM地址的对应关系如表1所示。

表1 显示位与DDRAM的对应关系

由表1可知，DDRAM第1行的地址从00H开始到27H结束，第2行的地址从40H开始到67H结束，每行40个地址，而LCD1602每行显示16个字符，因此在编写程序的时候，选用DDRAM的前16个地址即可，需要特别注意的是第2行地址是从40H开始的。如果要在LCD1602屏幕的某行某列显示一个字符，就往某行某列对应的DDRAM地址写入这个字符对应的ASCII码，这时会发现液晶屏幕上并不能正常显示出这个字符，原因就是必须在该地址的基础上还要加上80H。比如，要在第2行第2列显示电压单位伏特的符号V，就要先将第2行第2列对应的DDRAM地址41H加上80H，即C1H，然后在C1H地址写入V字符对应的ASCII码0x56，这样才能正常显示，其他字符的显示依此类推，不再赘述。

2 系统软件设计

根据ADC0832的工作时序要求和LCD1602液晶显示要求，该系统控制程序在MedwinV3.0开发软件中用C51语言编写完成，实现电压表的测量功能。

2.1 主程序设计

主程序代码设计如下。

2.2 A/D转换子程序设计

A/D转换子程序代码设计如下。

2.3 LCD1602液晶显示子程序设计

LCD1602液晶屏的驱动程序编写较复杂，要弄清楚1602各个操作指令的用法和意义，操作指令包括显示模式的设置、显示开关控制、输入模式控制、从DDRAM中读取数据、对DDRAM进行写数据、清屏、光标归位设定、数据地址指针设置及LCD目前忙碌工作标志等［3］。其部分代码设计如下。

3 仿真与结果分析

为了便于电压测量结果的分析，在RV2两端加一个虚拟电压表，同时观察虚拟电压表和LCD1602显示数值的大小，分别如图4所示。

图4 数字电压表

在Medwin V3.0开发软件中编写程序、修改调试程序、编译后生成十六进制HEX文件，打开Proteus电路设计图，将其加载到AT89C51芯片中并启动仿真按钮以查看系统设计的仿真结果。根据分压原理，改变滑动变阻器RV2的阻值大小，从而改变ADC0832输入通道CH0的被测模拟电压值，此时液晶LCD1602显示的电压值随之改变，并精确到小数点后两位。

经过多次测量可得：被测模拟电压和模数转换后的数字电压之间误差较小，约为10 mV，小于8位分辨率的电压精度5 V/28≈19.53 mV。由此可见，测量精度高，满足本设计要求。

4 小结

本文基于Proteus和MedWin V3.0设计了直流数字电压表，在MedWin V3.0开发环境中编写、调试单片机C51程序，编译完成后生成HEX文件并将其加载到AT89C51芯片中，以便在Proteus仿真平台上进行验证。Proteus和MedWin V3.0联合使用，不仅对单片机课程有较好的项目演示功能，而且对单片机项目的开发设计具有很大的实际意义。