基于Proteus的LCD数字电压表的设计与仿真

【摘要】 本文中数字电压表的控制系统采用AT89C51单片机，A/D转换器采用ADC0809为主要硬件，实现数字电压表的硬件电路与软件设计。该系统的数字电压表电路简单，所用的元件较少，成本低，调节工作可实现自动化。还可以方便地进行8路A/D转换量的测量，远程测量结果传送等功能。数字电压表可以测量0～5V的8路输入电压值，并在LCD液晶显示屏上显示出来。

【关键词】 单片机 数字电压表 A/D转换器 液晶显示屏

一、总体框图

设计电压表的总体框图如图1所示。被测电压经A/D转换器转换由模拟值变为数字值，在单片机的逻辑控制下输出到液晶屏上显示出来。

图1 电压表总体框图

二、电压表硬件设计

本设计要实现基于单片机的LCD电压表，计划以51单片机为核心，以ADC0809为A/D转换器，实现模拟电压的数字化测量及显示。输入电压为直流电压，设计电压表的显示位数为3?位，工作电压为5V，最大测量值为5V，测量速率约为2.5次/秒，准确度±0.1%，分辨率0.05%，显示容量16×2个字符。

采用ADC0809作为A/D转换器，AT89S51单片机作为控制部分，把测得的模拟电压值经A/D转换后显示在液晶显示屏上。设计中用ADC0809进行8路数据的采样。

该电压表可测量0～5V直流电压，通过电位器调节产生，显示位数3?位，工作电压5V。A/D转换器将采集到的电压值进行A/D转换后，输出到AT89S51的P2口，再由AT89S51的P3口将电压值送入液晶显示器显示出来。

三、A/D转换模块程序设计

ADC0809 START端为A/D转换启动信号，ALE端为通道选择地址的锁存信号。实验电路中将其相连，以便同时锁存通道地址并开始A/D采样转换。

ADC0809是8位A/D芯片，数字量表示最大为16进制#FFH，也就是10进制的255.5V对应的是255数字量，3V就是255×3/5。每个数字量表示的模拟量为5/255V，约0.02V，也就是说精度（最小分辨率）为0.02V。如果想提高精度，可以适当降低基准电压。例如降为3V，精度就可以达到0.0118V，但是超过3V的就没有办法表示了。因此，实际电压值应等于测量到的数值乘以5，然后除以255。

本设计中，把AT89S51的P0.0～P0.3作为控制端，P3口作为A/D转换数据的接收端。

四、液晶显示模块程序设计

4.1 1602的初始化设置

控制器内部设有一个数据地址指针，用户可以通过它们来访问全部80字节RAM。

4.2 1602的初始化过程

1602的初始化过程即复位过程。液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符。初始化过程如下：

写指令38H：显示模式设置；写指令08H：显示关闭；写指令01H：显示清屏；写指令06H：显示光标移动设置；写指令0CH：显示开关及光标设置。

4.3数据采集部分

中断方式使用EOC信号作为向AT89C51的中断申请。在主程序中，向ADC发出首次启动转换信号。当检测到EOC的请求后，转去执行中断服务程序，读取转换结果，并启动下一次转换，后继续执行。

五、模块的仿真

利用C51语言设计波形产生程序，并采用Proteus进行模块化仿真，仿真图如下图2所示。

图2 电压表仿真结果图

当改变连接在AD转换器上的滑动变阻器时，模拟电压源的电压发生了变化，液晶显示屏上的电压也随之改变（两者的值基本上是一致的，准确度±0.1%）。

六、结束语

数字电压表对A/D转换的速度要求不高，因此采用了精度、速度、价格适中的逐次逼进式A/D转换方式。在实时性要求不高的应用领域中，是一种低价格，高性能的A/D转换方法，达到了设计要求。

在本次设计中，通过使用Proteus绘制电路图，制图绘制流程图，汇编语言编写程序，程序运行完毕后，电压表的显示屏上就可以显示出电压数值来。调节电位器，显示数值就会发生变化。

刚开始总是无法正确显示出实际电压值来。后来经过调试，并根据ADC0809的转换特性，修改了程序。再调节电位器的时候，电压表的就可以正确显示实际电压值了。电压表的最小显示值是0V，最大显示值是5V，这与设计目的是一致。电压表显示的电压值精确到小数点后2位，精度为0.02V，一秒钟内大约可以测量2次电压值。液晶显示屏上显示出电压值后，断开电源，再接通电源时，还是会出现电压值，经过实验才发现，是忘了擦除实验板上的程序而引起的，每次擦除程序后，再复位就可以清屏了。

张玲丽，1980，女，汉族，硕士研究生，讲师，主要研究方向：通信技术

电话18071753047， QQ：46763348

湖北省武汉市洪山区珞瑜东路剑桥春天34-804

参 考 文 献

[1]周润景，张丽娜，刘映群.PROTEUS入门使用教程.机械工业出版社.2007

[2]马俊，刘晓林.智能键盘字符输入及LCD显示系统设计.2009

[3]柳金龙.浅谈数字电压表的特点.北京：中国计量，2004

[4]王韬.3位半积分式A/D转换DC电压表.北京：电子世界，2002