采用ADC0809設(shè)計(jì)的數(shù)字電壓表

ADC0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。目前僅在單片機(jī)初學(xué)應(yīng)用設(shè)計(jì)中較為常見。因此本文介紹了一種數(shù)字電壓表，其采用了ADC0809來進(jìn)行電壓的采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換，用AT89S52單片機(jī)來做控制單元，進(jìn)行電壓的測(cè)量和顯示。

1.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)構(gòu)成

該系統(tǒng)主要包括幾大模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、控制模塊、顯示模塊、按鍵模塊等。采用AT89S52作為控制模塊，ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換模塊的核心，ADC0809本身具有8路模擬量輸入端口，通過C、B、A，3位地址輸入端，能從8路中選擇一路進(jìn)行轉(zhuǎn)換。如每隔一段時(shí)間依次輪流改變3位地址輸入端的地址，就能依次對(duì)8路輸入電壓進(jìn)行測(cè)量。LED數(shù)碼管的顯示采用軟件譯碼動(dòng)態(tài)顯示，通過按鍵模塊的操作可以選擇8路循環(huán)顯示，也可以選擇某條單路顯示。

1.2數(shù)據(jù)采集電路

數(shù)據(jù)采集電路是系統(tǒng)的主要組成部分，ADC0809具有8路模擬量輸入通道IN0~IN7，通過3位地址輸入端C、B、A（引腳23~25）進(jìn)行選擇。引腳22為地址鎖存控制端ALE，當(dāng)輸入為高電平時(shí)，C、B、A引腳輸入的地址鎖存于ADC0809內(nèi)部鎖存器中，經(jīng)內(nèi)部譯碼電路譯碼選中相應(yīng)的模擬通道。引腳6為啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制端START，當(dāng)輸入一個(gè)2 μs寬的高電平脈沖時(shí)，就啟動(dòng)ADC0809開始對(duì)輸入通道的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。引腳7為A/D轉(zhuǎn)換器，當(dāng)開始轉(zhuǎn)換時(shí)，EOC信號(hào)為低電平，經(jīng)過一段時(shí)間，轉(zhuǎn)換結(jié)束，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC輸出高電平，轉(zhuǎn)換結(jié)果存放于ADC0809內(nèi)部的輸出數(shù)據(jù)寄存器中。引腳9腳為A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許控制端OE，當(dāng)OE為高電平時(shí)，存放于輸出數(shù)據(jù)鎖存器中的數(shù)據(jù)通過ADC0809的數(shù)據(jù)線D0~D7輸出。引腳10為ADC0809的時(shí)鐘信號(hào)輸入端CLOCK.在連接時(shí)，ADC0809的數(shù)據(jù)線D0~ D7與AT89S52的P1口相連接，ADC0809的地址引腳、地址鎖存端ALE、啟動(dòng)信號(hào)START、數(shù)據(jù)輸出允許控制端OE分別與AT89S51的P3口相連接，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC與AT89S52的P3.2相連接。時(shí)鐘信號(hào)輸入端CLOCK信號(hào)，由單片機(jī)的地址鎖存信號(hào)ALE得到，采集電路如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)采集電路

2.軟件設(shè)計(jì)

2.1主程序

主程序包含初始化部分，調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序和調(diào)用顯示子程序，如圖2所示。

圖2 主程序流程圖

初始化部分包含存通道數(shù)據(jù)緩沖區(qū)初始化和顯示緩沖區(qū)初始化。另外，對(duì)于單路顯示和循環(huán)顯示，系統(tǒng)設(shè)置了一個(gè)初始標(biāo)志位。

初始化時(shí)標(biāo)志位設(shè)置為0，默認(rèn)為循環(huán)顯示，當(dāng)它為1時(shí)，則單路顯示，標(biāo)志位通過外部按鍵控制。

2.2數(shù)據(jù)處理子程序

ADC0809轉(zhuǎn)換之后輸出的結(jié)果是8位二進(jìn)制數(shù)。由公式（1）可知，當(dāng)ADC0809輸出為（111111111）時(shí)，輸入電壓值VI=5.00V;當(dāng)ADC0809輸出為（00000000）時(shí)，輸入電壓值為VI=0.00V;當(dāng)ADC0809輸出為（10000000）時(shí)，輸入電壓值VI=2.50V.由于單片機(jī)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算時(shí)結(jié)果只取整數(shù)部分，因此當(dāng)輸出為（10000000）時(shí)計(jì)算出的電壓值VI=2.00V，很不準(zhǔn)確。為了提高精確度，必須把小數(shù)部分保留，具體方法是：如果小數(shù)點(diǎn)后保留兩位，在運(yùn)算的時(shí)候分子乘以100，保留三位就乘以1000;本設(shè)計(jì)是在小數(shù)點(diǎn)后保留兩位，運(yùn)算方式如公式（2）。

VI=Dout /255×5 （1）

VI=Dout/255×5×100=Dout×100/51 （2）

由式（2）可知當(dāng)ADC0809輸出為（10000000）時(shí)，單片機(jī)運(yùn)算結(jié)果為250;然后由單片機(jī)將250除以10得到商為25，余數(shù)為0，再將25除以10得到商為2，余數(shù)為5;由此得到較為精確的數(shù)值。

結(jié)語

實(shí)現(xiàn)了采集8路數(shù)據(jù)，并將結(jié)果在四位一體數(shù)碼管上進(jìn)行滾動(dòng)顯示或單獨(dú)顯示的功能，測(cè)量的最小分辨率為0.019V;該數(shù)字電壓表具有電路簡(jiǎn)單，成本低等優(yōu)點(diǎn)，可以方便地進(jìn)8路A/D轉(zhuǎn)換量的測(cè)量，并可選擇在數(shù)碼管上滾動(dòng)顯示或單路顯示的不同工作模式。
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