赵巧妮（1.西南交通大学，四川成都，610031；2.湖南铁道职业技术学院，湖南株洲，412001）



基于Proteus 仿真软件的DVM电路的仿真与设计

赵巧妮1，2
（1.西南交通大学，四川成都，610031；2.湖南铁道职业技术学院，湖南株洲，412001）

摘要：基于AT89C51单片机设计的数字电压表，可测试0—5V的电压值。电路采用AD转换芯片ADC0809将模拟测试电压信号转换为数字信号，并送入单片机中处理后，结合Proteus仿真软件在四位LED数码管上显示被测的电压值。

关键词：AT89C51 ADC0809 Proteus 数字电压表

0 引言

Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件，由于其仿真功能的强大，是目前较好的仿真单片机及其外围期间的工具。

数字电压表，简称DVM，是如今应用极为广泛、高性能价格比，广受测试工作者欢迎的最基本电子测量仪器。数字电压表具有高准确度、高可靠性、高分辨率、高性价比的优良特性，得到了人们的喜爱。利用Proteus仿真软件结合keil编程软件设计一款数字电压表，可直观的显示出被测电压的大小。

1 数字电压表指标

（1）直流电压：0—5V

（2）转换时间：100us

（3）精度：0.02V

2 电路方案

图1 电路系统框图

将要待测的模拟电压信号转换为数字信号并准确显示在LED显示屏上，需要单片机最小系统电路（单片机、时钟电路、复位电路）、显示电路和A/D转换电路，如图1所示。

3 硬件电路设计

硬件电路图如图2所示，包括了最小系统电路、显示电路、A/D转换电路。

3.1 最小系统电路

单片机的最小系统电路包括时钟电路、复位电路，时钟电路由如图2中的单片机AT89C51、电容（C1、C2）、晶振X1构成，晶振振荡频率为12M，为单片机提供工作时钟，则单片机工作的机器周期为1uS。

复位电路由图2中的电阻Rf、电容C3和按键组成。按下按键则手动给单片机复位，上电后通过电阻Rf、电容C3分压给单片机的 9脚输入高电平复位信号，即满足上电复位条件，保证单片机能正常工作。

3.2 A/D转换电路

A/D转换电路是数字电压表的核心部分，A/D转换需要经过采样、保持、量化和编码四个步骤，选择的A/D芯片决定了数字电压表的测试指标，依据指标选择ADC0808转换芯片来完成AD转换工作。

ADC0808有8个模拟量的输入端IN0~IN7，可由3个通道地址选择输入ADDC~ADDC依次编码决定哪个输入端有效。

每次模拟转换完成后输出8位数字量D0~D7，送入单片机的P0口，这个位数8决定了数字电压表的精度，计算如下：

精度=最大值/2N=5/28=0.019（V）

对比设定要求的精度要求，符合要求。

AD0808芯片的时钟端CLK频率取值范围为10KHZ~1280KHZ，频率的值决定了AD转换的时间，将时钟频率设为12.5KHz，即周期为80uS，半个周期为40 uS。可用单片机的定时器TO来给ADC0809做时钟信号，定时器TO定时40 uS ，经74LS74D触发器的输入端D与/Q相连，二分频后输出频率为12.5KHz的时钟信号，通过单片机的P3.3口输出。

启动A/D转换端START接P3.0口，转换结束信号端EOC接P3.2口，输出允许信号端OE接P3.1口，通道地址锁存允许信号端ALE接START接P3.0K口。

A/D转换电路由ADC0809转换芯片、74LS74D触发器、模拟电压信号RV1构成，如图2所示，芯片接5V的电源电压。

3.3 显示电路

为了节省成本，显示电路选用4位一体的共阳数码管来显示测量的电压值，单片机的I/O口不能直接驱动数码管，所以用4 个NPN三极管Q1--Q4来做驱动电路。数码管的引脚较多，不能直接与单片机的I/O口连接，故数码管的显示利用人眼的惰性采用动态扫描分时显示。

数码管4个公共端1，2，3，4 分别接驱动电路中三极管中的发射极，单片机的P2.4—P2.7接三极管驱动电路的基极，为数码管电路的位控端。当P2.4—P2.7中任意端为输出高电平时，对应三极管Q1—Q4导通，数码管的公共端为高电平，即数码管的共阳数码管的位控端有效，其中一位数码管显示相应的数字，其对应电路图如图2中所示。

4 软件设计

软件设计包括主程序和各个子程序。主程序包含初始化部分，调用A/D转换子程序，调用数据处理子程序和调用显示子程序，初始化部分包含存通道数据缓冲区初始化和显示缓冲区初始化。主程序流程图如图3所示。各个子程序中A/D转换为核心部分，流程图如图4所示。

4.1 主程序流程图

4.2 A/D转换步骤

图2 硬件电路图

（1）初始化：使ST和OE信号全为低电平。

（2）设置ADC0809的IN0为通道地址；

（3）在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。

（4）A/D转换是否完毕：当EOC变为高电平时，转换完毕，此时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机。

5 仿真结果测试

采集电压从0-5V连续变化，记录被测试电压的显示数值，记录在表格1中。部分仿真结果如图5所示。

表1 仿真结果测试表

图3 主程序流程图

图4 A/D子程序流程图

6 结束语

将测试值对比仿真结果可知，误差较小，系统较稳定。验证了单片机AT89C51为核心控制器结合ADC0809转 换 器设计的数字电压表电路是正确可行的。该系统的数字电压表电路简单，所用的元件较少，成本低。

参考文献

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［5］ 王永祥 双通道数据采集数字电压表的Proteus仿真设计 自动化与仪器仪表 ［J］ ［J］2015.12︰182（185）

Design and Simulation of DVM circuit based Proteus

Zhao Qiaoni1，2
（1.SouthWest JiaoTong University，Si Chuan，Chengdu，610031；2.Hunan Railway Professional Technology College，Zhuzhou，412001）

Abstract：The digital voltmeter is designed by AT89C51 single-chip，which can test the voltage of 0-5V.It is used AD converter chip ADC0809 to transform analog signal into digital signal.The digital signal is sent into the microcontroller to be processed and is displayed on four LED digital with the Proteus simulation software.

Keywords：AT89C51；ADC0809；Proteus；DVM

中图分类号：TP 319

文献标识码B

基金项目：湖南省教育厅课题：基于模糊控制的机车雨刮控制器的设计（14C0754）

作者简介

赵巧妮 女，生于1982年，湖南铁道职业技术学院讲师，学历研究生，研究方向为电子技术，传感器技术

图5 部分仿真测试结果