本課題的任務(wù)是利用單片機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換器組成的系統(tǒng)測(cè)量0～5V的模擬電壓，并在數(shù)碼管上顯示出來(lái)，也就是制作一個(gè)能測(cè)量0～5V模擬電壓的簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表。在電路中，電流和阻抗均可通過(guò)線性電路轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，能夠測(cè)量電壓的系統(tǒng)即可測(cè)量電流和阻抗，在輸出結(jié)果時(shí)按比例計(jì)算就能夠得到相應(yīng)的電量的值，由此可以做成相應(yīng)的測(cè)量設(shè)備。任務(wù)提出任務(wù)簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表任務(wù)要求是實(shí)現(xiàn)一個(gè)模擬電壓表的功能，測(cè)量0～5V的輸入模擬電壓，并用數(shù)字方式進(jìn)行顯示。任務(wù)分析對(duì)單片機(jī)來(lái)說(shuō)，能處理的輸入量和輸出量都是數(shù)字信號(hào)（數(shù)字量），因而首先必須將輸入的模擬量變換為單片機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，常采用A/D轉(zhuǎn)換電路來(lái)將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。為了保證轉(zhuǎn)換穩(wěn)定，A/D轉(zhuǎn)換電路往往需要基準(zhǔn)電壓信號(hào)。數(shù)字電壓表以單片機(jī)為控制核心，讀入A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)，將其在數(shù)碼管上顯示出來(lái)。因此需要在單片機(jī)最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加A/D轉(zhuǎn)換電路和顯示器件及其驅(qū)動(dòng)電路，故整個(gè)系統(tǒng)的框圖如圖所示。溫度測(cè)量硬件系統(tǒng)框圖一、輸入通道概述在電子控制系統(tǒng)中，單片機(jī)往往需要對(duì)控制對(duì)象的過(guò)程參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。被監(jiān)測(cè)的過(guò)程參數(shù)通常是一種非電量的物理量，如溫度、壓力、載荷、位移等，這些物理量不能被單片機(jī)直接讀取。相關(guān)知識(shí)通常采用傳感器將被監(jiān)測(cè)的物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏浚瑐鞲衅靼摧敵鲂盘?hào)的性質(zhì)可分為輸出模擬信號(hào)的傳感器和輸出數(shù)字信號(hào)的傳感器兩大類。模擬信號(hào)傳感器輸出的電信號(hào)可以是電壓，也可以是電流電阻，輸出信號(hào)強(qiáng)度大小也不盡相同，往往需要對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行放大、濾波等處理，以便于單片機(jī)或模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對(duì)信號(hào)的利用。在同一個(gè)測(cè)控系統(tǒng)中，被檢測(cè)的參數(shù)可能有不止一個(gè)，考慮到單片機(jī)的工作速度快，物理量變化速度相對(duì)比較慢，對(duì)于多個(gè)模擬量的輸入，可以使用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)輪流處理各個(gè)被測(cè)量，如圖所示。輸入通道二、A/D轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)介能將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的電路，稱為A/D轉(zhuǎn)換器。1.直接A/D轉(zhuǎn)換器直接A/D轉(zhuǎn)換器通過(guò)基準(zhǔn)電壓與取樣保持電壓進(jìn)行比較，從而將模擬量直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。其特點(diǎn)是工作速度高，轉(zhuǎn)換精度容易保證，使用也比較方便。2.間接A/D轉(zhuǎn)換器間接A/D轉(zhuǎn)換器是將取樣后的模擬信號(hào)先轉(zhuǎn)換成時(shí)間t（即電壓—時(shí)間變換型，簡(jiǎn)稱V-T變換型）或頻率f（電壓—頻率變換型，簡(jiǎn)稱V-F變換型），然后再將t或f轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。3.A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)（1）分辨率和量化誤差。分辨率是指A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入模擬信號(hào)的分辨能力，是衡量A/D轉(zhuǎn)換器分辨輸入模擬量最小變化程度的技術(shù)指標(biāo)。（2）轉(zhuǎn)換速度。轉(zhuǎn)換速度是指A/D轉(zhuǎn)換器在每秒鐘內(nèi)所能完成的轉(zhuǎn)換次數(shù)，也可表述為轉(zhuǎn)換時(shí)間，即完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需時(shí)間，兩者互為倒數(shù)。（3）轉(zhuǎn)換精度。A/D轉(zhuǎn)換器的精度通常有兩種表示形式：絕對(duì)精度和相對(duì)精度。三、ADC0809簡(jiǎn)介ADC0809是CMOS型8路8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，包括8位的A/D轉(zhuǎn)換器、8通道多路轉(zhuǎn)換器、三態(tài)輸出鎖存緩沖器和與微處理器兼容的控制邏輯。8通道多路轉(zhuǎn)換器能直接連通8個(gè)單極性模擬信號(hào)中的任何一個(gè)。ADC0809片內(nèi)設(shè)置了帶有鎖存功能的8位模擬多路開(kāi)關(guān)，可對(duì)8路0~+5V的輸入模擬電壓信號(hào)分時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，片內(nèi)具有多路開(kāi)關(guān)的地址譯碼和鎖存電路、比較器、256R電阻T型網(wǎng)絡(luò)、樹(shù)狀電子開(kāi)關(guān)、逐次逼近寄存器SAR、控制與時(shí)序電路等。輸出具有TTL三態(tài)輸出鎖存緩沖器，可直接連到單片機(jī)數(shù)據(jù)總線上。ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。ADC0809轉(zhuǎn)換器邏輯框圖及引腳排列a)邏輯框圖

b)引腳排列1．ADC0809的主要特性（1）8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。線性誤差為±1LSB。（2）單一+5V電源供電，模擬輸入電壓范圍為0~+5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。（3）轉(zhuǎn)換速度取決于芯片時(shí)鐘頻率，時(shí)鐘頻率范圍為10~1280kHz，轉(zhuǎn)換需要64個(gè)時(shí)鐘脈沖。當(dāng)時(shí)鐘頻率為640kHz時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs；當(dāng)時(shí)鐘頻率為500kHz時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為130μs。2．ADC0809芯片引腳功能ADC0809芯片的邏輯框圖及引腳排列如上圖所示，器件的核心部分是8位A/D轉(zhuǎn)換器，它由比較器、逐次逼近寄存器、D/A轉(zhuǎn)換器及控制和定時(shí)5部分組成。3．ADC0809工作時(shí)序ADC0809工作時(shí)序如圖所示。ADC0809時(shí)序圖4．采用總線方式控制ADC0809的電路在如圖所示電路中，JK觸發(fā)器構(gòu)成一個(gè)二分頻器，使ALE的輸出頻率降低為1MHz后給ADC0809提供時(shí)鐘信號(hào)。ADC0809與AT89S51的總線連接方式一、硬件設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)分析，本任務(wù)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將輸入電壓轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送到單片機(jī)，由單片機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理后在數(shù)碼管上顯示出來(lái)。為了實(shí)現(xiàn)將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可以直接讀入的數(shù)字信號(hào)，在本任務(wù)中選擇8位模數(shù)轉(zhuǎn)換集成電路ADC0809作為系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器件。任務(wù)實(shí)施任務(wù)中要求在0~5V范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)測(cè)量，故A/D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓應(yīng)為5V及以上的電壓。本任務(wù)選擇TL431作為ADC0809的基準(zhǔn)電壓提供器件，并調(diào)節(jié)RP2使其輸出電壓為512V，目的是使ADC0809對(duì)應(yīng)的精度為0.02V。在本任務(wù)中，因ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機(jī)直接相連。為了更直觀地理解ADC0809的工作時(shí)序，本任務(wù)中采用普通I/O端口控制的方式進(jìn)行連接，沒(méi)有采用擴(kuò)展總線的連接方式。數(shù)字電壓表的電路原理圖二、軟件設(shè)計(jì)如上圖所示電路，要求單片機(jī)把輸出顯示和ADC0809的操作分時(shí)進(jìn)行。由于測(cè)量的直流電壓值用于顯示，測(cè)量電壓由電位器來(lái)提供，手動(dòng)調(diào)節(jié)的速度較慢，只要每秒讀取幾次即可，其間隔時(shí)間可以用來(lái)顯示數(shù)字，對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)流程如圖所示。數(shù)字電壓表的流程圖a)主程序

b)ADC0809數(shù)據(jù)讀入程序根據(jù)ADC0809的時(shí)序，可以確定ADC0809的操作步驟如下：1.初始化時(shí)，使START和OE信號(hào)全為低電平。2.將要轉(zhuǎn)換的通道地址送到A、B、C端口上，在ALE上加上鎖存脈沖。3.在START端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)。4.等待ADC0809轉(zhuǎn)換完畢。5.使OE為高電平，ADC0809的數(shù)據(jù)端將輸出轉(zhuǎn)換后的有效數(shù)據(jù)，單片機(jī)可以從端口中讀入數(shù)據(jù)。三、Proteus仿真1.打開(kāi)ProteusISIS軟件，按照硬件原理圖繪制Proteus仿真電路，仔細(xì)檢查，保證電路連接無(wú)誤。2.在Keil軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境下，