基于Proteus的多通道数据采集系统仿真设计.doc

1、基于 Proteus 的多通道数据采集系统仿真设计摘 要本文详细介绍了基于 Proteus 的多通道数据采集系统仿真设计，系统以 AT89C51 单片机为控制核心，使用模数转换芯片 ADC0808采集可调电阻输出电压（模拟电压、电流、温度、湿度等传感器输出电压） ，通过按键完成各路切换选择，显示部分使用数码管接口控制芯片MAX7219 控制 4 个 7 段 LED 实时显示各路电压值，完成多通道数据采集系统的仿真设计。 关键词Proteus；单片机；ADC0808；MAX7219；仿真 中图分类号：TN927.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0282-02 1

2、 引言 目前控制系统趋于数字化设计，常以微控制器如单片机、DSP 等为控制核心，进行数字化处理，而通过传感器获得的各种外部环境参数以模拟形式存在，例如：电压、电流、温度、湿度等，要对这些信号进行数字处理，须使用模数转换器将其转化为数字量后才能被微控制器识别。 本文介绍了一种基于 Proteus 的多通道数据采集系统，系统使用AT89C51 单片机控制 ADC0808 多通道 A/D 转换器采集传感器提供的电压信号（用可调电阻模拟） ，并通过数码管进行实时显示。 2 多通道数据采集系统仿真设计 Proteus 是英国 Labcenter 公司开发的电路分析与实物仿真软件，是一款完整的嵌入式系统软

3、硬件设计仿真平台，它运行于 Windows 操作系统，提供仿真分析用的多种模拟与数字集成电路模型，并能进行 PCB 设计2。 2.1 仿真系统的总体框架 仿真系统的总体框架如图 1 所示。系统由数据采集模块、数据显示模块、通道切换选择模块以及控制中心组成。数据采集模块由 ADC0808及外围电路组成，实现 8 通道模拟量采集转换；数据显示模块由 MAX7219及 4 位 7 段数码管组成，实时显示当前通道电压值；通道切换选择模块由按键组成，通过按键选择切换当前要处理的通道；控制中心是 AT89C51单片机，完成整个仿真系统控制。 2.2 ADC0808 芯片介绍 ADC0808 是 8 位 8

4、 通道逐次逼近型模数转换器，其中 IN0IN7 是 8个模拟信号输入端，其输入范围由电源和基准决定；ADDA、ADDB、ADDC为模拟通道地址选择信号，二进制 000111 与 IN0IN7 一一对应；ALE为地址锁存信号，START 为 AD 转换启动信号，其上升沿对寄存器清零，下降沿启动 AD 转换，在使用时 ALE 常与 START 短接，用一个 IO 控制；CLOCK 为时钟信号，要求不能超过 600KHz；EOC 为转换结束标志，高电平有效；OE 为输出使能信号，高定平有效；2-12-7 对应转换的 8 位数据15。 2.3 MAX7219 芯片介绍 MAX7219 是美信公司推出的

5、 3 线串行共阴极数码管驱动器，一个芯片可以驱动 8 个 7 段数码管或者 64 发光二极管。 MAX7219 是标准的 3 线 SPI 串行接口，LOAD 引脚是片选信号，低电平有效；DIN 是芯片数据线引脚，控制命令与数据由此引脚输入；CLK 是芯片的时钟引脚，在每一个 CLK 时钟上升沿把有命令和数据组成的 16 位数据一位一位移入芯片寄存器；DIG0DIG7 是芯片的数据输出引脚，对应 7 段数码管的为选引脚；SEGASEGH 对应 7 段数码管的每一段，即AH；ISET 是电流控制引脚，通过外部电阻决定电流大小；DOUT 是串行数据输出引脚，方便实现多片 MAX7219 的级联34。

6、 3 仿真系统硬件电路设计 仿真系统硬件电路设计如图 2 所示。 A/D 转换芯片的 8 位数据接口与 AT89C51 的 P1 口连接，模拟通道选择地址线 ADDA、ADDB、ADDC 分别与 AT89C51 的 P2.0、P2.1、P2.2 连接，通过按键 K1、K2 完成通道选择切换；时钟信号连接到 P2.3 口，通过单片机定时器提供 ADC0808 时钟信号；启动信号和转换结束信号分别与P2.4、P2.5 连接；电压基准 Vref+连接 5V，Vref-接地，这样 ADC 转换范围 05V。 MAX7219 的片选引脚、时钟引脚以及串行数据输入引脚分别于单片机的 P0.1、P0.2、P

7、0.0 相连，通过单片机模拟 3 线 SPI 时序控制 MAX7219实现对 4 位一体共阴极数码管驱动。 两个按键 K1、K2 分别与单片机的外部中 INT0 与 INT1 两连接，这样能够更快相应按键命令。 4 系统软件设计 软件采用 C 语言编写，在 Keil C 上进行开发，将生成的 Hex 文件下载到 Proteus 中进行调试6。系统软件流程图如图 3 所示。 通过按键 K1、K2 触发外部中断 0、1，在中断函数中置按键标志位；主函数以查询的方式获取按键设置的通道号，启动 ADC0808，采集对应通道模拟信号，并将通道号与电压值在数码管上显示。 5 总结 本文借助嵌入式仿真软件

8、Proteus 设计了多通道数据采集系统，用可调电阻分压产生不同电压值模拟控制系统中常见的电压、电流、温度、湿度等环境参数，使用 8 通道 A/D 转化器 ADC0808 进行模数转换，并将转换结果实时显示在数码管上。通过仿真清晰直观的观察的系统运行结果，为后续实际设计提供有力保障。 参考文献 1 高荣杰.基于 Proteus 的单片机 AD 转换仿真J.计算机与现代化，2009（11）：154-155. 2 廖振俭.基于 Proteus 的单片机多通道数据实时采集显示系统仿真设计J.第十届工业仪表与自动化学术会议，2009：131. 3 杨晓玲.MAX7219 在管道热熔焊机中的应用J.仪器仪表学报，2007（8）：143. 4 MAX7219 Users Guide. MAXIM Integrated Products.2003. 5 ADC0808 Users Guide. Texas Instruments Inc.1998. 6 张齐，杜群贵.单片机应用系统设计技术基于 C 语言编程M.北京：电子工业出版社，2004.