基于Proteus的A/D轉(zhuǎn)換仿真與實(shí)驗(yàn)

蘇神保

(湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410205)

?

基于Proteus的A/D轉(zhuǎn)換仿真與實(shí)驗(yàn)

蘇神保

(湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410205)

A/D(模數(shù))轉(zhuǎn)換在電子線路中通常是指將模擬連續(xù)變化的物理量經(jīng)過(guò)取樣、量化、編碼轉(zhuǎn)換為具有一定分辨率的離散數(shù)字信號(hào)的過(guò)程，且廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電子技術(shù)領(lǐng)域。Proteus是一種單片機(jī)及電子線路仿真軟件，本文探討了基于該軟件和ADC0804的A/D轉(zhuǎn)換仿真與實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證。

Proteus；ADC0804；A/D轉(zhuǎn)換；仿真；實(shí)驗(yàn)

A/D轉(zhuǎn)換亦稱(chēng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換，與數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換相反，是將連續(xù)的模擬量(如電壓、電流等)通過(guò)取樣、量化、編碼轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量。常用的轉(zhuǎn)換方式包括逐次逼近法、雙積分法、電壓頻率轉(zhuǎn)換法三種，其中以逐次逼近法最為常見(jiàn)。

A/D轉(zhuǎn)換的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，在傳感器、現(xiàn)代控制、通信及檢測(cè)技術(shù)等領(lǐng)域，為了獲得系統(tǒng)的某些性能參數(shù)，對(duì)信號(hào)的處理廣泛采用了數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)。由于系統(tǒng)的實(shí)際對(duì)象(如本文中的電壓)往往都是一些模擬量，要使計(jì)算機(jī)或數(shù)字儀表能夠識(shí)別并處理這些信號(hào)，必須首先將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。

Proteus軟件作為一種仿真能力極強(qiáng)的單片機(jī)及電子線路仿真軟件，廣泛應(yīng)用于高職院校電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)，具有形象直觀、調(diào)試方便、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)[1]，受到廣大師生的一致好評(píng)。本文以筆者在教學(xué)過(guò)程中的一個(gè)案例(A/D轉(zhuǎn)換)來(lái)闡述該軟件在實(shí)踐教學(xué)與實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。

1 Proteus軟件簡(jiǎn)介

Proteus軟件是來(lái)自英國(guó)Lab Center Electronics公司的EDA工具軟件，是一款功能較為全面的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，由便捷的電子系統(tǒng)仿真平臺(tái)軟件ISIS和高級(jí)的布線編輯軟件ARES構(gòu)成[2]。該軟件集原理圖設(shè)計(jì)、仿真和PCB設(shè)計(jì)于一體，是一款真正實(shí)現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的完整電子設(shè)計(jì)工具[3]，能夠滿足高職院校模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)原理與應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)等課程的教學(xué)需要。

將該軟件融入實(shí)踐教學(xué)中，能夠在硬件電路尚未完成的情況下實(shí)時(shí)仿真電路工作過(guò)程及結(jié)果，從而指導(dǎo)硬件電路設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)效率，節(jié)約開(kāi)發(fā)成本，提高學(xué)生的開(kāi)發(fā)興趣。

2 A/D轉(zhuǎn)換電路圖及原理

打開(kāi)Proteus軟件中的電子系統(tǒng)仿真平臺(tái)軟件ISIS軟件，在原理圖設(shè)計(jì)界面繪制如下電路圖，如圖1所示，圖中元器件名稱(chēng)及其所屬類(lèi)別如表1所示。

圖1 基于Proteus軟件繪制的A/D轉(zhuǎn)換電路圖

元件名類(lèi)別子類(lèi)別備注參數(shù)ADC0804DataConvertersA/DConverters模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片8位NE555AnalogICsTimes時(shí)基芯片7SEG-BCDOptoelectronics7-SegmentDisplays顯示器POT-HGResistorsVariable電位器1kΩMINRES10KResistors0.6WMetalFilm電阻CAPCapacitors無(wú)電容器10nF等

該電路主要由兩個(gè)部分組成，一部分是由NE555構(gòu)成的多諧振蕩器，為ADC0804提供自動(dòng)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，手動(dòng)狀態(tài)下可以用按鈕開(kāi)關(guān)代替。另外一部分則是由ADC0804構(gòu)成的A/D轉(zhuǎn)換部分，通過(guò)BCD數(shù)碼管顯示轉(zhuǎn)換結(jié)果(0-F)。ADC0804為單通道差分輸入8位A/D轉(zhuǎn)換器件，其分辨率為28=256。

該輸入模擬電壓值可由如下公式(1)計(jì)算得到：

(1)

其中，MSB代表8位轉(zhuǎn)換結(jié)果的前4位，LSB代表8位轉(zhuǎn)換結(jié)果的后4位，Vref表示參考電壓值，Vref/2管腳懸空狀態(tài)下取電源電壓值，即最大轉(zhuǎn)換輸入電壓值[4]，在本案例中與ADC0804工作電壓5 V相等。Dsample表示ADC轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制值，Dmax表示分辨率，此處為256。

3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程與驗(yàn)證

電路圖繪制完畢后，仔細(xì)檢查相關(guān)電氣特性，確認(rèn)無(wú)誤后按F12快捷鍵執(zhí)行該轉(zhuǎn)換過(guò)程，調(diào)節(jié)電位器RP1并記錄輸入電壓探針電壓值與BCD數(shù)碼管顯示數(shù)值，并填入表2。

表2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換實(shí)例，闡述了利用Proteus軟件實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的原理及過(guò)程，實(shí)驗(yàn)效果明顯。由此可見(jiàn)，把Proteus等電路設(shè)計(jì)與仿真軟件引入實(shí)踐教學(xué)，可以大大提高實(shí)踐教學(xué)效率，節(jié)省教育教學(xué)資源[5]。且Proteus仿真軟件在虛擬電子線路運(yùn)行方面的功能十分強(qiáng)大，為廣大電子愛(ài)好者提供了一個(gè)很好的設(shè)計(jì)平臺(tái)，本文所做的工作在電子線路設(shè)計(jì)等方面具有一定的現(xiàn)實(shí)意義[6]。

[1] 陳駿蓮.PROTEUS7.1在電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2009(3)：65-68.

[2] 吳小花.基于Proteus的電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011(15)：174-176.

[3] 張占強(qiáng)，孟克其勞.基于Proteus的多波形信號(hào)發(fā)生器仿真設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2013(3)：15-19.

[4] 陳軍，連玉平，茍雙全.基于Proteus的單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)及仿真[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2012(2)：141-142.

[5] 胡彬，邢鵬康.基于Proteus的多路搶答器的設(shè)計(jì)與仿真[J].武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008(15)：66-69.

[6] 蘇神保.基于Proteus的測(cè)頻儀設(shè)計(jì)與仿真[J].儀器儀表用戶，2016(7)：24-25.

Simulation and Experiment of A/D Conversion Based on Proteus

Su Shenbao

(HunanVocationalCollegeofCommerce,ChangshaHunan410205,China)

A/d (analog to digital) conversion in the electronic circuit is generally refers to the physical quantity of analog continuous changes after sampling,quantization,encoding conversion to a certain resolution of the discrete digital signal process,which is widely used in the field of modern electronic technology.Proteus is a MCU and electronic circuit simulation software.This paper discusses the simulation and experiment of A/D conversion based on the Proteus and ADC0804,and the experimental results are verified.

Proteus; ADC0804; A/D conversion; simulation; experiment

2016-07-15

蘇神保(1982-)，男，湖北監(jiān)利人，講師，碩士，研究方向：電子與通信，實(shí)驗(yàn)室管理等。

1674-4578(2016)05-0031-02

TM935.133

A