【正文】 ??????????????????35結(jié)束語 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????36參考文獻(xiàn) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????37致 謝 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????387第一章 緒論 引言近年來隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)領(lǐng)域的滲透和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，由于它具有功能強(qiáng)，體積小，功耗低，價(jià)格便宜，工作可靠，使用方便等特點(diǎn)，因此越來越廣泛地應(yīng)用各個(gè)領(lǐng)域. 本文的電子鐘系統(tǒng)是以單片機(jī)（AT89C51）為核心，時(shí)鐘芯片 DS130數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)芯片 MAX7219 等元器件組成。具體介紹應(yīng)用 Proteus 的 ISIS 軟件進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)的電子鐘設(shè)計(jì)與仿真的實(shí)現(xiàn)方法。該方法既能準(zhǔn)確驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是否滿足技術(shù)要求,又能提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量,降低開發(fā)成本,具有推廣價(jià)值。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，以及移動(dòng)通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，單片機(jī)從 4 位、8 位、16 位到 32 位，其發(fā)展歷程一直受到廣大電子愛好者的極大關(guān)注。單片機(jī)功能越來越強(qiáng)大，價(jià)格卻不斷下降的優(yōu)勢(shì)無疑成為嵌入式系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的首選，同時(shí)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大也使得更多人加入到基于單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)行列中，推動(dòng)著單片機(jī)技術(shù)的創(chuàng)新進(jìn)步。然而傳統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)除了需要購置諸如仿真器、編程器、示波器等價(jià)格不菲的電子設(shè)備外，開發(fā)過程也較繁瑣。來自英國 Labcenter Electronics 公司的 Proteus 軟件很好地詮釋了利用現(xiàn)代 EDA 工具方便快捷開發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。它包括 PROTEUS VSM（Virtual System Modelling）、PROTEUS PCB DESIGN 兩大組成部分，在 PC 機(jī)上就能實(shí)現(xiàn)原理圖電路設(shè)計(jì)、電路分析與仿真、單片機(jī)代碼級(jí)調(diào)試與仿真、系統(tǒng)測(cè)試與功能驗(yàn)證以及形成 PCB 文件的完整嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研發(fā)過程。單片機(jī)系統(tǒng)作為一種典型的嵌入式系統(tǒng)，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程設(shè)計(jì)兩個(gè)方面, 其調(diào)試過程一般分為軟件調(diào)試、硬件測(cè)試、系統(tǒng)調(diào)試 3 個(gè)過程。如果采用單片機(jī)系統(tǒng)的虛擬仿真軟件——Proteus，則不用制作具體的電路板也能夠完成以上工作。8 Proteus 軟件簡(jiǎn)介PROTEUS 軟件由 Labcenter 公司開發(fā)，是目前世界上最先進(jìn)、最完整的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路及微控制器系統(tǒng)與外設(shè)的混合電路系統(tǒng)的電路仿真、軟件仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真和 PCB 設(shè)計(jì)等功能，是目前唯一能夠?qū)Ω鞣N處理器進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真、調(diào)試與測(cè)試的 EDA 工具。微控制器系統(tǒng)相關(guān)的仿真需建立編譯和調(diào)試環(huán)境，可選擇 Keil C51uVision2 軟件。該軟件支持眾多不同公司的芯片，集編輯、編譯和程序仿真等于一體，同時(shí)還支持PLM、匯編和 C 語言的程序設(shè)計(jì)。它的界面友好易學(xué)，在調(diào)試程序、軟件仿真方面有很強(qiáng)大的功能。 其革命性的功能是：將電路仿真和微處理器仿真進(jìn)行協(xié)同，直接在基于原理圖的虛擬原型上進(jìn)行處理器編程調(diào)試，并進(jìn)行功能驗(yàn)證，通過動(dòng)態(tài)器件如電機(jī)、LED、LCD、開關(guān)等，實(shí)時(shí)看到運(yùn)行后的輸入、輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等， Proteus 為我們建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。第二章 單片機(jī)的相關(guān)知識(shí) 單片機(jī)簡(jiǎn)介單 片 微 型 計(jì) 算 機(jī) 簡(jiǎn) 稱 單 片 機(jī) ， 是 典 型 的 嵌 入 式 微控制器（ Microcontroller Unit） ， 常 用 英 文 字 母 的 縮 寫 MCU 表 示 單 片 機(jī) ， 它 最 早 是 被 用 在 工 業(yè) 控 制 領(lǐng)域 。 單 片 機(jī) 由 芯片內(nèi) 僅 有 CPU 的 專 用 處理器發(fā) 展 而 來 。 最 早 的 設(shè) 計(jì) 理 念 是 通過 將 大 量 外 圍 設(shè) 備 和 CPU 集 成 在 一 個(gè) 芯 片 中 ， 使 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更 小 ， 更 容 易集 成 進(jìn) 復(fù) 雜 的 而 對(duì) 體 積 要 求 嚴(yán) 格 的 控 制 設(shè) 備 當(dāng) 中 。 INTEL 的 Z80 是 最 早 按照 這 種 思 想 設(shè) 計(jì) 出 的 處 理 器 ， 從 此 以 后 ， 單 片 機(jī) 和 專 用 處 理 器 的 發(fā) 展 便 分 道揚(yáng) 鑣 。9 單片機(jī)的發(fā)展史 4 位單片機(jī) 1975 年，美國德克薩斯儀器公司首次推出 4 位單片機(jī) TMS1000；此后，各個(gè)計(jì)算機(jī)公司競(jìng)相推出四位單片機(jī)。日本松下公司的 MN1400 系列，美國洛克威爾公司的 PPS/1 系列等。四位單片機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域有：PC 機(jī)的輸入裝置，電池充電器，運(yùn)動(dòng)器材，帶液晶顯示的音/視頻產(chǎn)品控制器，一般家用電器的控制及遙控器，電子玩具，鐘表，計(jì)算器，多功能電話等。 8 位單片機(jī) 1972 年，美國 Intel 公司首先推出 8 位微處理器 8008，并于 1976 年 9 月率先推出 MCS48 系列單片機(jī)。在這以后，8 位單片機(jī)紛紛面市。例如，莫斯特克和仙童公司合作生產(chǎn)的 3870 系列，摩托羅拉公司生產(chǎn)的 6801 系列等。隨著集成電路工藝水平的提高，一些高性能的 8 位單片機(jī)相繼問世。例如，1978 年摩托羅拉公司的 MC6801 系列及齊洛格公司的 Z8 系列，1979 年 NEC 公司的UPD78XX 系列。這類單片機(jī)的尋址能力達(dá) 64KB，片內(nèi) ROM 容量達(dá) 48KB，片內(nèi)除帶有并行 I\O 口外，還有串行 I\O 口，甚至還有 A\D 轉(zhuǎn)化器功能。8 位單片機(jī)由于功能強(qiáng)，被廣泛用于自動(dòng)化裝置、智能儀器儀表、智能接口、過程控制、通信、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。 16 位單片機(jī) 1983 年以后，集成電路的集成度可達(dá)幾十萬只管/片，各系列 16 位單片機(jī)紛紛面市。這一階段的代表產(chǎn)品有 1983 年 Intel 公司推出的 MCS96 系列，1987 年 Intel 推出了 80C96，美國國家半導(dǎo)體公司推出的 HPC16040，NEC 公司推出的 783XX 系列等。16 位單片機(jī)主要用于工業(yè)控制，智能儀器儀表，便攜式設(shè)備等場(chǎng)合。10 32 位單片機(jī) 隨著高新技術(shù)只智能機(jī)器人，光盤驅(qū)動(dòng)器，激光打印機(jī)，圖像與數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理，復(fù)雜實(shí)時(shí)控制，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展，20 世紀(jì) 80 年代末推出了 32 位單片機(jī)，如 Motorlora 公司的 MC683XX 系列，Intel 的 80960 系列，以及近年來流行的 ARM 系列單片機(jī)。32 位單片機(jī)是單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，隨著技術(shù)的發(fā)展及開發(fā)成本和產(chǎn)品價(jià)格的下降，將會(huì)與 8 位單片機(jī)并駕齊驅(qū)。 64 位單片機(jī) 近年來，64 位單片機(jī)在引擎控制，智能機(jī)器人，磁盤控制，語音圖像通信，算法密集的實(shí)時(shí)控制場(chǎng)合已有應(yīng)用，如英國 Inmos 公司的 Transputer T800 是高性能的 64 位單片機(jī)。 單片機(jī)的特點(diǎn)1 . 單片機(jī)的存儲(chǔ)器 ROM 和 RAM 時(shí)嚴(yán)格區(qū)分的。ROM 稱為程序存儲(chǔ)器，只存放程序，固定常數(shù)，及數(shù)據(jù)表格。RAM 則為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用作工作區(qū)及存放用戶數(shù)據(jù)。 2 . 采用面向控制的指令系統(tǒng)。為滿足控制需要，單片機(jī)有更強(qiáng)的邏輯控制能力，特別是單片機(jī)具有很強(qiáng)的位處理能力。 3 . 單片機(jī)的 I/O 口通常時(shí)多功能的。由于單片機(jī)芯片上引腳數(shù)目有限，為了解決實(shí)際引腳數(shù)和需要的信號(hào)線的矛盾，采用了引腳功能復(fù)用的方法，引腳處于何種功能，可由指令來設(shè)置或由機(jī)器狀態(tài)來區(qū)分。 4 . 單片機(jī)的外部擴(kuò)展能力很強(qiáng)。在內(nèi)部的各種功能部件不能滿足應(yīng)用的需求時(shí)，均可在外部進(jìn)行擴(kuò)展，與許多通用的微機(jī)接口芯片兼容，給應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了很大的方便。11 AT89C51 單片機(jī)介紹AT89C51 是 一 種 帶 4K 字 節(jié) 閃 爍 可 編 程 可 擦 除 只 讀 存 儲(chǔ) 器 （ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory） 的 低 電 壓 ， 高 性能 CMOS8 位 微 處 理 器 ， 俗 稱 單 片 機(jī) 。 AT89C2051 是 一 種 帶 2K 字 節(jié) 閃 爍 可 編程 可 擦 除 只 讀 存 儲(chǔ) 器 的 單 片 機(jī) 。 單 片 機(jī) 的 可 擦 除 只 讀 存 儲(chǔ) 器 可 以 反 復(fù) 擦 除100 次 。 該 器 件 采 用 ATMEL 高 密 度 非 易 失 存 儲(chǔ) 器 制 造 技 術(shù) 制 造 ， 與 工 業(yè) 標(biāo) 準(zhǔn)的 MCS51 指 令 集 和 輸 出 管 腳 相 兼 容 。 由 于 將 多 功 能 8 位 CPU 和 閃 爍 存 儲(chǔ) 器組 合 在 單 個(gè) 芯 片 中 ， ATMEL 的 AT89C51 是 一 種 高 效 微 控 制 器 ， AT89C2051是 它 的 一 種 精 簡(jiǎn) 版 本 。 AT89C 單 片 機(jī) 為 很 多 嵌 入 式 控 制 系 統(tǒng) 提 供 了 一 種 靈 活性 高 且 價(jià) 廉 的 方 案 。AT89C51 單片機(jī) 主要特性與 MCS51 兼 容 4K 字 節(jié) 可 編 程 閃 爍 存 儲(chǔ) 器 壽 命 ： 1000 寫 /擦 循 環(huán) 數(shù)據(jù) 保 留 時(shí) 間 ： 10 年 全 靜 態(tài) 工 作 ： 0Hz24Hz 三 級(jí) 程 序 存 儲(chǔ) 器 鎖 定 128*812位 內(nèi) 部 RAM 32 可 編 程 I/O 線 兩 個(gè) 16 位 定 時(shí) 器 /計(jì) 數(shù) 器 5 個(gè) 中 斷 源 可 編程 串 行 通 道 低 功 耗 的 閑 置 和 掉 電 模 式 片 內(nèi) 振 蕩 器 和 時(shí) 鐘 電 路 管腳說明VCC： 供 電 電 壓 ?！?　 GND： 接 地 ?！?　 P0 口 ： P0 口 為 一 個(gè) 8 位 漏 級(jí) 開 路 雙 向 I/O 口 ， 每 腳 可 吸 收 8TTL門 電 流 。 當(dāng) P1 口 的 管 腳 第 一 次 寫 1 時(shí) ， 被 定 義 為 高 阻 輸 入 。 P0 能 夠 用 于外 部 程 序 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 ， 它 可 以 被 定 義 為 數(shù) 據(jù) /地 址 的 第 八 位 。 在 FIASH 編 程時(shí) ， P0 口 作 為 原 碼 輸 入 口 ， 當(dāng) FIASH 進(jìn) 行 校