【正文】 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 I 頁(yè) 共 II 頁(yè)虛擬單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)畢業(yè)論文目 錄1 緒論 ..............................................................1 課題背景分析 ....................................................1 課題概況及發(fā)展趨勢(shì) ..............................................2 課題的目的和意義 ................................................22 系統(tǒng)設(shè)計(jì) ..........................................................3 電路整體設(shè)計(jì) ....................................................3 課題解決的問(wèn)題 ..................................................3 課題研究的方法 ..................................................4 電路仿真部分 ....................................................63 硬件電路設(shè)計(jì) ......................................................7 整體框圖設(shè)計(jì) ....................................................7 主芯片—AT89C52 .................................................8 LED 顯示模塊 ...................................................14 LCD 顯示模塊 ...................................................16 數(shù)碼管顯示 .....................................................17 鍵盤顯示 .......................................................19 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 ...................................................22 D/A 轉(zhuǎn)換模塊 ...................................................24 溫度傳感器模塊 .................................................25 蜂鳴器模塊 ....................................................264 軟件聯(lián)調(diào)配置 .....................................................28 軟件語(yǔ)言的選擇 .................................................28 軟件運(yùn)行環(huán)境 ...................................................28 PROTEUS和 KEIL的配置 .............................................285 電路的仿真與測(cè)試 .................................................32本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 I 頁(yè) 共 II 頁(yè) LED 流水燈 .....................................................32 LCD 字符顯示 ...................................................33 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描 .................................................34 鍵盤測(cè)試 .......................................................35 A/D 轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn) ...................................................36 D/A 轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn) ...................................................37 計(jì)時(shí)器 ........................................................38 1602 液晶顯示時(shí)鐘 ..............................................38 DS18B20 溫度按傳感器 ...........................................39 交通燈設(shè)計(jì) ....................................................39 整體電路測(cè)試 ..................................................40結(jié)論 ...............................................................44致謝 ...............................................................45參考文獻(xiàn) ...........................................................46附錄 ...............................................................48本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 1 頁(yè) 共 43 頁(yè) 課題的背景分析針對(duì)傳統(tǒng)的單片機(jī)，需采購(gòu)大量的、比較貴的的硬件設(shè)備，而且設(shè)備維護(hù)和工作量也非常大，傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)采用硬件仿真器，實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)板，由于單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)涉及的范圍比較廣，它涉及到到計(jì)算機(jī)、須硬件和軟件結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)，也就是將外圍電路和單片機(jī)程序相結(jié)合，如果用真實(shí)的實(shí)驗(yàn)箱則費(fèi)會(huì)用高，器材又不能地發(fā)揮充分利用，加上所用實(shí)驗(yàn)板開(kāi)發(fā)周期比較長(zhǎng)，可行性不好。 現(xiàn)在使用 Proteus 仿真軟件，實(shí)現(xiàn)了純軟件的虛擬單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),既可調(diào)試單片機(jī)程序，也可以仿真單片機(jī)的外圍器件的工作情況；既能充分利用計(jì)算機(jī)等硬件資源，減少硬件設(shè)備的維護(hù)工作量，還可提供豐富的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。 技術(shù)概況及發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代科技技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)在軟件和硬件上的飛速發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)軟件的仿真技術(shù)，可以充分地仿真電路的工作等實(shí)際的工程問(wèn)題。目前，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地滲透到工程設(shè)計(jì)、科學(xué)研究、軍事技術(shù)、各類產(chǎn)業(yè)和商業(yè)文化藝術(shù)以及人們的日常生活等方方面面中，由于社會(huì)對(duì)掌握嵌入式技術(shù)人才的大量需求，使得嵌入式軟硬件工程師成為未來(lái)幾年內(nèi)最為熱門的職業(yè)之一，相當(dāng)一部分高校已開(kāi)設(shè)嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)課程。嵌入式系統(tǒng)是實(shí)踐與理論相結(jié)合的課程，對(duì)于嵌入式處學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)沒(méi)有足夠的資金來(lái)購(gòu)買開(kāi)發(fā)板，所以只能選擇仿真仿真來(lái)學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)，proteus 是目前最好的仿真軟件，能夠虛擬出嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中常用的處理器和外圍器件。Proteus 與其他軟件不同，它不僅能仿真 CPU 的工作情況，而且也能仿真參與單片機(jī)仿真的外圍電路和其他電路的工作情況。在調(diào)試和仿真的過(guò)程中，關(guān)心的是從工程的角度直接看程序運(yùn)行的結(jié)果和電路的工作過(guò)程。不再關(guān)心的是某些程序語(yǔ)句執(zhí)行單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變。這樣的仿真彌補(bǔ)了工程和實(shí)驗(yàn)見(jiàn)的矛盾和脫節(jié)。 課題的目的和意義單片機(jī)技術(shù)是電子專業(yè)一門重要的基礎(chǔ)課程，它要求的對(duì)動(dòng)手能力要求很高，長(zhǎng)期以來(lái)，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備資源的限制，使得教學(xué)實(shí)驗(yàn)受到了限制，本設(shè)計(jì)是利用 Proteus軟件進(jìn)行虛擬單片機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，所涉及到單片機(jī)及外圍電路可以在沒(méi)有硬件的本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 2 頁(yè) 共 43 頁(yè)情況下進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)的仿真，從而大大地挺高了學(xué)習(xí)的興趣。在現(xiàn)代教學(xué)中計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和虛擬實(shí)驗(yàn)等技術(shù)已經(jīng)逐漸成為教學(xué)的的手段和工具。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以使所學(xué)的東西更加清楚和明了，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以是學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)加深對(duì)理論知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)。尤其是那些那些難以理解的內(nèi)容，虛擬實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)代教學(xué)有很高的地位，它使得很多復(fù)雜的問(wèn)題變得簡(jiǎn)單化，同時(shí)也節(jié)省很多件資源，在實(shí)驗(yàn)中通過(guò)一些形象生動(dòng)的演示，是所學(xué)的知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力，在以后的工作中實(shí)踐中得以靈活地應(yīng)用。傳統(tǒng)的試驗(yàn)室，需要大量的實(shí)驗(yàn)器材，而且很多器材都得不到充分地利用，加上電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代，很多實(shí)驗(yàn)器材用不了幾年就會(huì)被淘汰，再加上目前學(xué)生人數(shù)的增加，勢(shì)必會(huì)給實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)不小的壓力和沖擊，所以我們就要尋找一種新的途徑解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)的問(wèn)題，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)需要各種設(shè)備儀器，和相關(guān)的配套設(shè)施，而且對(duì)實(shí)驗(yàn)器材不夠充分地利用，學(xué)生在試驗(yàn)室對(duì)各種儀器不熟悉，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容準(zhǔn)備的不夠充分而到不到滿意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，現(xiàn)在利用虛擬的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以很好地解決這一問(wèn)題，所以虛擬試驗(yàn)室教學(xué)將成為一種發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)也提高學(xué)習(xí)者的積極性和動(dòng)手能力。本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 3 頁(yè) 共 43 頁(yè) 電路整體設(shè)計(jì)本課題共分為幾大模塊，具體為 LED 顯示、1602 液晶顯示、溫度傳感器、獨(dú)立按鍵、數(shù)字按鍵、4X4 鍵盤顯示、6 位數(shù)碼管、蜂鳴器、8 位發(fā)光二極管流水燈顯示、LCD顯示以及 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換幾個(gè)模塊。所有電路都是圍繞主芯片 AT89C52 來(lái)完成的,下圖為設(shè)計(jì)的電路的整體框圖，如圖 21 所示。主芯片A T 8 9 C 5 2L E D 及驅(qū)動(dòng)模塊1 6 0 2 液晶顯示6 位數(shù)碼管蜂鳴器溫度傳感器A D 轉(zhuǎn)換模塊D A 轉(zhuǎn)換模塊矩陣按鍵電路獨(dú)立按鍵數(shù)字按鍵圖 21 系統(tǒng)電路框圖 課題解決的問(wèn)題為了解決傳統(tǒng)基于硬件的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室諸多弊端，本課題采用 PC 和軟件建立的單片機(jī)虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)，即在 proteus 上使用的各種虛擬儀器，按照試驗(yàn)要求和設(shè)計(jì)原理，虛擬出與現(xiàn)實(shí)相同的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)而完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，也充分利用了 proteus 軟件的功能，對(duì)各個(gè)電路部分進(jìn)行仿真。為進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)構(gòu)建一個(gè)虛擬硬件環(huán)境。（1）4X4 鍵盤：主要輸入數(shù)據(jù)（2）顯示部分：LED：LED 是一種特別的二極管 ,當(dāng)連接最電的時(shí)候就會(huì)發(fā)出光 ,通常被用在電子器具來(lái)顯示電路是否關(guān)閉或打開(kāi)的指示燈。本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 4 頁(yè) 共 43 頁(yè)LCD：LCD 為英文 Liquid Crystal Display 的縮寫，即液晶顯示器，是一種數(shù)字顯示技術(shù)，可以通過(guò)液晶和彩色過(guò)濾器過(guò)濾光源，在平面面板上產(chǎn)生圖象。（3）A/D 和 D/A：真實(shí)世界的模擬信號(hào)，例如溫度、壓力、聲音或者圖像等，被不斷轉(zhuǎn)換成更容易儲(chǔ)存、處理和發(fā)射的數(shù)字形式，但是在很多系統(tǒng)中，數(shù)字信息也必須重新轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)一些真實(shí)世界的功能。數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)就可以做到這一點(diǎn)，而且它們的輸出還可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)各種設(shè)備。 DAC 一般被放置在數(shù)字系統(tǒng)中。在數(shù)字系統(tǒng)中，一些真實(shí)世界的信號(hào)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器( ADC)數(shù)字化和處理過(guò)后，然后需要重新轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)的系統(tǒng)中。這些系統(tǒng)所要求的 DAC 性能會(huì)受到系統(tǒng)其它組件的性能和要求的影響。 課題研究的方法 總體方案實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目硬件電路 軟件程序ProteusKeil C存檔相應(yīng)的軟件電路和軟件程序并編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告圖 22 總體方案本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 5 頁(yè) 共 43 頁(yè)分別對(duì)LED顯示、獨(dú)立鍵盤、矩陣鍵盤、LCD顯示、蜂鳴器模塊、數(shù)碼管以及A/D和D/A等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行硬件電路和軟件程序的設(shè)計(jì)并結(jié)合Proteus和Keil uVision3進(jìn)行仿真。如圖22所示。 技術(shù)路線在 K e i l C 中寫入源程序編譯生成 H e x 文件在 P o r t e u s 上畫出電路原理圖綁定主芯片與 H e x 文件修改電路或源程序運(yùn)行 P r o t e u s 進(jìn)行調(diào)試成功 ？編寫實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書N Y 圖 23 技術(shù)路線圍繞著主芯片設(shè)計(jì) LED 顯示、獨(dú)立鍵盤、矩陣鍵盤、數(shù)字鍵盤、LCD 顯示、數(shù)碼管、計(jì)數(shù)器、數(shù)字溫度顯示、蜂鳴器模塊、交通燈設(shè)計(jì)、以及 A/D 和 D/A 等電路模塊并在Porteus 上畫出相應(yīng)的電路圖并保存。用 C 語(yǔ)言編譯能夠完成相應(yīng)模塊功能的源程序。運(yùn)行 Proteus 進(jìn)行仿真調(diào)試。如果仿真沒(méi)有成功則修改電路或源程序后重新進(jìn)行仿真測(cè)試。本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 6 頁(yè) 共 43 頁(yè) 電路圖仿真部分Proteus 與其他軟件不同，它不僅能仿真 CPU 的工作情況，而且也能仿真參與單片機(jī)仿真的外圍電路和其他電路的工作情況。因此在調(diào)試和仿真的過(guò)程中，關(guān)心的是從工程的角度直接看程序運(yùn)行的結(jié)果和電路的工作過(guò)程。不再關(guān)心的是某些程序語(yǔ)句執(zhí)行單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變。這樣的仿真彌補(bǔ)了工程和實(shí)驗(yàn)見(jiàn)的矛盾和脫節(jié)。采用 Proteus 仿真軟件進(jìn)行虛擬單片機(jī)實(shí)驗(yàn)，具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)，如涉及到的實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)內(nèi)容全面、硬件投入