【文章內(nèi)容簡介】 計是基于 Keil C和 Proteus軟件聯(lián)合調(diào)試實(shí)現(xiàn)的。首先在 Keil C 軟件環(huán)境下寫入源程序然后建立工程文件編譯運(yùn)行無誤后使其生成相應(yīng)的 .HEX 文件，接著在 Proteus 軟件環(huán)境中將生成的 .HEX 文件加載進(jìn)入 51單片機(jī)中 ，在電路連接無誤的情況下進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行即可 【 6】 。 軟件工具簡介 Proteus 簡介 英國 Labcenter 公司推出的 Proteus 軟件是一款極好的單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)平臺，它以其特有的 虛擬仿真技術(shù)很好地解決了單片機(jī)及其外圍電路的設(shè)計和協(xié)同仿真問題 ， 可以在沒有單片機(jī)實(shí)際硬件的條件下，利用 PC以虛擬仿真方式實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件同步仿真調(diào)試，使單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計變得簡單容易。Proteus 軟件涵蓋了 PIC、 AVR、 MCS805 68HC1 ARM 等微處理器模型，以及多種常用電子元器件，包括 74系列、 CMOS 4000 系列集成電路、 A/D和 D/A 轉(zhuǎn)換器、鍵盤、 LCD 顯示器、 LED 顯示器，還提供示波器、邏輯分析儀、通信終端、電壓 /電流表、 I2C/SPI 終端等各種虛擬儀表，這些都可以直接用于仿真設(shè)計，極大地提高了設(shè)計效率和設(shè)計水平。 Proteus 軟件已有 20多年的歷史，在國外應(yīng)用較為普遍，尤其在教育界的口碑極佳。近年來 Proteus 軟件被引入國內(nèi)，在多所高等工科院校中得到成功應(yīng) 9 用。在單片機(jī)教學(xué)中采用 Proteus 軟件，使單片機(jī)的學(xué)習(xí)過程變得直觀形象，可以直接在基于原理圖的虛擬模型上進(jìn)行編程，并實(shí) 現(xiàn)源碼級的程序仿真調(diào)試，如有顯示及輸出，還能看到程序運(yùn)行后的輸出效果，配合各種虛擬儀表來展現(xiàn)整個單片機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行過程，很好地解決了長期以來困擾單片機(jī)教學(xué)過程中軟件和硬件無法很好結(jié)合的難題。 采用 PC進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)要比采用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱更為有效，因?yàn)橛脩艨梢愿鶕?jù)需要隨時對原理電路圖進(jìn)行修改，并立即獲得仿真結(jié)果。由于在 PC上修改原理電路圖要比在實(shí)驗(yàn)箱上修改硬件電路容易得多，而且還可以根據(jù)設(shè)計要求采用不同元器件，或者修改元器件參數(shù)以獲得不同輸出結(jié)果，在成功進(jìn)行虛擬仿真并獲得期望結(jié)果的條件下，再制作實(shí)際硬件進(jìn)行在線 調(diào)試，可以獲得事半功倍的效果。學(xué)生普遍反映，在 Proteus 軟件平臺上學(xué)習(xí)單片機(jī)知識，比以往單純學(xué)習(xí)書本知識更易于接受，以原理圖虛擬模型進(jìn)行程序仿真調(diào)試，更易于提高單片機(jī)編程能力，還可以通過繪制和修改原理電路圖增加很多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 Proteus 組合了高級原理布圖、混合模式 SPICE 仿真 ,PCB 設(shè)計以及自動布線來實(shí)現(xiàn)一個完整的電子設(shè)計系統(tǒng)。此系統(tǒng)受益于 15 年來的持續(xù)開發(fā) ,被《電子世界》在其對 PCB 設(shè)計系統(tǒng)的比較文章中評為最好產(chǎn)品 — “The Route to PCB CAD” 。 Proteus 產(chǎn)品系列也包含了我 們革命性的 VSM 技術(shù) ,用戶可以對基于微控制器的設(shè)計連同所有的周圍電子器件一起仿真。用戶甚至可以實(shí)時采用諸如LED/LCD、鍵盤、 RS232 終端等動態(tài)外設(shè)模型來對設(shè)計進(jìn)行交互仿真。 其功能模塊： — 個易用而又功能強(qiáng)大的 ISIS 原理布圖工具； PROSPICE 混合模型 SPICE 仿真； ARES PCB 設(shè)計。 PROSPICE 仿真器的一個擴(kuò)展 PROTEUS VSM:便于包括所有相關(guān)的器件的基于微處理器設(shè)計的協(xié)同仿真。此外，還可以結(jié)合微控制器軟件使用動態(tài)的鍵盤，開關(guān)，按鈕， LEDs 甚至 LCD 顯示 CPU 模型 . Keil C 簡介 Keil 軟件是目前最流行開發(fā) MCS51 系列單片機(jī)的軟件， Keil 提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部份組合在一起。運(yùn)行 Keil 10 軟件需要 Pentium 或以上的 CPU， 16MB 或更多 RAM、 20M 以上空閑的硬盤空間、WIN9 NT、 WIN20 WINXP 等操作系統(tǒng)。 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語言在 功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用 C來開發(fā)，體會更加深刻。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 Keil C51 標(biāo)準(zhǔn) C編譯器為 8051 微控制器的軟件開發(fā)提供了 C語言環(huán)境 ,同時保留了匯編代碼高效 ,快速的特點(diǎn)。 C51 編譯器的功能不斷 增強(qiáng) , 使你可以更加貼近 CPU 本身 ,及其它的衍生產(chǎn)品。 C51 已被完全集成到 uVision2 的集成開發(fā)環(huán)境中 ,這個集成開發(fā)環(huán)境包含：編譯器 ,匯編器 ,實(shí)時操作系統(tǒng) ,項(xiàng)目管理器 ,調(diào)試器。uVision2 IDE 可為它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境。 軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)圖及程序流程圖 軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)圖 軟件 設(shè)計中，先確定設(shè)計 方案及 功能，然后在 Keil C 中編譯程序，最后進(jìn)行 Proteus 仿真 。如圖 8所示。 圖 8軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)圖 軟件設(shè)計程序流程圖 本文中 子程序的調(diào)用是通過按鍵 的選擇來實(shí)現(xiàn)，在取得按鍵相應(yīng)的鍵值后，啟動計時器和相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，再直接查詢程序中預(yù)先設(shè)置的數(shù)據(jù)值，通過轉(zhuǎn)換輸出相應(yīng)的電壓，從而形成所需的各種波形。 Keil C 編譯行生成 .HEX 文件 Proteus仿真 電路 載入 編譯運(yùn)行 示波器輸出 確定設(shè)計方案及功能 11 主程序的流程圖如圖 9 所示 ，在程序開始運(yùn)行之后，首先是對單片機(jī)進(jìn)行初始化，之后判斷按鍵值，如符合所需的按鍵 ，則重置時間常數(shù)，并通過顯示器顯示出來，不符則 返回。在中斷結(jié)束后，還要來判斷波形是否符合，如符合，則調(diào)用子程序 ，不符則返回，重新判斷。 圖 9 主程序流程圖 圖 10 為各波形子程序的流程圖。如圖所示，在中斷服務(wù) 子程序開始后，通過判斷來確定各種波形的輸出，當(dāng)判斷選擇的不是正弦波后，則轉(zhuǎn)向?qū)Ψ讲ǖ呐袛?，如此反?fù)。如果選擇的是正弦 波，則用查表的方法求出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并通過 D/A 轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號，形成所需波形信號。 12 圖 10 子程序的流程圖 圖 11為各波形 頻率調(diào)節(jié)子程序 流程圖 。 圖 12為 方波占空比 調(diào)節(jié)子程序 流程圖 。 圖 11 波形頻率調(diào)節(jié)子程序流程圖 圖 12 方波占空比調(diào)節(jié)子程序流程圖 13 4 軟硬件聯(lián)調(diào) 軟硬件輸出結(jié)果對比 （ 1） 軟硬件輸出正弦波 對比 ，如圖 13，圖 14 所示。 圖 13 軟件正弦波輸出 圖 14 硬件 正弦波輸出 （ 2）軟硬件輸出方波 對比 ，如圖 15，圖 16所示。 圖 15 軟件方波輸出 圖 16 硬件方波輸出 （ 3）軟硬件輸出方波占空比增加，如圖 17,圖 18所示。 圖 17 軟件輸出 方波占空比增加 14 圖 18 硬件輸出方波占空比增加 （ 4）軟硬件輸出方波 占空比減少，如圖 19,圖 20所示。 圖 19 軟件輸出 方波占空比減少 圖 20 硬件輸出 方波占空比減少 （ 5） 軟硬件輸出鋸齒波 對比 ，如圖 21，圖 22 所示。 圖 21 軟件輸出鋸齒波 圖 22 硬 件輸出鋸齒波 （ 6）軟硬件輸出三角波對比，如圖 23，圖 24 所示。 圖 23 軟件輸出三角波 15 圖 24 硬件輸出三角波 軟 硬 件實(shí)現(xiàn)過程及結(jié)果分析 軟件 設(shè)計過程中遇到問題頗多：首先對軟件 Keil C 和 Proteus 不了解，以前沒有接觸過。在查閱資料和請教老師后才解決了 軟件安裝問題。接著在 Keil C軟件中編譯源程序，由于是初次在其中編程，不了解頭文件的應(yīng)用及程序編排格式，在運(yùn)行程序時錯誤百出， 經(jīng)過看書和同學(xué)討論后才將程序編譯無誤。再次，用 proteus 仿真時起初一些 元器件找不到，在查閱資料后才將電路圖連接出來。當(dāng)再調(diào)試仿真時發(fā)現(xiàn) 51 芯片中未加載程序，在將 Keil C 環(huán)境下生成的 .HEX 文件 加載入 51芯片后仿真波形才出現(xiàn)。 硬件實(shí)現(xiàn)過程中遇到的主要問題是焊接問題。由于焊接電路板采用的是萬用板，因此在焊接時要自己電線搭建電路，這就為焊接帶來麻煩。焊接過程中出現(xiàn)了虛焊和錯焊問題，導(dǎo)致輸不出波形。在經(jīng)過檢測和排查后，才將實(shí)物電路焊接完成。 軟硬件輸出結(jié)果由圖 13 至圖 24 對比分析可知：軟件輸出結(jié)果良好，硬件輸出結(jié)果有一定失真，由此可見理論與實(shí)踐是有差距的。 在實(shí)物 輸出中，輸出波形抖動且一定失真，其原因可能是電源輸出電壓不穩(wěn)或者數(shù)模轉(zhuǎn)換電路頻率與晶振頻率不匹配，也有可能是電路還存在虛焊。 結(jié)論 此次畢業(yè)設(shè)計基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計要求，產(chǎn)生了設(shè)計需要的正弦波，方波，三角波，且各波形頻率幅度可調(diào)，并在此基礎(chǔ)上多增加一種波形 —— 鋸齒波，又增加一種功能 —— 方波占空比可調(diào) 和自制一個 9v電源 。美中不足的是實(shí)物輸出波形時 無法消除抖動現(xiàn)象，分析其原因可能是自制電源輸出電壓不穩(wěn)或數(shù)模轉(zhuǎn)換時頻率不匹配。 16 小結(jié) 回顧 此次 畢業(yè) 設(shè)計，我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在 一兩個月 的日子里， 可以說得是苦多于甜，但是學(xué)到很多的東西，同時不僅可以鞏固以前所學(xué)過的知識，而且 還 學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合的 重要性 ，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，畢竟 是 第一次做 這么大的系統(tǒng) ，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中