【文章內(nèi)容簡介】 分別是 C51 for Windows 和 for Dos 的 集成開發(fā)環(huán)境 (IDE），可以完成編輯、 編譯 、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE 本身或其它 編輯器 編輯 C或匯編源文件。然后分別由 C51及 C51編譯器 編譯生成目標(biāo)文件（ .OBJ）。目標(biāo)文件可由 LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng) L51連接定位生成絕對目標(biāo)文件 (.ABS）。 ABS 文件由 OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 Hex 文件，以供調(diào)試器dScope51或 tScope51使用進(jìn)行 源代碼 級調(diào)試，也可由 仿真器 使用直接對 目標(biāo)板 進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如 EPROM 中。 高級圖形分析 PROTEUS 處理器仿真模塊 動(dòng)態(tài)器件庫 混合模型反震 原理圖編輯 ISIS 布線系統(tǒng) ARES 15 PROTEUS 系統(tǒng)特性 Proteus 軟件支持許多通用的微控制器，如 PCI、 AVR、 HC11 以及 8051；包含強(qiáng)大的調(diào)試工具，具有對寄存器和存儲(chǔ)器，斷點(diǎn)和單 步模式 IAR CSPY、 Keil、 MALAB 等開發(fā)工具的源程序進(jìn)行調(diào)試的功能；能夠觀察代碼在仿真硬件上的實(shí)時(shí)運(yùn)行效果、對顯示、按鈕、鍵盤等外設(shè)的交互可視化進(jìn)行仿真；具有 6000 多種模擬和數(shù)字器件的模型庫；具有單步斷點(diǎn)設(shè)置等調(diào)試功能；能夠與常用的匯編器、編譯器如 IAR、 Keil、 Proton 等協(xié)同調(diào)試；有直流電流表 /電壓表、交流電壓表 /電流表、示波器邏輯分析儀、計(jì)數(shù) /按時(shí) /頻率計(jì)虛擬終端、 SPI 調(diào)試器等虛擬儀器，以仿真中的測量記錄提供了方便；支持圖形化的分析功能，具有頻率特性、傅立葉、失真、噪聲 分析等多種繪圖方式、可將仿真曲線精美地繪制出來。 采用 Proteus 仿真軟件進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，具有許多優(yōu)勢，如實(shí)驗(yàn)資源豐富、實(shí)驗(yàn)周期短、硬件投入少、實(shí)驗(yàn)損耗小、與實(shí)際設(shè)計(jì)接近程度大等。 (1) 實(shí)驗(yàn)資源豐富 Proteus 軟件所提供了 30 多個(gè)元件庫，數(shù)千種元件。元件涉及到數(shù)字和模擬、交流和直流等，如電阻、電容、二極管、三極管、 MOS 管，變壓器、繼電器、各種放大器、各種激勵(lì)源、各種微控制器、各種門電路、各種終端。 對于一個(gè)仿真軟件或?qū)嶒?yàn)室，測試的儀器儀表的數(shù)量、類型和質(zhì)量，是衡量實(shí)驗(yàn)室是否合格 的一個(gè)關(guān)鍵因素。在Proteus 軟件包中，不存在同類儀表使用數(shù)量的問題，其提供的儀表有：交直流電壓表、交直流電流表、邏輯分析儀、計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)器、信號發(fā)生器等，而且 Proteus 還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來，其作用與示波器相似但功能更多。 Proteus 提供了豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號等。 (2) 實(shí)驗(yàn)周期短 在 Proteus 軟件中設(shè)計(jì)電路可以很方便的判斷是硬件錯(cuò)誤，還是軟件錯(cuò)誤，方法如下：運(yùn)行 Proteus 的 ISIS 程序后，進(jìn) 入該仿真軟件的主界面。通過工具欄中的 p 命令 (從庫中選擇元件命令 )，在 pick devices 窗口中選擇電路所需的元件，將其放置在合適的位置，然后設(shè)置元件參數(shù)，當(dāng)整體硬件電路連接完畢后，點(diǎn)擊電路原理圖的左下角執(zhí)行建，如果有錯(cuò)誤提示，則說明硬件電路連接有問題，需要對硬件電路進(jìn)行更改，如果沒有錯(cuò)誤，則電路可以運(yùn)行，并且可以在各器件的輸入和輸出端顯示電路運(yùn)行時(shí)，這些端點(diǎn)所處的高低電平狀態(tài)；然后開始編寫程序，在 Source 菜單的 Define CodeGeneration 16 Tools 菜單命令下，選擇程序編譯的工具、路徑 、擴(kuò)展名等項(xiàng)目；在 Source 菜單的Add/Remove Source files 命令下，添加源文件，在源文件中進(jìn)行所需程序的編寫，通過編譯器編譯無錯(cuò)誤后，生成 .HEX 文件，將其加入單片機(jī)硬件電路的對應(yīng)程序；通過debug 菜單的相應(yīng)命令觀察程序和電路的運(yùn)行情況。 (3)硬件投入少 由于 Proteus 軟件實(shí)驗(yàn)資源庫非常豐富，對于從模擬電路、數(shù)字電路、模數(shù)混合電路到單片機(jī)系統(tǒng)等領(lǐng)域都可以進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)，而且其虛擬元器件的參數(shù)都是由實(shí)際元器件廠家提供，然后生成 SPICE(Simulation Program with Integrated CircuitEmphasis)模型，這樣就可以用 Proteus 軟件中的虛擬元器件代替實(shí)際元器件進(jìn)行設(shè)計(jì)電路，而無需去購買實(shí)際的元器件。這樣就可以節(jié)省大量的實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，減輕了學(xué)生們的負(fù)擔(dān)。 (4)實(shí)驗(yàn)過程中損耗小 用 Proteus 仿真軟件進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，其在實(shí)驗(yàn)的過程中，學(xué)生們可以將自己的構(gòu)思付諸于設(shè)計(jì)，不用因?yàn)樵骷蛢x器儀表的損耗問題而畏首畏尾。 (5)與實(shí)際設(shè)計(jì)接近程度大 由于 Proteus 軟件中的虛擬元器件參數(shù)都是由半導(dǎo)體元器件廠家提供，當(dāng)學(xué)生們在Proteus 軟件中進(jìn)行軟硬件仿真調(diào)試成功后，可以直接進(jìn)行實(shí)際電路的搭建，只要在電路板制作沒有問題的前提下，基本上都能成功。這樣可以讓學(xué)生了解將仿真軟件和具體的工程實(shí)踐如何結(jié)合起來，利于學(xué)生對工程實(shí)踐過程的了解和學(xué)習(xí)。 PROTEUS 與 KEIL 的聯(lián)調(diào) Proteus 軟件包括匯編語言編譯系統(tǒng)，可以在軟件平臺(tái)上對單片機(jī)進(jìn)行可視化調(diào)試。但是，現(xiàn)在的大部分的單片機(jī)研發(fā)人員都用 C 語言對單片機(jī)進(jìn)行編程控制。應(yīng)用 TCP/IP 協(xié)議， Proteus 與 Keil 的聯(lián)調(diào)很好地解決了 Proteus 自帶的編譯 系統(tǒng)無法對C 語言進(jìn)行編譯的問題。其中， Keil 是目前世界上最好的 51 單片機(jī)的 C 語言的開發(fā)工具。以下是如何將 C 語言的開發(fā)環(huán)境移植到 Proteus 的設(shè)計(jì)中的方法： 首先，下載安裝這兩個(gè)軟件。 第二步，安裝完畢，把 Proteus 6 Professional\MODELS\目錄下的 文件復(fù)制到 Keil\C51\BIN 文件夾下。 第三步，用文本編譯器打開 Keil 根目錄下的 文件，在 [C51] 欄目下加入 TDRV3=BIN\ (Proteus VSM Monitor51 Driver ) ，其中“ TDRV3” 中的 “ 3”要根據(jù)實(shí)際情況寫，不要和原來的重復(fù)。 17 第四步， Kei 的設(shè)置。在 Kei 中打開一個(gè)項(xiàng)目，在 option for target中的 Debug標(biāo)簽中選中 Proteus VSM Monitor51 Driver 。再點(diǎn)擊 Setting設(shè)置通信接口，在 Host 后面添上 ，如果你是用的不是同一臺(tái)電腦，在這里添上另一臺(tái)電腦的 IP 地址 (另一臺(tái)電腦已安裝 Proteus)， 在 Port 后面添上 8000，點(diǎn)擊 OK按鈕即可。等待編譯工程。 第五步， Proteus 的設(shè)置。運(yùn)行 Proteus 的 ISIS，鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊菜單 DEBUG，選中use remote debug monitor。按 Ctrl+F5 進(jìn)入調(diào)試界面或者點(diǎn)擊工具欄的調(diào)試按鈕。連接成功以后，在 Keil 調(diào)試程序，單步、全速調(diào)試，設(shè)置斷點(diǎn)，觀察變量的值等，而 Proteus 界面中電路開始運(yùn)行，各種仿真元件的電器性質(zhì)發(fā)生變化；當(dāng) Proteus 做硬件方面的模擬，如按按鍵、改變可調(diào)電阻的阻值等時(shí)， Keil 中的調(diào)試窗口中監(jiān)控的寄存器也會(huì)有相應(yīng)的變化。如果程序錯(cuò)誤，設(shè)計(jì)人員很容易發(fā)現(xiàn)出錯(cuò)的代碼段；并且，也可以很清晰地觀察到每句程序?qū)纹瑱C(jī)電路的控制。 18 單片機(jī)（速度的測量計(jì)算、輸 入 設(shè)定及系統(tǒng)控制） 單片機(jī)（ PID 運(yùn)算控制器、 PWM 模擬發(fā)生器） 電機(jī) 速度采集電路 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 鍵 盤 顯示器 第五章 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)總體框架 圖 51 系統(tǒng)總流程圖 本設(shè)計(jì)是以 51 單片機(jī)為控制中心，通過采集電機(jī)的當(dāng)前速度，與設(shè)定的速度之間的差值進(jìn)行 PID 運(yùn)算，然后輸出相應(yīng)的模擬 PWM 波，使得差值越來越小直到電機(jī)速度在允許的誤差范圍內(nèi)。 硬件電路 復(fù)位電路的作用 在上電或復(fù)位過程中，控制 CPU的復(fù)位狀態(tài)：這段時(shí)間內(nèi)讓 CPU 保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作，防止 CPU 發(fā)出錯(cuò)誤的指令、執(zhí)行錯(cuò)誤操作，也可以提高電磁兼容性能。 無論用戶使用哪種類型的單片機(jī) ,總要涉及到單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。而單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)的好壞 ,直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設(shè)計(jì)完單片機(jī)系統(tǒng) ,并在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試成功后 ,在現(xiàn)場卻出現(xiàn)了“死機(jī)”、“程序走飛”等現(xiàn)象 ,這主要是單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)不可靠引起的。 AT89C51 的上電復(fù)位電路如圖 51 所示，只要在 RST 復(fù)位輸入引腳上接一電容至 Vcc 端，下接一個(gè)電 阻到地即可。對于 CMOS 型單片機(jī)，由于在 RST 端內(nèi)部有一個(gè)下拉電阻，故可將外部電阻去掉， 19 圖 51 復(fù)位電路 而將外接電容減至 1181。F。上電復(fù)位的工作過程是在加電時(shí)，電容加給 RST 端一個(gè)短暫的高電平信號，此高電平信號隨著 Vcc 對電容的充電過程而逐漸回落，即 RST 端的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位， RST 端的高電平信號必須維持足夠長的時(shí)間。上電時(shí)， Vcc 的上升時(shí)間約為 10ms，而振蕩器的起振時(shí)間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為 10MHz，起振時(shí)間為 1ms；晶振頻率為 1MHz，起振 時(shí)間則為 10ms。在圖 2 的復(fù)位電路中，當(dāng) Vcc 掉電時(shí)，必然會(huì)使 RST 端電壓迅速下降到 0V以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個(gè)負(fù)電壓將不會(huì)對器件產(chǎn)生損害。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為全“ l”態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時(shí)得不到有效的復(fù)位，則程序計(jì)數(shù)器 PC 將得不到一個(gè)合適的初值，因此， CPU 可能會(huì)從一個(gè)未被定義的位置開始執(zhí)行程序，所以需上電復(fù)位電路。 鍵盤輸入模塊的設(shè)計(jì) 獨(dú)立式鍵盤的接線原理 獨(dú)立式鍵盤是由若干個(gè)機(jī)械觸點(diǎn)開關(guān)構(gòu)成的，把它與單片機(jī)的 I/O 口 縣連接起來，通過讀 I/O 口的電平狀態(tài)，即可識(shí)別出相應(yīng)的按鍵是否被按下。如果按鍵不被按下，其端口就為高電平，如果相應(yīng)的按鍵被按下，則端口變?yōu)榈碗娖?。在這種鍵盤的連接方法中，我們通常采用上拉電阻接法，即各按鍵開關(guān)一端接低電平，另一端接單片機(jī) I/O 口線并通過上拉電阻與 VCC 相連，這是為了保證在按鍵斷開時(shí)，各 I/O 口線有確定的高電平，如果端口內(nèi)部已經(jīng)有上拉電阻，則外電路的上拉電阻就可以省去。 20 圖 52 鍵盤抖動(dòng) 鍵盤消抖 通常我們用來做鍵盤的 有觸點(diǎn)式和非觸點(diǎn)式兩種，單片機(jī)中應(yīng)用的一般是由機(jī)械觸點(diǎn) 構(gòu)成的觸點(diǎn)式微動(dòng)開關(guān)，這種開關(guān)具有結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠的優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)我們按下按鍵或釋放按鍵的時(shí)候它有一個(gè)特點(diǎn)，就是會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，看上圖的按鍵脈沖波形，這種抖動(dòng)對于人來說是感覺不到的，但對單片機(jī)來說，則是完全可以感應(yīng)到的，因?yàn)橛?jì)算機(jī)處理的速度是在微秒級的，而機(jī)械抖動(dòng)的時(shí)間至少是毫秒級，對計(jì)算機(jī)而言，這已是一個(gè)很“漫長”的過程了，如圖 52。 按鍵區(qū)抖動(dòng)原則和方法常用的有兩種：硬件方法和軟件方法。硬件去抖動(dòng)方法很多，這不在我們的討論范圍。單片機(jī)中常用軟件去抖動(dòng)方法，軟件法其實(shí)很簡單，就是在單片機(jī)獲得端口低電平信息后， 不是立即認(rèn)定按鍵已被按下，而是在延時(shí) 10ms 或更長時(shí)間后再次檢查該端口，如果仍為低，說明此鍵確實(shí)被按下了，這實(shí)際上是避開了按鍵按下時(shí)的抖動(dòng)時(shí)間；而在檢測到按鍵釋放后（端口電平為高電平時(shí)）再延時(shí) 510ms，消除后沿的抖動(dòng)，然后再對按鍵進(jìn)行處理，不過一般情況下，我們通常不對按鍵釋放后沿進(jìn)行處理，實(shí)踐證明，也能滿足通常的要求。 矩陣式鍵盤的連接方法和工作原理 圖 53 4*4 鍵盤 21 什么是矩陣式鍵盤？當(dāng)鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少 I/O 口線的占用，通常將按鍵排列成矩陣式，在矩陣式鍵盤中， 每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接，如圖 53。這樣做有什么好處呢？一個(gè)并行口可以構(gòu)成 4*4=16個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍多，而且線數(shù)越多，區(qū)別就越明顯。比如再多加一條線就可以構(gòu)成 20 鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一個(gè)鍵（ 9鍵）。由此可見，在需要的按鍵數(shù)量比較多的時(shí)候，采用矩陣法萊連接鍵盤是非常合理的，所以本設(shè)計(jì)采用矩陣式鍵盤。 圖 54 鍵盤掃描流程圖 返回 等待按鍵釋放 該列有鍵輸入？ 讀入行信號 返回 開始 4 列掃描完？ 初始化地址參數(shù) 按照行列計(jì)算鍵值 查表得鍵碼 否 輸出列掃描信號 列掃描信號移位 是 否 是 22 矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比獨(dú)立式鍵盤復(fù)雜些，識(shí) 別也要復(fù)雜一些，在上圖中，列線通過單片機(jī)的輸出而呈現(xiàn)高電平，并將行線通過單片機(jī)的輸出而呈現(xiàn)低電