【文章內容簡介】 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、調試、仿真等整個開發(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 編譯生成目標文件（ .OBJ）。目標文件可由 LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經 L51連接定位生成絕對目標文件 (.ABS）。 ABS 文件由 OH51轉換成標準的 Hex 文件，以供調試器dScope51或 tScope51使用進行 源代碼 級調試，也可由 仿真器 使用直接對 目標板 進行調試，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；包含強大的調試工具，具有對寄存器和存儲器，斷點和單 步模式 IAR CSPY、 Keil、 MALAB 等開發(fā)工具的源程序進行調試的功能；能夠觀察代碼在仿真硬件上的實時運行效果、對顯示、按鈕、鍵盤等外設的交互可視化進行仿真；具有 6000 多種模擬和數字器件的模型庫；具有單步斷點設置等調試功能；能夠與常用的匯編器、編譯器如 IAR、 Keil、 Proton 等協同調試；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、計數 /按時 /頻率計虛擬終端、 SPI 調試器等虛擬儀器，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 仿真軟件進行虛擬實驗，具有許多優(yōu)勢，如實驗資源豐富、實驗周期短、硬件投入少、實驗損耗小、與實際設計接近程度大等。 (1) 實驗資源豐富 Proteus 軟件所提供了 30 多個元件庫，數千種元件。元件涉及到數字和模擬、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、各種激勵源、各種微控制器、各種門電路、各種終端。 對于一個仿真軟件或實驗室，測試的儀器儀表的數量、類型和質量，是衡量實驗室是否合格 的一個關鍵因素。在Proteus 軟件包中，不存在同類儀表使用數量的問題，其提供的儀表有：交直流電壓表、交直流電流表、邏輯分析儀、計數計時器、信號發(fā)生器等，而且 Proteus 還提供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來，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字信號等。 (2) 實驗周期短 在 Proteus 軟件中設計電路可以很方便的判斷是硬件錯誤，還是軟件錯誤，方法如下：運行 Proteus 的 ISIS 程序后，進 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，然后設置元件參數，當整體硬件電路連接完畢后，點擊電路原理圖的左下角執(zhí)行建，如果有錯誤提示，則說明硬件電路連接有問題，需要對硬件電路進行更改，如果沒有錯誤，則電路可以運行，并且可以在各器件的輸入和輸出端顯示電路運行時，這些端點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 、擴展名等項目；在 Source 菜單的Add/Remove Source files 命令下，添加源文件，在源文件中進行所需程序的編寫，通過編譯器編譯無錯誤后，生成 .HEX 文件，將其加入單片機硬件電路的對應程序；通過debug 菜單的相應命令觀察程序和電路的運行情況。 (3)硬件投入少 由于 Proteus 軟件實驗資源庫非常豐富，對于從模擬電路、數字電路、模數混合電路到單片機系統(tǒng)等領域都可以進行電路的設計，而且其虛擬元器件的參數都是由實際元器件廠家提供，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際元器件進行設計電路，而無需去購買實際的元器件。這樣就可以節(jié)省大量的實驗經費，減輕了學生們的負擔。 (4)實驗過程中損耗小 用 Proteus 仿真軟件進行的實驗教學，其在實驗的過程中，學生們可以將自己的構思付諸于設計，不用因為元器件和儀器儀表的損耗問題而畏首畏尾。 (5)與實際設計接近程度大 由于 Proteus 軟件中的虛擬元器件參數都是由半導體元器件廠家提供，當學生們在Proteus 軟件中進行軟硬件仿真調試成功后，可以直接進行實際電路的搭建，只要在電路板制作沒有問題的前提下，基本上都能成功。這樣可以讓學生了解將仿真軟件和具體的工程實踐如何結合起來，利于學生對工程實踐過程的了解和學習。 PROTEUS 與 KEIL 的聯調 Proteus 軟件包括匯編語言編譯系統(tǒng)，可以在軟件平臺上對單片機進行可視化調試。但是，現在的大部分的單片機研發(fā)人員都用 C 語言對單片機進行編程控制。應用 TCP/IP 協議， Proteus 與 Keil 的聯調很好地解決了 Proteus 自帶的編譯 系統(tǒng)無法對C 語言進行編譯的問題。其中， Keil 是目前世界上最好的 51 單片機的 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 的設計中的方法： 首先，下載安裝這兩個軟件。 第二步，安裝完畢，把 Proteus 6 Professional\MODELS\目錄下的 文件復制到 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”要根據實際情況寫，不要和原來的重復。 17 第四步， Kei 的設置。在 Kei 中打開一個項目，在 option for target中的 Debug標簽中選中 Proteus VSM Monitor51 Driver 。再點擊 Setting設置通信接口，在 Host 后面添上 ，如果你是用的不是同一臺電腦，在這里添上另一臺電腦的 IP 地址 (另一臺電腦已安裝 Proteus)， 在 Port 后面添上 8000，點擊 OK按鈕即可。等待編譯工程。 第五步， Proteus 的設置。運行 Proteus 的 ISIS，鼠標左鍵點擊菜單 DEBUG，選中use remote debug monitor。按 Ctrl+F5 進入調試界面或者點擊工具欄的調試按鈕。連接成功以后，在 Keil 調試程序，單步、全速調試，設置斷點，觀察變量的值等，而 Proteus 界面中電路開始運行，各種仿真元件的電器性質發(fā)生變化；當 Proteus 做硬件方面的模擬，如按按鍵、改變可調電阻的阻值等時， Keil 中的調試窗口中監(jiān)控的寄存器也會有相應的變化。如果程序錯誤，設計人員很容易發(fā)現出錯的代碼段；并且，也可以很清晰地觀察到每句程序對單片機電路的控制。 18 單片機（速度的測量計算、輸 入 設定及系統(tǒng)控制） 單片機（ PID 運算控制器、 PWM 模擬發(fā)生器） 電機 速度采集電路 電機驅動電路 鍵 盤 顯示器 第五章 設計實現 系統(tǒng)總體框架 圖 51 系統(tǒng)總流程圖 本設計是以 51 單片機為控制中心，通過采集電機的當前速度，與設定的速度之間的差值進行 PID 運算，然后輸出相應的模擬 PWM 波，使得差值越來越小直到電機速度在允許的誤差范圍內。 硬件電路 復位電路的作用 在上電或復位過程中，控制 CPU的復位狀態(tài)：這段時間內讓 CPU 保持復位狀態(tài)，而不是一上電或剛復位完畢就工作，防止 CPU 發(fā)出錯誤的指令、執(zhí)行錯誤操作，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 ,總要涉及到單片機復位電路的設計。而單片機復位電路設計的好壞 ,直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設計完單片機系統(tǒng) ,并在實驗室調試成功后 ,在現場卻出現了“死機”、“程序走飛”等現象 ,這主要是單片機的復位電路設計不可靠引起的。 AT89C51 的上電復位電路如圖 51 所示，只要在 RST 復位輸入引腳上接一電容至 Vcc 端，下接一個電 阻到地即可。對于 CMOS 型單片機，由于在 RST 端內部有一個下拉電阻，故可將外部電阻去掉， 19 圖 51 復位電路 而將外接電容減至 1181。F。上電復位的工作過程是在加電時，電容加給 RST 端一個短暫的高電平信號，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)時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復位， RST 端的高電平信號必須維持足夠長的時間。上電時， Vcc 的上升時間約為 10ms，而振蕩器的起振時間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為 10MHz，起振時間為 1ms；晶振頻率為 1MHz，起振 時間則為 10ms。在圖 2 的復位電路中，當 Vcc 掉電時，必然會使 RST 端電壓迅速下降到 0V以下，但是，由于內部電路的限制作用，這個負電壓將不會對器件產生損害。另外，在復位期間，端口引腳處于隨機狀態(tài)，復位后，系統(tǒng)將端口置為全“ l”態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時得不到有效的復位，則程序計數器 PC 將得不到一個合適的初值，因此， CPU 可能會從一個未被定義的位置開始執(zhí)行程序，所以需上電復位電路。 鍵盤輸入模塊的設計 獨立式鍵盤的接線原理 獨立式鍵盤是由若干個機械觸點開關構成的，把它與單片機的 I/O 口 縣連接起來，通過讀 I/O 口的電平狀態(tài)，即可識別出相應的按鍵是否被按下。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，即各按鍵開關一端接低電平，另一端接單片機 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，各 I/O 口線有確定的高電平，如果端口內部已經有上拉電阻，則外電路的上拉電阻就可以省去。 20 圖 52 鍵盤抖動 鍵盤消抖 通常我們用來做鍵盤的 有觸點式和非觸點式兩種，單片機中應用的一般是由機械觸點 構成的觸點式微動開關，這種開關具有結構簡單，使用可靠的優(yōu)點，但當我們按下按鍵或釋放按鍵的時候它有一個特點，就是會產生抖動，看上圖的按鍵脈沖波形，這種抖動對于人來說是感覺不到的，但對單片機來說，則是完全可以感應到的，因為計算機處理的速度是在微秒級的，而機械抖動的時間至少是毫秒級，對計算機而言，這已是一個很“漫長”的過程了，如圖 52。 按鍵區(qū)抖動原則和方法常用的有兩種：硬件方法和軟件方法。硬件去抖動方法很多，這不在我們的討論范圍。單片機中常用軟件去抖動方法，軟件法其實很簡單，就是在單片機獲得端口低電平信息后， 不是立即認定按鍵已被按下，而是在延時 10ms 或更長時間后再次檢查該端口，如果仍為低，說明此鍵確實被按下了，這實際上是避開了按鍵按下時的抖動時間；而在檢測到按鍵釋放后（端口電平為高電平時）再延時 510ms，消除后沿的抖動，然后再對按鍵進行處理，不過一般情況下，我們通常不對按鍵釋放后沿進行處理，實踐證明，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？當鍵盤中按鍵數量較多時，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，而是通過一個按鍵加以連接，如圖 53。這樣做有什么好處呢？一個并行口可以構成 4*4=16個按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍多，而且線數越多，區(qū)別就越明顯。比如再多加一條線就可以構成 20 鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一個鍵（ 9鍵）。由此可見，在需要的按鍵數量比較多的時候，采用矩陣法萊連接鍵盤是非常合理的，所以本設計采用矩陣式鍵盤。 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 按照行列計算鍵值 查表得鍵碼 否 輸出列掃描信號 列掃描信號移位 是 否 是 22 矩陣式結構的鍵盤顯然比獨立式鍵盤復雜些，識 別也要復雜一些，在上圖中，列線通過單片機的輸出而呈現高電平，并將行線通過單片機的輸出而呈現低電