【導(dǎo)讀】A/D轉(zhuǎn)換器的精確度影響數(shù)據(jù)顯示的準(zhǔn)確度，本設(shè)計(jì)采用ADC0809對(duì)輸。的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)uViSion集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。到proteus環(huán)境中，進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真。Proteus軟件是一種電路分析和實(shí)物模擬仿真軟件。形象直觀等優(yōu)點(diǎn)。

　　

【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 圖 44 對(duì)輸出進(jìn)行控制 工程設(shè)置對(duì)話框 中的其它各頁面與 C51 編譯選項(xiàng)、 A51 的匯編選項(xiàng)、 BL51 連接器的連接選項(xiàng)等用法有關(guān)，這里均取默認(rèn)值，不作任何修改。以下僅對(duì)一些有關(guān)頁面中常用的選項(xiàng)作一個(gè)簡單介紹。 Listing 標(biāo)簽頁用于調(diào)整生成的列表文件選項(xiàng)。在匯編或編譯完成后將產(chǎn)生（ *.lst）的列表文件，在連接完成后也將產(chǎn)生（ *.m51）的列表文件，該頁用于對(duì)列表文件的內(nèi)容和形式進(jìn)行細(xì)致的調(diào)節(jié)，其中比較常用的選項(xiàng)是“ C Compile Listing”下的“ Assamble Code”項(xiàng)，選中該項(xiàng)可以在列表文件中生成 C 語言源程序所對(duì)應(yīng)的匯 編代碼。此處可以不選，因?yàn)槲宜玫氖菂R編語言。 C51 標(biāo)簽頁用于對(duì) Keil 的 C51 編譯器的編譯過程進(jìn)行控制，其中比較常用的是“ CodeOptimization”組，該組中 Level 是優(yōu)化等級(jí)， C51 在對(duì)源程序進(jìn)行編譯時(shí)，可以對(duì)代碼多至 9 級(jí)優(yōu)化，默認(rèn)使用第 8 級(jí)，一般不必修改，如果在編譯中出現(xiàn)一些問題，可以降低優(yōu)化級(jí)別試一試。 Emphasis是選擇編譯優(yōu)先方式，第一項(xiàng)是代碼量優(yōu)化（最終生成的代碼量?。?；第二項(xiàng)是速度優(yōu)先（最終生成的代碼速度快）；第三項(xiàng)是缺省。默認(rèn)的是速度優(yōu)先，可根據(jù)需要更改。 如圖 45所示： 圖 45 代碼生成控制 設(shè)置完成后按確認(rèn)返回主界面，工程文件建立、設(shè)置完畢。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 編譯、連接 在設(shè)置好工程后，即可進(jìn)行編譯、連接。選擇菜單 ProjectBuild target，對(duì)當(dāng)前工程進(jìn)行連接，如果當(dāng)前文件已修改，軟件會(huì)先對(duì)該文件進(jìn)行編譯，然后再連接以產(chǎn)生目標(biāo)代碼；如果選擇 Rebuild All targetfiles 將會(huì)對(duì)當(dāng)前工程中的所有文件重新進(jìn)行編譯然后再連接，確保最終生產(chǎn)的目標(biāo)代碼是最新的，而 Translate …. 項(xiàng)則僅對(duì)該文件進(jìn)行編譯，不進(jìn)行連接。以上操 作也可以通過工具欄按鈕直接進(jìn)行。 編譯過程中的信息將出現(xiàn)在輸出窗口中的 Build 頁中，如果源程序中有語法錯(cuò)誤，會(huì)有錯(cuò)誤報(bào)告出現(xiàn)，雙擊該行，可以定位到出錯(cuò)的位置，對(duì)源程序反復(fù)修改之后，最終會(huì)得到如圖 46所示的結(jié)果，提示獲得了名為 的文件，該文件即可被編程器讀入并寫到芯片中，同時(shí)還產(chǎn)生了一些其它相關(guān)的文件，可被用于 Keil 的仿真與調(diào)試，這時(shí)可以進(jìn)入下一步調(diào)試的工作 [9]。 圖 46 正確編譯、連接之后的結(jié)果 Keil C51 軟件與 Proteus 軟件的結(jié)合 編譯、調(diào)試 在軟件設(shè)計(jì)中，主要采用 Keil進(jìn)行編譯。打開 Keil uVision3一 Project—New project，彈出對(duì)話框，選擇單片機(jī)型號(hào)。在 Targetl—Options for Target Targetl 中進(jìn)行資源設(shè)置。其中注意在 Output子菜單中選擇 Create Hex Fi。 軟件和硬件的結(jié)合就是一個(gè)完整的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。在這個(gè)過程中只需要將 Keil編譯產(chǎn)生的 HEX文件寫入 Proteus中的 MCU芯片中，然后在 Proteus中點(diǎn)擊運(yùn)行即可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的軟、硬件聯(lián)合仿真。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 Proteus ISIS 與 Keil的接口 對(duì) Proteus ISIS和 Keil作必要的設(shè)置，完成 Proteus ISIS與 Keil的接口。具體步驟如下： (1)假若 Keil與 Proteus ISIS均已正確安裝； (2)進(jìn)入 Keil開發(fā)集成環(huán)境，創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目 (Project)，并為該項(xiàng)目選定合適的單片機(jī) CPU器件（我選用的是 AT89C51）并為該項(xiàng)目加入 Keil源程序； (3)單擊“ Project菜單，在下拉菜單中點(diǎn)擊 Options for TargetTarget1”，在 Target按鈕中將晶振 頻率設(shè)為 ，點(diǎn)擊 Debug按鈕選中 Create HEX Fi，以便生成 HEX文件，最后將工程編譯，進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，并運(yùn)行； (4)打開 ISIS，添加元件，繪制好電路圖待用，在 MCU芯片 VSM模型中，寫入 KEIL編譯調(diào)試后產(chǎn)生的 HEX文件，點(diǎn)擊運(yùn)行鍵，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)即可運(yùn)行。 Proteus 軟件的介紹 Proteus 軟件是來自英國 Labcenter electronics 公司的 EDA 工具軟件， Proteus 軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具有和其它 EDA 工具一樣的原理布圖、PCB 自動(dòng)或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的電路仿真是互動(dòng)的，針對(duì)微處理器的應(yīng)用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實(shí)現(xiàn)軟件源碼級(jí)的實(shí)時(shí)調(diào)試，如有顯示及輸出，還能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。 Proteus ISIS與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī) CPU的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時(shí)，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過程和結(jié)果。 其功能特點(diǎn) 如下 ： Proteus 軟件具有其它 EDA 工具軟件（例： multisim）的功能。這些功能是 ： (1)原理布圖 ； (2)PCB 自動(dòng)或人工布線 ； (3)SPICE 電路仿真 。 革命性的特點(diǎn) : (1)互動(dòng)的電路仿真 用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如 LED/LCD、鍵盤、 RS232 終端等動(dòng)態(tài)外設(shè)模型來對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行交互仿真。 (2)仿真處理器及其外圍電路 畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 可以仿真 51 系列、 AVR、 PIC等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等， Proteus 建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。 具有 3 大功能模塊 : (1)—個(gè)易用而又功能強(qiáng)大的 ISIS 原理布圖工具 ； (2)PROSPICE 混合模型 SPICE 仿真 ； (3)ARES PCB 設(shè)計(jì) 。 Proteus 提供了豐富的資源 ： (1)Proteus 可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有 30 多個(gè)元件庫 ； (2)Proteus 可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、 SPI調(diào)試器、 I2C 調(diào)試器、信號(hào)發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表 ，理論上同一種儀器可以在一 個(gè)電路中隨意的調(diào)用 ； (3)除了現(xiàn)實(shí)存在的儀器外， 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(hào)，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 ， 這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗 ， 這些都盡可能減少了儀器對(duì)測量結(jié)果的影響 ； (4)Proteus 可提供的調(diào)試手段 Proteus 提供了比較豐富的測試信號(hào)用于電路的測試 ， 這些測試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。 軟件仿真 ： 支持當(dāng)前的主流單片機(jī)，如 51 系列、 AVR 系列、 PIC12 系列、 PIC16 系列、PIC18 系列、 Z80 系列、 HC11 系列、 68000 系列等。 (1)提供軟件調(diào)試功能 ； (2)提供豐富的外圍接口器件及其仿真 ， RAM， ROM，鍵盤，馬達(dá)， LED，LCD， AD/DA，部分 SPI 器件，部分 IIC 器件 ； (3)提供豐富的虛擬儀器 ， 利用虛擬儀器在仿真過程中可以測量外圍電路的特性 ； (4)具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能 。 電路功能仿真 : 在 PROTEUS 繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件 HEX，可以在 PROTEUS 的原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過程。 點(diǎn)擊運(yùn)行按鍵即可觀察到仿真結(jié)果。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 PROTEUS 不僅可將許多單片機(jī)實(shí)例功能形象化，也可將許多單片機(jī)實(shí)例運(yùn)行過程形象化。前者可在相當(dāng)程度上得到實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)的效果 ， 后者則是實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的效果。 它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)硬件高度對(duì)應(yīng)。這在相當(dāng)程度上替代了傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調(diào)試、運(yùn)行結(jié)果等。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生走向就業(yè)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。由于 PROTEUS 提供了實(shí)驗(yàn)室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設(shè)計(jì)的靈活性、提供了實(shí)驗(yàn)室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表 ，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐精神、創(chuàng)造精神的平臺(tái) 。 隨著科技的發(fā)展， “ 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù) ” 已成為許多設(shè)計(jì)部門重要的前期設(shè)計(jì)手段。它具有設(shè)計(jì)靈活，結(jié)果、過程的統(tǒng)一的特點(diǎn)?？墒乖O(shè)計(jì)時(shí)間大為縮短、耗資大為減少，也可降低工程制造的風(fēng)險(xiǎn)。相信在單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用中 PROTEUS也能茯得愈來愈廣泛的應(yīng)用。 結(jié)語： Proteus 組合了高級(jí)原理布圖、混合模式 SPICE 仿真 ， PCB 設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線來實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)。其功能模塊 ： —個(gè)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(jì) 。 PROSPICE 仿真器的一個(gè)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(jì)的協(xié)同仿真。此外，還可以結(jié)合微控制器軟件使用動(dòng)態(tài)的鍵盤，開關(guān)，按鈕， LED 甚至 LCD顯示 CPU 模型 。 支持許多通用的微控制器 ， 如 PIC， AVR， HC11 以及 8051。交互的裝置模型包括 ： LED 和 LCD 顯示 ， RS232 終端 ， 通用鍵盤 ,強(qiáng)大的調(diào)試工具 ， 包括寄存器和存儲(chǔ)器 ， 斷點(diǎn)和單步模式 。 IAR CSPY 和 Keil uVision 等開發(fā)工具的源層調(diào)試應(yīng)用特殊模型的 DLL 界面 提供有關(guān)元件庫的全部文件 [10]。 Proteus 缺點(diǎn)和不足 (1)由 于 Proteus是英國開發(fā)的軟件，在國內(nèi)常用的一些芯片，器件庫中有的沒有，在實(shí)際設(shè)計(jì)仿真中，經(jīng)常需要用近似產(chǎn)品來替代，造成了開發(fā)設(shè)計(jì)當(dāng)中的不便 ， 傳感器的器件模型幾乎沒有，在仿真時(shí)，我們只好用滑動(dòng)變阻器來替代 ； (2)器件庫中有的模型，缺少仿真文件，不能進(jìn)行仿真，經(jīng)常造成調(diào)試錯(cuò)誤 ， 如：常用的 ADC0809在模型中就缺少仿真文件，實(shí)際使用時(shí)只能用 ADC0808來代替 ； (3)實(shí)時(shí)性比較差，這是仿真軟件的通病。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試及仿真 單片機(jī)應(yīng)用系 統(tǒng)的調(diào)試是系統(tǒng)開發(fā)的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)完成了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)和硬件組裝后，便可進(jìn)入應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試階段。系統(tǒng)調(diào)試的目的是查出系統(tǒng)中硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)中存在的錯(cuò)誤及可能出現(xiàn)的不協(xié)調(diào)的問題，以便修改設(shè)計(jì)，最終使系統(tǒng)能正確地工作。 系統(tǒng)調(diào)試包括軟件調(diào)試、硬件調(diào)試及軟硬件聯(lián)調(diào)。根據(jù)調(diào)試環(huán)境不同，系統(tǒng)調(diào)試又分為模擬調(diào)試與現(xiàn)場調(diào)試。各種調(diào)試所起的作用是不同的，他們所處的時(shí)間段也不一樣，但他們的目標(biāo)是一致的，都是為了查出系統(tǒng)中潛在的錯(cuò)誤 [11]。 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試與所選用的軟件結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)技術(shù)有關(guān)。如果 采用模塊程序設(shè)計(jì)技術(shù)，則逐個(gè)模塊調(diào)好以后，再進(jìn)行系統(tǒng)程序總調(diào)試。如果采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，一般是逐個(gè)任務(wù)，下面進(jìn)一步予以說明。 對(duì)于模塊結(jié)構(gòu)程序，要一個(gè)個(gè)子程序分別調(diào)試。調(diào)試子程序時(shí)，一定要符合現(xiàn)場環(huán)境，即入口條件和出口條件。調(diào)試的手段可采用單步運(yùn)行方式和斷點(diǎn)運(yùn)行方式，通過檢查用戶系統(tǒng) CPU的現(xiàn)場、 RAM 的內(nèi)容和 I/O 口的狀態(tài)，檢測程序執(zhí)行結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求。通過檢測，可以發(fā)現(xiàn)程序中的死循環(huán)錯(cuò)誤、機(jī)器碼錯(cuò)誤及轉(zhuǎn)移地址的錯(cuò)誤，同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)用戶系統(tǒng)中的硬件故障、軟件算法及硬件設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。在調(diào)試過程中不斷調(diào)整 用戶系統(tǒng)的軟件和硬件，逐步通過一個(gè)個(gè)程序模塊。 各程序模塊通過后，可以把各功能塊聯(lián)合起來一起進(jìn)行整體程序綜合調(diào)試。在這階段若發(fā)生故障，可以考慮各子程序在運(yùn)行時(shí)是否破壞現(xiàn)場，緩沖單元是否發(fā)生沖突，零位的建立和清除在設(shè)計(jì)上有否失誤，堆棧區(qū)域有否溢出，輸入設(shè)備的狀態(tài)是否正常，等等。若用戶系統(tǒng)是在開發(fā)系統(tǒng)的監(jiān)控程序下運(yùn)行時(shí)，還要考慮用戶緩沖單元是否和監(jiān)控程序的工作單元發(fā)生沖突。 單步和斷點(diǎn)調(diào)試后，還應(yīng)進(jìn)行連續(xù)調(diào)試，這是因?yàn)閱尾竭\(yùn)行只能驗(yàn)證程序的正確與否，而不能確定定時(shí)精度、 CPU 的實(shí)時(shí)響應(yīng)等問題。待全部完成后，應(yīng)反 復(fù)運(yùn)行多次，除了觀察穩(wěn)定性之外，還要觀察用戶系統(tǒng)的操作是否符合原始設(shè)計(jì)要求、安排的用戶操作是否合理等，必要時(shí)還要作適當(dāng)修正。 對(duì)于實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的調(diào)試方法與上述方法有很多相似之處，只是實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序是由若干個(gè)任務(wù)程序組成，一般是逐個(gè)任務(wù)進(jìn)行調(diào)試，在調(diào)試畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 某一個(gè)任務(wù)時(shí)，同時(shí)也調(diào)試相關(guān)的子程序、中斷服務(wù)程序和一些操作系統(tǒng)的程序。逐個(gè)任務(wù)調(diào)試好以后，再使各個(gè)任務(wù)同時(shí)運(yùn)行，如果操作系統(tǒng)中沒有錯(cuò)誤，一般情況下系統(tǒng)就能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 在全部調(diào)試和修改完成后，將用戶軟件固化于 EPROM 中，插入用戶樣機(jī)后，用戶 系統(tǒng)即能脫離開發(fā)機(jī)獨(dú)立工作，至此系統(tǒng)研制完成。 系統(tǒng)調(diào)試是指讓用戶系統(tǒng)的軟件在其硬件上運(yùn)行，進(jìn)行軟硬件聯(lián)合調(diào)試，從中發(fā)現(xiàn)硬件錯(cuò)誤或軟件錯(cuò)誤。 系統(tǒng)調(diào)試