【正文】 將源程序輸入新建文本中進(jìn)行調(diào)試，源程序的調(diào)試界面如圖 。 Keil系列軟件具有良好的調(diào)試界面，優(yōu)秀的編譯效果，豐富的使用資料。 圖 Proteus 與 Keil uVision4 結(jié)合畫面 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁 共 68 頁 5 系統(tǒng)仿真與硬件調(diào)試及分析 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路為：首先從整體上劃分出各功能模塊，然后硬件和軟件同時(shí)進(jìn)行依次完成各個(gè)功能模塊，最后將各個(gè)模塊聯(lián)系起來完成整個(gè)系統(tǒng) 。 使用步驟： （ 1） 點(diǎn)擊桌面上的 Keil uVision4 圖標(biāo)，出現(xiàn)啟動(dòng)畫面 ，如圖 ； （ 2） 點(diǎn)擊 “project New uVision Project”新建一個(gè)工程 ； 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁 共 68 頁 （ 3） 在對(duì)話框，選擇放在剛才建立的 “Mytest”文件夾下，給這個(gè)工程取個(gè)名后保存，不需要填后綴，注意默認(rèn)的工程后綴與 uVision3 及 uVision2 版本不同了，為 uvporj； （ 4） 彈出一個(gè)框，在 CPU 類型下我們找到并選中 “Atmel”下的 AT89S51 或 52，如圖 ； （ 5） 以上工程創(chuàng)建完畢，接下來開始建立一個(gè)源程序文本 ； （ 6） 在下面空白區(qū)別寫入或復(fù)制一個(gè)完整的 C 程序 ，如圖 ； （ 7） 輸入源程序文件名名稱，在這里筆者示例輸入 “test”，這個(gè)名稱，同樣大家可以隨便命名。 Keil uVision4 介紹 使用匯編語言或 C 語言要使用編譯器，以便把寫好的程序編譯為機(jī)器碼，才能把 HEX可執(zhí)行文件寫入單片機(jī)內(nèi)。了解和把握別人的設(shè)計(jì)意圖和思維模式，是團(tuán)結(jié)協(xié)作的基礎(chǔ)。同時(shí)也可以在原設(shè)計(jì)上 進(jìn)行修改處理。 (5)與工程實(shí)踐最為接近，可以了解實(shí)際問題的解決過程 在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)或進(jìn)行大實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，可以具體的在 Protues 中做一個(gè)工程項(xiàng)目，并將其最后移植到一個(gè)具體的硬件電路中，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(duì)工程實(shí)踐過程的了解和學(xué)習(xí)。 (4)實(shí)驗(yàn)過程中損耗小，基本沒有元器件的損耗問題 在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，都涉及到因操作不當(dāng)而造成的元器件和儀器儀表的損毀，也涉及到儀器儀表等工作時(shí)所造成的能源消耗。還有，學(xué)生畢業(yè) 后想對(duì)單片機(jī)控制技術(shù)或智能儀表等有較深的研究和學(xué)習(xí)，如果采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，則學(xué)生需要購置的設(shè)備比較多，增加了他們學(xué)習(xí)和研究的投入。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，忽視了學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，則很少涉及到。因此采用軟件的方式進(jìn)行教學(xué)，其經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢是比較明顯的。 Protues 所提供的元件庫中，大部分可以直 接用于接口電路的搭建，同時(shí)該軟件所提供的儀表，不管在質(zhì)量還是數(shù)量上，都是可靠和經(jīng)濟(jì)的。 (2)硬件投入少，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯 對(duì)于傳統(tǒng)的采用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)板的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，由于硬件電路的固定，也就將單片機(jī)的CPU 和具體的接口電路固定了下來。 (1)內(nèi)容全面 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁 共 68 頁 內(nèi)容全面包括其能實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容包括軟件部分的匯編、 C51 等語言的調(diào)試過程，也包括硬件接口電路中的大部分類型。 圖 Proteus 界面 Proteus 軟件虛擬單片機(jī)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn) 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，如涉及到的實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)內(nèi)容全面、硬件投入少、學(xué)生可自行實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)過程中損耗小、與工程實(shí)踐最為接近等。對(duì)于軟件的分步調(diào)試，應(yīng)先執(zhí)行 debug 菜單下的 start/restart debugging 菜單項(xiàng)命令，此時(shí)可以選擇 step o ver 、 step into 和 step out 命令執(zhí)行程序 (可以用快捷鍵 F F11 和 ctrl+F11)，執(zhí)行的效果是單句執(zhí)行、進(jìn)入子程序執(zhí)行和跳出子程序執(zhí)行。對(duì)于總體執(zhí)行效果的調(diào)試方法，只需要執(zhí)行 debug 菜單下的 execute 菜單項(xiàng)或 F12 快捷鍵啟動(dòng)執(zhí)行，用 debug 菜單下的 pause animation 菜單項(xiàng)或 pause 鍵暫停系統(tǒng)的運(yùn)行；或用 debug 菜單下的 stop animation 菜單項(xiàng)或shiftbreak 組合鍵停止系統(tǒng)的運(yùn)行。這些測試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。 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。 (3)Proteus 軟件所提供的儀表資源 對(duì)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。 (2)Proteus 軟件所提供的 元件資源 開始 是否有鍵按下 延時(shí)取抖 是否有鍵按下 掃描取得鍵值 閉合鍵放否 結(jié)束 N N N Y Y Y 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁 共 68 頁 Proteus 軟件所提供了 30 多個(gè)元件庫，數(shù)千種元件。在工作前，要設(shè)置 view 菜單下的捕捉對(duì)齊和 system 下的顏色、 圖形界面大小等項(xiàng)目。對(duì)于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)，從某種意義上講，是彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。 Proteus ，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。 鍵盤掃描 開始 設(shè)置 T1 工作方式 2，設(shè)置波特率 串口工作于方式 2， SMOD=1 開總中斷 開串口中斷 檢測 TI、 RI 發(fā)送數(shù)據(jù) 接收數(shù)據(jù) 中斷返回 TI=1 RI=1 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁 共 68 頁 圖 鍵盤掃描流程圖 相關(guān)仿真軟件的介紹 Proteus ，真的很不錯(cuò)。 ET0：定 時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0的溢出中斷允許位。 ET1：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T1的溢出中斷允許位。 EA=0，屏蔽所有的中斷請(qǐng)求； EA=1，開放中斷。 單片機(jī)與單片機(jī)串行通信流程圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁 共 68 頁 圖 串口中斷流程圖 中斷控制 MCS51單片機(jī)中沒有專門的開中斷和關(guān)中斷指令，對(duì)各個(gè)中 斷源的允許和屏蔽是由內(nèi)部的中斷允許寄存器 IE的各位來控制的。 表 特殊功能寄存器 PCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SM0D X X X X X X SMOD：波特率加倍位。在編寫串行通信程序的時(shí)候，可以使用軟件查詢 RI的方法獲得數(shù)據(jù)是否已接收完畢。接收數(shù)據(jù)前必須軟件清 0，接收過程中 RI一直為 0，當(dāng)接收完一幀數(shù)據(jù)后，由硬件自動(dòng)置 1。在編寫串行通信程序的時(shí)候，可以使用軟件查詢 TI的方法獲得數(shù)據(jù)是否已發(fā)送完畢。發(fā)送數(shù)據(jù)前必須軟件清 0，發(fā)送過程中 TI一直為 0，當(dāng)發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，由硬件自動(dòng)置 1。在方式 2或方式 3中， RB8為接收到的第 9位數(shù)據(jù)。在方式 0中不使用 RB8。可約定作為奇偶校驗(yàn)位 ,或在多機(jī)通訊中作為區(qū)別地址幀或數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位。在方式 2或方式 3中，要發(fā)送的第 9位數(shù)據(jù)，根據(jù)需要由軟件置 1或清 0。由軟件置位 (REN=1)才允許接收，又由軟件清 O(REN=0)來禁止接收。當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí) SM2必須有軟件設(shè)置為 1；接收數(shù)據(jù)時(shí)，如果 SM2=1只有接收到的第 9位數(shù) 據(jù)為 1時(shí)， RI才置位；如果 SM2=0只要接 收第 9位數(shù)據(jù)， RI就置位。 串口控制寄存器 1. 特殊功能寄存器 SCON 它用于定義串行口的工作方式及實(shí)施接收和發(fā)送控制。 串行端口的波特率可以用程序來控制。發(fā)送時(shí)，只寫不讀；接收時(shí)，只讀不寫。 串行端 口有兩個(gè)控制寄存器 SCON、 PCON，用于設(shè)置工作方式、發(fā)送或接收的狀態(tài)、特征位、數(shù)據(jù)傳送波特率 [每秒傳送的位數(shù) ]以及作為中斷標(biāo)志等。 串行口有 4種基本工作方式，通過編程設(shè)置，可以使其工作在任一方式，以滿足不同場合的需要。 串口通信 51單 片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)功能很強(qiáng)的全雙工串行口，可同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 IT0（或 IT1）被設(shè)置為 0，則選擇外部中斷為電平觸發(fā)方式； IT0（或 IT1）被設(shè)置為 1，則選擇外部中斷為邊沿觸發(fā)方式。該位由軟件設(shè)置。 時(shí)器 /計(jì)數(shù)器控制寄存器 TCON： 表 TCON 控制寄存器各位的定義 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT0 IE0 IT TF0(TF1):T0(T1) 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器溢出中斷標(biāo)志位。如果GATE=1，則定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 的啟動(dòng)受芯片引腳 INT0 控制，則定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 啟動(dòng)受芯片引腳 INT1 控制；如果 GATE= /計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)與 INT0、 INT1 無關(guān)。 開始 設(shè)置定時(shí)器工作方式 定時(shí)器 賦初值 開總中斷 啟動(dòng)定時(shí)器 Count++ Country==20 ? Country 清零 定時(shí)器再次賦初值 時(shí)間減一 時(shí)間 ==0 ? 結(jié)束 Y Y N N 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁 共 68 頁 M M0：定時(shí)器工作方式選擇位，其值與工作方式對(duì)應(yīng)關(guān)系見表 。其位定義見表 。 定時(shí)器 T0/T1 的中斷流程圖： 圖 定時(shí)器中斷流程圖 器 /計(jì)數(shù)器方式控制寄存器 TMOD： 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0/T1 都有四種工作方式，可通過對(duì) TMOD 編寫設(shè)置來選擇。 加法計(jì)數(shù)器的初值可以由程序設(shè)定，設(shè) 置的初值不同，計(jì)數(shù)值或定時(shí)時(shí)間就不同。加法計(jì)數(shù)器溢出時(shí)可向 CPU 發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)。 表 STC89C51 特殊功能寄存器 符 號(hào) 地 址 注 釋 *ACC E0H 累加器 *B F0H 乘法寄存器 *PSW D0H 程序狀態(tài)字 SP 81H 堆棧指針 DPL 82H 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器指針低 8 位 DPH 83H 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器指針高 8 位 *IE A8H 中斷允許控制器 *IP D8H 中斷優(yōu)先控制器 *P0 80H 端口 0 *P1 90H 端口 1 *P2 A0H 端口 2 *P3 B0H 端口 3 PCON 87H 電源控制及波特率選擇 *SCON 98H 串行口控制器 SBUF 99H 串行數(shù)據(jù)緩沖器 *TCON 88H 定時(shí)器控制 TMOD 89H 定時(shí)器方式選擇 TL0 8AH 定時(shí)器 0 低 8 位 TL1 8BH 定時(shí)器 1 低 8 位 TH0 8CH 定時(shí)器 0 低 8 位 TH1 8DH 定時(shí)器 1 高 8 位 做為計(jì)數(shù)器用時(shí)，加法計(jì)數(shù)器對(duì)芯片引腳 T0或 T1上的輸入脈沖計(jì)數(shù)，每輸入個(gè)脈沖。 主流程圖如 所示： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁 共 68 頁 開始 初始化 設(shè)置答題時(shí)間和搶答時(shí)間 準(zhǔn)備開始答題 主持人是否按 搶答按鍵 定時(shí)器 0 開，倒計(jì)時(shí)開始 串口中斷，搶答時(shí)間內(nèi)是否有選手搶答 給串口發(fā)送答題時(shí)間， 選手開始答題 主持人是否按下開始答題鍵 選手按下答題結(jié)束，串口中斷，定時(shí)器關(guān)，倒計(jì)時(shí)停止 系統(tǒng)復(fù)位，下一輪搶答開始 數(shù)碼管顯示選手號(hào) 主持人是否按下開始答題鍵 犯規(guī)，顯示選手號(hào) 是 是 是 是 否 否 犯規(guī) 否 否 圖 系統(tǒng)總流程圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁 共 68 頁 各個(gè)模塊軟件設(shè)計(jì)與分析 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0、 T1 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器是 51 系列單片機(jī)的重要功能之一，它的核心是 16 位加法計(jì)數(shù)器。也可以將全部程序均安排在前臺(tái)，后臺(tái)程序?yàn)?“ 使系統(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài) ” ，以利于系統(tǒng)節(jié)電和抗干擾。整個(gè)系統(tǒng)軟件可分為后臺(tái) 程序（背景程序）和前臺(tái)程序。這如同當(dāng)一名操作工人比較容易，而當(dāng)一個(gè)廠長就比較難了。首先根據(jù)系統(tǒng)功能和鍵盤設(shè)置選擇一種最適合的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)。在各執(zhí)行模塊進(jìn)行定義時(shí)，將要牽扯到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型問題也一并規(guī)劃好。這兩類軟件的設(shè)計(jì)方法各有特色，執(zhí)行軟件的設(shè) 計(jì)偏重算法效率，與硬件關(guān)系密切，千變?nèi)f化。 軟件任務(wù)分析環(huán)節(jié)是為軟件設(shè)計(jì)做一個(gè)總體規(guī)劃。圖中單片機(jī)的 21 腳輸出具有復(fù)合功能，此處用到了單片機(jī) 18腳的 IO端口功能，單片機(jī)通過內(nèi)部定時(shí)器的操作實(shí)現(xiàn)交替變換的波形 輸出驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。如下圖 ： 圖 八名選手搶答停止按鍵 聲音電路 我們知道，聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來控制單 片 機(jī)某個(gè)口線的 “ 高 ” 電平或低電平，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用延時(shí)程序控制 “ 高 ”“ 低 ” 電平的 持續(xù)時(shí)間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)，使喇叭發(fā)出不同的聲音。 系統(tǒng)中的搶答時(shí)間和答題時(shí)間都是用鍵盤掃描來完成的，我們采用了 4*4集成鍵盤來實(shí)現(xiàn)的， 8個(gè)端分別介入單片機(jī)的 P1口，單片機(jī)掃描來判斷當(dāng)前輸入的數(shù)字并用數(shù)