【正文】 繪制原理圖，然后將任何源程序編譯器（ KEIL 等）生成的下載文件（ *.hex格式）路徑指定給原理圖中的芯片，就可以觀察程序的運(yùn)行。 圖 虛擬工具箱 Proteus 在單片機(jī)仿真中的應(yīng)用 基于 VSM 的理論， Proteus 可以仿真很多常用的微處理器。 2．虛擬工具箱 Proteus的虛擬工具箱提供了電路測(cè)試中的常用工具和儀器，主要用于在實(shí)時(shí)仿真同時(shí)的電路參數(shù)觀測(cè)，測(cè)量結(jié)果隨仿真動(dòng)態(tài)變化并顯示，可以滿足精度要求不是很高的測(cè)量分析，對(duì)于電路特性的定 性分析可以起到事半功倍的效果，大大節(jié)約了測(cè)試時(shí)間和開發(fā)成本。 VSM 為用戶提供了一個(gè)實(shí)時(shí)交互的環(huán)境，在仿真的過程中，你可以用鼠標(biāo)去點(diǎn)擊開關(guān)和按鈕，微處理器根據(jù)輸入的信號(hào)做30 出相應(yīng)的中斷響應(yīng)，同時(shí)輸出運(yùn)算的結(jié)果到顯示終端。 在物理原型調(diào)試之前用于仿真整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的一種設(shè)計(jì)方法。與 Multisim等仿真軟件的一大不同，在于 Proteus支持微處理器的仿真。 Labcenter公司與相關(guān)的第三方軟件陣容共同開發(fā)了 6000多個(gè)模擬和數(shù)字電路中常用的 spice模型以及各種動(dòng)態(tài)元件，基本元件如電阻、電容、 各種二極管、三極管、 MOS管、 555定時(shí)器等； 74系列 TTL 元件和 4000系列 CMOS 元件；存儲(chǔ)芯片包括各種常用的 ROM, RAM， EEPROM, 還有常見 I2C器件等。下面著重介紹一下該軟件的這兩個(gè)突出特點(diǎn)。 PROTUES 仿真軟件的功能 作為一款 EDA仿真軟件， Proteus與同類軟件有著很多的相似之處。前者主要用于 PCB 自動(dòng)或人工布線及其電路仿真，后者主要采用原理布圖的方法繪制電路并進(jìn)行相應(yīng)的仿真。它從 1989 年出現(xiàn)到現(xiàn)在已經(jīng)有十多年的歷史，在全球廣泛使用。其流程圖見圖 。關(guān)閉定時(shí)計(jì)數(shù)器，并且將 各狀態(tài)下的標(biāo)志位賦 0 值，使程序能跳出此 種 工作狀態(tài)。 0 子程序 在定時(shí)計(jì)數(shù)中斷子程序中，要完成秒信號(hào)的產(chǎn)生、 60 秒的計(jì)數(shù)后產(chǎn)生分信號(hào)，最后，再以分鐘為時(shí)間單位，根據(jù)所選工作程序的執(zhí)行流程所需要的時(shí)間逐一遞增并隨時(shí)顯示所用的時(shí)間。 圖 為外部中斷 1 的服務(wù)子程序流程圖 因?yàn)檎彰鳠艚釉? 引腳上，所以在產(chǎn)生外部中斷 0 即 A2 鍵按下以后，只需對(duì) 取反就能改變照明燈的狀態(tài)。因?yàn)檎彰麟娐芬S時(shí)可以打開關(guān)閉，所以外部中斷 1 要設(shè)為高優(yōu)先級(jí)中斷。 按鍵時(shí)還將啟動(dòng)蜂鳴器 秒左右，表示剛才的按鍵操作是有效的。 當(dāng)然在按 A1 鍵時(shí)即產(chǎn)生外部中斷時(shí)，程序?qū)⒏鶕?jù) a1 的值，點(diǎn)亮相應(yīng)的發(fā)光二極管。此時(shí)再按 A1 鍵無效。兩秒之內(nèi)如果沒有改變 a1 的值，則表示已經(jīng)選定好了工作方式。系統(tǒng)一共有四種工作方式。 外部中斷 0 子程序 外部中斷 0 引腳接的是 A1 按鍵， 在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中沒有用到獨(dú)立式或者矩陣式鍵盤。四個(gè)數(shù)碼管全部顯示 0。如果沒有關(guān)好則調(diào)用此程序。 只需循環(huán)調(diào)用時(shí)間顯示以及判斷定時(shí)時(shí)間。 開 始點(diǎn) 亮 相 應(yīng) L E D門 是 否 關(guān) 好啟 動(dòng) 報(bào) 警啟 動(dòng) 臭 氧 發(fā) 生 電 路啟 動(dòng) 定 時(shí) 計(jì) 數(shù) 器消 毒 時(shí) 間 顯 示門 是 否 打 開消 毒 時(shí) 間 是否 已 到結(jié) 束YNNYYN 圖 消毒處理子程序 干燥 處理子程序 干燥處理程序 相對(duì)于消毒程序來說比較容易，因?yàn)樵诟稍镞^程中可以將門打開。如果定時(shí)時(shí)間到了，則關(guān)閉定時(shí)計(jì)數(shù)器，并將在定時(shí)計(jì)數(shù)器中斷 0 中用到得各存儲(chǔ)單元清零。這時(shí)程序繼續(xù)往下，啟動(dòng)臭氧發(fā)生電路，啟動(dòng)定開始取出秒鐘的十位 S 2 , 個(gè)位 S 1取出分鐘的十位 M 2 個(gè)位 M 1將 S 1 的所對(duì)應(yīng)的段碼送 P 0 , 位碼送 P 2將 S 2 的所對(duì)應(yīng)的段碼送 P 0 , 位碼送 P 2將 M 1 所對(duì)應(yīng)的段碼送 P 0 , 位碼送 P 2將 M 2 的所對(duì)應(yīng)的段碼送 P 0 , 位碼送 P 2結(jié)束24 時(shí)計(jì)數(shù)器，然后循環(huán)的調(diào)用時(shí)間顯示程序，檢測(cè)門是否被打開，并判斷消毒時(shí)間到了沒有。中間涉及到了報(bào)警程序，時(shí)間顯示程序的調(diào)用。 具體方法如圖 圖 時(shí)間顯示子程序流程圖 此程序?qū)⒃诟鞴ぷ鞣绞皆谘h(huán)調(diào)用，這樣就可以將定時(shí)的時(shí)間，實(shí)時(shí)的顯示。兩秒以后關(guān)閉外部中斷 0，這時(shí)將根據(jù)鍵值執(zhí)行相應(yīng)的工作方式。有中斷后將會(huì)得到鍵值。因?yàn)樵谥鞒绦蛑袑?huì)不斷的調(diào)用這個(gè)鍵值處理子程序，而返回跟調(diào)用的時(shí)間幾微妙相對(duì)于兩秒的時(shí)間來說可開始產(chǎn)生鍵值了嗎鍵值等于 1 嗎 鍵值為多少消毒 45 分鐘子程序消毒 45 分鐘子程序干燥 30 分鐘子程序干燥 30 分鐘子程序結(jié)束NYYN423延時(shí)兩秒等待中斷改變鍵值關(guān)閉外部中斷23 以忽略。 圖 鍵值處 理子程序流程圖 在此程序中， 開始延時(shí)兩秒鐘的時(shí)間，等待外部中斷，如果沒有則沒有鍵值，這時(shí)就不能執(zhí)行相應(yīng)的工作方式程序。 各子程序 開始調(diào)用鍵值處理程序各中斷的初始化設(shè)置22 鍵值處理子程序 在 系統(tǒng)中將會(huì)循環(huán)調(diào)用鍵值處理子程序，對(duì)于鍵的處理沒有用到獨(dú)立式或者矩陣式鍵盤，而是直接將兩個(gè)按鍵 A1,A2 接到了外部中斷 0 和外部中斷 值。 然后循環(huán)調(diào)用鍵值處理子程序，對(duì)于在外部中斷 0 中得到得鍵值，也就是工作方式進(jìn)行相應(yīng)的操作，即再轉(zhuǎn)到各工作方式的處理程序。外部中斷 1 接 A2 鍵，為照明開關(guān)的控制。 此系統(tǒng)中用到了定時(shí)計(jì)數(shù)器中斷 0 以及外部中斷 0 外部中斷 1. 定時(shí)計(jì)數(shù)器中斷 0用來對(duì)消毒和干燥程序執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行控制。 21 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本章根據(jù)硬件電路 ，進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，根據(jù)硬件的設(shè)計(jì)，程序可分為主程序、按鍵識(shí)別 子程序、 A1 鍵保存子程序、 A2 鍵保存子程序、鍵處理子程序、工作流程執(zhí)行子程序、定時(shí)中斷子程序、顯示子程序、 報(bào)警 子程序。蜂鳴器由 來控制，從 輸出不同頻率的方波促使蜂鳴器產(chǎn)生不同音調(diào)的聲音，以區(qū)分功能鍵按鍵和燈控鍵的按鍵操作，該功能的實(shí)現(xiàn)由軟件來實(shí)現(xiàn)。 蜂鳴器的原理跟發(fā)光二極管一樣，只要在它的正極加高電平，在它的負(fù)極加低電平，就能使蜂鳴器工作，為了提高蜂鳴器的電流，就需要加驅(qū)動(dòng)電路，在這里加 PNP 型三極管做驅(qū)動(dòng)。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。 門吸開關(guān) S1，只有當(dāng)消毒柜門關(guān)閉時(shí)臭氧發(fā)生器才能工作，防止臭氧的泄漏。 如果在消毒或干燥過程中，對(duì)于已選定的工作方式不滿意，可以通過 A3 鍵（復(fù)位鍵）重新選擇工作方式。 30 分鐘后， LED3熄滅， LED4 點(diǎn)亮，再經(jīng)過 30 分鐘后 LED4 熄滅，整個(gè)消毒、加熱干燥過程結(jié)束。 在此選擇動(dòng)態(tài)顯示方式 。動(dòng)態(tài)掃描顯示由于各個(gè)數(shù)碼管的字段線是并聯(lián)使用的，因而大大簡(jiǎn)化了硬件線路。在輪流點(diǎn)亮一遍的過程中，每位顯示器點(diǎn)亮的時(shí)間則是極為短暫的。這樣，對(duì)于一組 LED 數(shù)碼顯示器需要由兩組信號(hào)來控制：一組是字段輸出口輸出的字形碼，用來控制顯示的字形，稱為段碼；另一組是位輸出口輸出的控制信號(hào)，用來控制第幾位顯示器工作，稱為位碼。 （ 2） 動(dòng)態(tài)顯示 動(dòng)態(tài)顯示是把所有顯示器的 8 個(gè)筆畫段的各同段名端互相并接在一起，并把它們接到字段輸出口上。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 BCD 碼二 十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 LED 顯示器見圖 ： 圖 數(shù)碼管共陰共陽接法以及外部引腳圖 2. 數(shù)碼管顯示 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中， LED 數(shù)碼顯示器的顯示方法有兩種：靜態(tài)顯示法和動(dòng)態(tài)掃描顯示法。共陽極接法是把 LED 的陽極連接在一起，使用時(shí)公共陽極接 +5V，這時(shí)陰極接低電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而接高電平的則不亮。另外為了顯示小數(shù)點(diǎn)，增加了 1 個(gè)點(diǎn)狀的發(fā)光二極管，因此數(shù)碼管就由 8 個(gè) LED 組成， 排列順序如下圖 ， 我們分別把這些發(fā)光二極管命名為 a,b,c,d,e,f,g,dp。干燥電路由接在 上的發(fā)光二極管代替，二極管亮則代表啟動(dòng)了干燥電路。 2. 照明電路 16 為方便用戶在昏暗環(huán)境下使用，設(shè)置了照明燈，由 口控制。 我們采用按鍵復(fù)位電路 ,電路圖見圖 ： 圖 復(fù)位電路 狀態(tài)顯示電路 1. 指示電路 柜內(nèi)工作狀態(tài)通過 4 只 LED 指示燈指示，它們分別由單片機(jī)的 ~ 口控制。 RST 引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間（ 2 個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。上電復(fù)位要求接通電源后，單 片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。 3． 復(fù)位電路 單片機(jī)復(fù)位是使 CPU 和系統(tǒng)中的其他功能部件都處于在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并且從這個(gè)狀態(tài)開始工作。此方式常用于多片單片機(jī)同時(shí)工作，以便于各單片機(jī)的同步。故機(jī)器周期為 1 微 秒 。 這就是時(shí)鐘電路 ，電路圖見圖 ： 圖 時(shí)鐘電路 15 電容 C1 和 C2 一般取 30pF 左右， 作用是穩(wěn)定頻率和快速起振 ,而晶體的振蕩頻率范圍通常是 ,晶體振蕩頻率高 ,則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也高 ,單片機(jī)運(yùn)行的速度 也就快 但反過來運(yùn)行速度快對(duì)存儲(chǔ)器的速度要求就高，對(duì)印刷電路板的工藝要求也高。 2. 時(shí)鐘電路 時(shí) 鐘信號(hào)通常由兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部振蕩方式，二是外部時(shí)鐘方式。其中 C3 可以起抵消電感效應(yīng)，以防止起自激振蕩，還可以抑制電源高頻脈沖干擾，一般取 ～ 1uF。三端固定輸出集成穩(wěn)壓器通用產(chǎn)品有 CW7800 系列（正電源）和 CW78900 系列（負(fù)電源）。其中 Uc 起濾波作用。 1. 電源電路 由于單片機(jī)的供電電源為 5V， 又要保持電壓穩(wěn)定， 所以我們必須設(shè)計(jì)一個(gè) 5V的直流電源， 直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成 ， 本電源電路采用采用單相橋式整流電路 。 系統(tǒng)硬件 電路介紹 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)由單片機(jī)，電源電路，時(shí)鐘電路，復(fù)位電路構(gòu)成。通過一個(gè)三極管來放大驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，原理圖見下面圖 ： 圖 單片機(jī)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器原理圖 如圖所示，蜂鳴器的正極接到 VCC（＋ 5V）電源上面，蜂鳴器的負(fù)極接到三極管的發(fā)射極 E，三極管的基級(jí) B 經(jīng)過限流電阻 R1 后由單片機(jī)的 引腳控制，當(dāng) 輸出高電平時(shí)，三極管 T1 截止，沒有電流流過線圈，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng) 輸出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。程序略復(fù)雜， 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 選擇和編程的復(fù)雜度選擇無源蜂鳴器。 無源的話要頻率驅(qū)動(dòng)，不同頻率驅(qū)動(dòng)會(huì)發(fā)出不同的聲音。 有源要單片機(jī)普通 IO 端口直接高低電平驅(qū)動(dòng)，如果你的單片機(jī)端口驅(qū)動(dòng)能力不夠可以用三極管驅(qū)動(dòng)。 在此我們選擇 電磁式蜂鳴器 ，電磁式 蜂鳴器 又 分兩種，有源和無源的 。 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。 蜂鳴器的選擇 1. 蜂鳴器簡(jiǎn)介 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電 ， 廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電話機(jī)等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不12 管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是ALE 才起作用。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出 正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 RST：復(fù)位輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 （ 1） AT89C51 引腳圖見圖 ： ★ AT89C51 的主要特性： 與 MCS51