【正文】 文 摘 要Title Based on the virtual experiment system PROTEUS chip designAbstractWidespread application based on the C51 monolithic integrated circuit in the real life. This article based on PROTEUS software, simply designed a monolithic integrated circuit hypothesized hardware environment experiment system. In order to make some simple MCU subject gives a brief introduction to KEIL and article main introduce the detail to various part of electric circuits. Include keyboard, display, 6 digit 7 segment anode display，A/D, D/A, the 4X4 keyboard39。s way demonstration, LCD displayed as well as A/D and D/A switch39。 現(xiàn)在使用 Proteus 仿真軟件，實現(xiàn)了純軟件的虛擬單片機實驗系統(tǒng),既可調(diào)試單片機程序，也可以仿真單片機的外圍器件的工作情況；既能充分利用計算機等硬件資源，減少硬件設備的維護工作量，還可提供豐富的實驗內(nèi)容。目前，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地滲透到工程設計、科學研究、軍事技術(shù)、各類產(chǎn)業(yè)和商業(yè)文化藝術(shù)以及人們的日常生活等方方面面中，由于社會對掌握嵌入式技術(shù)人才的大量需求，使得嵌入式軟硬件工程師成為未來幾年內(nèi)最為熱門的職業(yè)之一，相當一部分高校已開設嵌入式系統(tǒng)的相關課程。Proteus 與其他軟件不同，它不僅能仿真 CPU 的工作情況，而且也能仿真參與單片機仿真的外圍電路和其他電路的工作情況。不再關心的是某些程序語句執(zhí)行單片機寄存器和存儲器內(nèi)容的改變。 課題的目的和意義單片機技術(shù)是電子專業(yè)一門重要的基礎課程，它要求的對動手能力要求很高，長期以來，由于實驗設備資源的限制，使得教學實驗受到了限制，本設計是利用 Proteus軟件進行虛擬單片機試驗系統(tǒng)的開發(fā)，所涉及到單片機及外圍電路可以在沒有硬件的本 科 畢 業(yè) 設 計 第 2 頁 共 43 頁情況下進行各種實驗的仿真，從而大大地挺高了學習的興趣。通過實驗可以使所學的東西更加清楚和明了，通過實驗可以是學生通過實驗加深對理論知識的理解和認識。傳統(tǒng)的試驗室，需要大量的實驗器材，而且很多器材都得不到充分地利用，加上電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代，很多實驗器材用不了幾年就會被淘汰，再加上目前學生人數(shù)的增加，勢必會給實驗教學帶來不小的壓力和沖擊，所以我們就要尋找一種新的途徑解決實驗教學的問題，傳統(tǒng)的實驗需要各種設備儀器，和相關的配套設施，而且對實驗器材不夠充分地利用，學生在試驗室對各種儀器不熟悉，對實驗內(nèi)容準備的不夠充分而到不到滿意的實驗結(jié)果，現(xiàn)在利用虛擬的實驗系統(tǒng)可以很好地解決這一問題，所以虛擬試驗室教學將成為一種發(fā)展趨勢，同時也提高學習者的積極性和動手能力。所有電路都是圍繞主芯片 AT89C52 來完成的,下圖為設計的電路的整體框圖，如圖 21 所示。為進行一些簡單的單片機實驗構(gòu)建一個虛擬硬件環(huán)境。本 科 畢 業(yè) 設 計 第 4 頁 共 43 頁LCD：LCD 為英文 Liquid Crystal Display 的縮寫，即液晶顯示器，是一種數(shù)字顯示技術(shù)，可以通過液晶和彩色過濾器過濾光源，在平面面板上產(chǎn)生圖象。數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)就可以做到這一點，而且它們的輸出還可以用來驅(qū)動各種設備。在數(shù)字系統(tǒng)中，一些真實世界的信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器( ADC)數(shù)字化和處理過后，然后需要重新轉(zhuǎn)化成模擬信號的系統(tǒng)中。 課題研究的方法 總體方案實驗項目硬件電路 軟件程序ProteusKeil C存檔相應的軟件電路和軟件程序并編寫實驗報告圖 22 總體方案本 科 畢 業(yè) 設 計 第 5 頁 共 43 頁分別對LED顯示、獨立鍵盤、矩陣鍵盤、LCD顯示、蜂鳴器模塊、數(shù)碼管以及A/D和D/A等實驗項目進行硬件電路和軟件程序的設計并結(jié)合Proteus和Keil uVision3進行仿真。 技術(shù)路線在 K e i l C 中寫入源程序編譯生成 H e x 文件在 P o r t e u s 上畫出電路原理圖綁定主芯片與 H e x 文件修改電路或源程序運行 P r o t e u s 進行調(diào)試成功 ？編寫實驗指導書N Y 圖 23 技術(shù)路線圍繞著主芯片設計 LED 顯示、獨立鍵盤、矩陣鍵盤、數(shù)字鍵盤、LCD 顯示、數(shù)碼管、計數(shù)器、數(shù)字溫度顯示、蜂鳴器模塊、交通燈設計、以及 A/D 和 D/A 等電路模塊并在Porteus 上畫出相應的電路圖并保存。運行 Proteus 進行仿真調(diào)試。本 科 畢 業(yè) 設 計 第 6 頁 共 43 頁 電路圖仿真部分Proteus 與其他軟件不同，它不僅能仿真 CPU 的工作情況，而且也能仿真參與單片機仿真的外圍電路和其他電路的工作情況。不再關心的是某些程序語句執(zhí)行單片機寄存器和存儲器內(nèi)容的改變。采用 Proteus 仿真軟件進行虛擬單片機實驗，具有比較明顯的優(yōu)勢，如涉及到的實驗實習內(nèi)容全面、硬件投入少、學生可自行實驗、實驗過程中損耗小、與工程實踐最為接近等。如圖 31 所示。 AT89C52 介紹AT89C52 是 一 個 低 電 壓 ， 高 性 能 CMOS 8 位 單 片 機 ， 片 內(nèi) 含 8k bytes 的 可 反復 擦 寫 的 Flash 只 讀 程 序 存 儲 器 和 256 bytes 的 隨 機 存 取 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 （ RAM） ， 器件 采 用 ATMEL 公 司 的 高 密 度 、 非 易 失 性 存 儲 技 術(shù) 生 產(chǎn) ， 兼 容 標 準 MCS51 指 令 系 統(tǒng) ，片 內(nèi) 置 通 用 8 位 中 央 處 理 器 和 Flash 存 儲 單 元 功 能 強 大 的 AT89C52 單 片 機 可 為 您提 供 許 多 較 復 雜 系 統(tǒng) 控 制 應 用 場 合 。其 將 通 用 的 微 處 理 器 和 Flash 存 儲 器 結(jié) 合 在 一 起 ， 特 別 是 可 反 復 擦 寫 的 Flash 存儲 器 可 有 效 地 降 低 開 發(fā) 成 本 。RST/Vpd（ 9 腳 ） 為 復 位 輸 入 端 口 ， 外 接 電 阻 電 容 組 成 的 復 位 電 路 。 P0~P3 為 可 編 程 通 用I/O 腳 ， 其 功 能 用 途 由 軟 件 定 義 ， 在 本 設 計 中 ， P0 端 口 （ 32~39 腳 ） 被 定 義 為N1 功 能 控 制 端 口 ， 分 別 與 N1 的 相 應 功 能 管 腳 相 連 接 ， 13 腳 定 義 為 IR 輸 入 端 ，10 腳 和 11 腳 定 義 為 I2C 總 線 控 制 端 口 ， 分 別 連 接 N1 的 SDAS（ 18 腳 ） 和SCLS（ 19 腳 ） 端 口 ， 12 腳 、 27 腳 及 28 腳 定 義 為 握 手 信 號 功 能 端 口 ， 連 接 主 板CPU 的 相 應 功 能 端 ， 用 于 當 前 制 式 的 檢 測 及 會 聚 調(diào) 整 狀 態(tài) 進 入 的 控 制 功 能 。GND：接地。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口 P0 寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在 Flash 編程時，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。對端口寫“1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。與 AT89C52 不同之處是， 和 還可分別作為定時/計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（）和輸入（） ，F(xiàn)lash 編程和程序校驗期間，P1 接收低 8 位地址。對端口 P2 寫“1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVX RI 指令）時，P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 P3 口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。對 P3 口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能 P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。當振蕩器工作時，RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。一般情況下，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。對 Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG） 。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。 PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 AT89C52 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。 EA/VPP：外部訪問允許。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。晶振的作用是為了系統(tǒng)，他提供時鐘信號給了系統(tǒng)，通常便于各部分保持同步，所以一個系統(tǒng)共用一個晶振，要使通過電子調(diào)整頻率的保持同步，那就必須在有些系統(tǒng)中的基頻和射頻使用不同的晶振。復位電路由復位開關和下拉電阻 R7 組成，接單片機的 RST 引腳。內(nèi)部計數(shù)器的編程主要是定時常數(shù)的設置和有關控制寄存器的設置。定時器有關的寄存器有工作方式寄存器 TMOD 和控制寄存器 TCON。每個機器周期的長度是 12 個振蕩周期，該實驗系統(tǒng)的晶振是。接排阻的作用是防止發(fā)光二極管在電壓過大的情況下燒壞，然后 74HC573 接AT89C52 的 P1 口從 到 ,這樣就形成了 8 個閉合回路。如圖 34 所示。然后在后面加上延遲，也就是亮的時間后再輸入 口為低電平，第二個二極管就發(fā)亮，同理而言，就實現(xiàn)了流水燈的實驗。9 引腳的排阻 2 到 9 端接單片機的 到 。1602 為 2 行 16 列液晶顯示器，可顯示 2 行 16 列英文字符，有 8 位數(shù)據(jù)總線 D0D7，RS、VEE、RW 三個控制端口（共 14 線） ，工作電壓為 5V。如圖 35 所示。第 2 腳：VDD 接 5V 電源正極。第 4 腳：RS 為選擇寄存器，高電平 1 時寄存器選擇數(shù)據(jù)、低電平 0 時寄存器選擇指令。第 6 腳：E(或 EN)端為使能(enable)端。第 15～16 腳：空腳或背燈電源。用 LCD 顯示一個比較復雜的字符時，因為一個字符由 68 或 88 點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應的顯示 RAM 區(qū)的 8 字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1” ，其它的為“0” ，為“1”的點亮，為“0”的不亮。 數(shù)碼管模塊LED 數(shù)碼管是由七個發(fā)光管組成 8 字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點就是 8 個。當數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的 2 個 8 數(shù)碼管字樣了。LED 數(shù)碼管有一般亮和超亮等不同之分，也有 寸、1 寸等不同的尺寸。發(fā)光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數(shù)碼管，發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負極的稱為共陰數(shù)碼管。常用 LED 數(shù)碼管顯示的數(shù)字和字符是 0、A、B、C、D、E、F。數(shù)碼管根據(jù) LED 分為共陰和共陽是因為他們的接法不同而分類，如果了解 LED 的特性，尤其是對編程是非常重要的，數(shù)碼管的類型不同，電路除了有差別外，編程的方法和原理也有所不同，共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路不同，到那它們的原理是一樣的，知識它們的電源極性不同而已罷了。選用時要注意產(chǎn)品尺寸顏色，波長，功耗，亮度等。兩個 74HC573 的 D0D7 與單片機的 引腳相連?！　≌ｏ@示的 LED 數(shù)碼管，數(shù)碼管的各個段碼就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動，才能顯示出我們要的數(shù)位，因此根據(jù) LED 數(shù)碼管不同的驅(qū)動方式，根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式，可以本 科 畢 業(yè) 設 計 第 15 頁 共 43 頁分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩類。靜態(tài)顯示是指由一個單片機的 I/O 埠進行驅(qū)動每個數(shù)碼管的每一個段碼，或者使用如 BCD 碼二十進位進行驅(qū)動。故實際應用時必須增加驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬體電路的復雜性。 LED 數(shù)碼管的