【正文】 階段。 第二階段為 80 年代 ， 計算機輔助工程（ CAE）階段。 最后一個階段 90 年代 ， 電子系統(tǒng)設計自動化（ EDA）階段 [5]。它除了具有和其它 EDA 工具一樣的原理布圖、 PCB 自動或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的功能是，它的電路仿真是交互的，可視化的，針對微處理器的應用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實現(xiàn)軟件源碼級的實時調(diào)試，如有顯示及輸出，還能看到運行后輸入輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等，可以測量仿真 的波形及記錄仿真數(shù)據(jù)。 Proteus 組合了高級原理布圖、混合模式 SPICE 仿真 ,PCB 設計以及自動布線來實現(xiàn)一個完整的電子設計系統(tǒng)。 Proteus 產(chǎn)品系列也包含了我們革命性的 VSM 技術 ,用戶可以對基于微控制器的設計連同所有的周圍電子器件一起仿真。其功能模塊 :— 個易用而又功能強大的 ISIS 原理布圖工具； PROSPICE 混合模型 SPICE 仿真 。 PROSPICE 仿真器的一個擴展 PROTEUS VSM:便于包括所有相關的器件的基于微處理器設計的協(xié)同仿真[7]。 Proteus 不僅僅能用于電子設計的需求，更能完全應用于單片機教學中。如斯坦福大學 ， 加利福利亞大學 ，中山大學，哈爾濱工程大學等幾十所高校 [8]。學生對于單片機不再那么抽象，對于單片機學習自己熱情更大了。 希望 借 此拋磚引玉，引領同學們設計更多更好地單片機系統(tǒng)。 它完美地將 EEPROM 與 80C51內(nèi)核結(jié)合起來，采用 C51 的總體指令系統(tǒng)， 可以通過改寫單片機內(nèi)部程序使得單片機能在開發(fā)過程中多次使用。第二章主要介紹 Proteus以及 Keil 軟件。最后一章是此次設計的總結(jié)與展望 。它除了具有和其它 EDA 工具一樣的原理布圖、 PCB 自動或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的功能是，它的電路仿真是交互的，可視化的，針對微處理器的應用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實現(xiàn)軟件源碼級的實時調(diào)試，如有顯示及輸出，還能看到運行后輸入輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等，可以測量仿真 的波形及記錄仿真數(shù)據(jù)。 Proteus 組合了高級原理布圖、混合模式 SPICE 仿真 ,PCB 設計以及自動布線來 實現(xiàn)一個完整的電子設計系統(tǒng)。 圖 21 Proteus 原理圖 5 ISIS 簡介 ISIS 是 Proteus 中對于實物進行仿真的一款軟件， 也是這次設計所用的軟件環(huán)境。 它跟眾多軟件一樣，采用的 windows 窗口界面，我所安裝的 Proteus 的界面圖。 下面簡單介紹各部分的功能： （ The Editing Window）： 既然是原理圖編輯窗口 ， 那么自然它是用來繪制原理圖的。注意，這個窗口是沒有滾動條的，你可用預覽窗口來改變原理圖的 6 可視范圍。 它 有兩個可顯示的內(nèi)容，其中一個是： 你在元 件列表中選擇一個元件時，它會顯示該元件的預覽圖；另一個是，當你鼠標放在原理圖編輯窗口時 ，它會顯示整張原理圖的縮 略圖，并會顯示一個綠色的 方框，綠色的方框里面的內(nèi)容就是當前原理圖窗口中顯示的內(nèi)容，你可用鼠標 點擊 綠色方框，拖動它 的位置，從而改變原理圖的可視范圍。舉例，當你選擇 “ 元件（ Components） ” ，單擊 “ P” 按鈕會打開挑選元件對話框，選擇了一個元件后（單擊了 “ OK” 后），該元件會在元件列表中顯示，以后要用到該元件時，只 需在元件列表中選擇即可。 （例如 180 度， 360 度） 翻轉(zhuǎn)： 完成水平翻轉(zhuǎn)和垂直翻轉(zhuǎn)。 6．仿真工具 控制按鈕 從左數(shù)到右 1. 運行 2. 單步運行 3. 暫停 4. 停止 ISIS 智能原理圖設計 ISIS 智能原理圖 設計 流程 大致分為： 新建設計文檔：用戶需要設計的系統(tǒng)，自己建立一個設計的方向，記錄下自己的設計思路，建立一個 文檔。 放置元器件：用戶把此次設計所需要的硬件，可以從元件庫中拖出來，放置在原理圖編輯窗口。建立的網(wǎng)表用于 PCB制板。 電氣規(guī)則檢查：對于硬件設計來說，除了線路錯誤外，最重要檢查其是否符合電氣規(guī)則，如果不符合的話需要調(diào)整，重新回到放置元器件那一步，選擇適合的元器件進 行設計。 Proteus 與 Keil 聯(lián)合開發(fā) Keil 簡介 Keil 軟件是一個很好的單片機開發(fā)軟件，他是由一家名叫 Keil 的德國的軟件公司開發(fā)出來的。有簡潔的界面，以及很好的 C語言及匯編語言編譯器， 彌補了 Proteus 自帶仿真編譯只限于匯編的不足?，F(xiàn)在網(wǎng)上也有很多這方面的資料，有興趣的，有 志于在單片機開發(fā)上發(fā)展的朋友可以多找找這方面的學習資料，如你有 C 語言或者匯編語言 的 編程 基礎，相信很快就可以上手。工具欄為一組快捷工具圖標，主要包括基本文件工具欄、建造工具欄和調(diào)試工具欄。建造工具欄主要包括文件編譯、目標文件連接、所有目標文件編譯連 接、目標選項和一個目標選擇窗口。在工具欄下面，默認有三個窗口 :工程窗口、源文件編輯窗口和輸出窗口。右邊為源文件編輯窗口，編虛擬仿真軟件 Proteus 輯窗口是一個文件編輯器，可以在這里對源文件進行編輯、修改、粘貼等操作 [12]。 在點擊 Option for target 后彈出的窗口中，選擇 output 勾選 Create Hex File 后，Keil 軟件 如果通過 編譯 則會生成 HEX 格式的目標文件， 這些 16 進制文件 用于 后續(xù)的 仿真或燒錄 在可編程的 芯片 中 。沒有工程文件，將不能進行編譯和仿真。 下面就是一個簡單的 Keil 工程開發(fā)的步驟 第一步，新建一個工程，在 Project 菜單下選擇 New Project,對其命名一個 uv2（工程文件）點擊保存后，出現(xiàn)選擇 CPU的菜單， 選擇對應的 CPU。點擊確定后，會有一個提示窗口彈出，問是否需要加載 89C51 的初始代碼，選擇否。并把它們加進工程里面。點擊 add。如下兩圖所示： 圖 27 選擇 C 文件 圖 12 圖 28 Target 選擇 圖 第 三 步 ： 對 所 編 的 C 文件或者 ASM 文件進行編譯，按 最左邊進行編譯，然后鏈接，最后匯編， （注意： 如果 忘記前面那部勾選生成 16進制的話， 會編譯成功，但是不會生成 hex 文件）。產(chǎn)生的 Hex 文件是后續(xù)仿真軟件以 13 及一些單片機文件所需要的運行文件。 首先雙擊單片機，會出現(xiàn)如下圖所示的窗口，在下圖中可以更改其單片機的時鐘頻率，在 Program File 這一欄中，點擊像文件夾的圖標，找到你所創(chuàng)建的Hex 文件的路徑即可。按 是停止圖標，可以停止仿真。在此可以看到你的連線是否的導通。通過上面的提示色，看看是否是所需的電平。 通過 Keil 和 Proteus 的聯(lián)調(diào)，可以很好的進行單片機的仿真，可以相互補，相串聯(lián)。 14 第 3 章 仿真實例 主要 芯片簡介 AT 89C51 說起 89C51 不得不說起它的前輩 80C51， Intel 公司在 1980 年推出的 80C51 系列單片機，但由于 80C51 單片機是早期產(chǎn)品，用戶無法將自己編寫的應用程序燒寫到單片 機內(nèi)的存儲器，只能將程序交由芯片廠商代為燒寫，并且是一次性的，非常不方便。與此同時 AT89C51 的單片機指令系統(tǒng)和管腳完全與 80C51 兼容。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲器 （ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱 單片機 。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 1000 次 [13]。由于將多功能 8 位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL的 AT89C51是一種高效微控制器。 ADC0808 ADC0808， ADC0809 的數(shù)據(jù)采集組件是一個 8 位模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換器的單片CMOS 器件， 8 通道多路復用器和微處理器兼容控制邏輯。轉(zhuǎn)換器的功能高阻抗斬波穩(wěn)定比較器， 模擬開關樹和連續(xù) 256R 分壓器逼近寄存器。設備不再需要外部零全規(guī)模的調(diào)整。 ADC0808， ADC0809 的設計已優(yōu)化通過結(jié)合幾個 A/ D 轉(zhuǎn)換的最可取的方面，轉(zhuǎn)換技術。長期的精度和可重復性，并消耗最小的功率。對于 16 通道多路復用器與普通輸出（采樣 /保持 端 口） 跑馬燈模塊 俗話說得好 ，萬丈高樓從地起，就像程序設計語言最喜歡的入門程序就是 Hello World 一樣，學習單片機同樣也應該循序漸進，而跑馬燈就是一個單片機的入門實驗，雖然簡單，但是卻很好的引領我們進入單片機的世界。下面就開始講講我的跑馬燈設計吧 。 實驗運行環(huán)境： win 7 操作系統(tǒng)， Proteus 實驗仿真硬件： AT89C51， CAP， CAPELEC， CRYSTAL， LEDRED， MINRES470k 跑馬燈實驗圖： 圖 31 跑馬燈原理圖 硬件連接思路： 首先 確定用哪個 I/O 端口，在這個實驗里 面我選擇 P2 端，其次選擇 led 的連接方式，是共陰還是共陽。詳細連線如上圖 31 所示 。將其輸出后，與 P2 端口相連的 LED 除去 點亮以外，其他的 LED 燈全部熄滅。實現(xiàn)依次 ,? 直到 點亮，同時其他燈熄滅，即循環(huán)七次后，又反過來依次從 ， ... 這樣循環(huán)點亮。 18 本節(jié) 小結(jié)： 這個實驗，是單片機的入門 實驗 ，看似簡單，其實我們第一對單片機有了一個初步的認識，一個很簡單的入門，其次我們用到了 P2 口，對于 P2 口的 I/O 輸出功能有了一定的認識，其三，跑馬燈在擴展一下對于有些簡單的工程設計就能應用了，比如一下酒店外的循環(huán)點亮的廣告燈組。不足是，對于入門級別的 實驗 ，我的延時采用的是軟件延時，沒有采用中斷，可能定時時間不夠精準，不過這也可以讓同學們更能讀懂程序，不至于一開始就對學習單片機沒有信心。 點陣顯示模塊 說完了跑馬燈 實驗 ，我們再來提高一點難度，說說點陣顯示，說起點陣顯示，我相信大家肯定都曾看見過，公交車的點陣顯示屏，顯示即將到達的站名。在這里我講講點陣顯示最基本的原理，在本次設計過程中，我顯示的字幕不是漢字而是字母及數(shù)字。才能控制和驅(qū)動要用到的芯片。 接下來我會給出點陣的實物圖和點陣的原理圖，并給大家做一個簡單的說明。 20 （ a） 點陣實物圖 （ b） 點陣原理圖 圖 35 點陣 實物及原理 圖 左圖 35（ a） 為 點陣 實物圖，右邊 圖 35（ b） 為 點陣 原理圖。 當然要比較完美的顯示一般的漢字，單個 8*8LED 點陣模塊很難做到，因為 LED的點數(shù)（也稱為像素點）不夠多，因此要顯示漢字的話，需要多個 8*8LED 點陣拼合成一個顯示屏。但要顯示信息量大的圖形，則需要 n 個多個 8*8LED 點陣， 拼裝成一個大屏幕才行。 介紹完點陣顯示原理后，本次設計我用 P3 端作為行控制符， P0 端作為列控制符。所以人的眼睛看出來的就是呈現(xiàn)了一個數(shù)字停留在那 秒。這樣 不斷地循環(huán)顯示，就可以輸入我們想輸入的數(shù)字，在上面 不斷滾動 顯示。這樣才會保持 P3 高電平， P0 低電平的點會 被 點亮。完整的結(jié)果是 20207913 本節(jié) 小結(jié)： 這個實驗，使我們了解了一些 led 點陣的基本原理，也知道了行掃描，當然還有列掃描，和點掃描，后兩 個因為這次沒有用到，所以我也 沒多做概述。這次 實驗 的不足是還沒有顯示漢字功能，還有就是向左滾動，或上下滾動顯示功能，這些都是以后可以學習的方向。實驗難度慢慢增加，對于單片機一定要有良好的對于底層硬件，以及各種芯片的原理及功能要有一定的了解。后續(xù)的 實驗 是交通燈系統(tǒng)，下一 節(jié)我將介紹一下定時器的妙用。今天我們就來講講交通燈模塊，交通燈顧名思義，就是跟交通管理有關的，一般分為紅燈綠燈黃燈。等黃燈閃爍完，前者變?yōu)榫G燈，后者變?yōu)榧t燈。當然，現(xiàn)在的現(xiàn)實中的交通燈根據(jù)路口車流量設計了更智能的定時系統(tǒng)，同時加上了行人通行的指示燈組，更加的人性化。下面進行具體講解。還是回到我所想介紹的交通燈上面來。 （既使對應的數(shù)碼管段亮需要低電平）。 這是一個數(shù)碼管圖，在這里我簡單的介紹一下。 2 位數(shù)碼管與此原理一致，也就不再列出。如我有一個數(shù)碼管顯示 0 到 9 的字符