【正文】 oteus 仿真能力有限，傳感器電路無法仿真，因此雖然分別給出了檢測模塊電路圖和系統(tǒng)圖，但是在進行仿真測試以驗證系統(tǒng)時，為 了方便所以將系統(tǒng)進行簡化，以開關信號代替檢測模塊發(fā)送的脈沖信號，如下圖所示： AT89C51 的 端口有兩個功能，當接高電平時為 I/O 端口，可對外部元件進行控制等操作，當接低電平時為中斷 0 端口。因此 端口直接接 +5V 電源電壓，使其為高電平，此時無中斷信號產生，開關接地，模擬紅外傳感器模塊發(fā)送脈沖信號，當開關按下時電源直接接地， 為低電平，產生一個中斷信號，此過程即為紅外傳感器發(fā)送控制信號到單片機中斷 0 端口產生中斷信號的過程。 本系統(tǒng)仿真步驟和目標 ：（ 1）利用 Proteus 仿真系統(tǒng)電路，檢測電路是否正確，各端口電壓是否符合要求。（ 2）利用 Keil 編寫 源 程序 ，運行程序查看編寫是否正確，查看各寄存器使用情況 （ 3） 將 Proteus 與 Keil 連調，加載程序到 Proteus 中，運行系統(tǒng)，根據系統(tǒng)要求產生 中斷，看軟件是否按照預期效果運行 （ 4）通過 GSM 端口模擬軟件，對 GSM 端口進行模擬測試，看是否能夠在產生中斷時有信息發(fā)送出來。 本系統(tǒng)仿真后預期達到的效果：（ 1）對仿真電路，應在關鍵點設置電壓檢測點，觀察電壓是否符合要求并記錄數據；（ 2）對源程序，應記錄 Keil 軟件編譯后的信息，同時記錄各寄存器的使用情況；（ 3）當連調時，應分別記錄中斷產生前的系統(tǒng)狀態(tài)和中斷產生后的系統(tǒng)狀態(tài)，同時判別是否達到了報警效果，對以后產品的實現進行適當東華理工大學長江學院畢業(yè)論文 系統(tǒng)仿真及測試 18 的評估；（ 4）對 GSM 模塊的模擬，當中斷產生后應記錄軟件模擬接收的信息并記錄，判 斷是否與預期相符合。 系統(tǒng)仿真各步驟的具體過程及數據記錄 硬件仿真及測試記錄 硬件的可靠性設計對于一個系統(tǒng)來說至關重要，因此在未設計出實物前對其模擬進行檢測是十分有必要的。針對設計時所考慮到可能存在的問題，對各個環(huán)節(jié)設置檢測點，以便實時觀察電路電壓電流變化情況，提前發(fā)現硬件故障或致命性錯誤以便改正。 本步驟是利用 Proteus 仿真系統(tǒng)電路，檢測電路是否正確，各端口電壓是否符合要求。針對仿真電路，應在關鍵點設置電壓檢測點，觀察電壓是否符合要求并記錄數據。 說明：用來表示邏輯 1 和邏輯 0 的電壓值叫 做邏輯電平。用一個電平表示 1，用另一個電平表示 0。本系統(tǒng)采用的 AT89C51 單片機的電源電壓 Vcc=5V，則輸入低電平為 而輸入高電平為 。所以單片機系統(tǒng)中邏輯 0 的上限為 ，下線約為 ；而邏輯 1 的最低電平為 ，最高不高于 。其中的 為一個電壓分隔區(qū)域。如果信號的電平處于分隔區(qū)，系統(tǒng)將無法判斷是 1 還是 0，從而造成數字系統(tǒng)的邏輯混亂 ，所以應當避免。故實際中，輸入高電平應盡量保證接近單片機的供電電壓 Vcc5Ｖ，而低電平盡量保證接近 GND，即 0V。 （ 1）電路設置檢測點 電路所設檢測點主要檢測電源電壓是否穩(wěn)定，不穩(wěn)定的電源電壓不僅會減少系統(tǒng)壽命，極大損害各部位元器件的壽命，同時系統(tǒng)的不穩(wěn)定性大大增加，電壓的跳動，電路中各種噪聲都會使本系統(tǒng)失靈，針對可能出現的情況，如下圖所示設置檢測點，并記錄數據。 1） 電源電路檢測點 檢測點設置如圖所示： 東華理工大學長江學院畢業(yè)論文 系統(tǒng)仿真及測試 19 單片機要想穩(wěn)定工作，輸入的電壓至關重要，因此 電源電路主要檢測 7805 穩(wěn)壓器 的輸入口 VI 和輸出口 VO 是否在正常電壓內，電壓是否有跳變，并記錄數據。 當啟動模擬時如下所示： 可以看到檢測點顯示的電壓數 據， 每隔 5s 暫停記錄數據，測試數據如下： 電源電路測試數據 時間 VI（單位： V） VO（單位： V） 測試前數值 0 0 模擬后（ 5s） 10s 15s 20s 25s 30s 分析以上數據可知，輸入電壓為 ，符合 7805 穩(wěn)壓器 的輸入電壓；輸出電壓為 5V符合單片機的輸入電壓，并且 輸出 電壓起伏基本在 ，符合單片機系統(tǒng)要求。但輸入電壓在 15s、 25s、 30s 時出現明顯的跳動，說明電源的整流橋有不穩(wěn)定情況，會使電路中產生噪聲，在以后的開發(fā)中應當給予改進。 2） 復位電路檢測 點 因為復位電路是系統(tǒng)在需要時通過開關而作用的，因此在開關沒按下之前，輸入電壓應是低電平，而開關長時間按下后，輸入到單片機端口的應是高電平；因此主要檢測 當系統(tǒng)運行時，開關按下前后電路各處的電壓變化是否在正常范圍內。 檢測點如下圖所示： 東華理工大學長江學院畢業(yè)論文 系統(tǒng)仿真及測試 20 每隔 5s 暫停系統(tǒng)記錄數據，測試結果如下： 復位電路測試數據 （單位： V） 時間 VCC R2 測試前數值 0 0 5s 5 10s 5 15s 5 20s 5 25s 5 開關按下后 0s 5 5s 5 10s 5 15s 5 20s 5 25s 5 30s 5 通過以上數據可知，所設計復位電路很穩(wěn)定，基本無電壓的變化，按下開關之前，RES 端口輸入電壓始終為 低電平；當按下開關后， RES 端口輸入電壓變成 5V高電平。 3） 報警電路檢測點 報警電路主要檢測控制端口輸出電壓的變化是否在要求之內，觀察電路中的電壓東華理工大學長江學院畢業(yè)論文 系統(tǒng)仿真及測試 21 是否有跳動，以防有過大噪聲干擾；當外部中斷產生后，觀察報警電路的 檢測點如下圖所示： 每隔 5s 記錄數據， 測試結果如下所示： 報警電路測試數據（單位： V） 時間 U2 D1 0s 0 0 5s SLO 10s SLO 15s SLO 20s SLO 觸發(fā)中斷后 0s WHI 5s SLO 10s WHI 15s WHI 20s SLO 分析 以上數據可知，當系統(tǒng)初始化后電路處于很穩(wěn)定的狀態(tài)，電壓基本不發(fā)生 變化，紅燈一直保持常亮狀態(tài)；蜂鳴器電路處于關閉狀態(tài)；當按下模擬中斷信號的開關后，單片機啟動中斷程序，使得報警控制端口編程接近單片機電源電壓的 +5V，蜂鳴器電路導通，此時報警電路會按照程序發(fā)出警笛聲，同時紅燈閃爍。通過數據可以看出報警電路很穩(wěn)定，但是在實際生產中同樣也要考慮到實際環(huán)境帶來的影響，當報警電路遠離單片機時，電路會因為線路過 長而產生無法遏制的噪聲或者紋波等現象，會對信號的傳輸帶來很大的干擾，因此應當予以重視。 東華理工大學長江學院畢業(yè)論文 系統(tǒng)仿真及測試 22 4） GSM 模塊檢測點 GSM 模塊電路較為簡單，只需檢測當系統(tǒng)運行時 串行通信端口是否處于工作狀態(tài)即可，對檢測點進行檢測，當系統(tǒng)運行時其檢測情況如圖所示 由圖可知 U3 出 V=WHI 表示電路處于工作狀態(tài)，此時如有中斷產生，系統(tǒng)會自動發(fā)送信息通過串口到達 GSM，而 GSM 模塊接到指令后會通過無線網絡傳送到用戶手機或其他終端，達到報警的效果。 5）紅外模擬檢測點 因軟件所限，故熱釋電紅外檢測電路用一開關來模擬，通 過開關的開啟和關閉所產生的脈沖信號來模擬紅外檢測電路產生的脈沖信號；故本檢測主要查看開關按下前后電路電壓變化是否在合理范圍內。檢測點如下圖所示 東華理工大學長江學院畢業(yè)論文 系統(tǒng)仿真及測試 23 每隔 5s 記錄一次數據，測試結果如下所示 紅外模擬電路測試（單位： V） 時間 ＶＣＣ Ｕ２ ０ｓ 5 5 ５ｓ 5 5 １０ｓ 5 5 按下開關后０ｓ 5 0 ５ｓ 5 0 １０ｓ 5 0 １５ｓ 5 0 通過分析上述數據可知，當開關沒有按下時， 端口直接接單片機電源電壓，此時中斷端口處于關閉狀態(tài)，而當開關按下后，電源直接被接地，此時 為低電平，中斷端口打開，當開關后恢復后 端口又變成高電平，這一過程產生的脈沖傳入中斷端口，繼而使系統(tǒng)轉入中斷服務程序。 軟件測試及記錄 本步驟是利用 Keil 編寫源程序，運行程序查看編寫是否正確，查看各寄存器使用情況。在測試時應記錄 Keil 軟件編譯后的信息，同時記錄各寄存器的使用情況。 本系統(tǒng)程序清單詳見附錄一 ，本系統(tǒng)程序調試利用 Keil 軟件調試，打開軟件，新建工程后將編寫好的程序清單輸入到軟件中，點擊調試后觀察編譯信息。編譯信息如下： 通過編譯信息可知，本 程序已經通過編譯可以運行，程序代碼大小占程序寄存器的大小分別是： data 寄存器占 ； xdata 占 0； code 占 360；?？梢娋幾g后產生的二進制文件如果燒入單片機存儲器中只占很小一部分空間 。將編譯后的程序生成 16 進制的 hex文件并保存，以供電路圖仿真模擬時調用。 硬件與軟件連調測試及記錄 本步驟 是將 Proteus 與 Keil 連調，加載程序到 Proteus 中，運行系統(tǒng)，根據系統(tǒng)要求產生中斷，看軟件是否按照預期效果運行。測試時應記錄系統(tǒng)前后狀態(tài)，看是否符合預期。 具體實施步驟 如下： 東華理工大學長江學院畢業(yè)論文 系統(tǒng)仿真及測試 24 打開軟件 Proteus，如圖 將拼接好的電路系統(tǒng)圖打開，初次仿真，先測試電路是否能正常運行， 點擊軟件左下角運行按鈕，如圖所示 此時系統(tǒng)已經完全運行起來沒有任何故障，然后按下停止鍵 ； 雙擊系統(tǒng)的核心東華理工大學長江學院畢業(yè)論文 系統(tǒng)仿真及測試 25 AT89C51 芯片，出現如下圖所示的選項 單擊 Program File 選項中的打開按鈕， 打開編譯好的 16 進制的 hex文件，即可將程序載入系統(tǒng)中 此時再點擊運行，系統(tǒng)可以正式運行。如下圖所示，電路各處無異常，表現穩(wěn)定。 東華理工大學長江學院畢業(yè)論文 系統(tǒng)仿真及測試 26 按下電路中代表紅外感應信號的開關，測試有信號時系統(tǒng)有何反應 . 按下后系統(tǒng)立刻啟動 按鈕報警程序，此時紅燈閃爍報警，蜂鳴器模擬播放警笛聲音 。 GSM 模塊的模擬測試及記錄 本步驟是通過 GSM 端口模擬軟件，對 GSM 端口進行模擬測試，檢測 單片機串行端口 是否能夠發(fā)出信息 。 同時檢測當系統(tǒng)運行時，中斷產生后單片機能否發(fā)送指令到GSM 模塊從而將報警信息發(fā)送到對方手機上。 （ 1）檢測單片機串行端口能否發(fā)送信息 GSM 模塊工作是靠單片機向其傳輸指令，根據指令的不同進行收發(fā)信息，甚至有撥號報警的功能，因此要檢測單片機能否向 GSM 模塊發(fā)送串行信息，其檢測方式為在 MAX232 芯片處旁接一個 Proteus 內置虛擬中斷（ Virtual Terminal），將虛擬終端的 RXD 連接到單片機的 TXD 引腳，當單片機發(fā)送字符時，可以在虛擬中斷中顯示出來。其電路圖如下： 東華理工大學長江學院畢業(yè)論文 系統(tǒng)仿真及測試 27 本測試單片機將向虛擬中斷發(fā)送英文字母表，所發(fā)送的字母表應通過虛擬終端顯示出來。 其程序代碼詳見附錄二。 該測試結果如下圖所示，當單片機運行時，虛擬終端自動顯示單片機通過串行通信端口向外發(fā)送的數據。 分析以上測試可知，單片機的串行通信測試成功，證明本系統(tǒng)設計的 GSM 模塊串行通信部分工作正常 ，因此只要將所發(fā)送的字符串改成 GSM 的 AT+“指令代碼 ”的形式，即可完成與 GSM 模塊的通信。 （ 2）檢測當中斷產生后單片機能否發(fā)送指令到 GSM 模塊中 此處程序即為本系統(tǒng)所設計的完整程序，詳見附錄一程序清單，利用 Proteus 模擬后情況如下圖所示： 東華理工大學長江學院畢業(yè)論文 系統(tǒng)仿真及測試 28 由上圖可見當模擬開關模擬觸發(fā) 5 次脈沖信號時，每觸發(fā)一次，單片機即開始接通用戶手機號碼 “1234567”，同時用戶手機同樣會給ＧＳＭ模塊以回應，從而建立聯(lián)系；當５次脈沖之后系統(tǒng)自動判定有人入侵，此時可見系統(tǒng)發(fā)送控制指令，設置信息發(fā)送模式為ＰＤＵ模式，同時循環(huán) 發(fā)送短信指令，報警內容為 “！?。遥牛? Ａ ＬＡＲＭ！！ ”。 于此同時系統(tǒng)報警程序也會相應的啟動進行聲光報警。