[小學(xué)]單片機(jī)電子時(shí)鐘系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真_蔡希彪

1、單片機(jī)電子時(shí)鐘系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真_蔡希彪-61-1 引言單片機(jī)電子時(shí)鐘系統(tǒng)可以用多種技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)。本文借助于Proteus 仿真系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)虛擬開(kāi)發(fā)成功之后再進(jìn)行實(shí)際操作，可以節(jié)約開(kāi)發(fā)時(shí)間，降低開(kāi)發(fā)成本，具有很大的靈活性和可擴(kuò)展性。在國(guó)外有包括斯坦福、劍橋等在內(nèi)的幾千家高校將Proteus 作為電子工程學(xué)位的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；在國(guó)內(nèi)也有眾多大學(xué)正在體驗(yàn)Proteus 的獨(dú)一無(wú)二的功能并申報(bào)大學(xué)計(jì)劃。該方法具有普遍意義。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，采用該方法可以大大簡(jiǎn)化硬件電路測(cè)試和系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中電路板制作、元器件安裝、焊接等過(guò)程。很明顯，使用該方法可以提高開(kāi)發(fā)效率、降低開(kāi)發(fā)成本、提升開(kāi)發(fā)速度，對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)

2、發(fā)具有指導(dǎo)意義。2 基本原理單片機(jī)系統(tǒng)作為一種典型的嵌入式系統(tǒng)，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程設(shè)計(jì)兩個(gè)方面, 其調(diào)試過(guò)程單片機(jī)電子時(shí)鐘系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真蔡希彪 曹洪奎 牛芳琳 遼寧工學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院 121001Design and Simulation of Electronics Clock System Based on Single Chip MicrocontrollerCai Xibiao，Cao Hongkui, Niu FanglinInformation Science & Engineering College, Liaoning Institute of

3、 Technology, Jinzhou 121001, China一般分為軟件調(diào)試、硬件測(cè)試、系統(tǒng)調(diào)試 3 個(gè)過(guò)程。軟件調(diào)試一般比較容易進(jìn)行, 但如果要進(jìn)行硬件電路測(cè)試和系統(tǒng)調(diào)試則比較麻煩，因?yàn)橐M(jìn)行這兩個(gè)過(guò)程必須在電路板設(shè)計(jì)制作完成、元器件焊接完畢之后進(jìn)行。而電路板的制作、元器件的安裝、焊接是費(fèi)時(shí)費(fèi)力的，如果采用單片機(jī)系統(tǒng)的虛擬仿真軟件Proteus，則不用制作具體的電路板也能夠完成以上工作。Proteus軟件是來(lái)自英國(guó)Labcenterelectronics 公司的 EDA 工具軟件，Proteus 軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具有和其它EDA 工具一樣的原理布圖、PCB

4、自動(dòng)或人工布線(xiàn)及電路仿真的功能外，其革命性的功能是：將電路仿真和微處理器仿真進(jìn)行協(xié)同，直接在基于原理圖的虛擬原型上進(jìn)行處理器編程調(diào)試，并進(jìn)行功能驗(yàn)證，通過(guò)動(dòng)態(tài)器件如電機(jī)、L E D、L C D 、開(kāi)關(guān)等，實(shí)時(shí)看到運(yùn)行后的輸入、輸出的效果，配合系統(tǒng)摘 要本文應(yīng)用 Proteus 的 ISIS 軟件實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)電子時(shí)鐘系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真。該方法仿真效果真實(shí)、準(zhǔn)確，可以提高開(kāi)發(fā)效率、降低開(kāi)發(fā)成本，具有推廣價(jià)值。關(guān)鍵詞Proteus ；原理圖仿真；電子時(shí)鐘AbstractIn this paper, the circuit design and simulation ofElectronics Cloc

5、k System is fulfilled by means ofProteus software. It is characterized by true andprecise result , improved efficiency and reduced costof development, and valuable popularity.Key wordsProteus; SCH simulation; Electronics clock-62-制 造配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等， Proteus為我們建立了完備的電子設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境。Proteus 軟件由 ISIS和ARES

6、兩個(gè)軟件構(gòu)成，其中 ISIS 是原理圖編輯與仿真軟件，A R E S 是布線(xiàn)編輯軟件。這里主要介紹 ISIS 軟件。ISIS 軟件的主要特性有：(1) 可以仿真、分析各種模擬器件和集成電路，其最大的特點(diǎn)是可以支持許多型號(hào)的單片機(jī)仿真，該軟件的單片機(jī)仿真庫(kù)里有51系列、PIC系列、AVR系列、摩托羅拉的 68MH11 系列等，Proteus的仿真是基于SPICE3F5的，因此它也能像其他的EDA 軟件那樣進(jìn)行電路分析，如模擬分析、數(shù)字仿真、混合信號(hào)分析、頻率分析等。(2) 提供了虛擬示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、電表、虛擬終端等虛擬儀器儀表供選用。(3) 能夠進(jìn)行原理圖(SCH)的設(shè)計(jì)

7、 。(4) 能和Keil，Matlab 等軟件整合使用，以求達(dá)到更好的仿真效果。3 硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)以單片機(jī)電子時(shí)鐘系統(tǒng)為例，介紹使用Proteus 進(jìn)行單片機(jī)電子時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真的過(guò)程。筆者使用的是Proteus 6 Demo 版本。該 電 子 時(shí) 鐘 系 統(tǒng) 硬 件 主 要 由A T 8 9 C 5 1 單片機(jī)、時(shí)鐘芯片D S 1 3 0 2 、數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)芯片MAX7219 等元器件組成。系統(tǒng)原理圖如圖 1 所示。和Protel，EWB 等軟件相似，繪制原理圖都要先從器件庫(kù)里取出所需的元件并在繪圖區(qū)布局好，同時(shí)編輯元件的參數(shù)，接著進(jìn)行連線(xiàn)，添加必要的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)等步驟。運(yùn)行Proteu

8、s的ISIS 后出現(xiàn)程序主窗口界面，鼠標(biāo)左鍵單擊窗口左側(cè)的元器件工具欄的component.按鈕, 接著再點(diǎn)擊窗口左側(cè)的元器件選擇區(qū)的Pick Divices.按鈕，彈出如圖 2 所示的 Pick Devices 窗口，再在Category欄里點(diǎn)擊 Microprocessor ICs 項(xiàng)后，在Results欄里會(huì)出現(xiàn)各種類(lèi)型的CPU器件，找到 A T 8 9 C 5 1 后雙擊，AT89C51 就被添加到當(dāng)前窗口左側(cè)的元器件列表區(qū)了。用同樣的方法依次把 D S 1 3 0 2 、MAX7219、數(shù)碼管、晶振以及多個(gè)電阻、電容也添加到器件列表區(qū)里。然后再依次點(diǎn)擊列表區(qū)里的器件，單擊左鍵把他們放

9、到繪圖區(qū)，右鍵選中元件，并編輯其屬性，合理布局后，進(jìn)行連線(xiàn)。連線(xiàn)時(shí)當(dāng)鼠標(biāo)的指針靠近一個(gè)對(duì)象的引腳時(shí)，跟著鼠標(biāo)的指針就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“×”提示符號(hào)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵即可畫(huà)線(xiàn)了，需要拐彎時(shí)點(diǎn)擊一下即可，在終點(diǎn)再點(diǎn)擊確認(rèn)一下就畫(huà)出了一段導(dǎo)線(xiàn)，所有導(dǎo)線(xiàn)畫(huà)完后，點(diǎn)擊工具欄的 I n t e r - s h e e tTerminal.按鈕，添加上電源和接地符號(hào)，原理圖的繪制就完成了，如圖 3所示。最后，保存設(shè)計(jì)文件于 C :Labcenter Electronics Proteus 6Demonstrationeclock 文件夾，文件名為eclock.DSN。圖 1 電子時(shí)鐘系統(tǒng)原理圖圖2 ISIS

10、 元器件提取窗口-63-4 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)本電子時(shí)鐘系統(tǒng)的軟件的主要功能包括時(shí)鐘芯片 DS1302 的設(shè)置和時(shí)間的讀取，MAX 7219 驅(qū)動(dòng)時(shí)間顯示等。軟件采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，在 WAVE3.2 集成調(diào)試軟件中編輯完成后，以文件名111.asm 存盤(pán)并編譯生成 16 進(jìn)制目標(biāo)文件 1 1 1 . H e x 。同樣保存到 C :Labcenter Electronics Proteus 6Demonstrationeclock 文件夾。軟件主流程圖如圖 4 所示。5 系統(tǒng)仿真分析電路原理圖在 ISIS 里設(shè)計(jì)完成，并將系統(tǒng)軟件編譯成.Hex 文件后，下面就可以進(jìn)行電子時(shí)鐘的系統(tǒng)虛擬仿真了 。在

11、 I S I S 的原理圖中，右鍵單擊AT89C51 將其選中，然后單擊左鍵打圖3 ISIS 電子時(shí)鐘系統(tǒng)原理圖開(kāi)AT89C51 的Edit Component 對(duì)話(huà)框，如圖5 所示。在Program File:選項(xiàng)中選擇文件 111.Hex，單擊 OK按鈕完成仿真設(shè)置。點(diǎn)擊 ISIS 下方仿真按鈕的運(yùn)行按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前時(shí)間。圖 6 是系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)捕捉的瞬間畫(huà)面 。6 結(jié)束語(yǔ)單片機(jī)電子時(shí)鐘系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真中加入 Proteus 軟件之后，實(shí)現(xiàn)了硬件軟化的目的。將 Proteus 虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于單片機(jī)的教學(xué)、實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)中，具有明顯的經(jīng)濟(jì)性、可移植性、可推廣性，有利于促進(jìn)課程和教學(xué)改革，更有利于人才的培養(yǎng)。圖 5 Edit Component 對(duì)話(huà)框 圖 6 系統(tǒng)