PROTEUS仿真论文

Proteus 仿真论文仿真论文 题目 动态题目 动态数码管时钟仿真数码管时钟仿真 院院 系系 内蒙古大学鄂尔多斯学院 专业名称专业名称 自动化 学生姓名学生姓名 吴启民 学学 号号 0135124180 2016 年 6 月 30 日 摘要摘要 AT89C52 是一个低电压 高性能 CMOS 8 位单片机 在 proteus 仿真中 单片机采用定时器中断方法 制作一个简易时钟 要求用定时器实现 精确定时 使用数码管动态显示 完成时钟的秒走时显示 本课程设计是利用 两位共阴极数码管显示数字 59 然后每隔 1s 顺序 1 减到 00 时 再循环从 59 00 关键词关键词 单片机 仿真 数码管 目目 录录 1 绪论 1 1 1 背景介绍 1 1 2 AT89C52 单片机 1 1 3 Proteus 使用介绍 3 1 4 动态数码管设计任务与要求 4 2 硬件设计 5 2 1 单片机最小系统 5 2 2 数码管显示部分 5 2 3 数码管驱动部分 6 3 软件设计 7 3 1 仿真原理图 8 3 2 仿真参数设置 8 3 3 仿真结果 9 4 总结 10 5 参考文献 11 6 附录 13 附录 1 程序代码 13 1 绪论绪论 1 1 背景介绍背景介绍 随着半导体技术的飞速发展 以及移动通信 网络技术 多媒体技术在嵌 入式系统设计中的应用 单片机从 4 位 8 位 16 位到 32 位 其发展历程一直 受到广大电子爱好者的极大关注 单片机功能越来越强大 价格却不断下降的 优势无疑成为嵌入式系统方案设计的首选 同时单片机应用领域的扩大也使得 更多人加入到基于单片机系统的开发行列中 推动着单片机技术的创新进步 然而传统的单片机系统开发除了需要购置诸如仿真器 编程器 示波器等 价格不菲的电子设备外 开发过程也较繁琐 来自英国 Labcenter Electronics 公 司的 Proteus 软件很好地诠释了利用现代 EDA 工具方便快捷开发单片机系统的 优势 它包括 PROTEUS VSM Virtual System Modelling PROTEUS PCB DESIGN 两大组成部分 在 PC 机上就能实现原理图电路设计 电路分析与仿 真 单片机代码级调试与仿真 系统测试与功能验证以及形成 PCB 文件的完整 嵌入式系统设计与研发过程 本文讲述 PROTEUS VSM 单片机系统的 PROTEUS 设计与仿真功能 图 1 2 为基于 PROTEUS 仿真软件的单片机系统设 计流程 它极大地简化了设计工作 得到众多设计师的青睐 1 2 AT89C52 单片机单片机 下图分别为 PDIP 封装的 AT89C52 引脚图和实物图 图 1 1 引脚图 图 1 2 实物图 AT89C52 是一个低电压 高性能 CMOS 8 位单片机 片内含 8k bytes 的可 反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器 RAM 器件采用 ATMEL 公司的高密度 非易失性存储技术生产 兼容标准 MCS 51 指令 系统 片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元 AT89C52 单片机在电子 行业中有着广泛的应用 AT89C52 有 40 个引脚 32 个外部双向输入 输出 I O 端口 同时内含 2 个 外中断口 3 个 16 位可编程定时计数器 2 个全双工串行通信口 2 个读写口线 AT89C52 可以按照常规方法进行编程 也可以在线编程 其将通用的微处理器 和 Flash 存储器结合在一起 特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低 开发成本 AT89C52 有 PDIP PQFP TQFP 及 PLCC 等三种封装形式 以适应不同产品的 需求 本课程设计中使用的是 PDIP 封装的 AT89C52 单片机 1 3 Proteus 使用介绍使用介绍 如图 1 3 为 Proteus7 0 的工作界面图 图 1 3 Proteus 软件是英国 Lab Center Electronics 公司出版的 EDA 工具软件 它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能 还能仿真单片机及外围器件 它是 目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具 虽然目前国内推广刚起步 但已 受到单片机爱好者 从事单片机教学的教师 致力于单片机开发应用的科技工 作者的青睐 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具 仿真软件 从原理图布图 代码调试到 单片机与外围电路协同仿真 一键切换到 PCB 设计 真正实现了从概念到产品 的完整设计 是目前世界上唯一将电路仿真软件 PCB 设计软件和虚拟模型仿 真软件三合一的设计平台 其处理器模型支持 8051 HC11 PIC10 12 16 18 24 30 DsPIC33 AVR ARM 8086 和 MSP430 等 2010 年又增加了 Cortex 和 DSP 系列处理器 并持续增加其他系列处理器 模型 在编译方面 它也支持 IAR Keil 和 MATLAB 等多种编译器 Proteus 软件具有其它 EDA 工具软件 例 multisim 的功能 这些功 能是 1 原理布图 2 PCB 自动或人工布线 3 SPICE 电路仿真 革命性的特点 1 互动的电路仿真 用户甚至可以实时采用诸如 RAM ROM 键盘 马达 LED LCD AD DA 部分 SPI 器件 部分 IIC 器件 2 仿真处理器及其外围电路 可以仿真 51 系列 AVR PIC ARM 等常用主流单片机 还可以直接在 基于原理图的虚拟原型上编程 再配合显示及输出 能看到运行后输入输出的 效果 配合系统配置的虚拟逻辑分析仪 示波器等 Proteus 建立了完备的电子 设计开发环境 在学习单片机的过程中 Proteus 软件可以很好地代替开发板进行仿真实 验 可以使学生比较灵活多样化的学习单片机 1 4 动态数码管设计任务与要求动态数码管设计任务与要求 课程设计功能 单片机采用定时器中断方法 制作一个简易时钟 要求用定时器实现精确 定时 使用数码管动态显示 完成时钟的秒走时显示 本课程设计是利用两位 共阴极数码管显示数字 59 然后每隔 1s 顺序 1 减到 00 时 再循环从 59 00 2 硬件设计 硬件设计 2 1 单片机最小系统单片机最小系统 图 2 1 单片机的最小系统是指使单片机能运行程序 正常工作的最简单电路系统 是保证单片正常启动 开始工作的必须电路 缺一不可 单片机最小系统一般 由单片机 程序存储器 时钟电路和复位电路组成 它是单片机开发板中的核 心部分 时钟电路 其核心部分是晶振 晶振的作用是为系统提供基本的时钟 信号 简单地说 没有晶振 就没有时钟周期 没有时钟周期 就无法执行程 序代码 单片机就无法工作 这里选用 12MHZ 晶振 便于产生精确的 uS 级时歇 方 便定时操作 复位电路 当单片机系统在运行中 受到环境干扰出现程序跑飞的时 候 按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行 这里不加也可以 2 2 数码管显示部分数码管显示部分 如图 2 2 所示 图 2 2 数码管有共阴极数码管和共阳极数码管两种 这里选用两位共阴极数码管 如图 2 2 b 所示 根据数码管的驱动方式的不同 可以分为静态式和动态 式两类 这里只介绍动态方式 动态显示 将所有数码管的 8 个显示笔划 a b c d e f g dp 的同名 端连在一起 另外为每个数码管的公共极 COM 增加位选通控制电路 位选通由 各自独立的 I O 线控制 当单片机输出字形码时 所有数码管都接收到相同的 字形码 但究竟是那个数码管会显示出字形 取决于单片机对位选通 COM 端电 路的控制 所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开 该位就显示出 字形 没有选通的数码管就不会亮 通过分时轮流控制各个数码管的的 COM 端 就使各个数码管轮流受控显示 这就是动态驱动 在轮流显示过程中 每位数 码管的点亮时间为 1 2ms 由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应 尽管实际上各位数码管并非同时点亮 但只要扫描的速度足够快 给人的印象 就是一组稳定的显示据 不会有闪烁感 动态显示的效果和静态显示是一样的 能够节省大量的 I O 端口 而且功耗更低 2 3 数码管驱动部分数码管驱动部分 这里使用 74HC573 来控制数码管的显示 如图 2 3 所示 74HC573 是拥有八路输出的透明锁存器 输出为三态门 是一种高性能硅 栅 CMOS 器件 当锁存使能端 LE 为高时 这些器件的锁存对于数据是透明的 也就是说输 出同步 当锁存使能变低时 符合建立时间和保持时间的数据会被锁存 它是数码管显示时通常是采用段选 片选共用同一组并口的驱动方式 驱 动数码管需要两个信号 一个是段选信号 一个是片选信号 段选信号是固定 的 8 个 对于普通 7 段数码管 而片选信号数量是与数码管位数相同的 对 于 8 位数码管的动态扫描来说 片选信号要 8 根线 这样仅仅驱动数码管就占 用了 2 组共 16 个 IO 口 非常浪费使用 573 锁存器后 只占用 8 2 10 个 IO 口 其中 2 个用于控制锁存器使能 另外 8 个输出信号 先关闭控制片选信号的 573 芯片的锁存功能 然后单片机输出片选信号 随后开启锁存 此时无论 573 的输入端如何变化 输出端都是不变的 也就是原来输入的信号被锁住了 然 后 再关闭控制段选的 573 的锁存功能 输出段选信号 再锁存 这样就巧妙 的实现了数据线的复用 让一组 IO 口既输出段选又输出片选 3 软件设计 软件设计 3 1 仿真原理图仿真原理图 如图 3 1 所示 图 3 1 由 51 单片机 P0 口接上拉电阻通过锁存器 74HC573 控制共阴极数码管段选 P1 口控制数码管位选 P2 1 控制 74HC573 使能端 3 2 仿真参数设置仿真参数设置 如下列表格 3 2 所示 元器件编号元器件名称元器件参数说明 U1AT89C52 AT89C52 单 片机 U274HC573 三态锁存器 RP1排阻10K上拉排阻 DSP共阴极 共阴极红色 显示 C1 C2 C3电容30pF 30pF 10 uF 负载等 R1电阻10K接地 S按钮 复位电路用 表 3 2 两位共阴极数码管动态扫描显示实验电路元器件及参数值 3 3 仿真结果仿真结果 如图 3 3 图 3 3 经过多次试验 调试后现象正常 实现功能为 数码管从 59 秒开始 1 减 到 0 后 重新开始从 59 循环 1 4 总结总结 通过这次课程设计 我真的学到了很多 接触到了平时难以接触或者常常 忽视的东西 在编辑好程序后 我在用 Proteus 仿真之前用拥有相同性质和原 理的开发箱检验过 结果正常 可是在我用 Proteus 进行仿真时 发现延时较 长数码管会一个一个数码管的显示 情况不正常 缩短延时时间后 数码管却显 示的是乱码 围绕这个问题我调试了原理图 程序都换过 可就是行不通 后 来通过查阅资料才知道原来软件仿真与硬件试验是有一定差别的 这里一定要 进行延时 消隐才可以 终于经过一个多星期的奋战顺利完成了本次课程设计 在此 我非常的感谢我的指导老师 感谢他在整个课程设计中给予我的无 私帮助 同时也感谢同学在使用 proteus 软件时给予的帮助 正是由于老师和 同学的热心帮助 我才知道自己的不足 才知道怎么才能及时发现问题并更好 的去解决问题 相信通过这次课程设计中 在今后的学习 我会更加注重理论 知识与实践的结合 团队合作等 5 参考文献参考文献 1 吴杰 基于 ISP 技术的电子公告牌系统 J 科技资讯 2008 NO 14 83 87 2 万光毅 单片机实验与实践教程 M 北京航空航天大学出版社 2005 1 3 张毅刚 单片机原理及应用 M 高等教育出版社 2003 160 190 4 马忠梅 单片机的 C 语言应用程序设计 M 北京 北京航空航天大学出 版社 2006 5 周润景 基于 Proteus 的电路与单片机仿真系统设计与仿真 M 北京航空航 天大学出版社 2005 6 金炯泰 金奎焕 如何使用 KEIL8051C 编译器 M 北京航空航天大学出版 社 2002 6 附录附录 附录附录 1 1 程序代码程序代码 include define uint unsigned int define uchar unsigned char sbit LE P2 0 定义使能端 uchar num shi ge t0 bit flag uchar code table 0 x3f 0 x06 0 x5b 0 x4f 0 x66 0 x6d 0 x7d 0 x07 0 x7f 0 x6f void display void delay uint z 延时函数 uint i j for i z i 0 i for j 50 j 0 j void main num 60 TMOD 0 x01 TH0 65536 50000 256 定时器赋初值 TL0 65536 50000 256 EA 1 ET0 1 TR0 1 while 1 if flag 1 flag 0 num if num 1 num 59 shi num 10 g