【毕业学位论文】(Word原稿)走马灯的Proteus仿真实现-计算机科学与技术

0 牡丹江师范学院学士学位论文 走马灯的 真实现 姓 名： 朱建勃 指导教师： 曹望成 系 别： 计算机科学与技术系 年 级： 2006 级 专 业： 计算机科学与技术 走马灯 的 真实现 I 目 录 摘 要 . 文摘要 . 言 . 1 1 文献综述 . 1 件的简介 . 1 件的特点 . 1 件与其他单片机仿真软件的比较 . 2 2 真 . 3 片机仿的真 . 3 片机的仿真 . 5 关联调试 . 6 3 介 . 8 述 . 8 要功能特性 . 8 引脚功能及管脚电压 . 9 4 真走马灯 . 11 写走马灯程序 . 11 行调试程序 . 12 出结论 . 12 5 总结 . 13 致 谢 . 14 参考文献 . 15 附录 . 16 走马灯 的 真实现 要 ： 本文通过 走 马灯的实例介绍了 单片机仿 真应用 ， 提出了将 行关联调试的方法并通过 仿真 ,提出了用 行 真的思路 。 论文第一部分大体介绍了 件的功能和发展过程。然后在第二部分介绍了 件的使用和仿真的理论依据。最后终于完成了从理论到实践的升华，成功地完成了 真走马灯。这篇论文由我自己独立完成，很好的锻炼我的创新意识。 关键词 ： 走 马灯 ； 仿真 ； 马灯 的 真实现 n we of of to to to to to on LD to of of in of to of a by my of 马灯 的 真实现 1 前 言 单片机系统设计其调试过程一般分为软件调试、 硬件测试、系统调试 3 个过程。软件调试较容易进行 ,但硬件电路测试和系统调试这两个过程必须在电路板制作完成、元器件焊接完毕之后进行。如果采用作为单片机系统的仿真工具不用制作具体的电路板也能够完成以上工作。在使用 可以降低开发成本、提高开发速度。 1 文献综述 件的简介 是由英国 从 1989年出现到现在已经有十多年的历史，在全球广泛使 用。 要由者主要用于 者主要采用原理布图的方法绘制电路并进行相应的仿真。除了上述基本应用之外， 对微处理器的应用，可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件代码级的调试，还可以直接实时动态地模拟按钮、键盘的输入， 晶显示的输出，同时配合虚拟工具如示波器、逻辑分析仪等进行相应的测量和观测。 件的应用范围十分广泛，涉及 版、 路仿真、单片机仿真，在最新的 本中又加入了对 仿真。本文主要以单片机的仿真为例，使大家初步了解该软件的强大功能及其在工程实践和实验教学中的重要作用。 件的特点 全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。 走马灯 的 真实现 2 具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、 态仿真、 C 调试器、 试器、键盘和 统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。 目前支持的 单片机类型有： 68000 系列、 8051 系列、 列、 列、 列、 列、 列以及各种外围芯片。 支持大量的存储器和外围芯片。总之该软件是一款集单片机和析于一身的仿真软件，功能极其强大 ，可仿真 51、 件与其他单片机仿真软件的比较 系列单片机可以可用很多的软件进行仿真。常用的有 属于代码级的仿真软件，与芯片级仿真 不同，代码级仿真完全在计算机上完成，不需要硬件的参与，主要用于查看代码的执行过程和参数变化。在具体功能上，这三款软件各有千秋。 括 行下载功能和 最主要的功能是观察代码执行过程中单片机内部各个寄存器值的变化，尤其是一些寄存器关键位的置位、复位操作与代码的关系。利用单步调试功能可以更细致的检查代码的执行过程。对于内部的定时中断也可以较好的仿真，使实验者清楚了解中断对于整个程序流程的影响。但是对于外部中断和输入捕获等需要动态外设配合的功能， 时该软件使用黑色、白色的方块来表示 1和 0，用以反映寄存器值的变化，当需要观察某些波形时，这样的仿真结果显得很不直观。 的全称为： 针对于 一个单片机的虚拟原型框架。它具有强大的多窗口、多文件的编辑器，微控制器的集成开发环境，拥有一系列的集成开发工具，图 形界面调试器，混合模式的模拟 码质量检查器等等。硬件和应用软件能进行并发仿真。与 真实现 3 件在内的一些动态外设（按键， 晶显示器等），具有图形显示和波形显示的功能。 如果就单片机及一些简单的动态外设而言， 多只是软件本身的操作方法有着很大的不同。但是 所支持的大量常用芯片模型为单片机和其他芯片协同仿真复杂的完整系统提供了极大的方便。请 看下面的例子，如图 1所示。 图 1进电机驱动电路 这是一个完整的步进电机驱动电路， 常用的步进电机驱动芯片，前者用于产生符合电机各个相位正确时序的方波，后者主要用于电流放大，为电机产生合适的驱动电流。单片机 本例中只相当于一个信号源，提供 时钟信号。这样完整的系统仿真是其他单片机仿真软件所不能独立完成的。这时， 我们提供的不仅仅是一个单片机的仿真环境，称其为一个虚拟的单片机实验室是完全合适的，只要我们能充分的利用 以完成一个比较完整的单片机系统。 2 真 片机仿的真 启动 绘制好电路图。电路中 输入端口 ， 输出端口 ， 端口为高电平时为 1， 低电平时为 0， 对应输入端口就是开关打到电源正极时为 1， 接地时为 0， 输出端口为 灯亮时端口输出高电平 ， 熄灭时为低电走马灯 的 真实现 4 平。 图 2好的 理图 图 2真电路图 为了使 件能仿真 ， 还必须在电路中将编译的 件加入 件中 ： 将鼠标移到 6 ， 右击 ， 选择元件 ， 然后左击 ， 调出 “ 元件的属性 ”对话框 ， 在属性对话框中 ， 在窗口中的 “ 中加入 件 ： 双击 “ 打开文件图标 ”： 选择在 输出的 文件 ： 走马灯 的 真实现 5 图 2件属性 由前面 设计可得译码器的真值表如下 ： 表 2值表 在 点击 观看电路仿真结果 ： 当改变输入端的值时 ， 输出端对应的值按真值表中的对应关系改变。 片机的仿真 就 司的 列单片机而言， 持的非常全面，从 有可以直接调用的库元件。下面以 例 介绍持的仿真功能。图 2 的 元件，其管脚上的标识与该芯片的 基本一致的，唯一的不同是隐去了 绘制原理图的时候可以不用对其进行连接，系统默认的设置就是将它们分别连到地和 5V 电源上。具体可以仿真的功能有：支持所有的 I/O 操作，内部的定时器、计数器的模拟（包括输入捕获、输出比较、 式），看门走马灯 的 真实现 6 狗定时器，串行 口，主、从模式串行 口，支持内置数模转换持 信方式，存贮器方面支持外部 展以及内置 模拟，支持多个微控制器的协同工作仿真等等。 图 2 19 管脚 仿真时，首先绘制原理图，然后将任何 程序编译器（ ）生成的下载文件（ *式）路径指定给原理图中的芯片，就可以观察程序的运行。另外值得一提的是，实时仿真运行的过程中，每个管脚的旁边会出现一个小正方形的指示，红色代表高电平， 蓝色带表低电平，从这个小正方形我们可以不用虚拟工具的测量很直观的看到每个管脚的电平变化，对程序的运行做出最基本的判断，对于简单的分析可以节省很多的时间。在本文图 1图 2 19 管脚输出的是方波，所以旁边可以看到一个红蓝交替、以一定频率闪烁的小正方形 。 关联调试 还可以与 关联调试 ， 为软件调试界面 ， 为硬件仿真和调试界面 ， 下面说一下如何关联 走马灯 的 真实现 7 (1)把安装 录下 件复制到 装目录的录中。 (2)在 保存。注意 :不一定要 根据原来字段选用一个不重复的数值就可以了。引号内的名字随意 。 (3)打开 画出相应电路 ， 在 单中选中 (4)进入 单 程名 。 在 项中右栏 上部的下拉菜单选中 进入 机子 为 口号为 8000。 (5)在 进行 同时在 查看直观的结果 (示 )。这样就可以像使用仿真器一样调试程序。为了观察 关联调试与前面只单独运行 不同 ， 可以在 “； ”的程序行中插入一个断点 ，在 运行程序 ， 当程序运行至断点处时 ， 的程序停止在断点处 ， 而的电路仿真也对应的在 点亮后停止 ， 如图 2示： 图 2序断点 当在 继续运行程序时 ， 的电路也对应的继续运行。 走马灯 的 真实现 8 3 介 述 51 系列单片机的一个型号，它是 司生产的。 一个低电压，高性能 位单片机，片内含 8k 读程序存储器和 256 随机存取数据存储器（ 器件采用 司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 储单元，功能 强大的 片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 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， 以按照常规方法进行编程 ,但不可以在线编程 (S 系列的才支持在线编程 )。其将通用的微处理器和 储器结合在一起，特别是可反复擦写的 储器可有效地降低开发成本。 三种封装形式，以适应不同产品的需求。 要功能特性 主要功能特性有： 兼容 指令系统 8k 可反复擦写 (1000 次） 32 个双向 I/O 口 256部 3 个 16 位可编程定时 /计数器中断 ， 时钟频率 0 2 个串行中断 可编程 行通道 ； 2 个外部中断源 共 6 个中断源 ； 2 个读写中断口线 3 级加密位 ； 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能 。 走马灯 的 真实现 9 引脚功能及管脚电压 概述 ： 40 脚双列直插封装的 8 位通用微处理器，采用工业标准的 核，在内部功能及管脚排布上与通用的 89同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主 部寄存器、数据 外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号 接收解码及与主板 信等。主要管脚有： 19 脚）和18 脚）为振荡器输入输出端口，外接 12振。 9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。 40 脚）和 20 脚）为供电端口，分别接 +5V 电源的正负端。 3 为可编程通用 I/功能 用途由软件定义，在本设计中， 口（ 3239 脚）被定义为能控制端口，分别与 相应功能管脚相连接， 13 脚定义为 入端， 10 脚和 11 脚定义为 线控制端口，分别连接 18 脚）和 19 脚）端口， 12 脚、 27 脚及 28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板 相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。 ： 是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址 /数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 辑门电路，对端口 “1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在 程时， 接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 ： 一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口 ， 输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 辑门电路。对端口写 “ 1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 (与同之处是， 可分别作为定时 /计数器 2 的外部计数输入（ 2）和输入（ 2 程和程序校验期间， 收低 8 位地址。 走马灯 的 真实现 10 ： 一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 辑门电路。对端口 “ 1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平 ， 此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 (在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器（例如 执行 令）时， 送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据存储器（如执行 I 指令）时， 输出 存器的内容。 接收高位地址和一些控制信号 。 ： 是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。 输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 辑门电路。对 写入 “1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的 将用上拉电阻输出电流（ 除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能 接收一些用于 复位输入。当振荡器工作时， 脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。 ： 当访问外部程序存储器或数据存储器时， 址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。一般情况下， 以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 冲。对储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（ 如有必要，可通过对特 殊功能寄存器（ 中的 8元的 置位，可禁止作。该位置位后，只有一条 令才能将 活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 止位无效。 程序储存允许（ 出是外部程序存储器的读选通信号，当 外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次号。 走马灯 的 真实现 11 外部访问允许。欲使 访问外部程序存储器（地址为0000H 必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位 编程，复位时内部会锁存 状态。如 为高电平（接 执行内部程序存储器中的指令。 储器编程时，该引脚加上 +12V 的编程允许电源 ，当然这必须是该器件是使用 12V 编程电压 振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 振荡器反相放大器的输出端。 4 真 走 马灯 写 走 马灯程序 程序流程图 10： 图 4马灯程序流程图 程序见附录 。 走马灯 的 真实现 12 行调试程序 在 件上调试并执行程序，直到没有一点错误为止，观 看 走 马灯演示效果图： 图 4马灯演示效果图 出结论 利用 单片机仿真实验有如下特点 ： (1)速度快。程序修改、编译后马上就可以看到效果 ,提高效率。 (2)方便、直观形象。硬件电路随时可进行更改 ,电路修改非常容易。 (3)可自主设计和验证方案 ， 有利于系统、科学、有效地培养设计者的专业实践能力和创新能力。 (4)使用 行电路仿真 ， 可以直观得观察电路的运行情况 ，提前发现设计的错误 ， 可以 极大的提高开发效率。 走马灯 的 真实现 13 5 总结 经过两个多月的努力工作 ,毕业设计终于得以完成。两个月的学习生活难以忘怀。这次毕业设计不仅检验了大学四年来所学的部分知识和能力 ,更重要的是它锻炼了我吃苦耐劳的精神和不畏挫折、坚持不懈的品质。这次毕业设计是我更多的了解了 件的功能和特点，它最大的优点是可以使产品成本大大降低，使软件开发周期大大缩短， 件的重要性不言而喻。今后一定要在这方面有所突破。 走马灯 的 真实现 14 致 谢 经过几个月的努力，我在曹老师的耐心帮助和自己的努力下终于完成了此次设计，并按设计要求实现了 各项功能。通过这次设计使我从中学到了很多课本上学不到的知识，了解了 真 的现状和发展趋势，并学会了用单片机开发产品的完整的过程。通过自己亲自去动手和调试使我明白了实践的重要性，明白了理论结合实践的含义，同时也大大的提高了自己的动手能力和团队合作能力，这在我以后的工作中都是非常有用的。在这次设计中，曹老师不厌其烦的给我讲解问题和修正错误，在此表示衷心的感谢！ 走马灯 的 真实现 15 参考文献 1马忠梅 ， 刘滨 ， 戚军 ， 马岩 单片机