单片机电子时钟系统的设计与仿真蔡希彪

1、单片机电子时钟系统的设计与仿真 _蔡希彪 -61 1 引言 单片机电子时钟系统可以用多种技 术手段实现。本文借助于 Proteus 仿真 系统进行系统虚拟开发成功之后再进行 实际操作，可以节约开发时间，降低开 发成本，具有很大的灵活性和可扩展 性。在国外有包括斯坦福、剑桥等在内 的几千家高校将 Proteus 作为电子工程 学位的教学和实验平台；在国内也有众 多大学正在体验 Proteus 的独一无二的 功能并申报大学计划。该方法具有普遍 意义。通过实际应用发现，采用该方法 可以大大简化硬件电路测试和系统调试 过程中电路板制作、元器件安装、焊接 等过程。很明显，使用该方法可以提高 开发效率、降

2、低开发成本、提升开发速 度，对单片机系统开发具有指导意义。 2 基本原理 单片机系统作为一种典型的嵌入式 系统，其系统设计包括硬件电路设计 和软件编程设计两个方面 , 其调试过程 单片机电子时钟 系统的设计与仿真 蔡希彪 曹洪奎 牛芳琳 辽宁工学院信息科学与工程学院 121001 Design and Simulation of Electronics Clock System Based on Single Chip Microcontroller Cai Xibiao ， Cao Hongkui, Niu Fanglin Information Science SCH simulation

3、; Electronics clock-62- 中国科技信息 2007年第 4期 CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGYINFORMATION Feb.2007 制造 配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析 仪等， Proteus 为我们建立了完备的电 子设计开发环境。 Proteus 软件由 ISIS 和 ARES两 个 软件构成，其中 ISIS 是原理图编辑与 仿真软件， A R E S 是布线编辑软件。 这里主要介绍 ISIS 软件。 ISIS 软件的主要特性有： (1) 可以仿真、分析各种模拟器件 和集成电路，其最大的特点是可以支持 许多型号的单片机仿真，该软件的单片 机仿

4、真库里有 51系列、 PIC 系列、 AVR 系列、摩托罗拉的 68MH11 系列等， Proteus 的仿真是基于 SPICE3F5的，因 此它也能像其他的 EDA 软件那样进行 电路分析，如模拟分析、数字仿真、混 合信号分析、频率分析等。 (2) 提供了虚拟示波器、逻辑分析 仪、信号发生器、计数器、电表、 虚拟终端等虚拟仪器仪表供选用。 (3) 能够进行原理图 (SCH)的设 计。 (4) 能和 Keil ，Matlab 等软件整 合使用，以求达到更好的仿真效果。 3 硬件电路设计与实现 以单片机电子时钟系统为例，介 绍使用 Proteus 进行单片机电子时钟系 统设计与仿真的过程。笔者使

5、用的是 Proteus 6 Demo 版本。 该电子时钟系统硬件主要由 A T 8 9 C 5 1 单片机、时钟芯片 D S 1 3 0 2 、数码管显示驱动芯片 MAX7219等 元器件组成。系统原理 图如图 1 所示。 和 Protel ， EWB等 软件相似，绘 制原理图都要先从器件库里取出所需的 元件并在绘图区布局好，同时编辑元 件的参数，接着进行连线，添加必要 的网络标识等步骤。 运行 Proteus 的 ISIS 后出现程序主 窗口界面，鼠标左键单击窗口左侧的 元器件工具栏的 component. 按钮, 接着 再点击窗口左侧的元器件选择区的 Pick Divices. 按钮，弹出

6、如图 2 所示 的 Pick Devices 窗口，再在 Category 栏里点击 Microprocessor ICs 项后， 在 Results 栏里会出现各种类型的 CPU 器件，找到 A T 8 9 C 5 1 后双击， AT89C51 就被添加到当前窗口左侧的 元器件列表区了。 用同样的方法依次把 D S 1 3 0 2 、 MAX721、9 数码管、晶振以及多个 电阻、电容也添加到器件列表区里。 然后再依次点击列表区里的器件，单 击左键把他们放到绘图区，右键选中 元件，并编辑其属性，合理布局后， 进行连线。连线时当鼠标的指针靠近 一个对象的引脚时，跟着鼠标的指针 就会出现一个“”

7、提示符号，点 击鼠标左键即可画线了，需要拐弯时 点击一下即可，在终点再点击确认一 下就画出了一段导线，所有导线画完 后，点击工具栏的 I n t e r - s h e e t Terminal. 按钮，添加上电源和接地符 号，原理图的绘制就完成了，如图 3 所示。最后，保存设计文件于 C : Labcenter Electronics Proteus 6 Demonstrationeclock 文件夹，文件 名为 eclock.DSN 。 图 1 电子时钟系统原理图 图 2 ISIS 元器件提取窗口 -63 4 软件设计与实现 本电子时钟系统的软件的主要功能 包括时钟芯片 DS1302 的设

8、置和时间的 读取， MAX 7219 驱动时间显示等。 软件采用汇编语言编写，在 WAVE3. 2 集成调试软件中编辑完成后，以文件 名 111.asm 存盘并编译生成 16 进制目 标文件 1 1 1 . H e x。同样保存到 C : Labcenter Electronics Proteus 6 Demonstrationeclock 文件夹。软件 主流程图如图 4 所示。 5 系统仿真分析 电路原理图在 ISIS 里设计完成， 并将系统软件编译成 .Hex 文件后，下 面就可以进行电子时钟的系统虚拟仿真 了。 在 I S I S 的原理图中，右键单击 AT89C51 将其选中，然后单击

9、左键打 图 3 ISIS 电子时钟系统原理图 开 AT89C51 的 Edit Component 对话 框，如图 5 所示。在 Program File: 选项中选择文件 111.Hex ，单击 OK 按钮完成仿真设置。 点击 ISIS 下方仿真按钮的运行按 钮，系统开始运行，实时显示当前时 间。图 6 是系统运行时捕捉的瞬间画 面。 6 结束语 单片机电子时钟系统的设计与仿真 中加入 Proteus 软件之后，实现了硬 件软化的目的。将 Proteus 虚拟仿真 技术应用于单片机的教学、实验与课 程设计中，具有明显的经济性、可移 植性、可推广性，有利于促进课程和 教学改革，更有利于人才的培养。 图 5 Edit Component 对话框 图 6 系统硬件运行状态 图 4 系统软件主流程图 参考文献 1 代启化.基于 Proteus 的电路设计与 仿真 J. 现代电子技术 .2006, 第 19 期 2 夏继强,沈德金. 单片机实验与实 践教程M. 北京: 北