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大工17春《单片机原理及应用》大作业及要求2_图文


网络教育学院 《单片机原理及应用》大作业 题 目: 单片机电子时钟设计 学习中心: 层 专 年 学 次: 专升本 业: 电气工程及其自动化 级: 号: 年 季 学生姓名: 题目一:单片机电子时钟设计 单片机电子时钟系统可以用多种技术手段实现。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。 一、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,其调试过程一般分为软件调试、硬件测试、系统调试 3 个过程。 软件调试一般比较容易进行,但如果要进行硬件电路测试和系统调试则 比较麻烦, 因为要进行这两个过程必须在电路板设计制作完成、元器件焊接完毕 之后进行。而电路板的制作、元器件的安装、焊接是费时费力的,如果采用单片 机系统的虚拟仿真软件一一 Proteus,则不用制作具体的电路板也能够完成以上 工作。 Proteus 软件是来自英国 Labcen terelectronics 公司的 EDA 工具软件, Proteus 软件有十多年的历史,在全球广泛使用,除了其具有和其它 EDA 工具一 样的原理布图、PCB 自动或人工布线及电路仿真的功能外,其革命性的功能是: 将电路仿真和微处理器仿真进行协同, 直接在基于原理图的虚拟原型上进行处理 器编程调试,并进行功能验证,通过动态器件如电机、LED、LCD、开关等,实时 看到运行后的输入、输出的效果,配合系统配置的虚拟仪器如不波器、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 软件山 IS IS 和 ARES 两个软件构成,其中 IS IS 是原理图编辑与 仿真软件,A R E S 是布线编辑软件。这里主要介绍工 IS IS 软件。 IS IS 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, 该软件的单片机仿真库里有 51 系列、 PIC 系列、 AVR 系列、 摩托罗拉的 68M H 11 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)提供了虚拟不波器、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。 二、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。笔者使用的是 Proteus6 Demo 版本。 该电子时钟系统硬件主要由 AT89C51 单片机、时钟芯片 DS1302、数码管显 T 驱动芯片 MAX7219 等元器件组成。系统原理图如图 1 所示。和 Protel, EW B 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 的侣侣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 com ponent,按钮,接着再点击窗口左侧的元器件选择区的 P is k D ivises.按钮,弹出如图 2 所示的 Pick Deices 窗口,再在 Category 栏里点击 M icroprocessor 工 Cs 项后,在 Results 栏里会出现各种类型的 CPU 器件,找到 AT89C51 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 DS1302.MAX 7219、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“X”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,点击工具栏的工 nter- sheetTermfinal 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:\Lab cen ter E lectron ics\ P roten s 6D em on stration \ eclock 文件夹,文件名为 eclock.D SN。 图 1 电子时钟系统原理图 图 2 IS IS 元器件提取窗口 三、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 的设置和时间的 读取,MAX7219 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 lll.asm 存盘并编译生成 16 进制目标文件 111.H ex。同样保存到 C:\Labcenter Electronics\ Protens6 Dem onstration \ eclock 文件夹。软件主流程图如图所示。 图 3 ISIS 电子时钟系统原理图 图 4 系统软件主流程图 四、系统仿真分析 电路原理图在工 IS IS 里设计完成,并将系统软件编译成.H ex 文件后,下 面就可以进行电子时钟的系统虚拟仿真了。 在工 IS IS 的原理图中,右键单击 AT89C51 将其选中,然后单击左键打开 A T89C51 的

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