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1、1单片机课程设计单片机课程设计 5 5基于 PROTEUS 的多功能数字电子钟的设计张浩然 数理与信息工程学院数理与信息工程学院20062006 年年 6 6 月月2前前 言言单片机技术是现代电子工程领域一门迅速发展的技术，它的应用已经渗透到各种嵌入式系统中。可以毫不夸张地说：掌握单片机技术是电子信息类专业学生就业的一个重要条件。同时单片机技术又是一门实践性很强的学科。课程设计教学环节的设计和实施，在很大程度上决定了学生对单片机技术的掌握程度。为了更好地完成课程设计这一重要教学环节，我们采用 Proteus 软件与 Keil 软件整合构建单片机虚拟实验平台。学生首先在 PC 上利用Proteu
2、s 软件自己搭建硬件电路，并利用系统提供的功能完成电路分析、系统调试和输出显示的硬件设计部分；同时在 Keil 软件中编制程序，进行相应的编译和仿真，完成系统的软件设计部分。当系统的设计工作完成后，学生可以在 PC 上看到最终的运行效果。最后再通过 proteus 设计PCB，再完成真正硬件的调试。采用以上方案具有以下优势：有利于促进课程和教学改革，更有利于人才的培养；从经济性、可移植性、可推广性角度讲，建立这样的课程设计平台是非常有意义的；利用仿真系统，可以节约开发时间和开发成本；利用仿真系统，具有很大的灵活性和可扩展性。3第一章第一章 概述概述Proteus ISIS 是英国 Labcen
3、ter 公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于 Windows 操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的 特点是：实现了单片机仿真和 SPICE 电路仿真相结合。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、RS232 动态仿真、I2C 调试器、 SPI 调试器、键盘和 LCD 系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析 仪、信号发生器等。支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有： 68000 系列、8051 系列、AVR 系列、PIC12 系列、PIC16 系列、PIC18 系列、Z80 系 列、HC11 系列以及各
4、种外围芯片。提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全 速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态， 因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调 试环境，如 Keil C51 uVision2 等软件。具有强大的原理图绘制功能。总之，该软 件是一款集单片机和 SPICE 分析于一身的仿真软件，功能极其强大。本章介绍 Proteus ISIS 软件的工作环境和一些基本操作。 一、进入 Proteus ISIS 双击桌面上的 ISIS 6 Professional 图标或者单击屏幕左下方的“开始”“程 序”“Proteus 6 Profess
5、ional” “ISIS 6 Professional” ，出现如图 1-1 所示屏幕， 表明进入 Proteus ISIS 集成环境。图 1-1 启动时的屏幕4二、工作界面 Proteus ISIS 的工作界面是一种标准的 Windows 界面，如图 1-2 所示。包括：标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。图 1-2 Proteus ISIS 的工作界面第二章第二章 几个基本例子几个基本例子例例 1-1-基本电路：交流电供电基本电路：交流电供电51.- 点击 PickPick Devic
6、esDevices 按钮，（该按钮位于工作区左边的面板中，就是那个 P P 按 钮），这是会打开标题为 PickPick DevicesDevices 的对话框。2.- 在 CategoryCategory 列表框中 (位于左边) 找到 SimulatorSimulator PrimitivesPrimitives,这是会在 ResultsResults 中列出该类的所有元件（如果该类有太多元件，你利用 SubSub-CategoryCategory 列表 框过滤），ALTERNATORALTERNATOR 就是我们要找的交流电电源。63.- 在 ResultsResults 中双击 ALTE
7、RNATORALTERNATOR 会在 TheThe ObjectObject SelectorSelector（元件列表框）列 出 ALTERNATORALTERNATOR。4.- 同样的方法添加 LAMPLAMP，在 CategoryCategoryOptoelectronics-Optoelectronics- LAMPLAMP。75.- 单击 PickPick DevicesDevices 对话框的 OKOK 按钮结束添加元件。 6.- 在 TheThe ObjectObject SelectorSelector（元件列表框）单击选择 ALTERNATORALTERNATOR。7.-
8、接着在位于主窗口左下角的角度调整工具条中设置在原理图窗口中 ALTERNATORALTERNATOR 的方向（这一步也可以在放置元件后再设置）。第一按钮是顺时针旋转 90 度，第二 个按钮是逆时针旋转 90 度，第三个按钮是水平翻转，第四的按钮是垂直翻转，中间 的那个可输入 0, +/-90, +/-180, +/-270。8.- 放置 ALTERNATORALTERNATOR 到原理图窗口中，方法很简单：完成步骤 7 后，在原理图窗口 中单击左键即可。89.- 用同样的方法放置 LAMPLAMP。10.- 配置元件参数。a.- 在原理图窗口中先右击再左击 ALTERNATORALTERNAT
9、OR，出现 Edit Component 对话框， 按下面参数进行设置（第一、二个参数与仿真无关，起到标识作用）。9b.- 单击 OK 完成。 c.- 同样方法设置 LAMPLAMP 的参数。11.- 连接元件: a.- 重新调整元件的角度。在步骤 7 时我们已经调整过了，但如果仍然不太符合 要求，你可以重新调整，方法：在原理图窗口中右击该元件，再在角度调整工具 条中设置。 b.- 把鼠标移到 ALTERNATORALTERNATOR 的一个引脚末端，这时鼠标变成字型，单击左键一 下并移动鼠标，会出现一条线，你可以再在原理图的其他地方单击左键几下以确 定连接线的形状，最后在 LAMPLAMP
10、的一个引脚末端单击左键一下就完成一条连接线。10其实，你只要在需要连接的两个元件的引脚处分别单击左键一下，Proteus 会自 动完成这条连接线。 c.- 修改连接线。如果连错了，你就在该连接线上双击右键就把它给删除掉了。 如果要修改走线的形状，你可以在连接线上单击右键再在某一个位置上按住左键 拖动，满意后再在原理图的空的地方单击一下右键。 最终结果：12.- 开始仿真，找到主窗口底部的仿真工具条，单击左边第一个按钮。13.- 原理图的放缩操作，你可以用放缩工具条来完成。说明一下：a.以当前点击的位置为屏幕中心显示b.以屏幕中心对应的位置为中心向四周放大 c.以屏幕中心对应的位置为中心向四周缩
11、小 d.显示整个原理图 e.显示选择的区域14.- 配置 SetSet AnimationAnimation OptionsOptions，这样使你的仿真结果更加形象。方法： 到 System 菜单看一下，那里有一个 SetSet AnimationAnimation OptionsOptions 选项，单击它出现以 下对话框11左边的我们一般不用修改，我们要改的是右边的 AnimationAnimation OptionsOptions， ShowShow WireWire VoltageVoltage byby Colour?Colour? 元件间的连接线的颜色会随电压变化 ShowSho
12、w WireWire CurrentCurrent withwith Arrows?Arrows? 元件间的连接线上显示电流方向 15.- 这个例子最后的工作就保存文件了。例例 2-2-基本电路：电池、可调电阻、直流电流表、直流电压表基本电路：电池、可调电阻、直流电流表、直流电压表1.- 新建一个文档 2.- 使用 PickPick DevicesDevices 添加以下元件（方法见例 1）- - BATTERYBATTERY - - LAMPLAMP - - POT-LINPOT-LIN 这里介绍一个更快捷的方法，就是使用 PickPick DevicesDevices 的搜索功能（前提是
13、你知道要找的元件的名字至少知道名字的前几个字母），该功能位于 PickPick DevicesDevices 对话框的左上角。 3.- 搭好以下电路12POT-LIN 的电阻值设为 200 BATTERY 的电压值设为 12 3.- 添加直流电流表和直流电压表a.- 找到这个工具条，红色圈的那个就是 INSTRUMENTSINSTRUMENTS（仪表元件）（仪表元件）了。b.- 单击这个按钮，会在 TheThe ObjectObject SelectorSelector（元件列表框）列出所有仪表， 其中的 DCDC AMMETERAMMETER 和 DCDC VOLTMETERVOLTMETE
14、R 是我们要用到的，选中 DCDC AMMETERAMMETER 并在原理图 的适当位置单击左键，这样 DCDC AMMETERAMMETER 就被放置到原理图中了。同理放置 DCDC VOLTMETERVOLTMETER。最终电路：13c.- 设置 DCDC AMMETERAMMETER 和 DCDC VOLTMETERVOLTMETER，DCDC AMMETERAMMETER 和 DCDC VOLTMETERVOLTMETER 不会根 据电路的实际电流、电压值来自动改变量程（比如 DCDC AMMETERAMMETER 默认的单位是 A，它 能测量的最小电流值是 0.01A，如实际电路的电
15、流值为 9mA，那它就显示为 0.00A）， 需要手动修改。操作跟修改一般元件一样。14DisplayDisplay RangeRange 有三个值有三个值 A A、mAmA、uAuA e.- 仿真结果。在仿真过程中，你可以点击可调电阻 POT-LINPOT-LIN 上方的两个红色箭 头来调节电阻值，这时 LAMPLAMP 的亮度也随之改变，DCDC AMMETERAMMETER 和 DCDC VOLTMETERVOLTMETER 的 显示值也随之改变。注意到了没有？！这个图好像有点特别，对了！它就是例 1 后面介绍 SetSet AnimationAnimation OptionsOptio
16、ns 中选择中选择 ShowShow WireWire VoltageVoltage byby Colour?Colour? 和 ShowShow WireWire CurrentCurrent withwith Arrows?Arrows?后的效果。例子例子 3-逻辑测试逻辑测试 添加以下元件：A-INPUTA-INPUT = = LOGICSTATELOGICSTATE B-INPUTB-INPUT = = LOGICSTATELOGICSTATE Q-OUTPUTQ-OUTPUT = = LOGICPROBE(BIG)LOGICPROBE(BIG) ANDAND = = ANDAND15例例 4.- 使用使用 ADC、示波器和仿真表格、示波器和仿真表格.1. 添加以下元件：添加以下元件： ADC0808 555 POT-LIN LED-BLUE 电阻电阻 添加添
