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1、 毕 业 设 计 学生姓名： XXXX 学 号： 09XXXXXXXXX 专 业： 电子科学与技术 题 目： 虚拟单片机实验系统的开发 指导教师： 王保柱（副教授） 张秀清（讲师） 评阅教师： 武瑞红（副教授） 2013 年 6 月 河北科技大学毕业设计成绩评定表 姓 名 XXX 学 号 09XXXXXXXX 成 绩 专 业电子科学与技术 题 目虚拟单片机实验系统的开发 指导教师评语及成绩 指导教师： 年 月 日 评阅教师评语及成绩 评阅教师： 年 月 日 答辩小组评语及成绩 答辩小组组长： 年 月 日 答辩委员会意见 答辩委员会主任： 年 月 日 毕毕 业业 设设 计计 中中 文文 摘摘 要
2、要 基于 C51 的单片机在现实生活中有着广泛的应用，课题基于 PROTEUS 软件，简单 设计了一个单片机虚拟硬件环境的实验系统，以便做一些简单的单片机实验。本课题 针对 PROTEUS 软件和编译软件 KEIL 做了一下简单的介绍。本文重点对单片机虚拟硬件 环境各部分电路进行详细介绍，包括键盘、显示、6 位共阳数码管、A/D、D/A 等。重 点介绍了 4X4 键盘的显示功能、8 位发光二极管以流水灯的方式显示、LCD 的显示以及 A/D 和 D/A 转换器的功能。最后作者还介绍了一下 PROTEUS 和 KEIL 的联调设置以用各 电路的仿真结果。 关键词：proteus 软件；单片机 ；
3、仿真； 虚拟实验 毕毕 业业 设设 计计 外外 文文 摘摘 要要 Title Based on the virtual experiment system PROTEUS chip design Abstract Widespread application based on the C51 monolithic integrated circuit in the real life. This article based on PROTEUS software, simply designed a monolithic integrated circuit hypothesized hard
4、ware environment experiment system. In order to make some simple MCU experiment.This subject gives a brief introduction to KEIL and PROTEUS.This article main introduce the detail to various part of electric circuits. Include keyboard, display, 6 digit 7 segment anode display，A/D, D/A, the 4X4 keyboa
5、rds demonstration function, 8 light emitter diodes by class lantern floated down rivers way demonstration, LCD displayed as well as A/D and D/A switchs function. At last, writer also introduced the simulation result by KEIL and PROTEUS in different circuits with the jointing setting. Key Words: Prot
6、eus software, SCM, Simulation, Virtual experiment 目目 录录 1 绪论1 1.1 课题背景分析1 1.2 课题概况及发展趋势 2 1.3 课题的目的和意义 2 2 系统设计3 2.1 电路整体设计 3 2.2 课题解决的问题 3 2.3 课题研究的方法 4 2.4 电路仿真部分6 3 硬件电路设计7 3.1 整体框图设计 7 3.2 主芯片AT89C52 .8 3.3 LED 显示模块 .14 3.4 LCD 显示模块 .16 3.5 数码管显示.17 3.6 键盘显示.19 3.7 A/D 转换模块 .22 3.8 D/A 转换模块 .24
7、3.9 温度传感器模块.25 3.10 蜂鸣器模块26 4 软件联调配置.28 4.1 软件语言的选择.28 4.2 软件运行环境.28 4.3 PROTEUS和KEIL的配置.28 5 电路的仿真与测试.32 5.1 LED 流水灯 .32 5.2 LCD 字符显示 .33 5.3 数码管动态扫描.34 5.4 键盘测试.35 5.5 A/D 转换实验 .36 5.6 D/A 转换实验 .37 5.7 计时器 38 5.8 1602 液晶显示时钟 38 5.9 DS18B20 温度按传感器 .39 5.10 交通灯设计39 5.11 整体电路测试40 结论.44 致谢.45 参考文献.46
8、附录.48 1.1.绪论绪论 1.11.1 课题的背景分析课题的背景分析 针对传统的单片机，需采购大量的、比较贵的的硬件设备，而且设备维护和工作 量也非常大，传统的单片机实验采用硬件仿真器，实验箱或实验板，由于单片机应用 技术涉及的范围比较广，它涉及到到计算机、须硬件和软件结合才能实现，也就是将 外围电路和单片机程序相结合，如果用真实的实验箱则费会用高，器材又不能地发挥 充分利用，加上所用实验板开发周期比较长，可行性不好。 现在使用 Proteus 仿真软件，实现了纯软件的虚拟单片机实验系统,既可调试单片 机程序，也可以仿真单片机的外围器件的工作情况；既能充分利用计算机等硬件资源， 减少硬件设
9、备的维护工作量，还可提供丰富的实验内容。 1.21.2 技术概况及发展趋势技术概况及发展趋势 现代科技技术的发展，促进了计算机技术在软件和硬件上的飞速发展，利用计算 机软件的仿真技术，可以充分地仿真电路的工作等实际的工程问题。 目前，嵌入式系统已经广泛地渗透到工程设计、科学研究、军事技术、各类产业 和商业文化艺术以及人们的日常生活等方方面面中，由于社会对掌握嵌入式技术人才 的大量需求，使得嵌入式软硬件工程师成为未来几年内最为热门的职业之一，相当一 部分高校已开设嵌入式系统的相关课程。 嵌入式系统是实践与理论相结合的课程，对于嵌入式处学习者来说没有足够的资 金来购买开发板，所以只能选择仿真仿真来
10、学习嵌入式系统，proteus 是目前最好的仿 真软件，能够虚拟出嵌入式系统开发中常用的处理器和外围器件。 Proteus 与其他软件不同，它不仅能仿真 CPU 的工作情况，而且也能仿真参与单片 机仿真的外围电路和其他电路的工作情况。在调试和仿真的过程中，关心的是从工程 的角度直接看程序运行的结果和电路的工作过程。不再关心的是某些程序语句执行单 片机寄存器和存储器内容的改变。这样的仿真弥补了工程和实验见的矛盾和脱节。 1.31.3 课题的目的和意义课题的目的和意义 单片机技术是电子专业一门重要的基础课程，它要求的对动手能力要求很高，长 期以来，由于实验设备资源的限制，使得教学实验受到了限制，本
11、设计是利用 Proteus 软件进行虚拟单片机试验系统的开发，所涉及到单片机及外围电路可以在没有硬件的 情况下进行各种实验的仿真，从而大大地挺高了学习的兴趣。 在现代教学中计算机网络和虚拟实验等技术已经逐渐成为教学的的手段和工具。 通过实验可以使所学的东西更加清楚和明了，通过实验可以是学生通过实验加深对理 论知识的理解和认识。尤其是那些那些难以理解的内容，虚拟实验在现代教学有很高 的地位，它使得很多复杂的问题变得简单化，同时也节省很多件资源，在实验中通过 一些形象生动的演示，是所学的知识转化为能力，在以后的工作中实践中得以灵活地 应用。 传统的试验室，需要大量的实验器材，而且很多器材都得不到充
12、分地利用，加上 电子产品的更新换代，很多实验器材用不了几年就会被淘汰，再加上目前学生人数的 增加，势必会给实验教学带来不小的压力和冲击，所以我们就要寻找一种新的途径解 决实验教学的问题，传统的实验需要各种设备仪器，和相关的配套设施，而且对实验 器材不够充分地利用，学生在试验室对各种仪器不熟悉，对实验内容准备的不够充分 而到不到满意的实验结果，现在利用虚拟的实验系统可以很好地解决这一问题，所以 虚拟试验室教学将成为一种发展趋势，同时也提高学习者的积极性和动手能力。 2.2.系统设计系统设计 2.12.1 电路电路整体设计整体设计 本课题共分为几大模块，具体为 LED 显示、1602 液晶显示、温
13、度传感器、独立按 键、数字按键、4X4 键盘显示、6 位数码管、蜂鸣器、8 位发光二极管流水灯显示、LCD 显示以及 A/D 和 D/A 转换几个模块。所有电路都是围绕主芯片 AT89C52 来完成的,下图 为设计的电路的整体框图，如图 2-1 所示。 主芯片 AT89C52 LED及驱动模块 1602液晶显示 6位数码管 蜂鸣器 温度传感器 AD转换模块 DA转换模块 矩阵按键电路 独立按键 数字按键 图 2-1 系统电路框图 2.22.2 课题解决的问题课题解决的问题 为了解决传统基于硬件的单片机实验室诸多弊端，本课题采用 PC 和软件建立的单 片机虚拟试验系统，即在 proteus 上使
14、用的各种虚拟仪器，按照试验要求和设计原理， 虚拟出与现实相同的实验系统，进而完成整个实验，也充分利用了 proteus 软件的功 能，对各个电路部分进行仿真。为进行一些简单的单片机实验构建一个虚拟硬件环境。 （1）4X4 键盘：主要输入数据 （2）显示部分： LED：LED 是一种特别的二极管,当连接最电的时候就会发出光,通常被用在电子器 具来显示电路是否关闭或打开的指示灯。 LCD：LCD 为英文 Liquid Crystal Display 的缩写，即液晶显示器，是一种数字显 示技术，可以通过液晶和彩色过滤器过滤光源，在平面面板上产生图象。 （3）A/D 和 D/A： 真实世界的模拟信号，
15、例如温度、压力、声音或者图像等，被不断转换成更容易 储存、处理和发射的数字形式，但是在很多系统中，数字信息也必须重新转换成模拟 信号来实现一些真实世界的功能。数模转换器(DAC)就可以做到这一点，而且它们的输 出还可以用来驱动各种设备。 DAC 一般被放置在数字系统中。在数字系统中，一些真实世界的信号通过模数转 换器(ADC)数字化和处理过后，然后需要重新转化成模拟信号的系统中。这些系统所要 求的 DAC 性能会受到系统其它组件的性能和要求的影响。 2.32.3 课题研究的方法课题研究的方法 2.3.1 总体方案 实验项目 硬件电路 软件程序 Proteus Keil C 存档相应的软件电路和
16、软件 程序并编写实验报告 图 2-2 总体方案 分别对LED显示、独立键盘、矩阵键盘、LCD显示、蜂鸣器模块、数码管以及A/D和 D/A等实验项目进行硬件电路和软件程序的设计并结合Proteus和Keil uVision3进行仿 真。如图2-2所示。 2.3.2 技术路线 在Keil C 中写入源程序编译生成Hex文件 在Porteus上画出电路原理图 绑定主芯片与Hex文件 修改电路或源程序 运行Proteus进行调试 成功？ 编写实验指导书 N Y 图 2-3 技术路线 围绕着主芯片设计 LED 显示、独立键盘、矩阵键盘、数字键盘、LCD 显示、数码管、 计数器、数字温度显示、蜂鸣器模块、交通灯设计、以及 A/D 和 D/A 等电路模块并在 Porteus 上画出相应的电路图并保存。用 C 语言编译能够完成相应模块功能的源程序。 运行 Proteus 进行仿真调试。如果仿真没有成功则修改电路或源程序后重新进行仿真 测试。 2.2.4 4 电路图仿真部分电路图仿真部分 Proteus 与其他软件
