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1、摘要1)摘要正文本设计基于Protuse自动设计能力、高速有效的编辑功能、简捷方便的设计过程管理PDM，并且可以完整地实现单片机的仿真，从单片机概念设计到生成物理生产数据的全过程，以及这中间的所有分析、仿真和验证功能详细阐述了电路原理图的绘制、实现功能。本设计还基于keil软件的使用编写程序，生成可被protuse软件识别的.hex文件,实现自己设计想要的功能。以及在自学过程和制作过程中所遇到的种种问题。并且给了相应的解决方法。2）关键词：Protuse软件； keil软件； 仿真； 程序；目录1、单片机11.1、单片机介绍11.2、单片机分类11.3、单片机应用：11.4、AT8951系列优
2、点：31.5、PIC系列41.6、AVR系列51.7单片机类型51.8、中国主要应用51单片机的总类72、Proteus软件82.1、功能介绍82.2、独有特点82.3功能模块82.5、丰富资源103、Keil113.1、系统概述113.2、 Keil C51单片机软件开发系统的整体结构124、本组设计134.1、以下是本人利用protuse软件的绘图过程134.2、下面是我利用keil软件编写的程序174.3、仿真21总 结24参考文献261、单片机1.1、单片机介绍单片机在一块半导体材料上集成了CPU、存储器、I/O接口等各种功能部件，具有体积小、功耗低、价格便宜、功能强、可靠性好和使用方
3、便灵活的特点,使单片机在工业控制、数据采集、智能化仪表、办公自动化以及家用电器方等各个领域中得到了越来越广泛的应用。将单片机技术与测量控制技术相结合，可以使工业自动控制变得更方便、控制效果更佳。在机电一体化方面，单片机也发挥了它的特殊作用，使许多传统产业发生了巨大的变化，使许多工业产品体积缩小，能耗降低，功能增加，操作方便。由于单片机在如此广泛的领域里获得了应用,世界上许多集成电路生产厂家相继推出了各种类型的单片机,其中,MCS-51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术和高可靠性,占领了工业控制的主要市场。特别是在我国,MCS-51系列单片机,成为单片机应用领域的主流。1.2、单片机分类目前的
4、单片机分通用型和专用型两种。MCS-51系列单片机是属于通用型的单片机，通用型的单片机把开发资源全部公开，用户可以根据自己的应用系统进行设计，适用面广，应用灵活。制造单片机的材料也从TTL材料发展到CMOS材料，通常工作电压是5V，如5V5%或5V10%，也有3V/3.3V电压的产品，更低的可在1.5V工作。现在单片机又出现了宽电压范围型，在2.56.5V内都可正常工作。低功耗是单片机所追求的一个指标，目前低功耗单片机的静态电流可以低至A或nA级。有的单片机还有等待、关断、睡眠等多种工作模式以降低功耗。单片机的低功耗在智能化仪表中有重要的应用。封装有双列直插和贴片系列，体积变得更小，另外，单片
5、机的时钟频率也达到20MHz以上。单片机的种类很多，在工业中应用最广泛的是MCS-51系列单片机，MCS-51系列的片内程序存储器分掩膜ROM、EPROM和无ROM存储器三种。一般情况下，片内有掩膜ROM的芯片用于程序已经固定的大批量生产场合。片内带EPROM的适合于做样机，便于修改程序,做试验。而外接EPROM的适用于做小批量产品或用于ROM大于8K的场合。1.3、单片机应用：1、单片机在数据处理中的应用 单片机在应用中的数据处理有数制转换的处理、查表计算、函数计算等多种运算。可以利用单片机进行函数计算来处理数据，可以进行矩阵运算和微积分之类的复杂运算。2、单片机在工业控制中的应用 在工业控
6、制中的控制器，可以应用软件的方法，实现复杂的控制过程，改变控制算法方便。有丰富的逻辑判断和位操作指令，可以在开关量控制、顺序控制、逻辑控制中发挥作用。目前，在加热控制、电机控制、锅炉控制、汽车电器、数控机床等各个领域，单片机得到了广泛的使用，并取得了很好的效果。3、智能化仪器 在仪表中引入单片机后，可以利用单片机完成数据的采集、处理、零位校正、数字显示、报警、记录打印等工作。使仪表具有智能化的功能，有温度计、流量计、气体分析仪、转速表、电子秤、血压计、万用表、电度表等。4、家用电器 在家电产品中，为了改善产品的性能，使操作使用更人性化，在电冰箱、微波炉、空调、电视机、音响设备、洗衣机、玩具中，
7、大量使用了单片机技术。单片机正在迅速渗透到各个方面，改变了原有产品的现状。1.4、AT8951系列优点：1、AT89C51系列：内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，或布尔处理器。它的处理对象不是字或字节而是位。虽然其他种类的单片 机也具有位处理功能，但能进行位逻辑运算的实属少见。2、AT89C51系列在片内RAM区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间，十六个字节，单元地址 20H2FH，它既可作字节处理，也可作位处理（作位处理时，合128个位，相应位地址为00H7FH），使用极为灵活。这一功能无疑给使用者提供了 极大的方便，因为一个较复杂的程序在运行过程中会遇到很多分支，因
8、而需建立很多标志位，在运行过程中，需要对有关的标志位进行置位、清零或检测，以确定程序的运行方向。而实施这一处理（包括前面所有的位功能），只需用一条位操作指令即可。3、AT89C51系列的另一个优点是乘法和除法指令，这给编程也带来了便利。八位除以八位的除法指令，商为八位，精度嫌不够， 用得不多。而八位乘八位的乘法指令，其积为十六位，精度还是能满足要求的，用的较多。作乘法时，只需一条指令就行了，即 MULAB(两个乘数分别在累加器A和寄存器B中。积的低位字节在累加器A中，高位字节在寄存器B中)。很多的八位单片机都不具备乘法功能，作乘法时还得编上一段子程序调用，十分不便4、AT89C51系列中，还有
9、一条二进制-十进制调整指令 DA，能将二进制变为BCD码，这对于十进制的计量十分方便。而在其他的单片机中，则也需调用专用的子程序才行。 5、AT89C51系列I/O口特点：AT89C51系列的I/O脚的设置和使用非常简单，当该脚作输入脚使用时，只须将该脚设置为高电平（复位时，各 I/O口均置高电平）。当该脚作输出脚使用时，则为高电平或低电平均可。低电平时，吸入电流可达20mA，具有一定的驱动能力；而为高电平时，输出电流仅 数十A甚至更小（电流实际上是由脚的上拉电流形成的），基本上没有驱动能力。其原因是高电平时該脚也同时作输入脚使用，而输入脚必须具有高的输入阻抗，因而上拉的电流必须很小才行。作输
10、出脚使用，欲进行高电平驱动时，得利用外电路来实现，如上拉电阻，I/O脚不通，电流经R驱动LED发光；低电平时，I/O脚导通，电流由该脚入地，LED灭（I/O脚导通时对地的电压降小于1V，LED的域值1.51.8V）。 1.5、PIC系列1、PIC单片机系列是美国微芯公司（Microchip）的产品。CPU采用RISC结构，分别有33、35、58条指令（视单片机的级别而定），属精简指令集。而51系列有111条指令，AVR单片机有118条指令，都比前者复杂。采用Harvard双总线结构，运行速度快(指令周期约160200ns)，它能使程序存储器的访问和数据存储器的访问并行处理，这种指令流水线结构，
11、在一个周期内完成两部分工作，一是执行指令，二是从程序存储器取出下一条指令，这样总的看来每条指令只需一个周期（个别除外），这也是高效率运行的原因之一。此外，它还具有低工作电压、低功耗、驱动能力强等特点。 2、PIC系列单片机共分三个级别，即基本级、中级、高级。其中又以中级的PIC16F873（A）、 PIC16F877 (A) 用的最多。3、PIC系列单片机的I/O口是双向的，其输出电路为CMOS互补推挽输出电路。I/O脚增加了用于设置输入或输 出状态的方向寄存器（TRISn , 其中n对应各口，如A、B、C、D、E等），从而解决了51系列I/O脚为高电平时同为输入和输出的状态。当置位1时为输入
12、状态，且不管该脚呈高电平或低电平，对外均呈高阻状态；置位0时为输出状态，不管该脚为何种电平，均呈低阻状态，有相当的驱动能力，低电平吸入电流达25mA，高电平输出电流可达 20mA。相对于51系列而言，这是一个很大的优点，它可以直接驱动数码管显示且外电路简单。它的A/D为10位，能满足精度要求。具有在线调试及编程 （ISP）功能。 4、数据的传送和逻辑运算基本上都得通过工作寄存器W（相当于51系列的累加器A）来进行，而51系列的还可以通过寄存器相互之间直接传送(如：MOV 30H，20H；将寄存器20H的内容直接传送至寄存器30H中)，因而PIC单片机的瓶颈现象比51系列还要严重，但价钱便宜、功
13、 耗低（但要频率够低）；程序代码空间很节省，对c语言支持不好；最实用的资源是a/d转换器（而且比单独的a/d便宜）；位性能较好（延迟上电复位、上电复位、掉电复位）；看门狗也不错,而且抗干扰性好,在许多应用中不用外加辅助电路；特别适用于低成本应用1.6、AVR系列 1、AVR单片机是Atmel公司推出的较为新颖的单片机，其显著的特点为高性能、高速度、低功耗。它取消 机器周期，以时钟周期为指令周期，实行流水作业。AVR单片机指令以字为单位，且大部分指令都为单周期指令。而单周期既可执行本指令功能，同时完成下一条 指令的读取。通常时钟频率用48MHz，故最短指令执行时间为250125ns。该系列的型号
14、较多，但可用下面三种为代表：AT90S2313(简装 型)、AT90S8515、AT90S8535(带A/D转换)。 2、通用寄存器一共32个（R0R31），前16个寄存器（R0R15）都不能直接与立即数打交道，因而通用性有所下降。而在51系列中，它所有的通用寄存器（地址007FH）均可以直接与立即数打交道，显然要优于前者。 3、AVR系列没有类似累加器A的结构，它主要是通过R16R31寄存器来实现A的功能。在AVR中，没有像51系列的数据指针DPTR，而是由X（由 R26、R27组成）、Y（由R28、R29组成）、Z（由R30、R31组成）三个16位的寄存器来完成数据指针的功能(相当于有三组
15、DPTR)，而且 还能作后增量或先减量等的运行，如： 例5：LDRd, X ；将X所指的地址的内容装入寄存器Rd中。LDRd,Y；将Y所指的地址的内容装入寄存器Rd中，然后Y的地址增1。LDRd，X ；将X的地址减1所指的地址的内容装入寄存器Rd中。 4、在51系列中，所有的逻辑运算都必须在A中进行；而AVR却可以在任两个寄存器之间进行。 5、AVR的专用寄存器集中在003F地址区间，无需像PIC那样得先进行选存储体的过程，使用起来比PIC方便。AVR的片内RAM的地址区间为0060$00DF(AT90S2313) 和 0060025F(AT90S8515、AT90S8535)，它们占用的是数据空间的地址，这些片内RAM仅仅是用来存储数据的，通常不具备通用寄存器的功能。当程序复杂时，通用寄存器R0R31就显得不够用；而51系列的通用寄存器多达128个（为AVR的4倍），编程时就不会有这种感觉。6、AVR的I/O脚类似PIC，它也有用来控制输入或输出的方向寄存器，在输出状态下，高电平输出的电流在10mA左右，低电平吸入电流20mA。虽不如PIC，但比51系列强。 7、以上的三种AVR型号其管脚与对应的51系列兼容，如AT90S2313与51系列的AT89C2051的管脚兼容（PDIP-20脚），A
