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1、单片机课程设计5基于PROTEUS的多功能数字电子钟的设计前 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Proteus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
2、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。第一章 概述Proteus ISIS是英国Labcenter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
3、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
4、，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 Professional” “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
5、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 几个基本例子例1-基本电路：交流电供电1.- 点击 Pick Devices按钮，（该按钮位于工作区左边的面板中，就是那个P按钮），这是会打开标题为Pick Devices的对话框。2.- 在Category列表框中 (位于左边) 找到Simulator Primitives,这是会在Results中列出该类的所有元件（如果该类有太多元件，你利用Sub-Category列表框过滤），ALTE
6、RNATOR就是我们要找的交流电电源。3.- 在Results中双击 ALTERNATOR 会在The Object Selector（元件列表框）列出ALTERNATOR。4.- 同样的方法添加LAMP，在CategoryOptoelectronics- LAMP。5.- 单击 Pick Devices 对话框的OK按钮结束添加元件。6.- 在The Object Selector（元件列表框）单击选择ALTERNATOR。7.- 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ALTERNATOR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
7、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ALTERNATOR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。9.- 用同样的方法放置 LAMP。10.- 配置元件参数。 a.- 在原理图窗口中先右击再左击 ALTERNATOR，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）。b.- 单击 OK完成。c.- 同样方法设置LAMP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
8、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ALTERNATOR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LAMP的一个引脚末端单击左键一下就完成一条连接线。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
9、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小d.显示整个原理图e.显示选择的区域14.- 配置Set Animation Options，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Set Animation Options选项，单击它出现以下对话框左边的我们一般不用修改，我们要改的是右边的Animation Options，Show Wire Voltage
10、by Colour? 元件间的连接线的颜色会随电压变化Show Wire Current with 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2-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Pick Devices添加以下元件（方法见例1）- BATTERY - LAMP - POT-LIN这里介绍一个更快捷的方法，就是使用Pick Devices的搜索功能（前提是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Pick Devices 对话框的左上角。3.- 搭好以下电路POT-LIN的电阻值设为2
11、00BATTERY的电压值设为123.- 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INSTRUMENTS（仪表元件）了。 b.- 单击这个按钮，会在The Object Selector（元件列表框）列出所有仪表，其中的DC AMMETER和DC VOLTMETER是我们要用到的，选中DC AMMETER并在原理图的适当位置单击左键，这样DC AMMETER就被放置到原理图中了。同理放置DC VOLTMETER。最终电路：c.- 设置DC AMMETER和DC VOLTMETER，DC AMMETER和DC VOLTMETER 不会根据电路的实际电流、电压值来自动改
12、变量程（比如DC AMMETER 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。Display Range 有三个值A、mA、uAe.- 仿真结果。在仿真过程中，你可以点击可调电阻POT-LIN上方的两个红色箭头来调节电阻值，这时LAMP的亮度也随之改变，DC AMMETER和DC VOLTMETER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Set Animation Options中选择Show Wire Voltage by Colour? 和Show Wi
13、re Current with Arrows?后的效果。例子3-逻辑测试添加以下元件： A-INPUT = LOGICSTATEB-INPUT = LOGICSTATEQ-OUTPUT = LOGICPROBE(BIG)AND = AND例4.- 使用ADC、示波器和仿真表格.1. 添加以下元件：ADC0808 555 POT-LIN LED-BLUE 电阻添加GROUND、POWER单击红色的那个按钮，在元件列表中会有GROUND、POWER添加示波器单击绿色的那个按钮，在元件列表中会有OSCILLOSCOPE添加仿真图表单击蓝色的那个按钮，在元件列表中会有ANALOGUE放置仿真图表的方法
14、：选中ANALOGUE后，在原理图中单击左键，并按住左键拖动，这是你会看到一个虚线方框，释放左键后就可以看到ANALOGUE了。2. 按照上图连接好元件3. 设置参数，这里主要介绍一下示波器和仿真表格的设置 a. 示波器设置，示波器需要运行仿真后才可以对其参数进行设计它有两个输入通道，它的设置与真实数字示波器的差不多。左边黑色的方框用于显示波形，其中绿色的线条就是代表某一通道的波形，默认它只显示通道1的波形，要切换为通道2需要使用右上角的方形按钮，这个按钮有两种状态，一个是CH1另一个是CH2，你可以通过单击它实现通道间互相切换。这个按钮下方还有一个方形按钮，这个方形按钮有三种状态，一个是仅显
15、示一个通道、一个是同时显示两个通道(Dual)、另一个是显示两个通道之差（X-Y）。明显，要实现通道间互相切换必须使这个按钮处于第一种状态。还要注意的是，如果同时显示两个通道的波形，还需要改变其中一个的Y-POS，因为默认它们的Y-POS是一样的，它们的波形会重叠在一起。 b.设置仿真图表，使用仿真图表前，我们要在需要观测的信号线上添加一个探针，有电压、电流两种探针紫色的那两个就是探针了，本例使用电压探针，要观测的信号是555输出的波形，找到这条连接线，点击了电压探针符号后再在这条连接线的某一个位置上单击一下左键，这样就添加了一个电压探针，接着为这探针起个名字(A)（方法跟设置一般元件属性方法的类似）。现在要将这个电压探针跟仿真图表关联起来，菜单Graph中有一个叫Add Trace的子菜单，单击它会出现由图可见，仿真图表可以连接四个探针，也就可以看到四个波形。本例我们只用一个探针，单击Probe P1下拉列表，你会看到（A），选中它后，单击OK就完成连接工作了。接着是配置仿真表格ANALOGUE，默认ANALOGUE的仿真时间是0S1S，这个时间对本例来说实在太长了，我们需要0S2mS就够了。还是菜单Gr
