基于PROTEUS仿真的數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)

摘要：?jiǎn)纹瑱C(jī)技術(shù)是現(xiàn)代電子工程領(lǐng)域一門(mén)迅速發(fā)展的技術(shù)，它的應(yīng)用已經(jīng)滲透到各種嵌入式系統(tǒng)中。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，采用Proteus軟件與Keil軟件整合構(gòu)建單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。可以使教師在講述理論的同時(shí)，利用Proteus軟件進(jìn)行仿真、演示，使學(xué)生消除“抽象感”增加學(xué)習(xí)的興趣。使課堂教學(xué)更生動(dòng)、直觀使單片機(jī)課程中一些基本理論和基本概念更加容易理解。

關(guān)鍵詞：虛擬 模擬 仿真

0 引言

Proteus軟件是英國(guó)Labcenter electronice公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能。還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件工具。該軟件的特點(diǎn)是：①實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。②支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類(lèi)型有：8051系列、AVR系列、ARM系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。③提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2等軟件。總之，該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。

1 數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)

數(shù)字鐘的原理框圖如圖1所示。它由以下幾個(gè)部件組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)AT89S52、電源、時(shí)分顯示部件。

時(shí)分顯示采用動(dòng)態(tài)掃描，可以降低對(duì)單片機(jī)I/O口數(shù)的要求，同時(shí)也降低系統(tǒng)的功耗。時(shí)分顯示模塊以及顯示驅(qū)動(dòng)都通過(guò)AT89S52的I/O口控制。

電源部分：兩種方法：一種是由220V的市電通過(guò)變壓、整流穩(wěn)壓（主要用7805穩(wěn)壓塊）來(lái)得到+5V電壓，維持系統(tǒng)的正常工作。另一種是用USB接口取+5V電壓。

2 利用Proteus仿真軟件進(jìn)行電路圖繪制

如圖2所示。電路的核心是單片機(jī)AT89S52。單片機(jī)的P3口八個(gè)引腳接LED顯示器的段選碼（a、b、c、d、e、f、g、dp）的引腳上，單片機(jī)的P1口六個(gè)引腳接LED顯示器的位選碼（2、3、4、5、6、7）的引腳上，在實(shí)際電路中P1口需要接1K的上拉電阻，電阻起限流作用。

3 系統(tǒng)的軟件構(gòu)成及功能

本系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)主要可分為主程序（圖3所示）和定時(shí)器中斷程序兩大模塊。在程序過(guò)程中，加入了抗干擾措施。中斷程序(圖4所示)完成時(shí)間計(jì)數(shù)，時(shí)間調(diào)整，誤差消除等功能。中斷采用AT89S52內(nèi)部T0中斷實(shí)現(xiàn)，定時(shí)時(shí)間為125ms，當(dāng)時(shí)間到達(dá)125ms×8，即1分鐘時(shí)，分計(jì)數(shù)緩沖器增加1，到達(dá)1小時(shí)，則時(shí)計(jì)數(shù)緩沖器自動(dòng)增加1，并將分、時(shí)的個(gè)位、十位放入顯示緩沖器。當(dāng)分計(jì)數(shù)緩沖器和時(shí)計(jì)數(shù)緩沖器分別到達(dá)60min、24h時(shí)，則對(duì)它們清零，以便從新計(jì)數(shù)。在中斷設(shè)計(jì)中，還通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)了累計(jì)誤差消除功能，使整個(gè)系統(tǒng)時(shí)間的精確度得到保證。

4 Keil C與Proteus連接調(diào)試

4.1 假若KeilC與Proteus均已正確安裝在D:\\Program Files的目錄里。

4.2 安裝Keil C與Proteus的連接插件vdmagdi.exe。

4.3 進(jìn)入KeilC μVision2開(kāi)發(fā)集成環(huán)境，創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目(Project)，并為該項(xiàng)目選定合適的單片機(jī)CPU器件（如：Atmel公司的AT89S52）。并為該項(xiàng)目加入KeilC源程序。

部分源程序如下：

#include

int count=0；int count2hz=0；

int second=55，min=59，hour=23；

int dp=0x80；int led[10] = {0x3f，0x06，0x5b，0x4f，0x66，0x6d，0x7d，0x07，0x7f，0x6f}

void main (void)

{ int b；init()；

TMOD=0x01；TH0 =(65536-50000)/256；TL0 =(65536-50000)%256；

ET0 =1；EA=1；TR0=1；

while (1)

{

display(keyscan())；

P1=0xff； //all led off

P3=led[second%10]； //秒個(gè)位置數(shù)

P1_7=0； //動(dòng)態(tài)刷新顯示開(kāi)1

for(b=0；b<=10；b++)； // delay and keep

P1=0xff； //all led off

P3=led[second/10]； //秒十位置數(shù)

P1_6=0； //動(dòng)態(tài)刷新顯示開(kāi)2

for(b=0；b<=10；b++)； // delay and keep

P1=0xff； //all led off

P3=led[min%10]|(dp0x80)； //分 個(gè)位置數(shù)

P1_5=0； //動(dòng)態(tài)刷新 顯示開(kāi)3

for(b=0；b<=10；b++)； // delay and keep

P1=0xff； //all led off

P3=led[min/10]； //分 十位置數(shù)

P1_4=0； //動(dòng)態(tài)刷新 顯示開(kāi)4

for(b=0；b<=10；b++)； // delay and keep

P1=0xff； //all led off

P3=led[hour%10]|0x80； //時(shí) 個(gè)位置數(shù)

P1_3=0； //動(dòng)態(tài)刷新 顯示開(kāi)5

for(b=0；b<=10；b++)； // delay and keep

P1=0xff； //all led off

P3=led[hour/10]； //時(shí) 十位置數(shù)

P1_2=0； //動(dòng)態(tài)刷新 顯示開(kāi)6

for(b=0；b<=10；b++)； // delay and keep

}

}

4.4 單擊“Project菜單Options for Target”選項(xiàng)或者點(diǎn)擊工具欄的“option for ta rget”按鈕■，彈出窗口，點(diǎn)擊“Debug”按鈕，出現(xiàn)如圖所示頁(yè)面。

在出現(xiàn)的對(duì)話框里在右欄上部的下拉菜單里選中“Proteus VSM Driver”。并且還要點(diǎn)擊一下“Use”前面表明選中的小圓點(diǎn)。

4.5 roteus的設(shè)置

進(jìn)入Proteus的ISIS，鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊菜單“Debug”，選中“use romote debuger monitor”，如圖所示。此后，便可實(shí)現(xiàn)KeilC與Proteus連接調(diào)試。

4.6 KeilC與Proteus連接仿真調(diào)試

單擊仿真運(yùn)行開(kāi)始按鈕■，我們能清楚地觀察到每一個(gè)引腳的電頻變化，紅色代表高電頻，藍(lán)色代表低電頻。在LED顯示器上顯示23.5955。

5 結(jié)束語(yǔ)

上述電子鐘，無(wú)論在外觀上還是功能上都實(shí)現(xiàn)了較為完善的設(shè)計(jì)。特別值得一提的是本系統(tǒng)在精度上的設(shè)計(jì)，突破傳統(tǒng)的方法，對(duì)可能產(chǎn)生的積累誤差采用“抵消法”，從而有效地降低了時(shí)間誤差。

采用Proteus軟件與Keil軟件整合構(gòu)建單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。學(xué)生首先在PC上利用Proteus軟件自己搭建硬件電路，并利用系統(tǒng)提供的功能完成電路分析、系統(tǒng)調(diào)試和輸出顯示的硬件設(shè)計(jì)部分；同時(shí)在Keil軟件中編制程序，進(jìn)行相應(yīng)的編譯和仿真，完成系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分。當(dāng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作完成后，學(xué)生可以在PC上看到最終的運(yùn)行效果。最后再通過(guò)proteus設(shè)計(jì)PCB，再完成真正硬件的調(diào)試。

參考文獻(xiàn)：

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