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【摘 要】本文针对单片机项目设计中出现的问题和基本方法,提出了将Proteus仿真软件和Keil软件引入到单片机项目式开发中.以“单片机双机通信实验”项目为例,详细阐述Proteus软件在单片机课程教学中的使用方法和仿真调试过程.实践证明,该方法能激发开发热情,锻炼创新能力和单片机软硬件综合开发能力,是提高单片机开发效率和设计产品质量的一种有效方法.
【关 键 词】单片机开发,Proteus软件,仿真调试
引言
单片机开发是一项综合性、实践性、应用性很强的技术.传统的单片机开发采用“先理论设计,再动手实验”的开发模式,该模式造成编程与之实验结果分离,不便于调试,效果并不理想.鉴于此,本文将Proteus和引入到单片机的项目式开发中,通过仿真的直观性和真实感,不仅节约了硬件资源的投入,而且提高了单片机开发效率和产品质量.
一、Proteus简介
Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司开发的电路分析与实物仿真软件,它除了具有其他EDA工具的原理布图、PCB自动或人工布线、电路仿真等功能外,Proteus最大的特点是基于微控制器的设计连同所有的电路一起仿真,可直接在单片机虚拟系统上对MCU编程,并可对软件源代码进行实时调试.同时,它具有电路互动仿真功能,通过动态外设模型,如键盘、LED/LCD等,可实时显示系统输入、输出结果,以实现交互仿真,或配合Proteus配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等,使单片机虚拟系统实现预期的实验效果.
此处还需要用Keil软件来协助.Keil软件是美国KeilSoftware公司出品的兼容单片机C语言软件的开发系统,是目前世界上最好的51单片机开发工具之一.它提供了丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具,生成的目标代码效率高,多数语句生成的汇编代码很紧凑,容易理解.
Proteus和Keil各自都可以进行仿真调试,但效果不是很理想,如把两者结合起来相互配合,则可发挥Proteus和Keil的优势使其在仿真过程中的软件调试和硬件设计更加便捷、高效.
二、仿真项目教学案例
(一)项目要求
本项目要求用两片AT89C51单片机实现A机检测输入键盘信息,并通过串行通信方式,传送给B机,在B机用数码管显示A机所按下的对应按键代号,“0-9”显示对应数字,其余按键显示“-”.
(二)任务分析
项目开发过程是紧紧围绕一个或多个完整的项目展开的,因此项目的设计,是单片机课程教学成败的关键.按照本项目要求,通过分析,该项目实际上是一个双机单向通信项目,只要掌握了该项目,双向通信问题不难理解.具体思路是：
1.A、B单片机均采用AT89C51,A机须完成矩阵键盘扫描识别、键盘代码串行传送两项任务.B机须完成串行接收代码、数码显示两项任务.本项目程序的关键就是串行通信程序部分.
2.A机通过检测P2口外接的矩阵键盘信息,并进行识别处理,产生相应的键盘代码,然后通过串行发送端TXD/P3.1发送给B机,
3.B机收到A机发送的键盘代码后,通过处理,从P0口输出七段数码管段码信号,驱动共阳极七段数码管显示键盘代码.
图1
图2
图3
(三)硬件仿真图绘制
通过以上的任务分析,我们先设计出硬件电路,并将电路在Proteus中绘制出来.电源电路用5V,具体电路省略.时钟电路用来产生时钟信号供单片机工作,晶振采用12MHz,平衡电容采用3F.复位电路在系统上电或运行过程中对单片机进行初始化操作.
图4
图5
1.单片机最小系统
本案例所用单片机型号为AT89C51,其结构简单,控制灵活.其最小系统主要包括主芯片、电源电路、时钟电路、复位电路.
2.本例单片机最小系统
在这里要特别说明的是,在Proteus中单片机可以默认以最小系统工作.即可以不加上电源电路、复位电路、时钟电路也可以工作.不过为了便于直观观察,我们还是画出这些路.在绘制时,双机只画出单机的这些电路,另一个不画.并且为了不产生标号冲突,B机的引脚标号用数字表示.
本例中A机的主电路、电源电路、时钟电路、复位电路见附图.B机的系统图和A机系统大同小异.
3.本例输入、输出系统及通信连接
本例中的输入系统是矩阵键盘电路,从A机输入.利用P2口作为键盘检测口,P2.0-P2.3为行线扫描,P2.4-P2.7为列线检测.
本例中的通信连接是将双机的RXD和TXD两脚,即P3.0和P3.1交叉相边即可.B机的这两脚标号和A机对应.
本例中的输出系统是单个LED共阳数码管显示电路,从B机P0输出段码控制信号.
4.本例硬件仿真总图见附1.
(四)软件系统流程图
A机主程序流程图如图1所示,键盘扫描检测程序流程图如图2所示,B机主程序流程图如图3所示.具体的程序见附3.编程输入KeiuVsion4软件并生成A机和B机的”.hex”格式可执行文件.
图6
图7
图8
附1双机通信实验仿真电路原理图
附2电源原理图
(五)ProteusISIS载入仿真
1.加加载源程序和目标程序文件、目标代码文件、设置时钟频率
在ISIS菜单中单击Source（源程序）,弹出下拉菜单,点击“Add/RemoveSourceFile等”,弹出如图1.9所示的对话框,选取A机芯片,点击,加入源程序“双机通信实验A机发送程序.C”,如图4所示,选取B机芯片,点击,加入源程序“双机通信实验B机接收程序.C”,如图5所示.点击确定.在ISIS编辑窗口中双击A机AT89C51芯片,在弹出的对话框中点击如图6所示的按钮,选择前面所生成的“双机通信实验A机发送程序.hex”代码文件,再在ClockFrequency：栏中设置时钟为12MHz,点击“OK”即可.B机同样设置.如图7所示.
2.PROTEUS交互仿真
代码装载完毕后即可进行仿真,只需点击运行仿真按钮即可运行仿真.仿真运行效果如图8所示.
(六)本例仿真电路原理图及程序部分源代码
1.本例仿真电路原理图（附1、附2）
2.本例程序部分源代码（附3）
A机检测发送程序：
#include<,at89x51.h>,
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#definekey_4x4_portP2//定义P3口为键盘输入
ucharkey,//按键值
voiddelayms（uintxms）,//1ms延时程序
voidkey_4x4_scan（）,//键盘扫描指示程序
uchard[11]等于{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10},//发送的数据
voiddelay（）,
/*--------------Xms延时程序----------------*/
voiddelayms（uintxms）
{uinti,j,
for（i等于xms,i>,0,i--）//i等于xms时延时xms
for（j等于110,j>,0,j--）,
}
/*---------------键盘扫描指示程序--------------*/
{省略}
/*---------------A机检测发送程序--------------*/
main（）{
uchari,
PCON等于0x80,//波特率加倍
SCON等于0x40,//方式1,波特率与T1溢出率相关
TMOD等于0x20,//T1方式2
TH1等于0xfd,//串口速度为19.2Kb/s
TL1等于0xfd,
TR1等于1,//启动T1
while（1）{
key_4x4_scan（）,
SBUF等于d[key],//启动串口并发送数据
while（1）
{
if（TI等于等于1）
{//检测,发送完发送下一数据
TI等于0,//清中断
break,
}
}
delay（）,//发送速度控制
}
}
voiddelay（）{
unsignedinti,
for（i等于0,i<,40,i++）{
}
}
B机接收显示程序：
#include<,at89x51.h>,
unsignedcharcoded[11]等于//LED字符码
{0xc0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,
0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xbf
},
main（）{
PCON等于0x80,//波特率加倍
SCON等于0x50,//方式1,允许接收
IE等于0x90,//开串口中断
TMOD等于0x20,//T1方式2
TH1等于0xfd,//串口速度为19.2Kb/s
TL1等于0xfd,
TR1等于1,//启动T1
while（1）{
if（RI等于等于1）{//检测
P0等于d[SBUF],//显示
RI等于0,//清中断
}
}
}
三、结论
通过本次实验,可以熟悉单片机串行通信的编程方法,提高键盘扫描检测程序、定时器的使用技巧,熟悉ProteusISIS的使用方法,将其与KeiluVsion4有机结合,使用该软件有利于直观观察仿真结果,培养单片机综合应用能力,明显地提高单片机开发效率和教学质量.