示波器等价格不菲的电子设备外,开发过程也较繁琐。
单片机系统作为一种典型的嵌入式系统,其系统设计包括硬件电路设计和软件编程设计两个方面 其调试过程一般分为软件调试、硬件测试、系统调试 3 个过程。
如果采用单片机系统的虚拟仿真软件 ——Proteus,则不用制作具体的电路板也能够完成以上工作。
第一章 单片机的相关知识 1.1PROTEUS 软件简介 PROTEUS 软件由 Labcenter 公司开发,是目前世界上最先进、最完整的嵌入式系统设计与仿真平台,可以实现数字电路、模拟电路及微控制器系统与外设的混合电路系统的电路仿真、软件仿真、系统协同仿真和 PCB 设计等功能,是目前唯一能够对各种处理器进行实时仿真、调试与测试的 EDA 工具。
微控制器系统相关的仿真需建立编译和调试环境,可选择 Keil C51uVision2 软件。
该软件支持众多不同公司的芯片,集编辑、编译和程序仿真等于一体,同时还支持 PLM、汇编和 C 语言的程序设计。
它的界面友好易学,在调试程序、软件仿真方面有很强大的功能。
其革命性的功能是:将电路仿真和微处理器仿真进行协同,直接在基于原理图的虚拟原型上进行处理器编程调试,并进行功能验证,通过动态器件如电机、LED、LCD、开关等,实时看到运行后的输入、输出的效果,配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等, Proteus 为我们建立了完备的电子设计开发环境。
1.2 单片机简介 单片微型计算机简称单片机,是典型的嵌入式微控制器常用英文字母的缩写 MCU 表示单片机,它最早是被用在工业控制领域。
单片机由芯片内仅有 CPU的专用处理器发展而来。
最早的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。
INTEL 的 Z80 是最早按照这种思想设计出的处理器,从此以后,单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。
1.3 单片机的发展史1.3.1 4 位单片机 4 位单片机的主要应用领域有:PC 机的输入装置,电池充电器,运动器材,带液晶显示的音/视频产品控制器,一般家用电器的控制及遥控器,电子玩具,钟表,计算器,多功能电话等。
71.3.2 8 位单片机 8 位单片机由于功能强,被广泛用于自动化装置、智能仪器仪表、智能接口、过程控制、通信、家用电器等各个领域。
1.3.3 16 位单片机 16 位单片机主要用于工业控制,智能仪器仪表,便携式设备等场合。
1.3.4 32 位单片机 随着高新技术智能机器人,光盘驱动器,激光打印机,图像与数据实时处理,复杂实时控制,网络服务器等领域的应用与发展推出 32 位单片机1.3.5 64 位单片机 64 位单片机在引擎控制,智能机器人,磁盘控制,语音图像通信。
1.4 AT89C51 单片机介绍 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FalshProgrammable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能 CMOS8 位微处理器,俗称单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。
由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中, AT89C 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
1.4.1 管脚说明 VCC:供电电压。
GND:接地。
RST:复位输入。
P0 口:P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口,每脚可吸收 8TTL 门电流。
P1 口:P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P1 口缓冲器能接 收输出 4TTL 门电流。
P2 口:P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P2 口缓冲器可接收,P3 口:P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口,可接收输出 4 个 TTL 门 电流。
P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口ALE/PROG:地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
/PSEN:外部程序存储器的选通信号。
/EA/VPP:当/EA 保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH), 不管是否有内部程序存储器。
8XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:来自反向振荡器的输出。
1.4.2 单片机的基本结构 MCS-51 单 片 机 内 部 结 构 8052 单 片 机 包 含 中 央 处 理 器 、 程 序 存 储 器ROM、数据存储器RAM、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线。
1.4.3 单片机的选择 单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支,也是颇具生命力的机种。
单片机微型计算机简称单片机,特别适用于控制领域,故又称为微控制器。
通常,单片机由单块集成电路芯片构成,内部包含有计算机的基本功能部件:中央处理器、存储器和 I/O 接口电路等。
因此,单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合,便可成为一个单片机控制系统。
单片机经过 1、2、3、3 代的发展,正朝着多功能、高性能、低电压、低功耗、低价格、大存储容量、强 I/O 功能及较好的结构兼容性方向发展。
第二章 硬件电路设计 2.1 电子钟系统硬件组成 MAX72 电子钟系统硬件主要由 AT89C51 单片机、时钟芯片 DS1302、数码管码显示驱动芯 19 等元器件组成。
电子钟系统硬件电路组成框图 9 2.2 电子钟硬件电路工作说明 系统硬件电路根据课题设计要求,它由以下几个部件组成:单片机89C52RC、电源、时分秒显示模块。
时分秒显示采用动态扫描,以降低对单片机端口数的要求,同时也降低系统的功耗。
显示模块中时分秒显示驱动、校时模块都通过 89C52RC 的 I/O 口控制。
显示模块中的复位电路由 89C52RC 的 RESET 端控制。
电源部分:电源部分有二部分组成。
一部分是由 220V 的市电通过变压、整流稳压来得到5V 电压,维持系统的正常工作;另一部分是由 5V 的电池供电,以保证停电时正常走时。
正常情况下电池是不提供电能的,以保证电池的寿命。
2.3 Proteus 进行电子钟系统仿真 在 Proteus ISIS 的 Debug 菜单中选择 Execute,运行程序,系统仿真结果如下图所示。
实现功能:当进入调整功能时,按第一个键 K1 进行减运算,按第二个键 K2 进行加运算。
按下第三个键 K3实现日期时间调整及定时功能,等数字闪烁后,按一二键进行加减,从而可以进行具体日期时间调整。
当定时设定后,到预定时间后,系统通过 C51 音乐程序演唱歌曲-八月桂花。
按下第四个键K4,可以进行时间日期切换,8 位 LED 数码管将显示时间或日期,采用 24 小时制。
时间显示格式为:时-分-秒;日期显示格式为:日-月-年。
有实时显示当前计算机系统时间和日期的功能。
10 第三章软件设计 3.1 程序流程图设计 按键处理是先检测秒按键是否按下,秒按键如果按下,秒就加 1;如果没有按下,就检测分按键是否按下,分按键如果按下,分就加 1;如果没有按下,就检测时按键是否按下,时按键如果按下,时就加 1;如果没有按下,就把时间显示出来。
开始 秒按 秒加 1 分 分 时 时加 1 显示 结 键按 按 加1 按 时间 束 键 键 按 按 定时器中断时是先检测 1 秒是否到,1 秒如果到,秒单元就加 1;如果没到,就检测 1 分钟是否到,1 分钟如果到,分单元就加 1;如果没到,就检测 1 小时是否到,1 小时如果到,时单元就加 1,如果没到,就显示时间。
开 一 秒单 60 秒 单 60 分 单 2 时 时 中始 秒 时 元加 1 秒 时 元清零 分钟 元清零 4 单 间 显 断返 间 间 分 单 时 单 小 元 示 回 元加 1 元加 1 时 清 零 11 时间显示是先秒个位计算显示,然后是秒十位计算显示,再是分个位计算显示,再然后是分十位显示,再就是时个位计算显示,最后是时十位显示。
开 秒 个 秒 十 分个 分 十 时 个 时 十 结
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