本科畢業(yè)設(shè)計論文-proteus仿真動態(tài)數(shù)碼管時鐘仿真

-1-Proteus仿真論文題目：動態(tài)數(shù)碼管時鐘仿真院系內(nèi)蒙古大學(xué)鄂爾多斯學(xué)院專業(yè)名稱自動化學(xué)生姓名吳啟民學(xué)號01351241802016年6月30日摘要AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS

8位單片機，在proteus仿真中，單片機采用定時器中斷方法，制作一個簡易時鐘，要求用定時器實現(xiàn)精確定時，使用數(shù)碼管動態(tài)顯示，完成時鐘的秒走時顯示。本課程設(shè)計是利用兩位共陰極數(shù)碼管顯示數(shù)字59，然后每隔1s順序-1，減到00時，再循環(huán)從59-00。關(guān)鍵詞單片機仿真數(shù)碼管

目錄TOC\o"1-3"\u1、緒論 11.1背景介紹 11.2AT89C52單片機 11.3Proteus使用介紹 31.4動態(tài)數(shù)碼管設(shè)計任務(wù)與要求 42、硬件設(shè)計 52.1單片機最小系統(tǒng) 52.2數(shù)碼管顯示部分 52.3數(shù)碼管驅(qū)動部分 63、軟件設(shè)計 73.1仿真原理圖 83.2仿真參數(shù)設(shè)置 83.3仿真結(jié)果 94.總結(jié) 105.參考文獻 116.附錄 13附錄1程序代碼 131、緒論1.1背景介紹隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，以及移動通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用，單片機從4位、8位、16位到32位，其發(fā)展歷程一直受到廣大電子愛好者的極大關(guān)注。單片機功能越來越強大，價格卻不斷下降的優(yōu)勢無疑成為嵌入式系統(tǒng)方案設(shè)計的首選，同時單片機應(yīng)用領(lǐng)域的擴大也使得更多人加入到基于單片機系統(tǒng)的開發(fā)行列中，推動著單片機技術(shù)的創(chuàng)新進步。然而傳統(tǒng)的單片機系統(tǒng)開發(fā)除了需要購置諸如仿真器、編程器、示波器等價格不菲的電子設(shè)備外，開發(fā)過程也較繁瑣。來自英國LabcenterElectronics公司的Proteus軟件很好地詮釋了利用現(xiàn)代EDA工具方便快捷開發(fā)單片機系統(tǒng)的優(yōu)勢。它包括PROTEUSVSM（VirtualSystemModelling）、PROTEUSPCBDESIGN兩大組成部分，在PC機上就能實現(xiàn)原理圖電路設(shè)計、電路分析與仿真、單片機代碼級調(diào)試與仿真、系統(tǒng)測試與功能驗證以及形成PCB文件的完整嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與研發(fā)過程。本文講述PROTEUSVSM單片機系統(tǒng)的PROTEUS設(shè)計與仿真功能，圖1-2為基于PROTEUS仿真軟件的單片機系統(tǒng)設(shè)計流程，它極大地簡化了設(shè)計工作，得到眾多設(shè)計師的青睞1.2AT89C52單片機下圖分別為PDIP封裝的AT89C52引腳圖和實物圖圖1.1引腳圖 圖1.2實物圖AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS

8位單片機，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出(I/O)端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。本課程設(shè)計中使用的是PDIP封裝的AT89C52單片機。1.3Proteus使用介紹如圖1.3為Proteus7.0的工作界面圖 圖1.3Proteus軟件是英國LabCenterElectronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多種編譯器。Proteus軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是：1．原理布圖2．PCB自動或人工布線3．SPICE電路仿真革命性的特點1．互動的電路仿真用戶甚至可以實時采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。2．仿真處理器及其外圍電路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境.在學(xué)習(xí)單片機的過程中Proteus軟件可以很好地代替開發(fā)板進行仿真實驗，可以使學(xué)生比較靈活多樣化的學(xué)習(xí)單片機。1.4動態(tài)數(shù)碼管設(shè)計任務(wù)與要求課程設(shè)計功能：單片機采用定時器中斷方法，制作一個簡易時鐘，要求用定時器實現(xiàn)精確定時，使用數(shù)碼管動態(tài)顯示，完成時鐘的秒走時顯示。本課程設(shè)計是利用兩位共陰極數(shù)碼管顯示數(shù)字59，然后每隔1s順序-1，減到00時，再循環(huán)從59-00.2、硬件設(shè)計2.1單片機最小系統(tǒng) 圖2.1單片機的最小系統(tǒng)是指使單片機能運行程序、正常工作的最簡單電路系統(tǒng)，是保證單片正常啟動、開始工作的必須電路，缺一不可。單片機最小系統(tǒng)一般由單片機、程序存儲器、時鐘電路和復(fù)位電路組成，它是單片機開發(fā)板中的核心部分。時鐘電路：其核心部分是晶振，晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。簡單地說，沒有晶振，就沒有時鐘周期，沒有時鐘周期，就無法執(zhí)行程序代碼，單片機就無法工作。這里選用12MHZ晶振，便于產(chǎn)生精確的uS級時歇,方便定時操作。復(fù)位電路：當(dāng)單片機系統(tǒng)在運行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動從頭開始執(zhí)行（這里不加也可以）。2.2數(shù)碼管顯示部分如圖2.2所示 圖2.2數(shù)碼管有共陰極數(shù)碼管和共陽極數(shù)碼管兩種（這里選用兩位共陰極數(shù)碼管），如圖2.2（b）所示，根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類，這里只介紹動態(tài)方式。動態(tài)顯示：將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當(dāng)單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。2.3數(shù)碼管驅(qū)動部分這里使用74HC573來控制數(shù)碼管的顯示，如圖2.3所示74HC573是擁有八路輸出的透明鎖存器，輸出為三態(tài)門，是一種高性能硅柵CMOS器件。當(dāng)鎖存使能端LE為高時，這些器件的鎖存對于數(shù)據(jù)是透明的（也就是說輸出同步）。當(dāng)鎖存使能變低時，符合建立時間和保持時間的數(shù)據(jù)會被鎖存。它是數(shù)碼管顯示時通常是采用段選、片選共用同一組并口的驅(qū)動方式。驅(qū)動數(shù)碼管需要兩個信號，一個是段選信號，一個是片選信號。段選信號是固定的8個（對于普通7段數(shù)碼管），而片選信號數(shù)量是與數(shù)碼管位數(shù)相同的。對于8位數(shù)碼管的動態(tài)掃描來說，片選信號要8根線，這樣僅僅驅(qū)動數(shù)碼管就占用了2組共16個IO口，非常浪費使用573鎖存器后，只占用8+2=10個IO口，其中2個用于控制鎖存器使能，另外8個輸出信號。先關(guān)閉控制片選信號的573芯片的鎖存功能，然后單片機輸出片選信號，隨后開啟鎖存，此時無論573的輸入端如何變化，輸出端都是不變的，也就是原來輸入的信號被鎖住了。然后，再關(guān)閉控制段選的573的鎖存功能，輸出段選信號，再鎖存，這樣就巧妙的實現(xiàn)了數(shù)據(jù)線的復(fù)用，讓一組IO口既輸出段選又輸出片選

3、軟件設(shè)計3.1仿真原理圖如圖3.1所示 圖3.1由51單片機P0口接上拉電阻通過鎖存器74HC573控制共陰極數(shù)碼管段選，P1口控制數(shù)碼管位選，P2^1控制74HC573使能端。3.2仿真參數(shù)設(shè)置如下列表格3.2所示 元器件編號元器件名稱元器件參數(shù)說明U1AT89C52\AT89C52單片機U274HC573\三態(tài)鎖存器RP1排阻10K上拉排阻DSP共陰極\共陰極紅色顯示C1/C2/C3電容30pF,30pF,10uF負載等R1電阻10K接地S按鈕\復(fù)位電路用表3.2兩位共陰極數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示實驗電路元器件及參數(shù)值3.3仿真結(jié)果如圖3.3 圖3.3經(jīng)過多次試驗，調(diào)試后現(xiàn)象正常，實現(xiàn)功能為：數(shù)碼管從59秒開始-1，減到0后，重新開始從59循環(huán)-1.

4.總結(jié)通過這次課程設(shè)計，我真的學(xué)到了很多，接觸到了平時難以接觸或者常常忽視的東西。在編輯好程序后，我在用Proteus仿真之前用擁有相同性質(zhì)和原理的開發(fā)箱檢驗過，結(jié)果正常，可是在我用Proteus進行仿真時，發(fā)現(xiàn)延時較長數(shù)碼管會一個一個數(shù)碼管的顯示，情況不正常;縮短延時時間后，數(shù)碼管卻顯示的是亂碼，圍繞這個問題我調(diào)試了原理圖，程序都換過，可就是行不通，后來通過查閱資料才知道原來軟件仿真與硬件試驗是有一定差別的，這里一定要進行延時，消隱才可以，終于經(jīng)過一個多星期的奮戰(zhàn)順利完成了本次課程設(shè)計。在此，我非常的感謝我的指導(dǎo)老師，感謝他在整個課程設(shè)計中給予我的無私幫助，同時也感謝同學(xué)在使用proteus軟件時給予的幫助，正是由于老師和同學(xué)的熱心幫助，我才知道自己的不足，才知道怎么才能及時發(fā)現(xiàn)問題并更好的去解決問題，相信通過這次課程設(shè)計中，在今后的學(xué)習(xí)，我會更加注重理論知識與實踐的結(jié)合，團隊合作等。

5.參考文獻[1]吳杰.基于ISP技術(shù)的電子公告牌系統(tǒng)[J].科技資訊2008.NO.14：83-87.[2]萬光毅.單片機實驗與實踐教程[M].北京航空航天大學(xué)出版社.2005.1.[3]張毅剛.單片機原理及應(yīng)用[M].高等教育出版社.2003:160-190.[4]馬忠梅.單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2006[5]周潤景.基于Proteus的電路與單片機仿真系統(tǒng)設(shè)計與仿真[M].北京航空航天大學(xué)出版社.2005.[6]金炯泰,金奎煥.如何使用KEIL8051C編譯器[M].北京航空航天大學(xué)出版社.2002.6.附錄附錄1程序代碼#include<AT89X51.H>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitLE=P2^0; //定義使能端ucharnum,shi,ge,t0;bitflag;ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,