虚拟单片机实验系统的开发本科毕业设计Word格式.docx

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题目

虚拟单片机实验系统的开发

指导教师评语及成绩

指导教师：

年月日

评阅教师评语及成绩

评阅教师：

答辩小组评语及成绩

答辩小组组长：

答辩委员会意见

答辩委员会主任：

年月日

毕业设计中文摘要

基于C51的单片机在现实生活中有着广泛的应用，课题基于PROTEUS软件，简单设计了一个单片机虚拟硬件环境的实验系统，以便做一些简单的单片机实验。

本课题针对PROTEUS软件和编译软件KEIL做了一下简单的介绍。

本文重点对单片机虚拟硬件环境各部分电路进行详细介绍，包括键盘、显示、6位共阳数码管、A/D、D/A等。

重点介绍了4X4键盘的显示功能、8位发光二极管以流水灯的方式显示、LCD的显示以及A/D和D/A转换器的功能。

最后作者还介绍了一下PROTEUS和KEIL的联调设置以用各电路的仿真结果。

关键词：

proteus软件；

单片机；

仿真；

虚拟实验

毕业设计外文摘要

TitleBasedonthevirtualexperimentsystemPROTEUSchipdesign

Abstract

WidespreadapplicationbasedontheC51monolithicintegratedcircuitinthereallife.ThisarticlebasedonPROTEUSsoftware,simplydesignedamonolithicintegratedcircuithypothesizedhardwareenvironmentexperimentsystem.InordertomakesomesimpleMCUexperiment.ThissubjectgivesabriefintroductiontoKEILandPROTEUS.Thisarticlemainintroducethedetailtovariouspartofelectriccircuits.Includekeyboard,display,6digit7segmentanodedisplay，A/D,D/A,the4X4keyboard'

sdemonstrationfunction,8lightemitterdiodesbyclasslanternfloateddownriver'

swaydemonstration,LCDdisplayedaswellasA/DandD/Aswitch'

sfunction.Atlast,writeralsointroducedthesimulationresultbyKEILandPROTEUSindifferentcircuitswiththejointingsetting.

KeyWords:

Proteussoftware,SCM,Simulation,Virtualexperiment

1绪论1

1.1课题背景分析1

1.2课题概况及发展趋势2

1.3课题的目的和意义2

2系统设计3

2.1电路整体设计3

2.2课题解决的问题3

2.3课题研究的方法4

2.4电路仿真部分6

3硬件电路设计7

3.1整体框图设计7

3.2主芯片—AT89C528

3.3LED显示模块14

3.4LCD显示模块16

3.5数码管显示17

3.6键盘显示19

3.7A/D转换模块22

3.8D/A转换模块24

3.9温度传感器模块25

3.10蜂鸣器模块26

4软件联调配置28

4.1软件语言的选择28

4.2软件运行环境28

4.3proteus和keil的配置28

5电路的仿真与测试32

5.1LED流水灯32

5.2LCD字符显示33

5.3数码管动态扫描34

5.4键盘测试35

5.5A/D转换实验36

5.6D/A转换实验37

5.7计时器38

5.81602液晶显示时钟38

5.9DS18B20温度按传感器39

5.10交通灯设计39

5.11整体电路测试40

结论44

致谢45

参考文献46

附录48

1.绪论

1.1课题的背景分析

针对传统的单片机，需采购大量的、比较贵的的硬件设备，而且设备维护和工作量也非常大，传统的单片机实验采用硬件仿真器，实验箱或实验板，由于单片机应用技术涉及的范围比较广，它涉及到到计算机、须硬件和软件结合才能实现，也就是将外围电路和单片机程序相结合，如果用真实的实验箱则费会用高，器材又不能地发挥充分利用，加上所用实验板开发周期比较长，可行性不好。

现在使用Proteus仿真软件，实现了纯软件的虚拟单片机实验系统,既可调试单片机程序，也可以仿真单片机的外围器件的工作情况；

既能充分利用计算机等硬件资源，减少硬件设备的维护工作量，还可提供丰富的实验内容。

1.2技术概况及发展趋势

现代科技技术的发展，促进了计算机技术在软件和硬件上的飞速发展，利用计算机软件的仿真技术，可以充分地仿真电路的工作等实际的工程问题。

目前，嵌入式系统已经广泛地渗透到工程设计、科学研究、军事技术、各类产业和商业文化艺术以及人们的日常生活等方方面面中，由于社会对掌握嵌入式技术人才的大量需求，使得嵌入式软硬件工程师成为未来几年内最为热门的职业之一，相当一部分高校已开设嵌入式系统的相关课程。

嵌入式系统是实践与理论相结合的课程，对于嵌入式处学习者来说没有足够的资金来购买开发板，所以只能选择仿真仿真来学习嵌入式系统，proteus是目前最好的仿真软件，能够虚拟出嵌入式系统开发中常用的处理器和外围器件。

Proteus与其他软件不同，它不仅能仿真CPU的工作情况，而且也能仿真参与单片机仿真的外围电路和其他电路的工作情况。

在调试和仿真的过程中，关心的是从工程的角度直接看程序运行的结果和电路的工作过程。

不再关心的是某些程序语句执行单片机寄存器和存储器内容的改变。

这样的仿真弥补了工程和实验见的矛盾和脱节。

1.3课题的目的和意义

单片机技术是电子专业一门重要的基础课程，它要求的对动手能力要求很高，长期以来，由于实验设备资源的限制，使得教学实验受到了限制，本设计是利用Proteus软件进行虚拟单片机试验系统的开发，所涉及到单片机及外围电路可以在没有硬件的情况下进行各种实验的仿真，从而大大地挺高了学习的兴趣。

在现代教学中计算机网络和虚拟实验等技术已经逐渐成为教学的的手段和工具。

通过实验可以使所学的东西更加清楚和明了，通过实验可以是学生通过实验加深对理论知识的理解和认识。

尤其是那些那些难以理解的内容，虚拟实验在现代教学有很高的地位，它使得很多复杂的问题变得简单化，同时也节省很多件资源，在实验中通过一些形象生动的演示，是所学的知识转化为能力，在以后的工作中实践中得以灵活地应用。

传统的试验室，需要大量的实验器材，而且很多器材都得不到充分地利用，加上电子产品的更新换代，很多实验器材用不了几年就会被淘汰，再加上目前学生人数的增加，势必会给实验教学带来不小的压力和冲击，所以我们就要寻找一种新的途径解决实验教学的问题，传统的实验需要各种设备仪器，和相关的配套设施，而且对实验器材不够充分地利用，学生在试验室对各种仪器不熟悉，对实验内容准备的不够充分而到不到满意的实验结果，现在利用虚拟的实验系统可以很好地解决这一问题，所以虚拟试验室教学将成为一种发展趋势，同时也提高学习者的积极性和动手能力。

2.系统设计

2.1电路整体设计

本课题共分为几大模块，具体为LED显示、1602液晶显示、温度传感器、独立按键、数字按键、4X4键盘显示、6位数码管、蜂鸣器、8位发光二极管流水灯显示、LCD显示以及A/D和D/A转换几个模块。

所有电路都是围绕主芯片AT89C52来完成的,下图为设计的电路的整体框图，如图2-1所示。

图2-1系统电路框图

2.2课题解决的问题

为了解决传统基于硬件的单片机实验室诸多弊端，本课题采用PC和软件建立的单片机虚拟试验系统，即在proteus上使用的各种虚拟仪器，按照试验要求和设计原理，虚拟出与现实相同的实验系统，进而完成整个实验，也充分利用了proteus软件的功能，对各个电路部分进行仿真。

为进行一些简单的单片机实验构建一个虚拟硬件环境。

（1）4X4键盘：

主要输入数据

（2）显示部分：

LED：

LED是一种特别的二极管,当连接最电的时候就会发出光,通常被用在电子器具来显示电路是否关闭或打开的指示灯。

LCD：

LCD为英文LiquidCrystalDisplay的缩写，即液晶显示器，是一种数字显示技术，可以通过液晶和彩色过滤器过滤光源，在平面面板上产生图象。

（3）A/D和D/A：

真实世界的模拟信号，例如温度、压力、声音或者图像等，被不断转换成更容易储存、处理和发射的数字形式，但是在很多系统中，数字信息也必须重新转换成模拟信号来实现一些真实世界的功能。

数模转换器（DAC）就可以做到这一点，而且它们的输出还可以用来驱动各种设备。

DAC一般被放置在数字系统中。

在数字系统中，一些真实世界的信号通过模数转换器（ADC）数字化和处理过后，然后需要重新转化成模拟信号的系统中。

这些系统所要求的DAC性能会受到系统其它组件的性能和要求的影响。

2.3课题研究的方法

2.3.1总体方案

图2-2总体方案

分别对LED显示、独立键盘、矩阵键盘、LCD显示、蜂鸣器模块、数码管以及A/D和D/A等实验项目进行硬件电路和软件程序的设计并结合Proteus和KeiluVision3进行仿真。

如图2-2所示。

2.3.2技术路线

图2-3技术路线

围绕着主芯片设计LED显示、独立键盘、矩阵键盘、数字键盘、LCD显示、数码管、计数器、数字温度显示、蜂鸣器模块、交通灯设计、以及A/D和D/A等电路模块并在Porteus上画出相应的电路图并保存。

用C语言编译能够完成相应模块功能的源程序。

运行Proteus进行仿真调试。

如果仿真没有成功则修改电路或源程序后重新进行仿真测试。

2.4电路图仿真部分

因此在调试和仿真的过程中，关心的是从工程的角度直接看程序运行的结果和电路的工作过程。

采用Proteus 

仿真软件进行虚拟单片机实验，具有比较明显的优势，如涉及到的实验实习内容全面、硬件投入少、学生可自行实验、实验过程中损耗小、与工程实践最为接近等。

3.硬件电路设计

3.1整体框图设计

在proteus中由LED模块及驱动电路、1602液晶显示模块、LCD显示模块、6位数码管、AD/DA转换模块、独立按键、矩阵按键、数字按键、蜂鸣器模块、温度传感器等模块。

如图3-1所示。

图3-1电路总设计图

3.2主芯片—AT89C52

本设计主要是