c51单片机简单应用.docx

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c51单片机简单应用

1.绪论2

1.1单片机基础知识3

1.2单片机的应用领域3

1.2.1在智能仪器仪表的应用4

1.2.2在家用电器中的应用4

1.2.3在工业控制中的应用4

1.2.4在计算机网络和通信领域中的应用4

1.2.5单片机在医用设备领域中的应用5

1.3单片机的发展趋势5

1.3.1微型单片化5

1.3.2低功耗CMOS化5

1.3.3主流与多品种共存6

2硬件设计6

2.180C51单片机的内部结构6

2.280C51单片机的引脚功能8

3Proteus与KeilC51的概述14

3.1Proteus介绍14

3.2KeilC51介绍14

4KeilC与Proteus相结合的仿真实例15

4.1实现LED显示器的选通并显示字符。

15

4.1.1电路图的绘制16

4.1.2KeilC中工程建立23

4.2开关控制流水灯26

4.2.1实验原理26

4.2.2主要器件以及电路图26

1.绪论

二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。

不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。

它由主机、键盘、显示器等组成。

还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。

这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机<亦称微控制器）。

顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。

它的出现是近代计算机技术发展史上的一个重要里程碑，因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。

它在这个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。

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单片机具有体积小、功能强、应用面广等优点，目前正以前所未见的速度取代着传统电子线路构成的经典系统，蚕食着传统数字电路与模拟电路固有的领地。

它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。

同时，学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。

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现在，这种单片机的使用领域已十分广泛。

彩电、冰箱、空调、录像机、VCD、遥控器、游戏机、电饭煲等无处不见单片机的影子，单片机早已深深地融入我们每个人的生活之中。

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单片机能大大地提高这些产品的智能性，易用性及节能性等主要性能指标，给我们的生活带来舒适和方便的同时，在工农业生产上也极大地提高了生产效率和产品质量。

单片机按用途大体上可分为两类，一种是通用型单片机，另一种是专用型单片机。

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1.1单片机基础知识

单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。

概括的讲，一块芯片就成了一台计算机。

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MCS-51单片机是美国INTEL公司于1980年推出的产品，与MCS-48单片机相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令，指令数达111条，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训教材仍与MSC-51单片机作为代表进行理论基础学习。

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MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品。

DP-51S单片机仿真实验仪是由广州致远电子有限公司设计的DP系列单片机仿真实验仪之一，是一种功能强大的单片机应用技术学习、调试。

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1.2单片机的应用领域

单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分为如下几个范畴：

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1.2.1在智能仪器仪表的应用

单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。

采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。

例如精密的测量设备<功率计，示波器，各种分析仪）。

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1.2.2在家用电器中的应用

可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。

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1.2.3在工业控制中的应用

用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。

例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。

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1.2.4在计算机网络和通信领域中的应用

现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机、电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。

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1.2.5单片机在医用设备领域中的应用

单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。

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此外，单片机在工商、金融、科研、教育、国防航空等领域都有着十分广泛的用途。

1.3单片机的发展趋势

单片机现在可以说是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供了广阔的天地。

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纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：

1.3.1微型单片化

现在常规的单片机普遍都是将中央处理器

甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。

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此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。

现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD<表面封装）越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。

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1.3.2低功耗CMOS化

MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS<互补金属氧化物半导体工艺）。

像80C51就采用了HMOS<即高密度金属氧化物半导体工艺）和CHMOS<互补高密度金属氧化物半导体工艺）。

CMOS虽然功耗低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于要求低功耗像电池供电的应用场合。

所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。

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1.3.3主流与多品种共存

现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。

所以80C51占据了半壁江山。

而Microchip公司的PIC精简指令集合

此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。

在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补、相辅相成、共同发展的道路。

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九十年代以后，单片机在结构上采用双CPU或内部流水线，CPU位数有8位、16位、32位，时钟频率高达20MHZ，片内带有PWM输出、监视定时器WDT、可编程计数器阵列PCA、DMA传输、调制解调器等。

芯片向高度集成化、低功耗方向的发展，使得单片机在大量数据的实时处理、高级通信系统、数字信号处理、复杂工业过程控制、高级机器人以及局域网等方面得到大量应用。

这类单片机有NEC公司的MPD7800，MITSUBISHI公司的M337700，REVKWELL公司的R6500。

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2硬件设计

2.180C51单片机的内部结构

图2-1为80C51单片机功能结构框图

80C51芯片内部集成了CPU、RAM、ROM、定时/计数器和I/O口等各功能部件，并由内部总线把这些不见连接在一起。

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80C51单片机内部包含以下一些功能部件：

（1>一个8位CPU；

（2>一个片内振荡器和时钟电路；

（3>4KBROM<80C51有4KB掩膜ROM，87C51有4KBEPROM，80C31片内有无ROM）；GMsIasNXkA

（4>128B内RAM；

（5>可寻址64KB的外ROM和外RAM控制电路；

（6>两个16位定时/计数器；

（7>21个特许功能寄存器；

（8>4个8位并行I/O口，共32条可编程I/O端线；

（9>一个可编程全双工串行口；

（10>5个中断源，可设置成2个优先级。

外时钟源外部事件计数TIrRGchYzg

中断控制并行口串行通信7EqZcWLZNX

图2-180C51单片机功能结构框图

2.280C51单片机的引脚功能

80C51单片机一般采用双列直插DIP封装，共40个引脚，图2-2a为引脚排列图。

图2-2b为逻辑符号图。

40个引脚大致可分为4类：

电源、时钟、控制和I/O引脚。

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图2-280C51引脚图

<1）电源

（1>Vcc——芯片电源，接+５Ｖ；

（2>Vss——接地端。

<2）时钟

XTAL1、XTAL2——晶体振荡电路反相输入端和输出端。

使用内部振荡电路时外接石英晶体。

<3）控制线

控制线共有4根，其中3根是复用线。

所谓复用线是指具有两种功能，正常使用时是一种功能，在某种条件下是另一种功能。

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a.ALE/PROG——地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲。

ALE功能：

用来锁存P0口送出的低8位地址。

80C51在并行扩展外存储器<包括并行扩展I/O口）时，P0口用于分时传送低8位地址和数据信号，且均为二进制数。

那么如何区分是低8位地址还是8位数据信号呢？

当ALE信号有效时，P0口传送的是低8位地址信号；ALE信号无效时，P0口传送的是8位数据信号。

在ALE信号的下降沿，锁定P0口传送的内容，即低8位地址信号。

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需要指出的是，当CPU不执行访问外RAM指令

但是，当CPU执行MOVX指令时，ALE将跳过一个ALE脉冲。

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ALE端可驱动8个LSTTL门电路。

PROG功能：

片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。

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b.PSEN——外ROM读选通信号。

80C51读外ROM时，没个机器周期内PSEN两次有效输出。

PSEN可作为外ROM芯片输出允许OE的选通信号。

在读内ROM或读外RAM时，PSEN无效。

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PSEN可驱动8个LSTTL门电路。

c.RST/Vpd——复位/备用电源。

正常工作时，RST

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Vpd功能：

在Vcc掉电情况下，该引脚可接上备用电源，由Vpd向片内供电，以保持片内RAM中的数据不丢失。

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d.EA/Vpp——内外ROM选择/片内EPROM编程电源。

EA功能：

正常工作时，EA为内外ROM选择端。

80C51单片机ROM寻址范围为64KB，其中4KB在片内，60KB在片外<80C31芯片无内ROM，全部在片外）。

当EA保持高电平时，先访问内ROM，但当PC<程序计数器）值超过4KB<0FFFH）时，将自动转向执行外ROM中的程序。

当EA保持低电平时，则只访问外ROM，不管芯片内有否内ROM。

对80C31芯片，片内无ROM，因此EA必须接地。

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Vpp功能：

片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚用于施加编程电源Vpp。

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对4个控制引脚，应熟记起第一功能，了解其第二功能。

严格来讲，80C51的控制线还应该包括P3口的第二功能。

e.I/O引脚

80C51共有4个8位并行I/O端口,共32个引脚

①P0口——8位双向I/O口。

在不并行扩展外存储器（包括并行扩展I/O口>时,P0口可用作双向I/O口。

在并行扩展外存储器（包括并行扩展I/O口>时,P0口可用于分时传送低8位地址（地址总线>和8位数据信号（数据总线>。

位结构如图2-4所示。

P0口能驱动8个LSTTL门。

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图2-4P0口位结构

②P1口——8位准双向I/O口（“准双向”是指该口内部有固定的上拉电阻>。

位结构如图2-5所示。

P1口能驱动为4个LSTTL门。

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图2-5P1口位结构

③P2口——8位准双向I/O口。

在不并行扩展外存储器（包括并行扩展I/O口>时,P2口可用作双向I/O口。

在并行扩展外存储器（包括并行扩展I/O口>时,P2口可用于传送高8位地址（属地址总线>。

P2口能驱动4个LSTTL门。

P2口的位结构如图2-6所示，引脚上拉电阻同P1口。

在结构上，P2口比P1口多一个输出控制部分。

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图2-6P2口位结构

④P3口——8位准双向I/O口。

可作一般I/O口用,同时P3口每一引脚还具有第二功能,用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线>。

P3口驱动能力为4个LSTTL门。

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图2-7P3口位结构

P3口第二功能如下:

P3.0——RXD:

串行口输入端。

P3.1——TXD:

串行口输出端。

P3.2——INT0:

外部中断0请求输入端。

P3.3——INT1:

外部中断1请求输入端

P3.4——T0:

定时/计数器0外部信号输入端。

P3.5——T1:

定时/计数器1外部信号输入端。

P3.6——WR:

外RAM写选通信号输出端。

P3.7——RD:

外RAM读选通信号输出端。

上述4个I/O口,各有各的用途。

在不并行扩展外存储器（包括并行扩展I/O口>时,4个I/O口都可作为双向I/O口用。

在并行扩展外存储器（包括并行扩展I/O口>时,P0口专用于分时传送低8位地址信号和8位数据信号,P2口专用于传送高8位地址信号。

P3口根据需要常用于第二功能,真正可提供给用户使用的I/O口是P1口和一部分未用作第二功能的P3口端线。

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3Proteus与KeilC51的概述

3.1Proteus介绍

ProteusISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。

它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析（SPICE>各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：

①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。

具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。

②支持主流单片机系统的仿真。

目前支持的单片机类型有：

68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。

③提供软件调试功能。

在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如KeilC51uVision2等软件。

④具有强大的原理图绘制功能。

总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。

本章介绍ProteusISIS软件的工作环境和一些基本操作。

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3.2KeilC51介绍

KeilC51mVision2集成开发环境是KeiSoftwre，lnc/KeilElektronikGmbH开发的基于80C51内核的微处理器软件开发平台，内以多种符合当前工业标准的开发工具，可以完成从工和建立、管理，编译，连接，目标代码的生成，软件访真，硬件访真等完整的开发流和。

尤其C编译工具在产生代码的准确性和效率性达到了较高的水平，而可以附加灵活的控制选项。

KeilC51集成开发环境的主要环境的主要功能是以下几点：

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⑴mVision2forWindowsTM：

是一个集成开发环境，它将工程管理，源代码编辑和程序调试等组合在一个功能强大的Z1环境中。

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⑵C51国际标准优化C交叉编译器：

从C源代码产生可重定位的口标模块。

⑶A51宏汇编器：

从80C51汇编冤代码产生可重定位的口标模块。

⑷BL51连接/定位器：

组合由C51和A51产生的可重定位的目标模块，生成绝对目标模块。

⑸LIB51库管理器：

从口际模块生成连接器可以使用的库文件。

⑹OH51目标文件至HEX格式的转换器：

从绝对目标模块生成IntelHEX文件。

⑺RTX-51实时操作系统：

简化了复杂的实时应用软件项口的设计。

这个工具套件足为专业软件开发人员设计的，但任何层次的编程人员都可以使用，并获得80C51微控制器的部分应用。

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4KeilC与Proteus相结合的仿真实例

4.1实现LED显示器的选通并显示字符。

单片机电路设计

如图所示。

电路的核心是单片机AT89C51。

单片机的P1口八个引脚接LED显示器的段选码

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4.1.1电路图的绘制

⑴将所需元器件加入到对象选择器窗口。

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单击对象选择器按钮

，如图所示

弹出“PickDevices”页面，在“Keywords”输入AT89C51，系统在对象库中进行搜索查找，并将搜索结果显示在“Results”中，如图所示。

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在“Results”栏中的列表项中，双击“AT89C51”，则可将“AT89C51”添加至对象选择器窗口。

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接着在“Keywords”栏中重新输入7SEG，如图所示。

双击“7SEG-MPX6-CA-BLUE”，则可将“7SEG-MPX6-CA-BLUE”（6位共阳7段LED显示器>添加至对象选择器窗口。

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最后，在“Keywords”栏中重新输入RES，选中“MatchWholeWords”,如图所示。

在“Results”栏中获得与RES完全匹配的搜索结果。

双击“RES”，则可将“RES”（电阻>添加至对象选择器窗口。

单击“OK”按钮，结束对象选择。

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经过以上操作，在对象选择器窗口中，已有了7SEG-MPX6-CA-BLUE、AT89C51、RES三个元器件对象，若单击AT89C51，在预览窗口中，见到AT89C51的实物图，如图所示；若单击RES或7SEG-MPX6-CA-BLUE，在预览窗口中，见到RES和7SEG-MPX6-CA-BLUE的实物图，如图所示。

此时，我们已注意到在绘图工具栏中的元器件按钮

处于选中状态。

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⑵放置元器件至图形编辑窗口PlacingComponentsontotheSchematic

在对象选择器窗口中，选中7SEG-MPX6-CA-BLUE，将鼠标置于图形编辑窗口该对象的欲放位置、单击鼠标左键，该对象被完成放置。

同理，将AT89C51和RES放置到图形编辑窗口中。

如图所示。

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若对象位置需要移动，将鼠标移到该对象上，单击鼠标右键，此时我们已经注意到，该对象的颜色已变至红色，表明该对象已被选中，按下鼠标左键，拖动鼠标，将对象移至新位置后，松开鼠标，完成移动操作。

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由于电阻R1～R8的型号和电阻值均相同，因此可利用复制功能作图。

将鼠标移到R1，单击鼠标右键，选中R1，在标准工具栏中，单击复制按钮

，拖动鼠标，按下鼠标左键，将对象复制到新位置，如此反复，直到按下鼠标右键，结束复制。

此时我们已经注意到，电阻名的标识，系统自动加以区分。

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⑶放置总线至图形编辑窗口

单击绘图工具栏中的总线按钮

，使之处于选中状态。

将鼠标置于图形编辑窗口，单击鼠标左键，确定总线的起始位置；移动鼠标，屏幕出现粉红色细直线，找到总线的终了位置，单击鼠标左键，再单击鼠标右键，以表示确认并结束画总线操作。

此后，粉红色细直线被蓝色的粗直线所替代，如图所示。

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⑷元器件之间的连线WiringUpComponentsontheSchematic

Proteus的智能化可以在你想要画线的时候进行自动检测。

下面，我们来操作将电阻R1的右端连接到LED显示器的A端。

当鼠标的指针靠近R1右端的连接点时，跟着鼠标的指针就会出现一个“×”号，表明找到了R1的连接点，单击鼠标左键，移动鼠标（不用拖动鼠标>，将鼠标的指针靠近LED显示器的A端的连接点时，跟着鼠标的指针就会出现一个“×”号，表明找到了LED显示器的连接点，同时屏幕上出现了粉红色的连接，单击鼠标左键，粉红色的连接线变成了深绿色，同时，线形由直线自动变成了90º的折线，这是因为我们选中了线路自动路径功能。

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Proteus具有线路自动路径功能（简称WAR>，当选中两个连接点后，WAR将选择一个合适的路径连线。

WAR可通过使用标准工具栏里的“WAR”命令按钮

来关闭或打开，也可以在菜单栏的“Tools”下找到这个图标。

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同理，我们可以完成其它连线。

在此过程的任何时刻，都可以按ESC键或者单击鼠标的右键来放弃画线。

⑸元器件与总线的连线

画总线的时候为了和一般的导线区分，我们一般喜欢画斜线来表示分支线。

此时我们需要自己决定走线路径，只需在想要拐点处单击鼠标左键即可，如图所示。

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⑹给与总线连接的导线贴标签PARTLABELS

单击绘图工具栏中的导线标签按钮

，使之处于选中状态。

将鼠标置于图形编辑窗口的欲标标签的导线上，跟着鼠标的指针就会出现一个“×”号，如图所示。

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表明找到了可以标注的导线，单击鼠标左键，弹出编辑导线标签窗口，如图所示。

在“string”栏中，输入标签名称（如a>，单击“OK”按钮，结束对该导线的标签标定。

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