大专毕业论文基于multisim10平台的单片机系统仿真设计与研究.docx

1、大专毕业论文基于multisim10平台的单片机系统仿真设计与研究【摘要】本课题主要是进一步了解和学习Multisim 10，对此有更深的了解，并且通过Multisim 10这个软件平台对单片机系统进行仿真设计与研究。在进一步学习单片机的基础上，利用Multisim 10这个平台，对单片机系统进行编译和仿真，通过单片机串口扩展并口驱动LCD系统来验证所得结论和方法的合理性和正确性，并加以完善。通过Multisim 10这个仿真软件平台，把8051单片机系统LCD显示的全部过程在Multisim 10这个平台上全部仿真出来，以至于更好地实现LCD显示的基本功能。关键词：Multisim10、串并

2、转换【ABSTRACT】 The main issue is to further understand and learn Multisim 10, which have a deeper understanding of, and through Multisim 10 this software platform SCM system design and simulation studies. In the further study based on the microcontroller, using Multisim 10 of this platform, the microc

3、ontroller system to compile and simulation, through the microcontroller serial port expansion parallel drive LCD systems to verify the conclusions and methods of the rationality and correctness, and to be improved.By Multisim 10 of this simulation software platform, the 8051 system LCD displays the

4、whole process on this platform in the Multisim 10 out of all the simulation, so that better achieve the basic functions of LCD display.【KEY WORD】：Multisim10、Serial and Parallel Conversion目 录一、引言.1页二、 Multisim 10软件仿真平台介绍.2页三、基于Multisim10平台的单片机控制字符LCD显示的设计.3页（一）系统功能介绍.3页（二）硬件电路设计.6页（三）软件设计.6页（四）Mutlis

5、im10平台上的软硬件联合.8页 （五）电路的仿真和分析.10页 四、总结.11页五、参考文献.11页六、致谢.12页 一、引言EDA就是“Electronic Design Automation”的缩写技术已经在电子设计领域得到广泛应用。发达国家目前已经基本上不存在电子产品的手工设计。一台电子产品的设计过程，从概念的确立，到包括电路原理、PCB版图、单片机程序、机内结构、FPGA的构建及仿真、外观界面、热稳定分析、电磁兼容分析在内的物理级设计，再到PCB钻孔图、自动贴片、焊膏漏印、元器件清单、总装配图等生产所需资料等等全部在计算机上完成。EDA技术借助计算机存储量大、运行速度快的特点，可对设

6、计方案进行人工难以完成的模拟评估、设计检验、设计优化和数据处理等工作。EDA已经成为集成电路、印制电路板、电子整机系统设计的主要技术手段。美国NI公司（美国国家仪器公司）的Multisim10软件就是这方面很好的一个工具。而且Multisim10计算机仿真与虚拟仪器技术（LABVIEW 8）（也是美国NI公司的）可以很好的解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一老大难问题。人们可以很好地、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来。并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表，极大地提高了学员的学习热情和积极性，真正的做到了变被动学习为主动学习。Multisim10仿真软件在设计中

7、的优势：（1）高指标的虚拟仪器和充足的元器件资源 电子仿真实验软件内的虚拟仪器不仅品种齐全，而且技术指标高，随时可以拖放到工作区使用，并能实时显示有关数据和波形。（2）弥补了实验经费不足的缺憾传统的电子技术实验需要有仪器设备和元器件的支持，有些实验仪器耗资大，仪器操作技术要求较高，在教育经费不足的情况下，有些学校所能开出的实验项目和数量受到限制。特别是近年来一些学校扩大招生规模，而实验基础设施跟不上，仿真电子实验弥补了因实验仪器及经费不足造成的缺憾。另外，仿真实验不涉及仪器折旧和更新换代，通过软件升级就能保持实验的先进性。一些需要价格昂贵的仪器而无法开展的实验，通过仿真就能够容易实现。（3）扩

8、展了学生的实践空间和实验内容仿真实验可作为学生实验前的预习和课后分析总结，也可作为学生创造性思维的检验平台。只要有Multisim软件和一台计算机就能进行电子技术仿真实验，打破了时间和空间的限制，学生可以在不同的时间、地点和领域自主进行实验，增强他们提出问题、分析问题和解决问题的能力，并根据自己的兴趣爱好，选择一些传统实验较少涉及的实验内容，如用运算放大器实现回转器、负阻抗变换器等，这部分内容的实现原理在近代教科书中早有论述，用传统方法进行实验比较繁琐，采用Multisim电子工作平台则容易分析它们的性能。因此，电子仿真实验满足了不同层次学生的需要，从而大大扩展了实践空间和实验范围。（4）有利

9、于学生开展探索性研究性实验传统的电子技术实验教学，任课老师在课前把仪器设备及元器件准备好，学生照讲义的实验步骤按部就班的进行，这就不可避免地把学生置于被动地位，他们很少有机会按自己的思维开展设计性实验。近年来，新的教育理念强调教学要以学生为主体，要注重培养学生的创新思维。许多院校大幅度压缩验证性实验的比例，增加设计性实验的内容，但在实际运作过程中，往往因仪器和元器件不足而存在着很大的局限性。仿真电子实验使学生进行研究和探索性实验成为可能。二、Multisim 10软件仿真平台介绍Multisim是加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technoligics简称IIT公司

10、)推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。 工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路行为进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。 目前在各高校教学中普遍使用Multisim8，网上最为

11、普遍的是Multisim9，NI于2007年08月26日发行NI系列电子电路设计软件NI Multisim 10作为其中一个组成部分包含于其中。使用Multisim 10来对单片机进行仿真的优势就在于它可以把电路图和源程序合成一体进行仿真，这样可以使结果更清晰地呈现在眼前。同时Multisim10在原来软件的基础上增加了非常强大的Labview功能和单片机仿真功能。（1）与LabVIEW的完美结合美国乔治亚理工学院使用来自NI的电子学教学平台进行教学。通过将LabVIEW和Multisim软件与NI ELVIS集成设计平台结合在一起使用，可以在ECE 3041仪器与电路实验以及ECE 3042

12、微电子电路实验课程中进行电路设计相关概念的教学。学生可以通过使用Multisim对电路进行仿真，并使用NI ELVIS、LabVIEW和LabVIEW SignalExpress评估实际电路设计的性能和特性。Multisim可以用来设定电路性能的临界值，NI ELVIS、LabVIEW和LabVIEW SignalExpress能够提供通过使用实际物理元件获得的对电路性能的理解。由于Multisim所具备的3D NI ELVIS、交互式问答、高级分析特性等教学特性，Multisim成为了进行电路仿真的理想工具。NI ELVIS包含12个集成仪器以及与Multisim和LabVIEW的兼容性，能

13、够帮助学生在一台运行Windows操作系统的标准PC上对仿真电路进行原型设计和测试。将NI ELVIS、Multisim和LabVIEW整合在一起可以缩短设计与实现过程所需的时间。（2）与单片机应用的完美结合自Multisim9以后，NI Multisim就致力于完善MCU单片机仿真的开发，而NI Multisim10开始它拥有了强大的MCU模块，支持4种类型的单片机芯片,支持对外部RAM、外部ROM、键盘和LCD等外围设备的仿真，分别对4 种类型芯片提供汇编和编译支持；所建项目支持C代码、汇编代码以及16进制代码,并兼容第三方工具源代码； 包含设置断点、单步运行、查看和编辑内部RAM、特殊功

14、能寄存器等高级调试功能。再加上其强大的数字仪器环境和数字分析环境，使其成为最牛的单片机仿真软件之一。三、 基于Multisim10平台的单片机控制字符LCD显示的设计（一）系统功能介绍 为了说明Multisim10强大的单片机系统仿真设计功能，在此选择了单片机控制的LCD显示输出电路作为研究对象。本设计利用单片机与带背光的液晶模块显示器TC1602EL,TC1602EL采用标准的16脚接口，带有标准字库, 内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了192个57点阵字符，32个510点阵字符以及字符生成RAM(CGROM)512字节，可供用户自定义字符。该电路模块可以通过8051单片机的编程控

15、制，显示输出英文单词语句及各种符号，本设计以显示英文语句”HOW ARE YOU ?”为例。 1. 8051单片机系统简介单片机的出现是计算机技术发展史上的一个重要里程碑，它使计算机从海量数值计算进入到智能化控制领域。从此，计算机技术在通用计算机和嵌入式计算机领域都获得了极其重要的进展。单片机多以4位单片机为主，功能比较简单，之后单片机采用芯片形式，开始发展8位机。从1982年到1990年，巩固发展8位单片机、推出16位单片机、向微控制器发展。单片机是微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。自单片机诞生至今，已发展有上百种系列的近千个几种，单片机已成为工控领域、日常生活中最广泛使用的计

16、算机。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展，今后单片机的发展趋势将是进一步向着CMOS化、高性能化、高可靠性、大容量化、多功能化等几个方面发展。2. 1602液晶模块功能简介液晶屏现实模块与数码管相比，它显得更为专业、漂亮。液晶显示屏以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧、使用方便等诸多优点，在仪器仪表、电子设备、家用电器等低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用，使这些电子设备的人机界面变得越来越直观形象，目前已广泛应用于电子表、计算器、IC卡电话机、液晶电视机、便携式计算机、掌上型电子玩具、复印机、传真机等许多方面。本例使用带背光的液晶模块TC1602EL,TC1602EL采用标准的1

17、6脚接口，其引脚功能如下：第1脚：VSS为电源地，接GND。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个1K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低点平时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第7-14脚：

18、D0-D7为8位双向数据线。1602液晶模块内带标准字库，内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了192个57点阵字符，32个510点阵字符。另外还有字符生成RAM(CGROM)512字节，供用户自定义字符。如下图3-1所示：图3-1 CGROM和CGRAM中字符代码与字符图形对应关系这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母A的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母A。1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如图3-2所示：图3-2 1602液晶

19、模块内部的控制器共有11条控制指令它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）。指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。 指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示

20、的文字，低电平时移动光标。 指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符 （有些模块是 DL：高电平时为8位总线，低电平时为4位总线）。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。 指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。 指令10：写数据。 指令11：读数据。 液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显

21、示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，图3-3是1602的内部显示地址。图3-3 1602的内部显示地址（二）硬件电路设计 1. 原理图绘制通过Multisim10的元件库选取相关的元件，绘制LCD显示模块电路图如图3-4所示。图3-4 LCD显示模块电路图2电路分析D0-D7是8位双向数据线，由P1口把信号传送进去。E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，控制液晶模块执行命令。RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低点平时选择指令寄存器。RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R

22、W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。单片机的P1口接液晶屏的数据总线，P3.3、P3.4、P3.5接液晶屏的控制总线，按照图3-2，通过编程来实现模式转换，实现液晶屏的显示。（三）软件设计1.程序流程图：根据系统功能，设计程序流程图如图3-5所示。 图3-5 程序流程图2. 汇编语言源程序&MOD51 ;This includes 8051 definitions for the metalink assembler ORG 0HRS EQU P3.3RW EQU P3.4E EQU P3.5COM EQU 20H ；命令字暂存单元 CLR RS CLR RW

23、MOV P1,#30H ；向LCD写入3条30H指，使之复位 MOV R7,#03HINT: SETB E CLR E CALL DELAY DJNZ R7,INT MOV P1,#38H ；设置8位数据总线方式 SETB E CLR E MOV COM,#01H ；清屏指令01H CALL PR1 ；调向LCD写指令子程序 MOV COM,#06H ；设置输入方式：AC+1计数，光标右移一个字符？ CALL PR1 MOV COM,#0FH ；设置显示方式：开显示，光标显示，闪烁 CALL PR1 MOV R6,#16H ；R6作字符计数器 MOV DPTR,#DATA1 MOV R4,#0

24、DISPLY:CALL DELAY ；调判忙子程序 MOV A,R4 MOVC A,A+DPTR；取数 STEB RS ；以下5条指令为向LCD写数 CLR RW MOV P1,A STEB E CLR E INC R4 DJNZ R6,DISPLY SJMP $PR1: CALL DELAY ；写指令子程序 CLR RW MOV P1,COM SETB ECLR ERETDELAY:MOV R1,#04H ；延时子程序DLY1:DJNZ R1,DLY1RETDATA1:DB 20H,20H,HOW ARE YOU ?,20HEND（四）Multisim10平台上的软硬件联合利用Multisi

25、m10仿真单片机系统，有着严格的流程，特别是在建立项目和设计文件过程中，系统文件之间存在一定的级联关系。联合步骤如下：（1）打开软件Multisim10，分支出现电路图文件，并将它保存至新建文件夹，如图3-6所示。图3-6 新建工程（2）选择工具条上的MCU805X8051，放置到工作平台，弹出窗口，设置路径和名称（这就是单片机的工程文件）NEXT选择ASSEMBLE（汇编语言文件）NEXT（在此处更改源文件名即可），如图3-7、3-8所示。图3-7 新建汇编语言设计文件图3-8 设置汇编语言源文件（3）最后只需在创建好的文件中输入程序即可，如图3-9所示图3-9 开始创建程序以上就是原理图和

26、源程序的联合，它利用了Multisim 10这个平台，实现了单片机系统的仿真。（四）电路的仿真和分析（1）将编写好的程序输入到main.asm文件中，右键该文件选择build，编译无误。（2）在Multisim10平台中执行菜单Simulate/Run，仿真结果如图所示，液晶屏幕上光标跳动，依次显示“ HOW ARE YOU ? “。由此初步验证了程序和电路的正确性。图3-10 原理图仿真结果（3）为了更进一步的加以验证，选用逻辑分析仪对P1口进行检测，波形如图3-11所示。图3-11 逻辑分析仪结果（4）根据图3-11的字型编码配对，再结合逻辑分析仪的结果，我们可以清晰地看到，这一串波形即为

27、我们需要的” HOW ARE YOU ?“的编码。如字母H，它代表的字符代码是01001000，图3-11中的第二列即H得对应编码波形。以此类推，每一个字母都能从逻辑分析仪上读出它所代表的代码。从而又进一步验证了系统设计的正确性。四、总结通过该设计了解Multisim 10的一些基本知识，并且进一步了解了1062液晶模块的工作原理，也掌握了在Multisim 10这个平台上对单片机系统进行仿真的方法。该设计充分利用了1062液晶显示屏微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧、使用方便等优点，也依靠Multisim 10这个平台使得本次设计能够圆满完成。本次设计有个缺憾就是没有做出实物，下次如果有

28、机会的话一定要做出实物。五、参考文献1 黄培根,任清编著.Multisim 10计算机虚拟仿真实验室.电子工业出版社，2008.32 吴辉著.LCD程序设计.现代技术出版社，2007.53 堀浩雄,铃木幸治著.彩色液晶显示.科学出版社,2003.64 曾一江.单片微机原理与接口技术.科学出版社,2003.125 胡汉才.单片微原理及其接口技术.清华大学出版社,2006.76 熊伟，等.Multsim7电路设计及仿真应用M.北京：清华大学出版社，2005 7 陈松、华永平.电子线路课程设计仿真、设计与制作.南京：东南大学出版社，20058 薛鹏骞，梁秀荣.电子设计自动化技术实用教程.徐州：中国矿业大学出版社,20079 薛鹏骞,等.基于Multisim 7与Protel99 SE软件联合设计PCB的研究M.华北科技学院学报, 2007