Proteus仿真单片机实验.docx

1、Proteus仿真单片机实验目录引言 1实验1 PROTUES环境及LED闪烁综合实验 6实验2 多路开关状态指示 9实验3 报警产生器 12实验4 I/O并行口直接驱动LED显示 15实验5 按键识别方法之一 18实验6 一键多功能按键识别技术 21实验7 定时计数器T0作定时应用技术 24实验8定时计数器T0作定时应用技术 27实验9 “嘀、嘀、”报警声 31实验10 8X8 LED点阵显示技术 35实验11电子琴 39引言单片机体积小,重量轻,具有很强的灵活性而且价格便宜，具有逻辑判断，定时计数等多种功能，广泛应用于仪器仪表，家用电器，医用设备的智能化管理和过程控制等领域。以单片机为核心

2、的嵌入式系统已经成为目前电子设计最活跃的领域之一。在嵌入式系统的中，开发板成本高，特别是对于大量的初学者而言，还可能由于设计的错误导致开发板损坏。利用Proteus我们可以很好地解决这个问题，由此我们可以快速地建立一个单片机仿真系统。1. Proteus介绍Proteus是英国LabcenterElectronics公司开发的一款电路仿真软件，软件由两部分组成：一部分是智能原理图输入系统ISIS(IntelligentSchematicInputSystem)和虚拟系统模型VSM(VirtualModelSystem)；另一部分是高级布线及编辑软件ARES (AdvancedRoutingan

3、dEditingSoftware)也就是PCB。1.1ProteusVSM的仿真Proteus可以仿真模拟电路及数字电路，也可以仿真模拟数字混合电路。Proteus可提供30多种元件库，超过8000种模拟、数字元器件。可以按照设计的要求选择不同生产厂家的元器件。此外，对于元器件库中没有的元件，设计者也可以通过软件自己创建。除拥有丰富的元器件外，Proteus还提供了各种虚拟仪器，如常用的电流表，电压表，示波器，计数/定时/频率计，SPI调试器等虚拟终端。支持图形化的分析功能等。Proteus特别适合对嵌入式系统进行软硬件协同设计与仿真，其最大的特点是可以仿真8051，PIA，AVR，ARM等多

4、种系列的处理器。Protues包含强大的调试工具，具有对寄存器和存储器、断点和单步模式IARC-SPY, Keil, MPLAB等开发工具的源程序进行调试的功能；能够观察代码在仿真硬件上的实时运行效果；对显示，按钮，键盘等外设的交互可视化进行仿真。1.2ProteusPCBProteus的PCB设计除了有自动布线仿真功能外，还集成了PCB设计，支持多达16个布线层，可以任意角度放置元件和焊接连线；集成了高智能的布线算法，可以方便地进行PCB设计。2.一个基于Protesus的单片机实例2.1软件的编写本例题采用8个LED，编写程序使之闪烁起来。软件的编写是采用汇编语言，芯片的型号选择AT89C

5、51, 编写LED.ASM文件，利用Proteus本身的51汇编功能进行编译，编译成功后生成LED.hex文件。2.2绘制电路图运行Proteus的ISIS，进入仿真软件的主界面，如图1所示。主界面分为菜单栏，工具栏，模型显示窗口，模型选择区，元件列表区等。图1ISIS启动界面通过左侧的工具栏区的P(从库中选择元件)命令，在Pickdevices窗口中选择系统所需元器件，还可以选择元件的类别，生产厂家等。本例所需主要元器件有：AT89C51芯片，电阻、电容、石英晶振和发光二极管，详见表1。表1元器件清单选择元器件后连接图2所示电路。图2电路原理图MicroproccessorICs类的芯片的引

6、脚与实际的芯片基本相同，唯一的差别是隐去了GND和VCC引脚，系统默认的是把它们分别连接到地和+5V直流电源。故在电路连线时可以不考虑电源和地的连接。电路连接完成后，选中AT89C51单击鼠标左键，打开“EditComponent”对话窗口如图3所示，可以直接在“ClockFrequency”后进行频率设定，设定单片机的时钟频率为12MHz。在“Add/remove source file”栏中选择已经编好的LED.asm文件，然后单击“OK”按钮保存设计。至此，就可以进行单片机的仿真。图3单片机属性的设定2.3 Proteus仿真结果单片机的仿真结果图如图4，模拟信号经A/D转换后,结果送入

7、单片机，再在数码管上显示；通过调节可调电阻的阻值，可以得到不同的显示结果。仿真结果表明，系统达到了预先的设计要求。在仿真的过程中每个管脚旁边会出现一个小方块，红色的方快表示高电平，蓝色的表示低电平。通过方快颜色的变化可以很方便地知道每个管脚电平的变化，从而能对系统的运行有更直观的了解，这对程序的调试有很大的帮助。图4仿真结果3总结本文结合一个LED闪烁的单片机电路详细说明了Proteus在单片机开发中的应用。可以看出，Proteus功能十分强大，能仿真各种数字模拟电路，且操作简单，使用方便。能快速地进行单片机仿真，加快系统开发的过程，降低开发成本。实验1 PROTUES环境及LED闪烁综合实验

8、1 实验任务 做单一灯的左移右移，硬件电路如图所示，八个发光二极管L1L8分别接在单片机的P1.0P1.7接口上，输出“0”时，发光二极管亮，开始时P1.0P1.1P1.2P1.3P1.7P1.6P1.0亮，重复循环。 2 电路原理图 图1 3 程序设计内容 我们可以运用输出端口指令MOVP1，A或MOVP1，DATA，只要给累加器值或常数值，然后执行上述的指令，即可达到输出控制的动作。 每次送出的数据是不同，具体的数据如下表1所示 ：P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0说明L8L7L6L5L4L3L2L111111110L1亮11111101L2亮11111011

9、L3亮11110111L4亮11101111L5亮11011111L6亮10111111L7亮01111111L8亮4 程序框图 图25 汇编源程序ORG 0START: MOV R2,#8MOV A,#0FEHSETB CLOOP: MOV P1,ALCALL DELAYRLC ADJNZ R2,LOOPMOV R2,#8LOOP1: MOV P1,ALCALL DELAYRRC ADJNZ R2,LOOP1LJMP STARTDELAY: MOV R5,#20 ;D1: MOV R6,#20D2: MOV R7,#248DJNZ R7,$DJNZ R6,D2DJNZ R5,D1RETEND

10、实验2 多路开关状态指示 1 实验任务 如图1所示，AT89S51单片机的P1.0P1.3接四个发光二极管L1L4，P1.4P1.7接了四个开关K1K4，编程将开关的状态反映到发光二极管上。（开关闭合，对应的灯亮，开关断开，对应的灯灭）。 2 电路原理图 图1 3 程序设计内容 3.1 开关状态检测 对于开关状态检测，相对单片机来说，是输入关系，我们可轮流检测每个开关状态，根据每个开关的状态让相应的发光二极管指示，可以采用JBP1.X，REL或JNBP1.X，REL指令来完成；也可以一次性检测四路开关状态，然后让其指示，可以采用MOVA，P1指令一次把P1端口的状态全部读入，然后取高4位的状态

11、来指示。 3.2 输出控制 根据开关的状态，由发光二极管L1L4来指示，我们可以用SETBP1.X和CLRP1.X指令来完成，也可以采用MOVP1，1111XXXXB方法一次指示。 4 程序框图 读P1口数据到ACC中 ACC内容右移4次 ACC内容与F0H相或 ACC内容送入P1口 图2 5 解决方案方法一（汇编源程序）ORG 00HSTART: MOV A,P1ANL A,#0F0HRR ARR ARR ARR AORl A,#0F0HMOV P1,ASJMP STARTEND方法二（汇编源程序）ORG 00HSTART: JB P1.4,NEXT1CLR P1.0SJMP NEX1NEX

12、T1: SETB P1.0NEX1: JB P1.5,NEXT2CLR P1.1SJMP NEX2NEXT2: SETB P1.1NEX2: JB P1.6,NEXT3CLR P1.2SJMP NEX3NEXT3: SETB P1.2NEX3: JB P1.7,NEXT4CLR P1.3SJMP NEX4NEXT4: SETB P1.3NEX4: SJMP STARTEND实验3 报警产生器 1 实验任务 用P1.0输出1KHz和500Hz的音频信号驱动扬声器，作报警信号，要求1KHz信号响100ms，500Hz信号响200ms,交替进行，P1.7接一开关进行控制，当开关合上响报警信号，当开关

13、断开告警信号停止，编出程序。 2 电路原理图 图1 3 程序设计内容 3.1 信号产生的方法 500Hz信号周期为2ms，信号电平为每1ms变反1次，1KHz的信号周期为1ms，信号电平每500us变反1次； 4 程序框图 图2 5 汇编源程序FLAG BIT 00HORG 00HSTART: JB P1.7,STARTJNB FLAG,NEXTMOV R2,#200DV: CPL P1.0LCALL DELY500LCALL DELY500DJNZ R2,DVCPL FLAGNEXT: MOV R2,#200DV1: CPL P1.0LCALL DELY500DJNZ R2,DV1CPL F

14、LAGSJMP STARTDELY500: MOV R7,#250LOOP: NOPDJNZ R7,LOOPRETEND实验4 I/O并行口直接驱动LED显示 1. 实验任务 如图1所示，利用AT89S51单片机的P0端口的P0.0P0.7连接到一个共阴数码管的ah的笔段上，数码管的公共端接地。在数码管上循环显示09数字，时间间隔0.2秒。 2. 电路原理图 图1 3 程序设计内容 （1） LED数码显示原理 七段LED显示器内部由七个条形发光二极管和一个小圆点发光二极管组成，根据各管的极管的接线形式，可分成共阴极型和共阳极型。 LED数码管的ga七个发光二极管因加正电压而发亮，因加零电压而不

15、以发亮，不同亮暗的组合就能形成不同的字形，这种组合称之为字形码，下面给出共阴极的字形码见表2 “0”3FH“8”7FH“1”06H“9”6FH“2”5BH“A”77H“3”4FH“b”7CH“4”66H“C”39H“5”6DH“d”5EH“6”7DH“E”79H“7”07H“F”71H（2） 由于显示的数字09的字形码没有规律可循，只能采用查表的方式来完成我们所需的要求了。这样我们按着数字09的顺序，把每个数字的笔段代码按顺序排好！建立的表格如下所示：TABLEDB3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH，7DH，07H，7FH，6FH。4程序框图 图25 汇编源程序ORG 0START

16、: MOV R1,#00HNEXT: MOV A,R1MOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRMOV P0,ALCALL DELAYINC R1CJNE R1,#10,NEXTLJMP STARTDELAY: MOV R5,#20D2: MOV R6,#20D1: MOV R7,#248DJNZ R7,$DJNZ R6,D1DJNZ R5,D2RETTABLE: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FHEND实验5 按键识别方法之一1 实验任务 每按下一次开关SP1，计数值加1，通过AT89S51单片机的P1端口的P1.0到P1.3显

17、示出其的二进制计数值。 2 电路原理图 3程序设计方法 （1）其实，作为一个按键从没有按下到按下以及释放是一个完整的过程，也就是说，当我们按下一个按键时，总希望某个命令只执行一次，而在按键按下的 过程中，不要有干扰进来，因为，在按下的过程中，一旦有干扰过来，可能造成误触发过程，这并不是我们所想要的。因此在按键按下的时候,图2要把我们手上的干扰信号以及按键的机械接触等干扰信号给滤除掉，一般情况下，我们可以采用电容来滤除掉这些干扰信号，但实际上，会增加硬件成本及硬件电路的体积，这是我们不希望，总得有个办法解决这个问题，因此我们可以采用软件滤波的方法去除这些干扰信号，一般情况下，一个按键按下的时候，

18、总是在按下的时刻存在着一定的干扰信号，按下之后就基本上进入了稳定的状态。具体的一个按键从按下到释放的全过程的信号图如上图所示： 从图中可以看出，我们在程序设计时，从按键被识别按下之后，延时5ms以上，从而避开了干扰信号区域，我们再来检测一次，看按键是否真得已经按下，若真得已经按下，这时肯定输出为低电平，若这时检测到的是高电平，证明刚才是由于干扰信号引起的误触发，CPU就认为是误触发信号而舍弃这次的按键识别过程。从而提高了系统的可靠性。 由于要求每按下一次，命令被执行一次，直到下一次再按下的时候，再执行一次命令，因此从按键被识别出来之后，我们就可以执行这次的命令，所以要有一个等待按键释放的过程，

19、显然释放的过程，就是使其恢复成高电平状态。 （1）对于按键识别的指令，我们依然选择如下指令JBBIT，REL指令是用来检测BIT是否为高电平，若BIT1，则程序转向REL处执行程序，否则就继续向下执行程序。或者是JNBBIT，REL指令是用来检测BIT是否为低电平，若BIT0，则程序转向REL处执行程序，否则就继续向下执行程序。 （2）但对程序设计过程中按键识别过程的框图如右图所示：图34 程序框图 图46 汇编源程序ORG 0START: MOV R1,#00H ;初始化R1为0，表示从0开始计数MOV A,R1 ;CPL A ;取反指令MOV P1,A ;送出P1端口由发光二极管显示REL

20、: JNB P3.7,REL ;判断SP1是否按下LCALL DELAY10MS ;若按下，则延时10ms左右JNB P3.7,REL ;再判断SP1是否真得按下INC R1 ;若真得按下，则进行按键处理，使MOV A,R1 ;计数内容加1，并送出P1端口由CPL A ;发光二极管显示MOV P1,A ;JNB P3.7,$ ;等待SP1释放SJMP REL ;继续对K1按键扫描DELAY10MS: MOV R6,#20 ;延时10ms子程序L1: MOV R7,#248DJNZ R7,$DJNZ R6,L1RETEND实验6 一键多功能按键识别技术 1实验任务 如图1所示，开关SP1接在P3

21、.7/RD管脚上，在AT89S51单片机的P1端口接有四个发光二极管，上电的时候，L1接在P1.0管脚上的发光二极管在闪烁，当每一次按下开关SP1的时候，L2接在P1.1管脚上的发光二极管在闪烁，再按下开关SP1的时候，L3接在P1.2管脚上的发光二极管在闪烁，再按下开关SP1的时候，L4接在P1.3管脚上的发光二极管在闪烁，再按下开关SP1的时候，又轮到L1在闪烁了，如此轮流下去。 2电路原理图 图1 3程序设计方法 （1）设计思想由来 在我们生活中，我们很容易通过这个叫张三，那个叫李四，另外一个是王五；那是因为每个人有不同的名子，我们就很快认出，同样，对于要通过一个按键来识别每种不同的功能

22、，我们给每个不同的功能模块用不同的ID号标识，这样，每按下一次按键，ID的值是不相同的，所以单片机就很容易识别不同功能的身份了。 （2）设计方法 从上面的要求我们可以看出，L1到L4发光二极管在每个时刻的闪烁的时间是受开关SP1来控制，我们给L1到L4闪烁的时段定义出不同的ID号，当L1在闪烁时，ID0；当L2在闪烁时，ID1；当L3在闪烁时，ID2；当L4在闪烁时，ID3；很显然，只要每次按下开关K1时，分别给出不同的ID号我们就能够完成上面的任务了。下面给出有关程序设计的框图。 4程序框图 图25 汇编源程序ID EQU 30HSP1 BIT P3.7L1 BIT P1.0L2 BIT P

23、1.1L3 BIT P1.2L4 BIT P1.3ORG 0MOV ID,#00HSTART: JB K1,RELLCALL DELAY10MSJB K1,RELINC IDMOV A,IDCJNE A,#04,RELMOV ID,#00HREL: JNB K1,$MOV A,IDCJNE A,#00H,IS0CPL L1LCALL DELAYSJMP STARTIS0: CJNE A,#01H,IS1CPL L2LCALL DELAYSJMP STARTIS1: CJNE A,#02H,IS2CPL L3LCALL DELAYSJMP STARTIS2: CJNE A,#03H,IS3CPL

24、 L4LCALL DELAYSJMP STARTIS3: LJMP STARTDELAY10MS: MOV R6,#20LOOP1: MOV R7,#248DJNZ R7,$DJNZ R6,LOOP1RETDELAY: MOV R5,#20LOOP2: LCALL DELAY10MSDJNZ R5,LOOP2RETEND实验7 定时计数器T0作定时应用技术 1 实验任务 用AT89S51单片机的定时/计数器T0产生一秒的定时时间，作为秒计数时间，当一秒产生时，秒计数加1，秒计数到60时，自动从0开始。硬件电路如下图所示 2 电路原理图 3程序设计内容 AT89S51单片机的内部16位定时/计数

25、器是一个可编程定时/计数器，它既可以工作在13位定时方式，也可以工作在16位定时方式和8位定时方式。只要通过设置特殊功能寄存器TMOD，即可完成。定时/计数器何时工作也是通过软件来设定TCON特殊功能寄存器来完成的。 现在我们选择16位定时工作方式，对于T0来说，最大定时也只有65536us，即65.536ms，无法达到我们所需要的1秒的定时，因此，我们必须通过软件来处理这个问题，假设我们取T0的最大定时为50ms，即要定时1秒需要经过20次的50ms的定时。对于这20次我们就可以采用软件的方法来统计了。 因此，我们设定TMOD00000001B，即TMOD01H 下面我们要给T0定时/计数器

26、的TH0，TL0装入预置初值，通过下面的公式可以计算出 TH0（21650000）/256 TL0（21650000）MOD256 当T0在工作的时候，我们如何得知50ms的定时时间已到，这回我们通过检测TCON特殊功能寄存器中的TF0标志位，如果TF01表示定时时间已到。 5 程序框图 图2 6 汇编源程序（查询法）SECOND EQU 30HTCOUNT EQU 31HORG 00HSTART: MOV SECOND,#00HMOV TCOUNT,#00HMOV TMOD,#01HMOV TH0,#(65536-50000) / 256MOV TL0,#(65536-50000) MOD

27、256SETB TR0DISP: MOV A,SECONDMOV B,#10DIV ABMOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRMOV P0,AMOV A,BMOVC A,A+DPTRMOV P2,AWAIT: JNB TF0,WAITCLR TF0MOV TH0,#(65536-50000) / 256MOV TL0,#(65536-50000) MOD 256INC TCOUNTMOV A,TCOUNTCJNE A,#20,NEXTMOV TCOUNT,#00HINC SECONDMOV A,SECONDCJNE A,#60,NEXMOV SECOND,#00HNEX: L

28、JMP DISPNEXT: LJMP WAITTABLE: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FHEND实验8定时计数器T0作定时应用技术 1 实验任务 用AT89S51的定时/计数器T0产生2秒钟的定时，每当2秒定时到来时，更换指示灯闪烁，每个指示闪烁的频率为0.2秒，也就是说，开始L1指示灯以0.2秒的速率闪烁，当2秒定时到来之后，L2开始以0.2秒的速率闪烁，如此循环下去。0.2秒的闪烁速率也由定时/计数器T0来完成。 2 电路原理图 3.程序设计内容 （1）由于采用中断方式来完成，因此，对于中断源必须它的中断入口地址，对于定时/计数器T0来说，中断入口地址为000BH，因此在中断入口地方加入长跳转指令来执行中断服务程序。书写汇编源程序格式如下所示：ORG00HLJMPSTARTORG0BH ;定时/计数器T0中断入口地址LJMP INT_T0START: NOP ;主程序开始.INT_T0: PUSH ACC ;定时/计数器T0中断服务程序PUSH PSWPOP PS