基于Proteus的单片机实时时钟的仿真设计的毕业设计(共47页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上毕业设计论文作者 学号 系部 专业 题目 基于Proteus的单片机实时时钟的仿真设计 指导教师 评阅教师 完成时间: 毕业设计论文中文摘要(题目):基于Proteus的单片机实时时钟的仿真设计摘要:本设计论述的是一个基于Proteus技术的单片机的实时时钟仿真系统的实现。使用了Proteus软件技术和Keilc软件进行仿真和调试,最终实现日常的时钟显示,它还可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时,具有闰年补偿功能,同时具有时钟调整、闹钟等功能。本电子时钟设计首要的工作是结合以往所学的单片机程序编写理论和编写规则来编写电子时钟的软件部分,编写时要结合所配的STM8
2、S105芯片的管脚功能和其他硬件电路,如DS1302时钟芯片和LCD1602液晶显示屏,该部分运用STVD单片机软件来完成。在编写完软件并检测完正确后用仿真硬件检测运行检测程序是否正确,并调试。待这一切工作做好后再利用系统板硬件电路来实践实现软件功能与硬件的结合。并应用Proteus的ISIS软件实现了单片机电子时钟系统的设计与仿真。该方法仿真效果真实、准确,节省了硬件资源。关键词:Proteus 实时时钟 单片机 仿真毕业设计论文外文摘要(Title) : based on single chip Proteus design simulation of real-time clockAbs
3、tract: this paper based on the design of a single chip Proteus technology of the realization of the simulation system for real-time clock. USES the Proteus software technology and Keilc software simulation and debugging, finally realizes the daily the clock display, it can also on year, month, day,
4、Sunday, when, minutes and seconds for timing, have a leap year compensation function, also has the clock adjustment, alarm clock, and other functions.This electronic clock design first work is to combine the microcontroller programming learned ever write rules to write theory and the software parts,
5、 electronic clock to write on the match when STM8S105 chip tube foot function and other hardware circuit, such as DS1302 clock chip and LCD1602 LCD screen, this part utilization STVD single-chip microcomputer software to complete. In writing the software and finished with simulation test after right
6、 hardware detection operation test procedure is correct, and debugging. Unto all this work done reuse the system board hardware circuit to practice realize the combination of hardware and software functions. And the application of ISIS software realize the Proteus microcontroller electronic clock sy
7、stem design and simulation. This method simulation effect true, accurate, save the hardware resources.Keywords: Proteus real-time clock single-chip microcomputer simulation目录专心-专注-专业1引言单片微型计算机,简称单片机,又称微控制器。单片机作为微型计算机家族的一员,以独特的结构和优点,越来越深受各个应用领域的关注和重视,应用十分广泛,发展极快。单片机技术应用于各行各业,是一种实用的智能型控制技术,单片机技术的发展极大地
8、推动了电子、通信、计算机、机电一体化等行业的快速发展,成为当前教学和科研的热门技术。单片机电子时钟系统可以用多种技术手段实现。本文借助于Proteus仿真系统进行系统虚拟开发成功之后再进行实际操作,可以节约开发时间,降低开发成本,具有很大的灵活性和可扩展性。在国外有包括斯坦福、剑桥等在内的几千家高校将Proteus作为电子工程学位的教学和实验平台;在国内也有众多大学正在体验Proteus的独一无二的功能并申报大学计划。该方法具有普遍意义。通过实际应用发现,采用该方法可以大大简化硬件电路测试和系统调试过程中电路板制作、元器件安装、焊接等过程。很明显,使用该方法可以提高开发效率、降低开发成本、提升
9、开发速度,对单片机系统开发具有指导意义。2设计思路和功能描述整体设计任务:本电子时钟设计首要的工作是结合以往所学的单片机程序编写理论和编写规则来编写电子时钟的软件部分,编写时要结合所配的STM8S105芯片的管脚功能和其他硬件电路,如DS1302时钟芯片和LCD1602液晶显示屏,该部分运用STVD单片机软件来完成。在编写完软件并检测完正确后用仿真硬件检测运行检测程序是否正确,并调试。待这一切工作做好后再利用系统板硬件电路来实践实现软件功能与硬件的结合。3硬件原理分析电路设计分析电路原理设计是基于小系统包括电源电路、复位电路、按键电路、时钟电路、LCD液晶显示驱动电路、输出控制电路。电源部分是
10、用直流电源经变压来提供的5V,晶体振荡器采用的是16MHz的石英晶体振荡器。部分硬件设计:(1)本设计采用DS1302实时时钟芯片来进行计时,并将1302的数据输入单片机进行处理,送入LCD1602液晶显示屏进行显示。(2)用四个电位按键来实现对电子时钟的调试工作,当按第一下总控键时进入中断程序,即时钟的调整状态,有两个电位按键分别来调整时钟的加和减;第四个按键用来调整时分秒日月年,按一下调整秒,连按两下调整分,按三下调整时,四下调整日,五下调整月,六下调整年,七下退出时间设置。(3)用一个按键和其他部件组成的复位电路与芯片连接来实现整个程序及硬件的重新复位功能。4Proteus简介是目前最先
11、进的单片机CPU和外围电路工具之一。本文介绍了单片机仿真软件Proteus的特点,并结合电路的实例详细介绍了使用Proteus进行电路设计与仿真的过程及方法,旨在为单片机爱好者和技术人员提供了一个很好的学习平台。ProteusISIS是英国Lacenterelec-tronics公司开发的电路分析与实物仿真软件,应用范围十分广泛,涉及PCB制版、Spice电路仿真、单片机仿真以及对ARM7/LPC2000的仿真。Proteus主要由ARESISIS两大模块构成,ARES主要用于印刷电路板(PCB)的设计及其电路仿真,ISIS主要用于原理图的设计并仿真。它运行于Windows操作系统上,可以仿真
12、、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路。 4.1该软件的特点:1.实现了单片机仿真和SPI CE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。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、805l系列。AVR系列、ARM系列、PICl2系列、PICl6系列、PICl8系列、Z80系列、HCl1系列以及各种外围芯片。3.提供软件调试功能。该软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,同时支持第三方的软件编译和调试环境,如Keil C
13、5l uVision2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。本文介绍Proteus ISIS软件的工作环境和一些基本操作。4.2 如何进入Proteus ISIS双击桌面上的ISIS 6 Professional图标或者单击屏幕左下方的“开始”“程序”“Proteus 6 Professional” “ISIS 6 Professional”,出现如图1所示屏幕,表明进入Proteus ISIS集成环境。图1 启动时的屏幕4.3工作界面Proteus ISIS的工作界面是一种标准的Windows界面,如图2所示。包括:标
14、题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。图2 Proteus ISIS的工作界面Keilc与Proteus连接调试1.假若Keilc与Proteus均已正确安装在C:Program Files的目录里; 2.安装Keilc与Proteus的连接插件vdmagdi.exe;3.进入Keilc Vision2开发集成环境,创建一个新项目(Project),并为该项目选定合适的单片机CPU器件(如:Atmel公司的AT89C51)。并为该项目加入Keilc源程序。下面以单片机实时时钟电路为例,介绍使用
15、Proteus进行单片机实时时钟电路设计与仿真的过程。5基本原理单片机系统作为一种典型的嵌入式系统,其系统设计包括硬件电路设计和软件编程设计两个方面,其调试过程一般分为软件调试、硬件测试、系统调试3个过程。软件调试一般比较容易进行,但如果要进行硬件电路测试和系统调试则比较麻烦,因为要进行这两个过程必须在电路板设计制作完成、元器件焊接完毕之后进行。而电路板的制作、元器件的安装、焊接是费时费力的,如果采用单片机系统的虚拟仿真软件Proteus,则不用制作具体的电路板也能够完成以上工作。Proteus软件是来自英国 Labcenter electronics公司的EDA工具软Proteus软件有十多
16、年的历史,在全球广泛使用,除了其具有和其它EDA工具一样的原理布图、PCB自动或人工布线及电路仿真的功能外,其革命性的功能是:将电路仿真和微处理器仿真进行协同,直接在基于原理图的虚拟原型上进行处理器编程调试,并进行功能验证,通过动态器件如电机、LED、LCD、开关等,实时看到运行后的输入、输出的效果,配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等,Proteus为我们建立了完备的电子设计开发环境。Proteus软件由ISIS和ARES两个软件构成,其中ISIS是原理图编辑与仿真软件,ARES是布线编辑软件。这里主要介绍ISIS软件。5.1 ISIS软件的主要特性有1 可以仿真、分析各种模拟器件和
17、集成电路,其最大的特点是可以支持许多型号的单片机仿真,该软件的单片机仿真库里有5l系列、PIC系列、AVR系列、摩托罗拉的68MHll系列等,Proteus的仿真是基于SPI CE3F5的,因此它也能像其他的EDA软件那样进行电路分析,如模拟分析、数字仿真、混合信号分析、频率分析等。2 提供了虚拟示波器、逻辑分析仪、信号发生器、计数器、电表、虚拟终端等虚拟仪器仪表供选用。3 能够进行原理图(SCH)的设计。4 能和Keilc等软件整合使用,以求达到更好的仿真效果。6硬件电路设计与实现以单片机电子时钟系统为例,介绍使用Proteus进行单片机电子时钟系统设计与仿真的过程。这里使用的是Proteu
18、s 6 Demo版本。该电子时钟系统硬件主要由AT89C51单片机、时钟芯片DS1302、LCD1602等元器件组成。系统原理图如图1所示。和Protel,EWB等软件相似,绘制原理图都要先从器件库里取出所需的元件并在绘图区布局好,同时编辑元件的参数,接着进行连线,添加必要的网络标识等步骤。运行Proteus的ISIS后出现程序主窗口界面,鼠标左键单击窗口左侧的元器件工具栏的component。按钮,接着再点击窗口左侧的元器件选择区的Pick Divices。按钮,弹出如图2所示的Pick Devices窗口,再在Category栏里点击Microprocessor ICs项后,在Result
19、s栏里会出现各种类型的CPU器件,找到AT89C51后双击,AT89C51就被添加到当前窗口左侧的元器件列表区了。用同样的方法依次把DS1302、LCD1602、数码管、晶振以及多个电阻、电容也添加到器件列表区里。然后再依次点击列表区里的器件,单击左键把他们放到绘图区,右键选中元件,并编辑其属性,合理布局后,进行连线。连线时当鼠标的指针靠近一个对象的引脚时,跟着鼠标的指针就会出现一个“”提示符号,点击鼠标左键即可画线了,需要拐弯时点击一下即可,在终点再点击确认一下就画出了一段导线,所有导线画完后,点击工具栏的Intersheet Terminal。按钮,添加上电源和接地符号,原理图的绘制就完成
20、了。最后,保存设计文件于C:Labcenter ElectronicsProteus 6Demonstrationeclock文件夹,文件名为eclockDSN。7主要芯片、元器件简介7.1 DS1302DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路,它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时,具有闰年补偿功能,工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品,与DS1202兼容,但增加
21、了主电源/后背电源双电源引脚,同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。DS1302的引脚排列中Vcc1为后备电源,VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下,也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc10.2V时,Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时,DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源,外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线,通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能:首先,RST接通控制逻辑,允许地址/命令序列送入移位寄存器;其次,RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段
22、。当RST为高电平时,所有的数据传送被初始化,允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平,则会终止此次数据传送,I/O引脚变为高阻态。上电运行时,在Vcc2.5V之前,RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时,才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向),后面有详细说明。SCLK始终是输入端。 7.1.1 DS1302的主要特性引脚排列图3 DS1302引脚排列图DS1302的引脚排列如图所示,各引脚的功能如下: X1,X232768Hz晶振引脚端; RST复位端; I/O数据输入/输出端; SCLK串行时钟端; GND地; VCC2,VCC1主电源与后备
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