基于５１單片機電子密碼鎖的Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真設計

摘要:在數字電路和單片機原理與應用的課程設計中，如果按傳統的設計制作方法，初學者總會遇到硬件資源消耗大，作品調試周期長，無法方便的按自己的設計意圖反復修改自己的作品的難題。而一旦利用Proteus軟件，那么上述難題可迎刃而解。這里通過介紹一種基于51單片機電子密碼鎖的仿真設計過程，證明了在Proteus的環境下可以方便完成單片機和數字電子系統的硬件設計和軟件調試，證明其可縮短我們作品的開發周期，提高設計效率。

關鍵詞:單片機;虛擬仿真設計;Proteus;電子密碼鎖;系統設計

中圖分類號:TP311文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)24-6853-02

The Simulation of AT89C51 Electronic Locks Based on Proteus

LI Zhi-hui， LI Hao-long， BAI Yu-long

(College of Information Huaqiao University， Xiamen 361021， China)

Abstract: If using the traditional method in the design of digital circuit and single-chip microcomputer， beginning student will meet the challenge of large consumption of hardware resources， the length of debug cycle so long， and can change their design freely by their design intent. But if designing by Proteus， all the challenge above will be solved. Pretested that in the circumstance of Proteus one can design the hardware and debug the software easily and by this the cycle of design will be shorten and efficiency will be level up.

Key words: MCU; simulation; proteus; electronics locks; system design

隨著電子技術的飛速發展，產品的更新換代技術也越來越快，傳統的設計方法越來越適應不了我們的需要，于是各種EDA設計軟件應運而生，大大加快了電子設計的進程。而由英國Labcenter Electroics 公司研發的Proteus就是這樣一種典型的EDA工具軟件。Proteus不僅是模擬電路，數字電路，模擬數字混合電路的設計與仿真平臺，更是世界上最先進，最完整的多種型號單片機系統的設計與仿真平臺。它真正實現了在計算機上完成從原理圖設計與電路設計，電路分析與仿真，單片機代碼調試與仿真，系統測試與功能驗證到形成PCB的完整的電子設計、研發過程。從1989年問世至今，經過了20年的使用與發展，Proteus的功能越來越強大。對于相關專業的學生來說，運用Proteus做數字電子技術與單片機課程的設計更是具有傳統方法無可比擬的優勢，在Proteus平臺上，同學們可以隨意根據自己的設計思路，方便的修改自己的設計方案，而不必消耗真正的硬件資源，這對于課程的學習是有巨大幫助的。下面就以電子密碼鎖的設計過程說明Proteus的優勢所在。

1 AT89C51密碼鎖的設計要求與設計方案

1.1設計要求

1) 設計一個電子密碼鎖，其密碼為4位十進制碼。密碼用0～9十個按鍵輸入。

2) 當開鎖輸入碼與密碼一致時，鎖被打開。鎖體用繼電器代替，并有信號燈指示。

3) 當開鎖輸入碼與密碼不一致時，則聲、光報警。聲音報警動作相應1分鐘，停10秒后再重復出現。

4) 具有密碼設置功能，且掉電密碼不會丟失。

5) 允許開鎖過程有一次出錯，第二次正確鎖被打開，否則報警。

1.2 設計方案

1.2.1 硬件部分

1)中央控制部分:采用AT89C51單片機，該型單片機有4KB的ROM，128B的RAM，5個中斷源，兩個16位的定時計數器。可完全滿足本設計的需要

2)顯示部分:采用1602液晶屏，該型液晶屏顯示信息豐富，可為密碼鎖提供良好的人機交互性。

3)鍵盤輸入部分:采用4×4矩陣鍵盤，可滿足密碼鎖的數字與功能鍵。

4)密碼儲存部分:由于要求掉電時密碼不會丟失，所以密碼不儲存在單片的RAM里，而是儲存在外面擴展的EEPROM AT24C08里，與單片機通過串口通信。

5)聲、光部分:聲信號采用蜂鳴器，光信號采用發光二極管。

1.2.2 軟件部分

軟件的設計主要是51單片機的程序編寫，主要分鍵盤掃描子程序，讀、寫ROM子程序，四進制轉ASC2碼子程序(為了1602字符的提取)，1602LCD顯示子程序，定時器定時中斷子程序(為了實現報警響一分鐘，停10秒)，延時子程序。

按鍵功能分配分為數字鍵和功能鍵:0～9 10個數字鍵，鍵A查看密碼鍵(在輸入密碼正確之后)，鍵B修改密碼鍵(在輸入密碼正確時才能修改)，鍵C開鎖鍵(密碼輸入正確時按此鍵可以把繼電器打開，鍵D推出鍵。

下面是鎖的各種狀態時1602界面的設計。

此外還有密碼查看界面，密碼輸入錯誤提示界面等，這樣可以讓用戶獲得良好的人機交互體驗并時時掌握密碼鎖的狀態，這也是我們選擇1602液晶屏的原因。

軟件流程圖如圖5。

2 Proteus仿真設計

2.1 仿真過程

1) 建立、保存設計文件并設置圖紙的大小

單擊菜單中的“FILE---NEW DESIGN”，會彈出新建設計(CREATE NEW DESIGN)對話框，選擇默認模板(DEFAULT)就可以建立一個新的空白文件了。這里默認的圖紙大小是A4，當然單擊“SYSTEM-----SET SHEET SIZE”課更改圖紙大小。

2) 選取并放置元器件和電源、地終端。

單擊選取元件按鈕，有單擊“P”按鈕，則會跳出元器件選擇框。可在元器件列表中選擇自己需要的元件。我們這個設計所需要的51單片機，1602液晶屏，蜂鳴器，繼電器，鍵盤，AT24C08，三極管，發光二極管都可以在列表中找到。找到后就可以在ISIS編輯區中放置元器件、電源、地等。

3) 設計元器件屬性

這里主要是設置電阻的阻值大小。

4) 連接電路

根據自己的電路的設計，連接好電路，然后進行電氣檢測。密碼鎖的電路如圖6。

5) 向Proteus添加源程序文件

單擊ISIS菜單中的Source選項，彈出下拉菜單，再單擊Add/Remove Source File(添加/移除源程序)選項，這是會彈出一個對話框，單擊“Code Generation Tool”(目標代碼生成工具)下方的按鈕彈出下拉菜單，選擇代碼生成工具“ASEM51”(51系列機器兼容系列匯編器)。再單擊“NEW”按鈕，在彈出的對話框的文件名框中寫入源程序文件名，例如我們定位MIMA.ASM。單擊“打開”按鈕，在接著彈出的小對話框中單擊按鈕“是”，然后再彈出的提示欄中單擊“OK”按鈕，新建的源程序文件就添加到“Source Code Filename”下方框中。同時在菜單Source中也出現了源程序文件MIMA.ASM，這是這個文件還是個空文件。

6) 編寫，編輯源程序

單擊菜單中的Source選項，單擊菜單中的“1.MIMA.ASM”，則會彈出文件名為MIMA的記事本，可在其中按照我們的目標及流程圖編寫源程序.

7) 匯編生成目標代碼文件

單擊Source菜單中的Build all，則可對源程序進行匯編。若編譯無錯則生成目標代碼文件MIMA.HEX。若出錯可根據提示找出原因知道編譯成功。

8) 加載目標代碼文件

在ISIS編輯區中雙擊AT89C51單片機，把MIMA.HEX文件放入Program File這一欄中，再單擊“OK”就完成了目標代碼的加載，這一步在實際中相當于單片機的程序燒寫。

9) 仿真與調試

單擊仿真按鈕中的按鍵 啟動仿真，這是可以時時操作我們的密碼鎖，以觀察是否達到了設計要求。在實際的仿真過程中是很難一步到位的，所以需要我們對程序進行調試，比如有時需要觀察程序運行情況，如觀察運行中的單片機的RAM情況、工作寄存器的情況、特殊功能寄存器SFR的情況等;有時需要更改參數以求達到最好的效果。在Proteus中只要單擊 就可進入調試狀態，可打開各個窗口進行觀察。這是課根據觀察到的情況對程序進行優化，以達到我們最終的設計目標。

2.2 仿真結果

利用Proteus的仿真與調試功能設計的密碼鎖達到了設計要求的所有功能，且通過PCB制版調試在實物上一次成功，達到了和仿真相同的效果。

3 結束語

該文通過一個基于51單片機的電子密碼鎖的仿真設計過程展示了Proteus軟件在數字電路及單片機開發中的巨大作用以及相比于傳統設計方法的巨大優勢，顯示了Proteus能快速的進行單片機仿真，加快系統開發的過程而且降低的我們的開發成本。在本文中所應用到的Proteus的功能只是Proteus強大功能中的一小部分，Proteus還具有環境模擬，圖表分析，噪聲分析等高級應用，甚至能應用于自動控制領域對復雜的自控算法進行仿真，通過深入學習，我們可以進一步了解Proteus在各個領域的強大應用。在數字電路與單片機的課程教學中Proteus也不失為一種優秀的教學輔助工具，可以向同學直觀的進行演示，同學也可以很方便的在課下進行操作和自我學習。

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