Proteus中實現單片機雙機通信實驗

【摘要】本文針對單片機項目設計中出現的問題和基本方法，提出了將Proteus仿真軟件和Keil軟件引入到單片機項目式開發(fā)中。以“單片機雙機通信實驗”項目為例，詳細闡述Proteus軟件在單片機課程教學中的使用方法和仿真調試過程。實踐證明，該方法能激發(fā)開發(fā)熱情，鍛煉創(chuàng)新能力和單片機軟硬件綜合開發(fā)能力，是提高單片機開發(fā)效率和設計產品質量的一種有效方法。

【關鍵詞】單片機開發(fā);Proteus軟件;仿真調試

引言

單片機開發(fā)是一項綜合性、實踐性、應用性很強的技術。傳統(tǒng)的單片機開發(fā)采用“先理論設計，再動手實驗”的開發(fā)模式，該模式造成編程與之實驗結果分離，不便于調試，效果并不理想。鑒于此，本文將Proteus和引入到單片機的項目式開發(fā)中，通過仿真的直觀性和真實感，不僅節(jié)約了硬件資源的投入，而且提高了單片機開發(fā)效率和產品質量。

一、Proteus簡介

Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件，它除了具有其他EDA工具的原理布圖、PCB自動或人工布線、電路仿真等功能外，Proteus最大的特點是基于微控制器的設計連同所有的外圍電路一起仿真，可直接在單片機虛擬系統(tǒng)上對MCU編程，并可對軟件源代碼進行實時調試。同時，它具有電路互動仿真功能，通過動態(tài)外設模型，如鍵盤、LED/LCD等，可實時顯示系統(tǒng)輸入、輸出結果，以實現交互仿真，或配合Proteus配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等，使單片機虛擬系統(tǒng)實現預期的實驗效果。

此處還需要用Keil軟件來協助。Keil軟件是美國Keil Software公司出品的兼容單片機C語言軟件的開發(fā)系統(tǒng)，是目前世界上最好的51單片機開發(fā)工具之一。它提供了豐富的庫函數和功能強大的集成開發(fā)調試工具，生成的目標代碼效率高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。

Proteus和Keil各自都可以進行仿真調試，但效果不是很理想，如把兩者結合起來相互配合，則可發(fā)揮Proteus和Keil的優(yōu)勢使其在仿真過程中的軟件調試和硬件設計更加便捷、高效。

二、仿真項目教學案例

（一）項目要求

本項目要求用兩片AT89C51單片機實現A機檢測輸入鍵盤信息，并通過串行通信方式，傳送給B機，在B機用數碼管顯示A機所按下的對應按鍵代號，“0-9”顯示對應數字，其余按鍵顯示“-”。

（二）任務分析

項目開發(fā)過程是緊緊圍繞一個或多個完整的項目展開的，因此項目的設計，是單片機課程教學成敗的關鍵。按照本項目要求，通過分析，該項目實際上是一個雙機單向通信項目，只要掌握了該項目，雙向通信問題不難理解。具體思路是：

1.A、B單片機均采用AT89C51，A機須完成矩陣鍵盤掃描識別、鍵盤代碼串行傳送兩項任務。B機須完成串行接收代碼、數碼顯示兩項任務。本項目程序的關鍵就是串行通信程序部分。

2.A機通過檢測P2口外接的矩陣鍵盤信息，并進行識別處理，產生相應的鍵盤代碼，然后通過串行發(fā)送端TXD/P3.1發(fā)送給B機;

3.B機收到A機發(fā)送的鍵盤代碼后，通過處理，從P0口輸出七段數碼管段碼信號，驅動共陽極七段數碼管顯示鍵盤代碼。

圖1

圖2

圖3

（三）硬件仿真圖繪制

通過以上的任務分析，我們先設計出硬件電路，并將電路在Proteus中繪制出來。電源電路用5V，具體電路省略。時鐘電路用來產生時鐘信號供單片機工作，晶振采用12MHz，平衡電容采用33pF。復位電路在系統(tǒng)上電或運行過程中對單片機進行初始化操作。

圖4

圖5

1.單片機最小系統(tǒng)

本案例所用單片機型號為AT89C51，其結構簡單，控制靈活。其最小系統(tǒng)主要包括主芯片、電源電路、時鐘電路、復位電路。

2.本例單片機最小系統(tǒng)

在這里要特別說明的是，在Proteus中單片機可以默認以最小系統(tǒng)工作。即可以不加上電源電路、復位電路、時鐘電路也可以工作。不過為了便于直觀觀察，我們還是畫出這些路。在繪制時，雙機只畫出單機的這些電路，另一個不畫。并且為了不產生標號沖突，B機的引腳標號用數字表示。

本例中A機的主電路、電源電路、時鐘電路、復位電路見附圖。B機的系統(tǒng)圖和A機系統(tǒng)大同小異。

3.本例輸入、輸出系統(tǒng)及通信連接

本例中的輸入系統(tǒng)是矩陣鍵盤電路，從A機輸入。利用P2口作為鍵盤檢測口，P2.0-P2.3為行線掃描，P2.4-P2.7為列線檢測。

本例中的通信連接是將雙機的RXD和TXD兩腳，即P3.0和P3.1交叉相邊即可。B機的這兩腳標號和A機對應。

本例中的輸出系統(tǒng)是單個LED共陽數碼管顯示電路，從B機P0輸出段碼控制信號。

4.本例硬件仿真總圖見附1。

（四）軟件系統(tǒng)流程圖

A機主程序流程圖如圖1所示，鍵盤掃描檢測程序流程圖如圖2所示，B機主程序流程圖如圖3所示。具體的程序見附3。編程輸入Kei uVsion4軟件并生成A機和B機的”.hex”格式可執(zhí)行文件。

圖6

圖7

圖8

附1 雙機通信實驗仿真電路原理圖

附2 電源原理圖

（五）Proteus ISIS載入仿真

1.加加載源程序和目標程序文件、目標代碼文件、設置時鐘頻率

在ISIS菜單中單擊Source（源程序），彈出下拉菜單，點擊“Add/Remove Source File…”，彈出如圖1.9所示的對話框，選取A機芯片，點擊 ，加入源程序“雙機通信實驗A機發(fā)送程序.C”，如圖4所示;選取B機芯片，點擊 ，加入源程序“雙機通信實驗B機接收程序.C”，如圖5所示。點擊確定。

在ISIS編輯窗口中雙擊A機AT89C51芯片，在彈出的對話框中點擊如圖6所示的按鈕，選擇前面所生成的“雙機通信實驗A機發(fā)送程序.hex”代碼文件，再在Clock Frequency：欄中設置時鐘為12MHz，點擊“OK”即可。B機同樣設置。如圖7所示。

2.PROTEUS交互仿真

代碼裝載完畢后即可進行仿真，只需點擊運行仿真按鈕即可運行仿真。仿真運行效果如圖8所示。

（六）本例仿真電路原理圖及程序部分源代碼

1.本例仿真電路原理圖（附1、附2）

2.本例程序部分源代碼（附3）

A機檢測發(fā)送程序：

#include lt;at89x51.hgt;

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

#define key_4x4_port P2 "http://定義P3口為鍵盤輸入

uchar key; " "http://按鍵值

void delayms（uint xms）;//1ms延時程序

void key_4x4_scan（）; " "http://鍵盤掃描指示程序

uchar d[11]={0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10}; //發(fā)送的數據

void delay（）;

/*--------------Xms延時程序----------------*/

void delayms（uint xms）

{ " " " "uint i，j;

for（i=xms;igt;0;i--） //i=xms時延時xms

for（j=110;jgt;0;j--）;

}

/*---------------鍵盤掃描指示程序--------------*/

{省略}

/*---------------A機檢測發(fā)送程序--------------*/

main（）{

uchar i;

PCON=0x80;//波特率加倍

SCON=0x40;//方式1，波特率與T1溢出率相關

TMOD=0x20;//T1方式2

TH1=0xfd;//串口速度為19.2Kb/s

TL1=0xfd;

TR1=1;//啟動T1

while（1）{

key_4x4_scan（）;

SBUF=d[key];//啟動串口并發(fā)送數據

while（1）

{

if（TI==1）

{//檢測，發(fā)送完發(fā)送下一數據

TI=0;//清中斷

break;

}

}

delay（）;//發(fā)送速度控制

}

}

void delay（）{

unsigned int i;

for（i=0;ilt;40;i++）{

}

}

B機接收顯示程序：

#include lt;at89x51.hgt;

unsigned char code d[11]= "http://LED字符碼

{ "0xc0，0xF9，0xA4，0xB0，0x99，

0x92，0x82，0xF8，0x80，0x90，0xbf

};

main（）{

PCON=0x80;//波特率加倍

SCON=0x50;//方式1，允許接收

IE=0x90;//開串口中斷

TMOD=0x20;//T1方式2

TH1=0xfd;//串口速度為19.2Kb/s

TL1=0xfd;

TR1=1;//啟動T1

while（1）{

if（RI==1）{//檢測

P0=d[SBUF];//顯示

RI=0;//清中斷

}

}

}

三、結論

通過本次實驗，可以熟悉單片機串行通信的編程方法，提高鍵盤掃描檢測程序、定時器的使用技巧，熟悉ProteusISIS的使用方法，將其與Keil uVsion4有機結合，使用該軟件有利于直觀觀察仿真結果，培養(yǎng)單片機綜合應用能力，明顯地提高單片機開發(fā)效率和教學質量。

參考文獻

[1]谷秀榮，單片機原理與應用（C51版），北京交大出版社，2009.7.

[2]李全利.單片機原理及應用技術.北京：高等教育出版社，2001.7.