摘要:在数字电路和单片机原理与应用的课程设计中,如果按传统的设计制作方法,初学者总会遇到硬件资源消耗大,作品调试周期长,无法方便的按自己的设计意图反复修改自己的作品的难题。而一旦利用Proteus软件,那么上述难题可迎刃而解。这里通过介绍一种基于51单片机电子密码锁的仿真设计过程,证明了在Proteus的环境下可以方便完成单片机和数字电子系统的硬件设计和软件调试,证明其可缩短我们作品的开发周期,提高设计效率。
关键词:单片机;虚拟仿真设计;Proteus;电子密码锁;系统设计
中图分类号:TP311文献标识码:A文章编号: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
随着电子技术的飞速发展,产品的更新换代技术也越来越快,传统的设计方法越来越适应不了我们的需要,于是各种EDA设计软件应运而生,大大加快了电子设计的进程。而由英国Labcenter Electroics 公司研发的Proteus就是这样一种典型的EDA工具软件。Proteus不仅是模拟电路,数字电路,模拟数字混合电路的设计与仿真平台,更是世界上最先进,最完整的多种型号单片机系统的设计与仿真平台。它真正实现了在计算机上完成从原理图设计与电路设计,电路分析与仿真,单片机代码调试与仿真,系统测试与功能验证到形成PCB的完整的电子设计、研发过程。从1989年问世至今,经过了20年的使用与发展,Proteus的功能越来越强大。对于相关专业的学生来说,运用Proteus做数字电子技术与单片机课程的设计更是具有传统方法无可比拟的优势,在Proteus平台上,同学们可以随意根据自己的设计思路,方便的修改自己的设计方案,而不必消耗真正的硬件资源,这对于课程的学习是有巨大帮助的。下面就以电子密码锁的设计过程说明Proteus的优势所在。
1 AT89C51密码锁的设计要求与设计方案
1.1设计要求
1) 设计一个电子密码锁,其密码为4位十进制码。密码用0～9十个按键输入。
2) 当开锁输入码与密码一致时,锁被打开。锁体用继电器代替,并有信号灯指示。
3) 当开锁输入码与密码不一致时,则声、光报警。声音报警动作相应1分钟,停10秒后再重复出现。
4) 具有密码设置功能,且掉电密码不会丢失。
5) 允许开锁过程有一次出错,第二次正确锁被打开,否则报警。
1.2 设计方案
1.2.1 硬件部分
1)中央控制部分:采用AT89C51单片机,该型单片机有4KB的ROM,128B的RAM,5个中断源,两个16位的定时计数器。可完全满足本设计的需要
2)显示部分:采用1602液晶屏,该型液晶屏显示信息丰富,可为密码锁提供良好的人机交互性。
3)键盘输入部分:采用4×4矩阵键盘,可满足密码锁的数字与功能键。
4)密码储存部分:由于要求掉电时密码不会丢失,所以密码不储存在单片的RAM里,而是储存在外面扩展的EEPROM AT24C08里,与单片机通过串口通信。
5)声、光部分:声信号采用蜂鸣器,光信号采用发光二极管。
1.2.2 软件部分
软件的设计主要是51单片机的程序编写,主要分键盘扫描子程序,读、写ROM子程序,四进制转ASC2码子程序(为了1602字符的提取),1602LCD显示子程序,定时器定时中断子程序(为了实现报警响一分钟,停10秒),延时子程序。
按键功能分配分为数字键和功能键:0～9 10个数字键,键A查看密码键(在输入密码正确之后),键B修改密码键(在输入密码正确时才能修改),键C开锁键(密码输入正确时按此键可以把继电器打开,键D推出键。
下面是锁的各种状态时1602界面的设计。
此外还有密码查看界面,密码输入错误提示界面等,这样可以让用户获得良好的人机交互体验并时时掌握密码锁的状态,这也是我们选择1602液晶屏的原因。
软件流程图如图5。
2 Proteus仿真设计
2.1 仿真过程
1) 建立、保存设计文件并设置图纸的大小
单击菜单中的“FILE---NEW DESIGN”,会弹出新建设计(CREATE NEW DESIGN)对话框,选择默认模板(DEFAULT)就可以建立一个新的空白文件了。这里默认的图纸大小是A4,当然单击“SYSTEM-----SET SHEET SIZE”课更改图纸大小。
2) 选取并放置元器件和电源、地终端。
单击选取元件按钮,有单击“P”按钮,则会跳出元器件选择框。可在元器件列表中选择自己需要的元件。我们这个设计所需要的51单片机,1602液晶屏,蜂鸣器,继电器,键盘,AT24C08,三极管,发光二极管都可以在列表中找到。找到后就可以在ISIS编辑区中放置元器件、电源、地等。
3) 设计元器件属性
这里主要是设置电阻的阻值大小。
4) 连接电路
根据自己的电路的设计,连接好电路,然后进行电气检测。密码锁的电路如图6。
5) 向Proteus添加源程序文件
单击ISIS菜单中的Source选项,弹出下拉菜单,再单击Add/Remove Source File(添加/移除源程序)选项,这是会弹出一个对话框,单击“Code Generation Tool”(目标代码生成工具)下方的按钮弹出下拉菜单,选择代码生成工具“ASEM51”(51系列机器兼容系列汇编器)。再单击“NEW”按钮,在弹出的对话框的文件名框中写入源程序文件名,例如我们定位MIMA.ASM。单击“打开”按钮,在接着弹出的小对话框中单击按钮“是”,然后再弹出的提示栏中单击“OK”按钮,新建的源程序文件就添加到“Source Code Filename”下方框中。同时在菜单Source中也出现了源程序文件MIMA.ASM,这是这个文件还是个空文件。
6) 编写,编辑源程序
单击菜单中的Source选项,单击菜单中的“1.MIMA.ASM”,则会弹出文件名为MIMA的记事本,可在其中按照我们的目标及流程图编写源程序.
7) 汇编生成目标代码文件
单击Source菜单中的Build all,则可对源程序进行汇编。若编译无错则生成目标代码文件MIMA.HEX。若出错可根据提示找出原因知道编译成功。
8) 加载目标代码文件
在ISIS编辑区中双击AT89C51单片机,把MIMA.HEX文件放入Program File这一栏中,再单击“OK”就完成了目标代码的加载,这一步在实际中相当于单片机的程序烧写。
9) 仿真与调试
单击仿真按钮中的按键 启动仿真,这是可以时时操作我们的密码锁,以观察是否达到了设计要求。在实际的仿真过程中是很难一步到位的,所以需要我们对程序进行调试,比如有时需要观察程序运行情况,如观察运行中的单片机的RAM情况、工作寄存器的情况、特殊功能寄存器SFR的情况等;有时需要更改参数以求达到最好的效果。在Proteus中只要单击 就可进入调试状态,可打开各个窗口进行观察。这是课根据观察到的情况对程序进行优化,以达到我们最终的设计目标。
2.2 仿真结果
利用Proteus的仿真与调试功能设计的密码锁达到了设计要求的所有功能,且通过PCB制版调试在实物上一次成功,达到了和仿真相同的效果。
3 结束语
该文通过一个基于51单片机的电子密码锁的仿真设计过程展示了Proteus软件在数字电路及单片机开发中的巨大作用以及相比于传统设计方法的巨大优势,显示了Proteus能快速的进行单片机仿真,加快系统开发的过程而且降低的我们的开发成本。在本文中所应用到的Proteus的功能只是Proteus强大功能中的一小部分,Proteus还具有环境模拟,图表分析,噪声分析等高级应用,甚至能应用于自动控制领域对复杂的自控算法进行仿真,通过深入学习,我们可以进一步了解Proteus在各个领域的强大应用。在数字电路与单片机的课程教学中Proteus也不失为一种优秀的教学辅助工具,可以向同学直观的进行演示,同学也可以很方便的在课下进行操作和自我学习。
参考文献:
[1] 张婧武,周灵彬.单片机原理、应用与Proteus仿真[M].北京:电子工业出版社,008.
[2] 李学礼.基于Proteus的8051单片机实例教程[M].北京:电子工业出版社,2008.
[3] 周润景,张丽娜,刘印群.Proteus入门实用教程[M].北京.机械工业出版社,2007.
[4] 徐爱均.单片机原理使用教程——基于Proteus虚拟仿真[M].北京:电子工业出版社,2009.
[5] 任艳艳.基于AT89C51单片机多功能密码锁的研究[J].重庆职业技术学院学报,2008,5(42).