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     作者：李斌

    單片機(jī)構(gòu)成電路具有體積小、成本低、功能強(qiáng)、可靠性高、功耗低、電路簡潔、開發(fā)和改進(jìn)容易等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此具有優(yōu)異的性能價格比，從而使它得到了越來越廣泛的應(yīng)用。AT89C51系列單片機(jī)是目前我國應(yīng)用最廣泛的單片機(jī)系列之一，隨著單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，引入單片機(jī)仿真虛擬實驗平臺，將大大縮短硬件電路的調(diào)試驗證周期，有效提高硬件電路前期設(shè)計的開發(fā)效率。

    1  基于Proteus的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計仿真

    Proteus是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真及印制電路板設(shè)計軟件，它支持51、PIC、AVR、ARM7等多個系列的單片機(jī)芯片，集編輯、編譯、仿真調(diào)試于一體。作為嵌入式系統(tǒng)軟硬件設(shè)計仿真平臺，它的特點(diǎn)是能夠把用戶編寫的應(yīng)用程序下載到微處理器中，并結(jié)合外界連線及模擬、數(shù)字電路對微處理器進(jìn)行系統(tǒng)邏輯功能的控制。

    Proteus單片機(jī)仿真軟件的推廣使用徹底改變了傳統(tǒng)單片機(jī)的開發(fā)方式，可在沒有硬件條件的基礎(chǔ)上進(jìn)行邏輯控制電路設(shè)計，大幅度縮短了開發(fā)周期，節(jié)約了開發(fā)成本，極大地提高了設(shè)計效率和設(shè)計水平。本文通過在Proteus單片機(jī)仿真平臺上完成了雙路電壓表的軟硬件設(shè)計。

    2  系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

    系統(tǒng)硬件主要由模擬電壓采集部分、單片機(jī)控制部分及顯示單元三部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    雙路電壓表系統(tǒng)通過采集兩路模擬電壓信號，由ADC0832將模擬信號轉(zhuǎn)換為8位數(shù)字信號，以串行方式輸出至單片機(jī)AT89C51控制部分，經(jīng)過程序處理，最終將結(jié)果顯示于LCD液晶顯示屏。

    2.1  ADC0832芯片的接口說明及控制方法

    ADC0832是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨率可達(dá)256級，可以適用一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5 V之間，芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32¨s，具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件和處理器控制變得更加方便。通過DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易地實現(xiàn)通道功能的選擇。

    ADC0832具有以下特點(diǎn)：8位分辨率；雙通道A/D轉(zhuǎn)換；輸入／輸出電平與TTL/CMOS相兼容；5V電源供電時輸入電壓在0~5 V之間；工作頻率為250 kHz．轉(zhuǎn)換時間為32us；一般功耗僅為15 mW。圖2為ADC0832芯片頂視圖。

    ADC0832芯片接口說明：/CS片選使能，低電平芯片使能；CHO為模擬輸入通道O，CH1為模擬通道1；DI為數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制；DO為數(shù)據(jù)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出；CLK為芯片時鐘輸入；VCC為電源輸入及參考電壓輸入。

    在正常情況下ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別為/CS．CLK，DO，DI。但由于DO端與DI端在通信時沒有同時有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。在電路設(shè)計模型中，當(dāng)ADC0832未工作時，其/CS輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用，CLK，DI，DO的電平可任意。當(dāng)需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時，需先將/CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖，DO，DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。

    2.2單片機(jī)及外部顯示部分

    單片機(jī)MCU選型為8位AT89C51標(biāo)準(zhǔn)芯片，具有典型的單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)，由CPU系統(tǒng)、ROM、RAM、I/O口以及特殊功能寄存器SFR、2個16位定時／計數(shù)器、5個中斷源和一個串口組成。

    顯示部分采用HITACHI公司的LM016L液晶顯示屏以滿足溫度顯示的要求。當(dāng)單片機(jī)驅(qū)動LCD液晶顯示屏?xí)r，因AT89C51本身電流微小以及傳輸過程中的損耗，在實際應(yīng)用驅(qū)動LCD時，常采用信號增益模塊加以驅(qū)動。Proteus在仿真過程中不考慮信號損耗因素，故予以省略。

    完成各部分硬件電路原理設(shè)計后，運(yùn)行Proteus的ISIS．在虛擬環(huán)境中添加指定元件，單擊軟件菜單欄中l(wèi)ibrary的Pick Devices選項，將彈出元件選擇窗口，按所給元件目錄找到所需要元件的類型，確定即可將虛擬元件模型放人操作界面。經(jīng)過元件選型、布線、標(biāo)簽放置等一系列Proteus軟件繪圖操作，完成了虛擬硬件電路設(shè)計，如圖3所示。

    3系統(tǒng)軟件設(shè)計

    完成數(shù)字轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)仿真電路圖搭建后，進(jìn)行程序文件設(shè)計。本例采用C語言編寫，使用模塊化設(shè)計，可讀性強(qiáng)，易于調(diào)試，具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。由于Proteus軟件本身不自帶編譯調(diào)試環(huán)境，所以源程序需要在Keil C下編寫，將代碼生成HEX程序文件，然后加載入單片機(jī)模型。系統(tǒng)程序主要完成A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換、液晶數(shù)值顯示等功能。主程序流程圖如圖4所示。A/D轉(zhuǎn)換子程序用來控制對輸入的模擬電壓信號進(jìn)行采集測量，并將對應(yīng)的數(shù)值存入相應(yīng)的內(nèi)存單元，驅(qū)動液晶顯示，流程圖如圖5所示。

    4  系統(tǒng)模型仿真試驗結(jié)果

    設(shè)計雙路電壓表程序經(jīng)過編譯、調(diào)試等測試通過后，將生成文件加載人單片機(jī)模型，運(yùn)行電路系統(tǒng)。通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，輸入模擬采集電壓，觀察LCD液晶顯示器顯示數(shù)值，試驗結(jié)果表明達(dá)到預(yù)先設(shè)計要求。實際仿真試驗效果如圖6所示。

    5結(jié)束語

    本文論述了通過Proteus軟件的單片機(jī)仿真功能，實現(xiàn)了雙路電壓表電路系統(tǒng)虛擬設(shè)計，詳細(xì)介紹了針對實例硬件電路、軟件功能的設(shè)計思路。實例成功開發(fā)說明利用Proteus及C語言編譯軟件Kile C進(jìn)行單片機(jī)仿真電路設(shè)計，具有操作方便、觀察直接等優(yōu)點(diǎn)，可作為前期設(shè)計的方案驗證，推廣到工程應(yīng)用中，提高開發(fā)效率。

    6摘要：

    通過雙路電壓表設(shè)計實例介紹了Proteus在單片機(jī)仿真開發(fā)中的實踐應(yīng)用。雙路電壓表采用高可靠性的AT89C51單片機(jī)作為核心控制芯片，采用具有8位分辨率的雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832，通過調(diào)節(jié)RV1和RV2測量目標(biāo)，將兩路電壓測量數(shù)值顯示在LM016L液晶顯示屏上。通過Proteus軟件成功實現(xiàn)了雙路電壓表的設(shè)計仿真過程，經(jīng)仿真表明，利用Proteus軟件進(jìn)行仿真設(shè)計可極大地簡化單片機(jī)程序在目標(biāo)硬件上的調(diào)試工作。