Proteus实例
教程
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清华大学出版社第7章单片机综合控制系统
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
实例7.1液晶显示电子密码锁7.2交通灯系统设计7.3基于51单片机的串口终端设计7.4基于51单片机的电机控制设计7.5实用波形输出仪系统设计7.1液晶显示电子密码锁内容： 利用单片机AT89C52和LM016L(LCD1602C)字符液晶显示器设计一电子密码锁，可通过键盘输入密码来开锁。连续三次输入密码错误时，系统会通过发光二极管闪烁和蜂鸣器报警。此外，还可通过键盘修改系统密码。训练目的：掌握字符液晶显示器模块LM016L的使用方法；掌握矩阵式键盘扫描程序的编程方法。7.1.1Proteus电路设计1.元件清单列表 打开ProteusISIS编辑环境，按表7-1所列的清单添加元件。 表7-1元件清单7.1液晶显示电子密码锁2.LM016L字符液晶模块介绍 LM016L是字符型液晶显示器，分两行显示，每行显示16个字符。第一行字符的地址为80H～8FH，第二行字符的地址为C0H～CFH。工作频率为250kHz。7.1液晶显示电子密码锁图7-1LM016L模块原理图符号、引脚和属性 模块引脚功能：D7～D0：数据或命令端；RS：“0”指定D7～D0中传送的是命令； “1”指定D7～D0中传送的是数据；RW：“0”进行写操作，即由单片机通过D7～D0向液晶显示器传送数据或命令； “1”进行读操作，即由液晶显示器通过D7～D0向单片机传送数据。7.1液晶显示电子密码锁3.电路原理图 按图7-2所示的原理图连接硬件电路。 7.1液晶显示电子密码锁图7-2Proteus中电路原理图7.1.2程序设计 本例的主程序
流程
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图如图7-3所示。7.1液晶显示电子密码锁图7-3主程序流程图7.1.3Proteus调试与仿真 电子锁的初始密码设为012345。 建立程序文件，加载目标代码文件，进入调试环境执行程序。系统操作方法如下： (1)按下“开锁”键，屏幕提示输入密码，可通过按键“0”～“5”输入6位数的密码，如图7-4(a)所示。7.1液晶显示电子密码锁图7-4(a)仿真片段1 (2)若密码错误，屏幕会提示第二次输入密码，一共3次机会。 (3)若第三次密码错误，报警灯点亮，同时蜂鸣器发出报警音，如图7-4(b)所示。7.1液晶显示电子密码锁图7-4(b)仿真片段2 (4)若密码输入正确，则开锁指示灯点亮，同时“密码修改”键有效，如图7-4(c)所示。7.1液晶显示电子密码锁图7-4(c)仿真片段37.2交通灯系统设计内容： 利用AT89C51单片机的并行口接红、黄、绿三种颜色发光二极管和两位LED数码管，模拟交通灯的变化规律，并用数码管显示时间。 首先，东西路口红灯亮，同时开始60秒倒计时； 南北路口“直行”绿灯亮，同时开始40秒倒计时，南北人行道绿灯亮。当南北路口倒计时至4秒时，黄灯开始闪烁，南北人行道红灯亮；7.2交通灯系统设计 倒计时至0秒时，直行灯变红，左转绿灯亮，同时开始20秒倒计时。当20秒倒计时结束时，南北路口红灯亮，开始60秒倒计时； 东西路口直行绿灯亮，开始40秒倒计时，东西人行道绿灯亮；按照上述变化规律依次循环。训练目的：掌握AT89C51单片机定时器的使用方法；掌握AT89C51单片机中断功能的使用方法了解道路交通灯的工作规律。 7.2交通灯系统设计7.2.1Proteus电路设计1.元件清单列表 打开ProteusISIS编辑环境，按表7-2所列的清单添加元件。 表7-2元件清单7.2交通灯系统设计2.电路原理图 在ProteusISIS的编辑区域中按图7-5所示的原理图连接硬件电路。 7.2交通灯系统设计图7-5Proteus中电路原理图 图7-6分别给出了四个方向交通灯及数码显示的连线。7.2交通灯系统设计图7-6交通灯和倒计时数码管电路原理图 图7-7给出了单片机AT89C51的I/O连线及人行道指示灯电路原理图。7.2交通灯系统设计图7-7单片机控制及人行道指示灯电路原理图 图7-8给出了特殊控制电路原理图。7.2交通灯系统设计图7-8特殊控制电路原理图7.2.2程序设计 本例的程序流程图如图7-9所示。7.2交通灯系统设计图7-9程序流程图7.2.3Proteus调试与仿真 建立程序文件、加载目标代码文件，在ProteusISIS界面中，单击按钮启动仿真，观察数码管及LED灯的显示。 当按下“繁忙”按钮后，繁忙指示灯点亮，系统进入繁忙工作状态。此时，东西道路直行红灯时间变为45秒，南北直行绿灯时间变为30秒，左转绿灯时间变为14秒，系统重新开始运行。通过“时间+”、“时间-”按钮可以手动修改道路直行红灯时间。7.2交通灯系统设计7.3基于51单片机的串口终端设计内容： 工业中利用各种PLD来采样监控设备，本例通过上下位机的通信可以更加便利地进行集成化工业管理。本例学习终端控制设计。训练目的：掌握AT89C51单片机定时器的使用方法；掌握AT89C51单片机中断功能的使用方法；掌握串口的使用方法；掌握LCD的使用方法。 7.3.1Proteus电路设计1.元件清单列表 打开ProteusISIS编辑环境，按表7-3所列的清单添加元件。 表7-3元件清单7.3基于51单片机的串口终端设计表7-3元件清单（续上表）7.3基于51单片机的串口终端设计 2.电路原理图 在ProteusISIS的编辑区域中按图7-10连接硬件电路。7.3基于51单片机的串口终端设计图7-10Proteus中电路原理图7.3.2程序设计 本例中，程序流程图如图7-11所示。7.3基于51单片机的串口终端设计图7-11程序流程图7.3.3Proteus调试与仿真 使用任一种虚拟串口软件，虚拟出串口COM4(本例使用COM4，可在单片机属性中设置)，PC端使用任一种串口调试软件与单片机用COM4进行通信，PC端发出的命令即为需要设置的电压，PC端接收到的数据即为采集来的电压。同时单片机会把采集来的电压值显示在LM016L上，便于做数据对照。 当电压变化时单片机才上传数据，如果电压随时间变化，则单片机上传的是实时数据。系统仿真结果如图7-10所示。7.3基于51单片机的串口终端设计图7-10Proteus仿真结果7.3基于51单片机的串口终端设计7.4基于51单片机的电机控制设计内容： 学习电机驱动相关知识。训练目的：掌握AT89C51单片机控制电机的方法；掌握图形液晶显示器的使用方法。 7.4.1Proteus电路设计1.元件清单列表 打开ProteusISIS编辑环境，按表7-4所列的清单添加元件。 表7-4元件清单7.4基于51单片机的电机控制设计2.PG160128A液晶显示器介绍 PG160128A是一种中英文文字与绘图模式的点阵液晶显示器，内建512KB的ROM字形码，可以显示中文字型、数字符号、英日欧文等字母，并且内建双图层(TwoPage)的显示内存。在文字模式中，可接收
标准
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中文文字，内码直接显示中文，而不需要进入绘图模式。如以绘图方式描绘中文，可以节省许多微处理器时间，提升液晶显示中文的处理效率。PG160128A除了支持8080/6800系列的MCU外，也提供4位或8位的数据总线接口。有多种字号可供选择使用，如16×16、32×32、48×48、64×64及不同比例的混合显示模式，同时内建的512字节SRAM提供了自行造字的功能。 PG160128A的引脚与LM016L有相似之处，具体内容请参考7.3节。同时，要想详细了解、使用和编程此款液晶显示器，必须掌握它的控制器(T6963C)的使用方法，请阅读第9章相关内容。 7.4基于51单片机的电机控制设计 如果要了解一种液晶显示器使用的是哪种控制器，在Proteus中双击元件，在打开的元件属性设置对话框中，单击“Help”，弹出一个英文帮助文件，其中会显示该液晶显示器所采用的控制器型号。单击“Data”，会弹出该控制器使用说明的pdf文件(英文)下载链接，学起来非常方便。如果觉得英文阅读不方便，也可以直接在网上查到相关中文说明书。不过常用的控制器主要有三种：HD44780、T6963C、KS108，第一种用于控制字符液晶显示器，后两种用于控制图形液晶显示器。7.4基于51单片机的电机控制设计3.电路原理图 在ProteusISIS的编辑区域中按图7-12所示的原理图连接硬件电路。 7.4基于51单片机的电机控制设计图7-12Proteus中电路原理图 图7-12中，单片机作为核心控制器，主要进行信息处理。PG160128A显示电动机的转速以及旋转方向等信息。键盘上的按键用来控制电动机运行：按键“=”控制电动机顺时针运转，按键“on/c”控制电动机逆时针运转，按键“+”控制电动机加速运行，按键“-”控制电动机减速运行。两个示波器分别显示P1.1口输出波形和电动机运行时的波形。7.4基于51单片机的电机控制设计7.4.2程序设计 系统程序流程如图7-13所示。7.4基于51单片机的电机控制设计图7-13程序流程图7.4.3Proteus调试与仿真 按下键盘上的按键“=”，电动机可顺时针运转，所得电动机转速为149r/min，结果如图7-14。7.4基于51单片机的电机控制设计图7-14电动机顺时针运转 按下键盘上的按键“on/c”，电动机可逆时针运转，所得电动机转速为116r/min，结果如图7-15。 按键“+”可使电动机加速运行；按键“-”可使电动机减速运行。7.4基于51单片机的电机控制设计图7-15电动机逆时针运转 示波器QQQ显示P1.1口输出的脉冲宽度调制波形(即PWM波)，该波形通过改变脉宽的平均值(也就是占空比)，达到调节电动机转速的目的。7.4基于51单片机的电机控制设计图7-15电动机逆时针运转 所谓占空比，是指高电平在一个信号周期内所占的比重，比重大，则占空比大，电动机的转速就高，否则转速就低。比如PWM波若是高3低7(3秒高电平然后7秒低电平)，和高6低4必然会不一样，同样是10秒的周期，肯定是后者转的快，这样，就达到了调速的目的。图7-14中的PWM波占空比大，电动机的转速(149r/min)就高于图7-15中的电动机转速(116r/min)。示波器WWW显示电动机运行波形。7.4基于51单片机的电机控制设计7.5实用波形输出仪系统设计内容： 设计一种以AT89C51单片机为核心，集按键电路、显示电路及信号输出电路于一体的实用信号输出系统。软件以C语言为基础，通过构建键盘扫描与处理显示程序模块、正弦波发生程序模块、三角波发生程序模块、方波发生程序模块以及锯齿波发生程序模块完成对系统硬件的操作。用户通过按键及LED显示实现人机交互，获得用户想要的波形信号。训练目的：掌握AT89C51单片机的综合控制系统设计方法；掌握各种波形的发生原理。 7.5.1Proteus电路设计1.元件清单列表 打开ProteusISIS编辑环境，按表7-5所列的清单添加元件。 7.5实用波形输出仪系统设计表7-5元件清单7.5实用波形输出仪系统设计2.电路原理图 系统结构框图如图7-16所示。 7.5实用波形输出仪系统设计图7-16系统结构框图主控芯片采用Atmel公司的AT89C51，12MHz晶振。对AT89C51的P0口数据采用74LS373进行锁存后，经过DAC0832进行D/A转换。数码显示器采用高亮8位共阴极数码管。8位D/A转换器采用DAC0832。运算放大器采用LM324。 7.5实用波形输出仪系统设计 1)显示器接口设计 系统显示电路如图7-17所示。 7.5实用波形输出仪系统设计图7-17系统显示电路 采用软件译码动态显示，把要显示的字码输送到P2口，再经过74LS373进行数据锁存，P3口作为位选控制信号。 由于采用的是共阴极数码管，当需要显示哪一位的时候，只要让相应的位选控制信号输出低电平就可以。例如，要在第一个数码管显示P，那么在P2口就要输出73H字段码，同时P3口输出FEH位选码。 7.5实用波形输出仪系统设计 2)键盘接口设计 系统键盘结构如图7-18所示。 7.5实用波形输出仪系统设计图7-18系统键盘实现电路 图7-18中，单片机的P1.0～1.1接键盘的行线，P1.4～1.7接键盘的列线，工作原理如下：判断键盘中有无键按下：将全部行线P1.0～P1.1置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平列线与两根行线相交叉的按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键被按下。 判断闭合键所在的位置：在确认有键按下后，即可进入确定具体某个闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其他行线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。7.5实用波形输出仪系统设计 3)D/A转换设计 系统的D/A转换电路，如图7-19所示。7.5实用波形输出仪系统设计图7-19系统D/A实现电路 本系统由VREF提供参考电压，相应参考电流为I=VREF/R1。电容C4提供补偿，OUT端输出电流，经过LM324运算放大器转换成电压。 所以输出电压：7.5实用波形输出仪系统设计 4)电压变换设计 采用LM324组成的信号转换电路原理图如图7-20所示。7.5实用波形输出仪系统设计图7-20系统信号转换电路 完整电路原理图，如图7-21所示。 7.5实用波形输出仪系统设计图7-21Proteus中系统完整电路原理图7.5.2程序设计1.总体设计 系统的软件包括几个程序模块：初始化程序、显示程序、键盘扫描与处理程序、定时器0服务程序、正弦波发生及其服务程序、三角波发生程序、方波发生程序和锯齿波发生程序。7.5实用波形输出仪系统设计2.各功能模块程序设计 1)系统初始化程序设计 程序能完成如下工作： 显示2秒的00000000初始化界面。 初始频率设置为1000Hz。 将频率值转换成定时器的初值，设置方式寄存器TMOD，使定时器0工作于方式1，即16位定时器方式。 设置定时器0的两个8位寄存器TH0和TL0，写入定时器0定时初值，然后设置定时器/计数器的控制寄存器TCON，启动定时器0工作。 让8位共阴极数码管显示初始频率(1000Hz)和产生波形的类型(波形1：正弦波，波形2：三角波，波形3：方波，波形4：锯齿波)。 转键盘扫描程序。7.5实用波形输出仪系统设计 系统初始化程序流程如图7-22所示。7.5实用波形输出仪系统设计图7-22初始化流程图 2)键盘扫描程序设计 单片机系统中，键盘扫描是CPU工作的主要内容之一。单片机对它的控制有三种方式：程序控制扫描方式、定时扫描工作方式、中断工作方式。 本系统采用程序控制扫描工作方式。系统中的键盘行列线连接于AT89C51的P1口上。键盘扫描程序自复位后就开始工作，时刻监视键盘有无键按下。在监视键盘过程中，允许定时器T0中断，即同时动态显示数据和输出波形。一旦有键按下，先延时10ms，去除键的抖动，然后关中断，不允许定时器T0发生中断。 键盘扫描程序流程图如图7-23所示。7.5实用波形输出仪系统设计7.5实用波形输出仪系统设计图7-23键盘扫描流程图 键盘处理程序键值解释如表7-6所示。7.5实用波形输出仪系统设计表7-6键盘处理程序 3)中断服务程序设计 采用定时器T0定时中断，根据不同的choice值，产生不同的波形。其中方波的占空比可以通过K变量来控制。 定时器的初值可以这样计算： f=100000*ww+1000*qw+100*bw+10*sw+gw; t=1000000/f; th=-t/256; //定时器高八位值 tl=-t%256; //定时器低八位值7.5实用波形输出仪系统设计 4)正弦波发生程序设计 DAC0832是8位D/A转换器件，其工作电压是0～5V。当输入数字量00H时，输出为0V电压；当输入数字量80H时，输出为2.5V电压；当输入数字量FFH时，输出为5V电压。单片机的I/O输出均为+5V的TTL电平，因此产生的正弦波幅值为+2.5V。将一个周期内的正弦波形等分为256份，即为256个点，那么第1点的角度为0°，对应的正弦值为2.5sin0°；第2点的角度为360°/256，对应的正弦值为2.5sin(360°/256)，……，如此计算下去。将这些模拟量正弦值都转换为单极性方式下的数字量，得到一张按照点号顺序排列的正弦波波形数据表。而每次送到74LS373的八位二进制数字量是根据正弦波形数据表而得到的。7.5实用波形输出仪系统设计 其实在计算正弦波形数据的时候，并不需要算出整个0～2π区间的每一个正弦量值，而只需计算出0～π/2中的值，其他区间的值通过转换0～π/2中的值得到。比如π/2～π的值可以和0～π/2值一一对应，而π～2π的值可以对0～π区间的值取反得到。计算值可以用C语言编程得到。 幅度公式为Y=2.5［1+sin(90N/64)］(N=0,1,2,……,64)，相应的Y值数字化后的递增量δ=5/255≈0.0196，这样每一个点相对于前一个点的递增率为A=(Y2-Y1)/δ(Y2为当前的点，Y1为前一个点)。 所以每一个点的数字量与递增率A成一一对应关系。7.5实用波形输出仪系统设计数字量化C程序：#include<math.h>main(){intn，i=0，j，k；floaty=0，a=3.1415926，b=0，c=2.5000，d=0；for(n=0；n<=64；n++){ y=2.5*sin(a*n/128)+2.5； b=y； //b，y为当前幅度值 d=b-c； //d为递增率 j=d/0.0196； //j为数字递增率，0.0196为δ k=128+j； //k为数字量 printf(“%d，%f，%f，%d，%d\n”，i，y，d，j，k)； i++；}}7.5实用波形输出仪系统设计7.5实用波形输出仪系统设计表7-7正弦波形数据表正弦波形数据表如表7-7所示。7.5实用波形输出仪系统设计（续前表）7.5实用波形输出仪系统设计（续前表） 5)三角波发生程序设计 由于三角波的函数值比较容易计算，所以不必要像正弦波那样使用表格。可直接通过如下程序段获得。 elseif(wave_choice==2)//三角波 { if(c<=128) { P0=c; } else { P0=255-c; } c++; }7.5实用波形输出仪系统设计 6)方波发生程序设计 方波发生程序通过延时的方法实现，只用一个主程序即可。因为产生一个方波只需要高、低电平，所以程序比较简单。先给定一个频率，再计算所需的延时即可。实现方波的程序如下： elseif(wave_choice==3)//方波 { k=zk*256/100; d++; if(d<=k) {P0=0x00;} else {P0=0xff;}}7.5实用波形输出仪系统设计 7)锯齿波发生程序设计 锯齿波中的斜线用一个个阶梯波来逼近，在一个周期内从最小值开始逐步递增，当达到最大值后又回到最小值，如此循环，当台阶间隔很小时，波形基本上近似于直线。选择适当的循环时间，可以得到不同周期的锯齿波。锯齿波发生原理与方波类似，只是高低电平两个延时的常数不同，所以用延时法来产生锯齿波。 elseif(wave_choice==4)//锯齿波 { if(e<=255) {P0=255-e;} else {P0=0;} e++; }7.5实用波形输出仪系统设计7.5.3Proteus调试与仿真 (1)要产生一个波形，正确的操作过程如下： ①在接通电源后，电源指示灯亮，按下复位键，显示器显示“00000000”。 ②输入波形代号：按下键盘上的BX键，同时在显示器第三位上将显示所键入的数字，这个数字被认为是选定的波形代号。 ③选好波形后，由于GW、SW、BW、QW、WW分别对应频率的个位、十位、百位、千位、万位。选择相应的按键，进行频率调整。 ④频率值最多输入5位，从0001到50000。 ⑤输入完波形代号与频率后，输出端将产生想要的波形及相应的频率。7.5实用波形输出仪系统设计 (2)初始界面显示00000000，如图7-24所示； (3)频率为1000Hz的正弦波仿真结果如图7-25所示；7.5实用波形输出仪系统设计图7-24初始化仿真窗口图7-25正弦波仿真输出 (4)频率为1000Hz的三角波仿真结果如图7-26所示； (5)占空比为50%、频率为1000Hz的方波仿真结果如图7-27所示；7.5实用波形输出仪系统设计图7-26三角波仿真输出图7-27方波仿真输出 (6)频率为1000Hz、1007Hz的锯齿波仿真结果如图7-28所示。7.5实用波形输出仪系统设计图7-28锯齿波仿真输出谢谢观看!
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