作者：金杰,郭宝生
出版社：电子工业出版社
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基于Proteus仿真的单片机技能应用(双色)试读：
前言
由于MCS-51系列单片机具有简单易学，使用广泛等特点，在我国学习MCS-51单片机的人数之多、应用之广，是其他种类的单片机不可比拟的，从工业控制系统到日常工作和生活的方方面面，以及大、中专院校的电子电工类技能竞赛都可以见到它的身影，它经典的结构使其成为单片机学习的入门首选。由于Intel公司将MCS-51单片机的核心技术授权给了其他一些公司，很多芯片公司也相继推出了基于标准MCS-51单片机或与其兼容的单片机，使MCS-51系列单片机型号更多、功能更丰富。
单片机课程是一门很有价值、实践性很强又很有趣味的一门课程，但它必须针对具体的单片机及外围电路来完成，很多公司开发了专门用于学习单片机的实验台、实验箱和开发实验板等实验设备，但由于这些设备一般价格昂贵、实验项目有限，无法满足所有学习者的需要。本书基于英国Labcenter公司的具有单片机系统仿真功能的Proteus软件和德国Keil公司的μVision集成开发软件，介绍MCS-51单片机的应用开发技术及单片机C语言程序设计技术，使读者仅用一台计算机就可以构建一个功能强大、内容丰富的单片机虚拟实验室。目前Proteus支持MCS-51、AVR、PIC等多种单片机的仿真，系统提供各种模拟、数字、机电以及传感类等元器件，同时还提供了万用表、示波器、信号发生器、逻辑分析仪等多种虚拟仪器，用Keil C设计的程序可以在用Proteus设计的仿真电路中设计和运行，完成单片机应用程序设计和系统开发。
本书以国内最流行的MCS-51单片机的硬件和软件的设计为背景，以C51语言为基础，采用案例教学法，通过案例学习单片机知识。
本书项目一和项目三详细介绍了仿真软件Proteus和集成开发软件Keil C的操作方法、单片机外部引脚和内容结构以及C语言程序设计基础，其他项目则通过40个单片机C语言程序设计案例，贯穿了MCS-51单片机的并行I/O口编程、中断程序设计、定时/计数器应用、串口通信程序设计，其中还涉及LED、扬声器、继电器、数码管、LED点阵、液晶显示器、A/D转换等接口电路和编程方法，各案例分别对相关知识和技术要点进行阐述和分析，通过对这些案例的设计、分析和调试，使读者逐步掌握使用C语言设计开发单片机应用系统的能力。
本书由郑州市电子信息工程学校金杰、郭宝生任主编。湖南省江华县职业中专吕志任副主编。参编老师分工如下：涂冰峰编写项目一，郭宝生编写项目三，安徽商贸职业技术学院王正勤编写项目四，吴迪、吕志编写项目五，金杰编写项目八，河南信息工程学校宋红相编写项目二，河南省轻工业学校余珊珊、张靖辉编写项目六，徐俊艳编写项目七。本书在创作中得到了王国玉工程师、浙江天煌科技实业有限公司林初克技师和郑州轻工业学院杨存祥教授的指导和帮助，在此一并向他们表示诚挚的谢意。
在教学实施中，任课教师可根据学生及学时等具体情况对书中的项目及案例适当调整和取舍。
由于编者水平有限，加之时间仓促，书中难免存在错误和疏漏之处，在此恳请读者多提宝贵意见。
编者
2014年2月项目一 认识单片机及其开发工具
现代人类生活中所用的几乎每件有电子器件的产品中都含有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电子产品中都含有单片机。汽车上一般配备40多片单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百片单片机在同时工作。单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算机的总和，甚至比人类的数量还要多。知识目标
1.了解单片机的基本结构
2.掌握MCS-51 单片机的外部引脚及其功能
3.掌握单片机中的数制
4.会应用单片机最小应用系统技能目标
1.掌握仿真软件Proteus的基本操作
2.掌握集成开发软件Keil C51的基本操作
3.会使用Proteus和Keil C51建立项目并掌握联调方法
项目基本技能技能应用一 仿真软件Proteus的使用一、仿真软件Proteus简介
Proteus 软件是由英国 Labcenter Electronics 公司开发的EDA（电子设计自动化）工具软件，已有近20年的历史，在全球得到了广泛应用。Proteus 软件的功能强大，它集电路设计、印制电路板设计及仿真等多种功能于一身，软件提供了大量模拟与数字元器件及外部设备，各种虚拟仪器（如电压表、电流表、示波器、逻辑分析仪、信号发生器等），不仅能够对电工、电子技术学科涉及的电路进行设计与分析，还能够对主流单片机进行设计和仿真，并且功能齐全，界面多彩，是近年来备受电子设计爱好者青睐的一款新型电子线路设计与仿真软件。
目前，Proteus仿真系统支持的主流单片机有ARM7、8051/52系列，AVR系列、PIC系列、HC11系列等，它支持的第三方软件开发、编译和调试环境有Keil μVision2/3、MPLAB等。
Proteus软件和其他电路设计仿真软件最大的不同在于它的功能不是单一的，在Proteus中，从原理图设计、单片机编程、系统仿真到PCB设计一气呵成，真正实现了从概念到产品的完整设计。Proteus 从原理图设计到PCB设计，再到电路板完成的流程，如图1-1所示。图1-1 使用Proteus设计电路板流程
小贴士
本教材仅使用Proteus软件的单片机仿真功能，这时，它就相当于一个功能强大的虚拟实验室，我们就在这个实验室里学习单片机技术知识以及完成所有的实训项目。二、建立第一个仿真电路
我们首先来感受一下Proteus软件强大功能。如果已经安装Proteus 7.8软件，打开本书配套资料中的“仿真实例\1-01”文件夹，双击“1-01.DSN”图标，弹出如图1-2所示的Proteus仿真原理图。图1-2 Proteus仿真原理图
单击仿真工具栏中的运行按钮，系统就会启动仿真，这时我们就能看到形象逼真的流水灯效果。下面我们就来建立这个仿真电路。
1.Proteus ISIS的工作界面
Proteus主要由ISIS和ARES两部分组成，ISIS的主要功能是原理图设计及交互仿真，ARES主要用于印制电路板的设计。
Proteus软件安装完成后，选择Windows的【开始】→【程序】→【Proteus 7 Professional】→【ISIS 7 Professional】，即可启动Proteus ISIS 7.8，其工作界面如图1-3所示。窗口最上面是菜单栏，菜单栏下面是标准工具栏，窗口左边是含有三个组成部分的模式选择工具栏，主要包括主模式图标、部件模式图标和二维图形模式图标，包含了原理图设计的所有工具。
模式选择工具栏右边的两个小窗口分别是预览窗口和对象选择窗口，预览窗口显示当前仿真电路的缩略图，对象选择窗口列出当前仿真电路中用到的所有元件、可用终端及虚拟仪器等，当前所显示的可选择对象与当前所选择的操作模式图标对应。
Proteus主窗口右边的大面积区域是仿真电路原理图编辑窗口。Proteus主窗口最下面有仿真运行、暂停及停止等控制按钮。图1-3 Proteus的工作界面
2.仿真电路原理图设计
我们要设计的流水灯电路共有7种元件，如表1-1所示。表1-1 流水灯电路用到的元件名称及所在的库（1）将所需元件加入到对象选择窗口
单击对象选择按钮，弹出“Pick Devices”对话框，由于软件元件库中没有AT89S51，我们用AT89C51代替，在“Keywords”输入框中输入“AT89C51”，系统在对象库中进行查询，并将搜索结果显示在“Results”中，如图1-4所示。在“Results”栏的列表项中，双击“AT89C51”，即可将“AT89C51”添加至对象选择窗口。
重复上述步骤可将所有需要的元件添加至对象选择窗口，最后关闭“Pick Devices”对话框。在对象选择窗口中，已有了AT89C51、CRYSTAL、CAP、CAP-ELEC、RES、BUTTON、LED-GREEN七个元件对象，如图1-5所示。单击相应的元器件，在预览窗口中显示其实物图。（2）放置元器件至图形编辑窗口
在对象选择窗口中，单击选中AT89C51，将鼠标置于图形编辑窗口中至欲放置该对象的地方，再单击鼠标左键，完成该对象的放置，如图1-6所示。
按照同样的操作，将电路所有的元件放置在图形编辑窗口中，如图1-7所示。图1-4 添加元件到对象选择窗口图1-5 已添加元件的对象选择窗口图1-6 放置元件AT89C51图1-7 放置完所有元件
如果需要旋转对象或调整对象的朝向，右键单击该对象，单击相应菜单即可。（3）编辑对象的属性
当需修改元件的参数（如标号、阻值、容量等）时，可以通过“Edit Component”对话框进行编辑。双击对象打开属性编辑对话框。如图1-8所示的是电阻的属性编辑对话框，在该对话框中可以改变电阻的标号、电阻值、PCB封装以及是否把这些东西隐藏等。这里我们将电阻值改为270Ω，修改完成后，单击“OK”按钮即可。（4）放置电源及接地符号
如果需要放置电源或接地端子，可以单击工具箱的终端模式按钮，这时对象选择窗口便出现一些接线端，其中POWER为电源正极，GROUND为电源地，放置方法同元件放置方法。图1-8 编辑对象属性对话框（5）元器件之间的连线
下面，我们来操作将单片机的18脚连到晶振的上端。当鼠标指针靠近单片机18脚的连接点时，鼠标指针出现一个红色方框，表明找到了18脚的连接点，单击鼠标左键，移动鼠标，当鼠标靠近晶振上端的连接点时出现一个红色方框，同时出现绿色连线，单击鼠标左键，完成该连线的绘制。
Proteus具有自动路径功能，当选中两个连接点后，将会自动选择一个合适的路径连线。
按照同样的方法完成所有连线，便得到如图1-9所示的仿真电路图。图1-9 完成后的仿真电路图
小贴士
我们在绘制原理图的过程中如果想放大、缩小或者移动图纸，可以使用鼠标的滚轮实现，向前滚动滚轮可以以鼠标为中心放大图纸，向后滚动滚轮可以以鼠标为中心缩小图纸，按下滚轮键可以移动图纸，再次按下滚轮键则可以释放图纸。
3.仿真运行
在进行模拟电路、数字电路仿真时，只需单击仿真运行按钮就可以了。仿真单片机应用系统时，应将应用程序目标文件（HEX文件）载入单片机，就好像是烧录到单片机的程序存储器。载入目标文件的方法是，双击打开AT89C51的属性编辑对话框，如图1-10所示。单击“Program File”输入框后面的按钮，出现文件选择对话框，选中并打开本书配套资料中的“仿真实例\1-01”文件夹中的“1-01.hex”文件，然后单击“OK”按钮，完成将目标文件载入单片机芯片中，单击按钮就可以看到程序运行的结果了。图1-10 单片机载入目标文件对话框三、Proteus高级应用
1.模式选择工具栏
窗口最左边是模式选择工具栏，主要包括主模式图标、部件模式图标和二维图形模式图标三部分，包含了大量的与绘制电路图有关的对象，选择相应的工具栏图标按钮，系统将提供不同的操作功能。模式选择工具栏中各图标的功能及简要说明如表1-2所示。表1-2 模式选择工具栏各图标功能说明续表
2.元件选择
Proteus提供了大量的元器件，通过对象选择按钮P（Pick from Library），我们可以从元器件库中提取需要的元器件，并将其置入对象选择器中，供今后绘图时使用。为了寻找和使用元器件的方便，现将元器件分类与子类名称及对应中文列于表1-3中。表1-3 元器件分类及子类续表续表续表
3.总线的绘制（1）以总线进行连接的电路如图1-11所示
使用总线的目的：图1-11 使用总线连接的电路图
① 在画数字电路时，需要对大量导线类型相同的数据和地址进行连线，这时就需要使用总线用以简化电路图的连线，使电路图占用的面积小，且美观、清晰。
② 在复杂的电路图中使用总线，可以清晰快速地理解多连线元件间的关系。
因为即使是自己设计绘制的电路图，时间间隔较长时，也会忘记。在读别人的电路图时也会因为总线的使用而加快理解速度。（2）总线的绘制过程
总线的绘制过程如表1-4所示。表1-4 总线的绘制过程续表
小贴士
总线的意义在于美观、清晰以及电路易读性，其并不具备电气属性，在电路中真正表示电路连接关系的是网络标号，即网络标号相同的导线是连接在一起的。在上面的例子中，即使没有总线，仅有网络标号，仍能达到相同的电路连接关系。
4.探针
在Proteus中，探针包括电压探针和电流探针。
电压探针（Voltage Probes）：既可在模拟仿真中使用，也可在数字仿真中使用。在模拟电路中记录真实的电压值，而在数字电路中，记录逻辑电平及其强度。
电流探针（Current Probes）：仅可在模拟电路中使用，并可显示电流方向。
探针既可用于基于图表的仿真，也可用于交互式仿真。
5.激励源
激励源为电路提供输入信号。Proteus ISIS 为用户提供了各种类型的激励源，单击工具箱中的按钮，在对象选择窗口中列出所有的激励源名称，如图1-12所示。表1-5列出了Proteus中各种激励源的功能及使用说明。图1-12 Proteus中的激励源列表表1-5 Proteus中各种激励源的功能及使用说明
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]