单片机最小系统设计

电子科技大学光电信息学院课程设计（论文）课程名称单片机及应用

题目名称利用单片机仿真软件Proteus 进行单片机最

小系统的设计

学号2605301021

姓名张进

指导老师漆强

起止时间2009年5月1日至2009年5月30日

2009年5 月 30日

电子科技大学光电信息学院

课程设计任务书

一、课程名称单片机及应用________ __

二、课程设计题目_____ 利用单片机仿真软件Proteus 进行单片机最小系统的设计

三、课程设计目的

在学习课程《单片机及应用》之后，综合利用所学知识：包括单片机各个功能模块的应用，单片机程序的编写，单片机的硬件电路设计等。采用最新的单片机仿真软件Proteus可以在不进行印制板设计的条件下，真实的仿真单片机的所有资源。通过本设计，可以全面的检测学生对单片机系统设计的应用能力，培养学生的硬件设计能力和软件编写能力。

四、课程设计要求

学生需具备数字电路、模拟电路和单片机硬件设计的相关知识，掌握单片机的C语言设计，自学单片机的编程软件Keil C51和仿真软件Proteus。

五、课程设计任务和内容

1、学会使用单片机的编程软件Keil C51；

2、学会使用单片机的Proteus；

3、在Proteus中设计单片机的最小系统，包括时钟电路，复位电路，八段数码管显示电路和矩阵键盘电路；

4、编写该硬件系统的驱动程序，使单片机能够正常工作，进行数码管的显示和矩阵键盘的译码；

六、参考文献

1、《 MCS-51系列单片机应用系统设计》何立民，北京航空航天大学出版社；

2、《单片机的c语言应用程序设计》马忠梅等编著，北京航空航天大学出版社；

3、《单片机系统设计与开发--基于Proteus单片机仿真和C语言编程》张齐;朱宁西，机械工业出版社；指导教师签名：漆强日期：2009 年 3 月 13 日

利用单片机仿真软件Proteus 进行单片机最小系统的设计作者姓名：张进指导教师：漆强

摘要

近年来随着计算机在社会领域的渗透, 单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用。在智能化仪器仪表中，控制核心均为微处理器，而单片机以高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠而得到广泛应用，是设计智能化仪器仪表的首选微控制器，单片机结合简单的接口电路即可构成单片机最小系统，它是智能化仪器仪表的基础，也是测控，监控的重要组成部分。

本文利用单片机的编程软件Keil C51和仿真软件Proteus实现最小系统的设计与仿真。

关键字

单片机；最小系统；编程软件Keil C51；仿真软件Proteus；

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任务书 (2)

摘要 (3)

目录 (4)

引言 (5)

第一章概述 (6)

1．1单片机概述 (6)

1．2编程软件Keil C51 (6)

1．3仿真软件Proteus (7)

第二章硬件电路设计 (7)

2. 1 单片机AT89c52概述 (7)

2. 2 时钟电路 (8)

2. 3 复位电路 (8)

2. 4 四乘四键盘设计 (8)

2. 5 八位LED显示电路 (8)

2. 5. 1 位选电路 (9)

2. 5. 2 数码管示译码 (9)

2. 5. 3仿真软件Proteus下的显示电路 (10)

第三章仿真及调试 (11)

参考文献 (11)

附录1 (12)

附录2 (12)

课程设计总结 (15)

教师评阅表 (16)

近年来，随着自动化技术，测控技术，机电一体化技术日新月异的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，作为核心的部件，以其高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠而得到广泛应用。单片机开创了现代电子系统时代，它被嵌入到对象体系中、在对象体系中实现对象要求的数据采集、处理、状态显示、输出控制等功能，实现智能化控制，由于嵌入在对象体系中，嵌入式系统的计算机没有计算机的独立形式及功能。单片机完全是按照嵌入式系统要求设计的，因此单片机是最典型的嵌入式系统。单片机革新了原有电子系统，如微波炉采用单片机控制后，可方便地进行时钟设置、程序记忆、功率控制；空调机采用单片机后不但遥控参数设置方便，运行状态自动变换，还可实现变频控制。因此，当前单片机在电子系统中的广泛使用，使经典电子系统迅速过渡到智能化的现代电子系统。

单片机配合键盘，显示器件，就可以构成单片机最小系统。单片机最小系统是单片机的基础应用，其具有良好的扩展优势，外接如如传感部件， AD,DA 部件，显示部件，即可实现数据采集、处理、状态显示、输出控制等功能。

MCS-51系列单片机在高校的广泛推广,我国的51 市场占有率相当高,使用相当广泛,但是随着时间的推移关于51 单片机的使用也出现了不少的新问题。。MCS - 51系列单片机在最初设计时更多的考虑了系统外部ROM 与RAM 的扩展,其P0 口与P2 口设置的主要目的就是为了系统外部ROM 与RAM 的扩展需要,但是随着制造工艺与集成化程度的不断提高，单片机内部的ROM与RAM，也渐渐跟上了应用的步伐。

针对以上问题本，文提出的设计方案，节省端口资源，充分展示单片机强大功能。发挥51 系列单片机的应用价值。

第一章概述

1.1 单片机概述

单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。

早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。

基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。

现在常见的单片机有：MICROCHIP公司的PIC单片机；

台湾义隆公司的EMC单片机；

PHILIPS公司的PHLIPIS 51PLC系列单片机(51单片机)；

台湾盛扬半导体的HOLTEK单片机；

德州仪器提供了TMS370和MSP430两大系列通用单片机；

ATMEl公司的8位单片机AT89、AT90两个系列；

本设计采用的就是ATMEl公司的AT89C52单片机。

1.2 编程软件Keil C51

Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。

Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。

C51工具包的整体结构可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译

器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。

1.3 仿真软件Proteus

Proteus(海神)的ISIS是一款Labcenter出品的电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和IC，并支持单片机，元件库齐全，使用方便。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS一232动态仿真、1 C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、A VR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。支持大量的存储器和外围芯片。总之该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大，可仿真51、A VR、PIC。

第二章硬件电路设计

2. 1 单片机AT89c52概述

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。40 脚双列直插封装，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于

会聚调整时的功能控制。

2.2 时钟电路

如图一所示：采用12M晶体振荡器，与两个30PF电容，

构成常规时钟外接电路。

图一

2. 3 复位电路

51单片机通常采用上电自动位和

按钮复位两种方式，本设计采用上电按钮复

位，只要RST端保持两个机器周期以上的

高电平即可有效复位。由于本设计的晶体振

荡器采用的是12M，因此RC 采用典型值，

如图二所示：

显

图二

2. 4 四乘四键盘设计

本设计采用以P2 I/O端口为键盘输入端，按键设置在高，低四位的交点上，构成4×4的矩阵键盘。各键值相应为0x11,0x21,0x41,0x81, 0x12,0x22,0x42,0x82, 0x14,0x24,0x44,0x84, 0x18,0x28,0x48,0x88。

对键盘采取逐行扫描法，其方法是：一次发给列线送入低电平，查所有行线状态，如果是全为“1”，则所按下的键不在此行；若不全为“1”，则按下的键必在此行，而且是于零电平列线相交的那点。

其中横值接低位，纵值接高位，采用10k电阻限流。

Proteus仿真硬件电路以及具体实现见附录。

2.5 八位LED显示电路

2.5. 1位选电路

本设计采用 74LS138作为数码管位选的译码芯片，其工作原理如下：当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/(G2A)和/(G2B)）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。这里以P0 低3位位作为位选地址输出，第4位悬空,经过74LS1码后导通数管。

这里以P0 低位作为位选地址输出，经过74LS138译码后导通数码管。

74LS138的输出特性如下表：

2. 5. 2数码管示译码

这里用P0高4位做为显示输出，其值经过示译码芯片74LS48后送往6位7段数码管显示，显示过程有程序控制。

示译码/驱动器和LED七段数码显示管74LS48集成电路构成系统的七段数码显示管显示译码/驱动器。74LS48七段显示译码器输出高电平有效，将8421BCD码译成七段（a、b、c、d、e、f、g）输出，用以直接驱动LED七段数码显示对应的十进制数。[DCBA]是二进制码输入，要正确的执行显示功的功能端必须接合适的逻辑电平。74 LS48的输出特性如下：

对于0～9输入，[DCBA]相当BCD8421码。当超过9以后，译码器仍然有字型输出，具体见图三。当[DCBA]=1111时，数码管熄灭

图三

另一种实现方案为采用可编程逻辑元件制作译码器，使数码管正确显示为十六进制数字，如高于9时显示为“ABCDEF”。考虑到成本问题和大多数数据采集处理时习惯用十进制表示与计算，高于9的数值很少用到，一般情况下74LS48译码已经够用，如有需要可做备用方案。

2. 5. 3仿真软件Proteus下的显示电路

图四

如上图所示， 74ls48的三个控制端同时接高，输出端口顺次与数码管的（a , b ,c ,d,

e, f, g）连接，74ls138的三个使能端分别使之有效，(Y0~Y5)顺次与数码管位选连接，Y6，Y7悬空。

第二章调试与仿真

3. 1 keil下的编程

按上述流程图编程：

程序如附录2：

新建工程文件将附录中的程序文件添加到组中，调试成功后编译成HEX文件。

该程序为单片机主程序，须扩展时，由于设计之初，将p3端口空留下来，多出两个外部

中断，只需在主程序中打开中断控制寄存器IE中特定位，允许特定中断，并将扩展程序代码初始地址加载到中断入口中，完成扩展电路，即可正常工作。

3. 2 proteus中的仿真

按设计在 proteus 中放置元件，连接电路图，完成后，加载前面编译过的hex文件，运行仿真。

运行初始时，6位数码管全部显示为“0”，依次在键盘部分，按下键盘，数码管能够正确显示数值。

本设计中由于采用P0作为数码管输出端口，省去了作为输入端口需加上拉电阻的繁琐。

参考文献

【1】何立民，《 MCS-51系列单片机应用系统设计》，北京航空航天大学出版社；

【2】马忠梅等编著，《单片机的c语言应用程序设计》，北京航空航天大学出版社；

【3】姜志海等编著，《单片机原理及应用》，电子工业出版社；

【4】张齐;朱宁西，《单片机系统设计与开发--基于Proteus单片机仿真和C语言编程》机械工业出版社；

【5】（美）John F.Wakerly著，《数字设计原理与实践》（原书第四版），机械工业出版社；

附录1. Protues下整体图

附录2，keil下的c语言程序

#include

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

uchar code BTNTAB[]={0x11,0x21,0x41,0x81,

0x12,0x22,0x42,0x82,

0x14,0x24,0x44,0x84,

0x18,0x28,0x48,0x88

}; //键码表

uchar code LEDTAB[] = { 0x00,0x10,0x20,0x30,0x40,0x50,0x60,0x70, //0~7

0x80,0x90,0xA0,0xB0,0xC0,0xD0,0xE0,0xF0,0xFF //8-15

};/ /储存高位数值

void delay(uint timecount)

{ uint i;

for(i=0;i>timecount;i++);

return;

} //延时子程序

void main()

{ uchar a,b,c=0x00;//b 显示标志c 位选标志

uchar j=0x00; //位变标志

uchar data LEDDATA[6] ={0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05};// led数据缓冲区，低位为位值

void delay(uint); //子程序声明

while(1)

{

do{

P2=0xF0;

a=P2&0x0F;

c=0x00;

while(c<6)

{P0=LEDDATA[c];

c++;

delay(2000);

}//动态显示

}while(a==0x00);

delay(1000);

b=0x01;

do

{

P2=b;

a=P2&0xF0;

if(a!=0x00)

{

break;

}

else

{

b=b<<1;

}

}while(b!=0x10); delay(2000);//去抖动

a=P2&0xF0;

b=b&0x0F;

a=a|b; //寻找键位

b=0x00;

while (a!=BTNTAB[b]) {

b=b+1;

}

if(b<16)

{

if(j>=0x05)

j=0;

else

j++;

LEDDATA[j]=LEDDATA[j] & 0x0F; //去高位

LEDDATA[j]=LEDTAB[b] | LEDDATA[j]; //合成显示值

}

}

}

课程设计总结

在这里，首先要感谢的是漆强老师，若是没有他的指导，我不一定能坚持做完这个设计。

在设计中不断遇到问题，找出问题，解决问题的过程，有时让人着迷，有是让人无奈，令人着迷的是解决问题的那一瞬间的心旷神怡，令人无奈的是始终找不出问题时的眩晕，恼怒。不管如何，这设计终于做完了，也算是满载而归。

在整个过程中，我受益良多，首先就是学会了两款非常好用的应用软件 keil51和proteus ,这种模式的设计，将来定然还要遇到很多。早点接触到总是好的。其次就是深切的体会到设计工作的酸甜苦辣。也算是为将来的毕业设计打下了一些心理基础了。

本设计设计处于节省端口资源考虑，将位选与数显合成在一个端口上，同时空出了P1,P3端口，是因为在现在常用的单片机中P1,P3端口拥有第2功能键，如外部中断，计时器等等，空出后为系统的扩展留出了空间，更好的应用单片机的强大功能。

在编程方面，多余的动作在所难免，在以后的工作学习中随着熟练度的增加，相信自己总会有改进的。

最后再次感谢漆强老师的热诚指导。

电子科技大学光电信息学院课程设计（论文）教师评阅表

课程名称单片机及应用

题目名称利用单片机仿真软件Proteus 进行单片机最小系统的设计

学号2605301021

姓名张进