基于Proteus的Led大屏幕的設(shè)計與仿真_圖文

1、 :360元 /年 技術(shù) 創(chuàng)新仿 真 技 術(shù)PLC 技術(shù)應(yīng)用 200例 您 的 論 文 得 到 兩 院 院 士 關(guān) 注基于 Proteus 的 Led 大屏幕的設(shè)計與仿真Design and Sim ulation of Led Display Based on Proteus(武漢科技大學(xué) 王 孟 陳 林WANG Meng CHEN Lin摘要 :通 過 用 Proteus 軟 件 對 Led 大 屏 幕 進(jìn) 行 的 設(shè) 計 與 仿 真 , 闡 述 了 Led 大 屏 幕 的 顯 示 原 理 , 詳 細(xì) 介 紹 了 Proteus 的 特 點 、 基 本的 使 用 方 法 以 及 Prote

2、us 在 單 片 機(jī) 系 統(tǒng) 硬 、軟 件 開 發(fā) 與 仿 真 中 的 應(yīng) 用 。 它 能 有 效 地 提 高 開 發(fā) 效 率 、 降 低 開 發(fā) 成 本 、 縮 短 開 發(fā) 周 期 , 對 于 單 片 機(jī) 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 、電 子 電 路 的 開 發(fā) 和 教 學(xué) 等 具 有 很 大 的 實 用 價 值 。 整 個 設(shè) 計 過 程 充 分 體 現(xiàn) 了 該 軟 件 在 實 際 系 統(tǒng) 開 發(fā) 中 的 有 效 性 和 實 用 性 。關(guān)鍵字 :Proteus ; Led 大屏幕 ; 仿真 ; 單片機(jī) 中圖分類號 :TP368文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :BAbstract:The design and simula

3、tion of the Led Display carried out by Proteus software have explained the principle of the Led Dis-play. The specialty, the basic using skills of Proteus and its application in the development and simulation of the hardware and soft-ware of MCU have been introduced in particular. The Proteus softwa

4、re can effectively improve the development effect, cut the devel-opment cost and shorten the development period. It attaches great utility value to the application system of MCU, the development of Electronics, teaching and so on. The whole design process fully embodies its validity and utility in t

5、he real development system. Key words:Proteus; Led Display; Simulation; MCU文章編號 :1008-0570(200806-1-0233-031引言單片 機(jī) 體積 小 、 重 量輕 而 且 性價 比 高 , 在越 來 越 多的 領(lǐng) 域 中得到廣泛應(yīng)用 。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程中 , 按照傳統(tǒng) 的模式 , 先根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)要求完成原理圖的設(shè)計 、 PCB 電路圖 繪制 、 電路板制 作 以 及元 器 件 的焊 接 等 , 然后 通 過 仿真 器 對 系 統(tǒng)硬件和軟件調(diào)試 , 最后將調(diào)試成功的程序固化到單片機(jī)中 。 這一過

6、程 中 的 主要 問 題 是 , 在 開 發(fā) 過程 中 需 要大 量 的 硬件 設(shè) 備 , 不僅易損壞而 且 攜 帶不 方 便 , 另外 在 系 統(tǒng)調(diào) 試 的 過程 中 還 要擔(dān)心硬件的故障問題 , 如需要修改硬件 , 要重新制板 , 在時間 上和投入上帶來很大的不便 。 Proteus 軟件的出現(xiàn)恰好解決了這 個問題 。Proteus 軟件 是 英 國 Labcenter Electronics 公 司 開 發(fā) 的 電 路分析與實物仿真軟件 。 它可以仿真 、 分析 (SPICE 各種模擬器件和集成電路 。 利用它可隨時搭建一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)并對其仿 真 , 而且 Proteus 單片機(jī)仿真

7、軟件無需建立物理原型就能完全 進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng) 的 設(shè) 計和 測 試 , 大大 提 高 了開 發(fā) 效 率 、 降 低 開 發(fā)成本 、 縮短開發(fā)周期 。2Proteus 軟件環(huán)境Proteus 軟件是專用于開發(fā)單片機(jī)的集成軟件 , 可以支持許 多型 號的 單 片 機(jī)仿 真 , 該 軟件 的 單 片機(jī) 仿 真 庫里 有 51系 列 、 PIC 系列 、 AVR 系列等 。 Proteus 軟件中包含了大量的電子元器件 庫 , 如 各 種 芯 片 、 按 鍵 、 顯 示 器 , 示 波 器 等 , 可 供 用 戶 采 用 。 Proteus 對原理圖輸入 、 單步調(diào)試 、 實時仿真 、 PCB 設(shè)計等

8、幾種功 能都作了集成 。 在 Proteus 環(huán)境中 , 可以直接對電路的原理圖進(jìn)行設(shè)計 。 針對系統(tǒng)功能設(shè)計的程序 , 可裝入原理圖的單片機(jī)中 , 進(jìn)行單步 、 斷點和連續(xù)運行等多種調(diào)試方式 。 也可以將 Proteus 與 Keil C51集成開發(fā)環(huán)境連接起來進(jìn)行軟 、 硬件結(jié)合的調(diào)試 。 程序運行的 狀態(tài)在原理圖中相關(guān)期間實時顯示出來 , 模擬了實際電路的運 行狀況 。 設(shè)計的電路原理圖 , 可生成相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)表 , 并在 PCB 設(shè) 計中被調(diào)用 。3基于 Proteus 的單片機(jī)設(shè)計開發(fā)以 Led 大屏幕顯示系統(tǒng)的設(shè)計與仿真為例 , 來更加直觀地 說明 Proteus 軟件在單片機(jī)應(yīng)用系

9、統(tǒng)開發(fā)中的實用特點 。 本文 設(shè)計的是一個 32×16的 Led 大屏幕 , 可以顯示出 2個漢字 (本例 中顯示的是 “ 創(chuàng)新 ” 。 基于功能 , 選用 ATMEL 公司生產(chǎn)的通用 芯片 AT89C51單片機(jī)構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng) 。 AT89C51是內(nèi)含 8位 4K 程 序 存 儲 器 , 128B 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 , 2個 定 時 器 /計 數(shù) 器 的 通 用 芯 片 。 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境采用 Proteus ISIS 6。3.1Led 大屏幕模擬系統(tǒng)構(gòu)圖 1是 AT89C51單片機(jī)與 LED 大屏幕顯示器接口電路的 原理圖 。 圖中 , LED 顯示器為 32×16點陣 ,

10、 水平方向有 4個 8×8LED 點陣 , 垂直方向有 2個 8×8LED 點陣 , 整個顯示屏由 4×2=8個 8×8LED 點陣拼裝成 。 每個 16×16LED 點陣顯示一個漢字 。 2個字塊的行線相應(yīng)地并接在一起 , 形成 2路復(fù)用 , 行控制信號 由 P2口經(jīng) 74HC154(4-16譯碼 驅(qū)動后形成行掃描信號輸出 (并 行 傳 送 , 16根 信 號 線 。 2個 字 塊 的 列 控 制 信 號 分 別 由 各 74HC595驅(qū)動后輸出 。 74HC595是具有 8位移位寄存器和一個 存儲器 , 三態(tài)輸出功能 。 4個 74HC59

11、5通過級聯(lián)以后 , 形成 8×4=32位串入并出的移位寄存器 , 其輸出對應(yīng) 32點列 。顯示數(shù)據(jù) 由 AT89C51的 RXD 端輸出 , 時鐘由 AT89C51的 TXD 端 輸 出 。王孟 :碩士研究生基金項目 :湖北省教育廳自然科學(xué)基金 (D200611002 233-技 術(shù) 創(chuàng) 新中 文 核 心 期 刊 微 計 算 機(jī) 信 息 (測 控 自 動 化 2008年 第 24卷 第 6-1期 元 /:現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用 200例 仿 真 技 術(shù)RXD 發(fā)送串行數(shù)據(jù) , 而 TXD 輸出移位時鐘 , 此時串行口工作于方式 0, 即同步串行移位寄存器狀態(tài) 。圖 1接口電路原理圖電路原理

12、圖的設(shè)計如同在 ISIS 6軟件環(huán)境上制作 " 實物電路板 " 。 運行 Proteus 的 ISIS 6進(jìn)入其主界面如圖 2, 點狀柵格區(qū)為繪圖工作區(qū) , 左上方為概覽區(qū) , 左下方為所需元器件備用區(qū) 。如圖 3所示 , 單擊 P 鍵進(jìn) 入 元 件庫 列 表 , 就可 以 選 擇所 需 元 器件 。 雙擊所選擇的元器件名 , 即可將所選元器件添加到備用區(qū) 。圖 2Proteus 的 ISIS 6主界面圖圖 3添加元器件到備用區(qū)同 理 添 加 74HC595、 74HC154、 MATRIX-8×8-BLUE 、 CAP等所必需的元器 件 , 單 擊 選 中備 用

13、 庫 中的 電 子 元器 件 , 可 以在圖 2所示的概覽區(qū)看到所選擇的元件 , 并將其分別放置在繪圖工作區(qū) 。 然后將上述各元器件進(jìn)行電氣連接 , 連完后的電路圖如圖 1所示 。3.3Led 大屏幕顯示原理及程序設(shè)計顯示屏體的工作以行掃描方式進(jìn)行 , 掃描顯示過程是每一次顯示一行 32個 LED 點 , 顯示時間稱為行周期 , 16行掃描顯示完成后開始新一輪掃描 , 這段時間稱為場周期 。由 AT89C51的 RXD 端與 TXD 端配合來傳送某一行 (32個點 的顯示信息 。 在一行周期內(nèi)有 32個時鐘脈沖信號 , 它將一行的顯示信息串行移入 4個 74HC595的串入并出移位寄存器中 ,

14、并由 74HC595的 ST_CP 信號 和 OE 信 號分 別 控 制存 入 對 應(yīng)鎖 存電路和并 行 輸出 , 行 掃 描信 號 控 制開 始 一 行的 顯 示 , 直到 下 一行顯示數(shù)據(jù)開始鎖入為止 , 由此實現(xiàn)行掃描 。圖 1所示 LED 顯示屏只有 16行 , 無須采用場掃描控制信 號 , 且行 、 場掃描的控制都可通過單片機(jī)對 P2口編程實現(xiàn) 。 軟 件主程序流程圖如圖 4。LED 大屏幕顯示一般都采用動態(tài)顯示 , 要實現(xiàn)穩(wěn)定顯示 , 需遵循動態(tài)掃描的規(guī)律 , 程序設(shè)計要點如下 :(1 從串行口輸出 4字節(jié)共 32bit 的數(shù)據(jù)到 74HC595中 , 形成 32列的列驅(qū)動信號 ;

15、(2 從 P2口輸出相應(yīng)的行掃描信號 , 與列信號在一起點亮 行中有關(guān)的點 ;(3 延時 l 2ms 。 此時間受 50Hz 閃爍頻率的限制 , 不能太大 , 應(yīng)保證掃描所有 16行 (即一幀數(shù)據(jù) 所用時間之和在 40ms 以內(nèi) ; (4 從串行口輸出下一組數(shù)據(jù) , 從 P2口輸出下一行掃描信 號并延時 l 2ms , 完成下一行的顯示 ;(5 重復(fù) 上 述操 作 , 直 到所 有 16行 全 掃 描 顯 示 一 次 , 即 完 成一幀數(shù)據(jù)的顯示 ;(6 重新 掃 描顯 示 的 第一 行 , 開 始下 一 幀 數(shù) 據(jù) 的 掃 描 顯 示 工作 , 如此不斷地循環(huán) , 即可完成相應(yīng)的畫面顯示 ;

16、(7 要更 新 畫面 時 , 只 須將 新 畫 面的 點 陣 數(shù) 據(jù) 輸 入 到 顯 示 緩沖區(qū)中即可 ;(8 通過控制畫面的顯示 , 可以形成多種顯示方式 , 如左平 移 、 右平移 、 開幕式 、 合幕式 、 上移 、 下移及動畫等 。Proteus 軟件的一個特色功能是可以與 Keil C51集成開發(fā)環(huán) 境連接 , 將用匯編或 C 語言編寫的程序編譯好之后 , 可以立即進(jìn) 行軟 、 硬件結(jié)合的系統(tǒng)仿真 , 像使用仿真器一樣來調(diào)試程序 。 在 調(diào)試之前首先通過設(shè)置將 Proteus 與 Keil C51集成開發(fā)環(huán)境連 接 , 并使 Proteus 的文件要和 Keil 的工程文件在同一層目

17、錄下 。 先運行 Proteus 的 ISIS , 導(dǎo)入之前設(shè)計好的系統(tǒng)電路的 design 文 件 。 再打開 Keil 軟件 , 將編寫的程序通過編譯 , 然后按 Ctrl+F5(或 者點擊工具欄的調(diào)試按鈕 進(jìn)入調(diào)試界面 。 如圖 5所示 。圖 5調(diào)試界面- :360元 /年 技 術(shù) 創(chuàng) 新仿 真 技 術(shù)PLC 技術(shù)應(yīng)用 200例 您 的 論 文 得 到 兩 院 院 士 關(guān) 注 圖 6仿真圖在調(diào)試界面的主窗口中 , 左邊窗口是 R0R7、 PC 、 ACC 、 B 、DPTR 、 SP 、 PSW 以及各狀態(tài)字的狀態(tài) , 右邊窗口顯示的是每條程序指令及其地址狀態(tài) 。 在調(diào)試時 , 可以點擊

18、單步運行程序指 令 , 通過逐步觀察各寄存器及存儲器狀態(tài)變化情況 , 就可很快地 查出程序的錯誤 。 也可點擊全速運行 , 如果程序沒有錯誤 , 這時Proteus 工作區(qū)的硬件系統(tǒng)開始工作 , 得到圖 6的仿真結(jié)果 。另外 也 可以 直 接 將把 編 譯 好的 Hex 文 件 固化 到 圖 1中的 單 片 機(jī) 里 , 也 就 是 說 在 Proteus 軟 件 中 , 只 需 將 相 應(yīng) 的 HEX 文件與單片機(jī)連接起來就可以了 。 這種方法方便快捷 , 不用擔(dān)心 硬件的故障 , 且它是可以無限次數(shù) " 擦 "" 寫 " 。 接下來 , 就可以運 行工

19、作區(qū)的硬件電路了 , 在工作區(qū)左下角 , 可以看到共 4個圖標(biāo) , 它們分別表示全速運行 、 單步運行 、 暫停 、 停止 。 點 擊, 電 路 進(jìn)入 仿 真 的運 行 環(huán) 境 , 得 到 的 仿 真 結(jié) 果 與 圖 6顯示的一樣 。3.5系統(tǒng)電路的 PCB 設(shè)計Proteus 軟件本身有 PCB 設(shè)計功能 , 可以生成多種格式的 文件 , 供相應(yīng)的專業(yè) PCB 設(shè)計工具調(diào)用 , 可以很方便地進(jìn)行后續(xù) PCB 的設(shè)計 。 系統(tǒng)硬件和程序通過了調(diào)試仿真后就可以將設(shè)計的原理圖生成電路印刷板 。如 圖 2所 示 , 在 工 具 欄 的 最 右 邊 , 可 以 看 到 三個工具按鈕 , 點擊 可以生成

20、不同格式的材料清單 , 點擊進(jìn)行電氣規(guī)則 檢 查并 生 成 網(wǎng)絡(luò) 表 , 當(dāng) 無電 氣 連 接錯 誤 時 , 就可以按生成電路板 。 在彈出的選項框中進(jìn)行各元器件的封裝 設(shè)置和完線的屬性設(shè)置 , 就可快捷生成雙面板 PCB 圖 。為檢驗設(shè)計的電路和程序的正確性 , 將調(diào)試的程序固化到 制作的實物電路板單片機(jī)中 , 得到的實物運行實驗結(jié)果與 Pro-teus 的仿真結(jié)果是一致的 。4結(jié)束語本文作者的創(chuàng)新點是 :利用 Proteus 軟件和 Keil C51集成開 發(fā)環(huán)境 , 為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)提供了一種虛擬的直觀 的硬件和軟件 設(shè) 計 環(huán)境 , 能 夠 大大 提 高 開發(fā) 效 率 、 降

21、低 開 發(fā) 成 本 、 縮短開發(fā)周 期 , 這對 于 單 片機(jī) 應(yīng) 用 系統(tǒng) 的 開 發(fā)和 實 驗 教學(xué) 等具有很大的實用價值 。參考文獻(xiàn) :1李廣弟 , 朱月秀 , 王秀山 . 單片機(jī)基礎(chǔ) (修訂本 J北京 :北京航空 航天大學(xué)出版社 ,2002.2李亞 , 常濤 . 利用 74HC595實現(xiàn)多位 Led 顯示的新方法 J微計 算機(jī)信息 ,2005.21-06Z 期 .3楊世品 , 陳林 . 基于 Proteus 的單片機(jī)出租車計價器的設(shè)計 J微 計算機(jī)信息 ,2007,23;4-2.4寧成軍 , 張江霞 . 基于 Proteus 和 Keil 接口的單片機(jī)外圍硬件 電路仿真 J現(xiàn)代電子技術(shù)

22、 ,2006年 29卷 18期 .5胡燁 , 姚鵬翼 , 陳明等 .Protel 99SE 原理圖與 PCB 設(shè)計教程 J北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2006.作者 簡 介 :王 孟 (1981- , 男 (漢 , 湖 北 棗 陽 人 , 碩 士 , 主 要 研 究方向 :計算機(jī)應(yīng)用 ; 陳林 (1963- , 男 (漢 , 湖北武漢人 , 副教授 , 碩士生導(dǎo)師 , 主要研究方向 :電力電子應(yīng)用 .Biography:WANG Meng (1981-, male, Han national, ZaoYang,Hubei province, postgraduate. The main rese

23、arching areas:Ap-plication of Computer.(430081武漢科技大學(xué) 王孟 陳林通訊地址 :(430081武漢科技大學(xué) 114信箱 王孟(上接第 226頁 3Z.Chen,L.Gao Modeling the Spread of Active Worm.IEEE IN-FORM,20034S.Staniford and N.Weaver How to own the Internet inYourS-pareTime.11thUsenixSecuritySymposium,SanFrancisco, August, 20025CC.Zou,L.Gao,W.G

24、ong Monitoring and Early Warning for Inter-net Worms. In 10th ACM Symposiumon Computer and Communication Security Washington 20036T.Liston.Welcom to My Tarpit:The Tactical and Strategic Use of Labrea,D White paper20017M.Williamson.ThrottlingViruses:Restricting Propagation to Defeat Maliciou

25、s Mobie Code.HP Laboratories Technical Report,20028C.Wong,C.Wang,D.Song,S.Bielski and G.Ganger Dynamic quar-antime of Internet worms.In Proceedings of the International Con-ference on Dependable System and Networks DSN-2004,June 20049Phillip Porras and Linda Briesemeister A Hybrid Quarantine De-fense in Proceedings of the Workshop on Rapid Malcode, (W