單片機系統設計與模擬

1. 請簡述單片機系統的設計過程是怎樣的

單片機應用系統設計分為硬體設計與軟體設計兩部分及系統調試三個部分，大致過程如下：一、硬體電路設計1、根據任務需求規劃確定單片機類型及外圍介面電路方案；2、根據方案設計具體電路。二、軟體設計1、根據目標任務的功能需求，結合硬體電路控制方式，規劃設計軟體功能模塊；2、將功能模塊細化成流程圖；3、根據流程圖編寫程序代碼；4、將編譯後的目標代碼下載到實物單片機或虛擬單片機進行軟體模擬調試；三、系統調試1、將初調成功的目標的代碼下載到單片機目標試驗板進行軟硬體聯調及功能驗證；2、驗證成功符合設計要求，就可以進入小批量測試了。

2. 單片機怎麼模擬

單片機體積小，重量輕，具有很強的靈活性而且價格便宜，具有邏輯判斷，定時計數等多種功能，廣泛應用於儀器儀表，家用電器，醫用設備的智能化管理和過程式控制制等領域。以單片機為核心的嵌入式系統已經成為目前電子設計最活躍的領域之一。

在嵌入式系統的中，開發板成本高，特別是對於大量的初學者而言，還可能由於設計的錯誤導致開發板損壞。利用Proteus我們可以很好地解決這個問題，由此我們可以快速地建立一個模擬系統。

2.Proteus介紹

Proteus是英國Labcenter Electro-nics公司開發的一款電路模擬軟體，軟體由兩部分組成：一部分是智能原理圖輸入系統ISIS（Intelligent Schematic Input System）和虛擬系統模型VSM（Virtual Model System）；另一部分是高級布線及編輯軟體ARES（Adv-Ancd Routing and Editing Software）也就是PCB.

2.1 Proteus VSM的模擬

Proteus可以模擬模擬電路及數字電路，也可以模擬模擬數字混合電路。

Proteus可提供30多種元件庫，超過8000種模擬、數字元器件。可以按照設計的要求選擇不同生產廠家的元器件。此外，對於元器件庫中沒有的元件，設計者也可以通過軟體自己創建。

除擁有豐富的元器件外，Proteus還提供了各種虛擬儀器，如常用的電流表，電壓表，示波器，計數/定時/頻率計，SPI調試器等虛擬終端。支持圖形化的分析功能等。

Proteus特別適合對嵌入式系統進行軟硬體協同設計與模擬，其最大的特點是可以模擬8051，PIA，AVR，ARM等多種系列的處理器。Protues包含強大的調試工具，具有對寄存器和存儲器、斷點和單步模式IAR C-SPY，Keil、MPLAB等開發工具的源程序進行調試的功能；能夠觀察代碼在模擬硬體上的實時運行效果；對顯示，按鈕，鍵盤等外設的交互可視化進行模擬。

2.2 Proteus PCB

Proteus 的PCB設計除了有自動布線模擬功能外，還集成了PCB設計，支持多達16個布線層，可以任意角度放置元件和焊接連線；集成了高智能的布線演算法，可以方便地進行PCB設計。

3. 基於Protesus的簡單數據採集系統。

3.1 軟體的編寫

本例題採用可調電阻調節電壓值作為模擬信號的輸入

3. 電子信息工程畢業論文開題報告

隨著人們自身素質提升，報告的用途越來越大，我們在寫報告的時候要注意邏輯的合理性。那麼報告應該怎麼寫才合適呢？以下是我為大家整理的電子信息工程畢業論文開題報告，希望能夠幫助到大家。

畢業設計的內容和意義

畢業設計內容：

1.熟悉單片機系統設計方法，獨立完成電路和程序設計。

2.用PROTEUS進行系統調試和模擬。

3.設計、製作並調試硬體系統。

4.完成相關軟體文檔資料。

畢業設計應完成的技術文件：

1.3000字以上畢業設計開題報告，2000字以上英文參考文獻的中文譯文。

2.畢業設計論文(15000字以上)。

3.提供設計原理圖和相應程序。

畢業設計意義：

隨著時代的發展，現代化建設步伐不斷加快，對道路照明及道路亮化工程需求也更大，而能源的供需矛盾也越來越突出，節電節能、綠色照明的要求越來越迫切，越來越高。現在再採用那些傳統的手控、鍾控照明系統的方法已不能滿足要求。如何充分利用高科技手段解決上述矛盾也就成為當前照明控制領域一個新的和緊要的課題。路燈照明是日常生活中必不可少的公共設施。路燈照明耗電量約占總耗電量的15%，全國各地無不面對電力緊張帶來的各種問題。面對供電緊張形勢，路燈巡查對於國家來講是一項需要耗費大量人力的工作，各種臨時應急節電措施被廣泛採用：夜晚間隔關燈、調整路燈開關的時間、在用電緊張的日子裡關閉景觀照明等等，當用電高峰過後，這些措施可能就被束之高閣，明年的用電高峰來臨，一切又會重新開始。這樣的節電措施，在緩解用電緊張的同時，卻帶來資源的浪費和對人們日常生活的負面影響。緩解用電緊張的最佳和有效的辦法是對用電實施智能化管理，減少浪費，使我們的每一度電都能物盡其用!啟用先進路燈監控系統，可以對路燈實施統一啟閉，對夜間照明系統和路燈的實時監控和管理，確保高效穩定，全天候運行，控制不必要的「全夜燈照明」，有效節約電能消耗。對於學校公共照明系統來說，採用智能化的管理系統是實現能源節約、減少資源浪費、滿足人們生活要求、顯示現代化校園的科學解決方案。

目前已有一小部分校園參考了公路路燈的節能措施，到了後半夜將電燈亮度調低，或採取等間隔亮燈的方式來節約用電，但是這樣一個方法卻帶來路燈過亮或過暗的問題：

1.控制落後

開關燈方式落後：當前路燈控制，還停留在手動、光控、鍾控方式。受季節、天氣和人為因素影響，自動化管理水平低，經常該亮時不亮，該滅時不滅，極易造成極大的能源浪費,增加了財政負擔。

2.操控不便

調節操控能力不足,無法遠程修改開關燈時間,不能根據實際情況(天氣突變,重大事件,節日)及時校時和修改開關燈時間。

3.燈況不明

不具備路燈狀況監測,現有的照明設施管理工作主要採用人工巡查模式,不僅工作量大,還浪費人力、物力、財力。故障依據主要來源於巡視人員上報和市民投訴缺乏主動性、及時性和可靠性,不能實時、准確、全面地監控全城的路燈運行狀況缺乏有效的故障預警機制。

4.不能很好的應用在前半夜

因為其前半夜6個小時以上全部採取正常亮度，這樣就會出現在沒有行人、車輛經過校園道路時的電力資源浪費這一現象，而除了晚上6點-9點人車流高峰期以外其餘時間人車流量確實相對較少，所以我們認為校園照明有更大的節能潛力。

針對以上現有節能情況分析，我們設計了一種高效率的智能節能路燈，路燈控制器內應同時設有光控和時控模塊，該模塊先服從光度控制，再服從時間控制，能滿足達到一定光度開關路燈和達到特定時間開關路燈的要求。同時，我們認為路燈應改進為為紅外感測路燈。針對校園人、車流量的高低峰時段對路燈分為節能狀態和標准狀態。在人車流量的高峰期如清晨上班時間和傍晚18點—21點，路燈要保持持續標准亮度，而在深夜路燈將轉為節能狀態，通過紅外感測，只在有人、車通過時才變亮。使用紅外感測，與聲控相比，感應精度更高，避免了一些噪音而使燈無效閃爍。將所有的路燈連接到單片機上，單片機和計算機通信，用計算機控制路燈工作狀態。可設定自動控制方式和人工控制方式。自動控制方式可根據地太陽活動規律，並結合實際情況控制路燈的工作方式。當夜幕降臨，或光線已經較暗時，雖然未達到設定時間，也能自動開啟。交通高峰期，應達到持續滿額亮度;高峰期後，進入紅外感應，實現智能和節能的控制。人工控制方式可隨時設定開關時間、路燈開啟比例或單獨控制路燈的開與關。另外通過路燈的工作狀態可對路燈損壞實現實時報警，並可顯示具體的位置，提醒維修人員及時維修，中心控制器帶有時鍾晶元，該時鍾晶元帶有EEPROM，可以保持單片機工作參數，即使通信發生錯誤，路燈也能按照最後的程序進行工作。

文獻綜述

一、設計方案

本設計選用STC89C52單片機作為系統的核心部件，實現系統的控制和處理的功能。各模塊所包含的功能如下：(1)紅外模塊：夜晚進行檢測是否有行人。(2)顯示模塊12864：顯示相應的時間和日期信息。(3)時鍾模塊：手動切換時間，自己設定開燈時間。(4)光敏電阻感測器模塊：用於檢測周圍環境光強度，若光強低於標准值則開啟路燈。

二、硬體電路設計

1.主控制器STC89C52

STC89C52是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統可編程Flash存儲器。STC89C52使用經典的MCS-51內核，但做了很多的改進使得晶元具有傳統51單片機不具備的功能。在單晶元上，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。

STC89C52具有以下標准功能：8k位元組Flash，512位元組RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，內置4KBEEPROM，MAX810復位電路，3個16位定時器/計數器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結構(兼容傳統51的5向量2級中斷結構)，全雙工串列口。另外STC89C52可降至0Hz靜態邏輯操作，支持2種軟體可選擇節電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振盪器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬體復位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。

2.紅外模塊

本設計採用HC-SR501紅外模塊，它是基於紅外線技術的'自動控制模塊，採用德國原裝進口LHI778探頭設計，靈敏度高，可靠性強，超低電壓工作模式，廣泛應用於各類自動感應電器設備，尤其是干電池供電的自動控制產品。該模塊用於檢測夜晚是否有行人路過，因此產生高地電平，並通過軟體的方法來處理電平信號。

3.光敏電阻感測器模塊

本設計採用3線制光敏電阻感測器模塊，是一款靈敏型光敏電阻感測器，用比較器輸出，信號干凈，波形好，驅動能力強，超過15mA。同時配有可調電位器可調節檢測光線亮度，用於檢測周圍環境光強度，若光強低於標准值則開啟路燈。

4.顯示模塊

本設計採用液晶顯示器12864顯示時間和日期。液晶顯示屏的第一行顯示年月日，第二行顯示的實時時鍾，硬體電路中的12864的數據埠接到單片機P1口，數碼管的4,5,6管腳分別與單片機的P3.0-P3.2相連，通過單片機的信息處理，從而在液晶顯示屏上顯示各段信息。

四、軟體設計

主程序主要設計各個部分子程序的調用，子程序有時鍾程序和顯示子程序兩部分。程序初始化後，紅外模塊子程序判斷有沒有行人，輸出一個信號，經軟體處理。12864液晶顯示子程序主要通過接收主程序發出的信號，將其設置輸入為模式子函數形成，並初始化LCD子函數，顯示日期子函數，顯示時間子函數。

五、模擬實現

該系統的軟體模擬採用Proteus軟體，當系統開機時，系統進入初始化界面，液晶顯示第一行為時間信息，第二行為日期信息，當白天的時候，打開光強和紅外判斷，同時成立才開啟路燈。設定按鈕可手動改變時間信息。

參考文獻：

1.胡漢才.單片機原理及其介面技術[M].北京：清華大學出版社.2001.7

2.周潤景等.Proteus在MCS-51&ARM7系統中的應用[M].北京：電子工業出版社.2006.10

3.侯玉寶等.基於Proteus的51系列單片機設計與模擬[M].北京：電子工業出版社.2008.8

4.張靖武等.單片機系統的PROTEUS設計與模擬[M].北京：電子工業出版社.2007.4

5.樓然苗等.單片機課程設計指導[M].北京：北京航空航天大學出版社.2007.7

6.周向紅等.51系列單片機應用與實踐教程[M].北京：北京航空航天大學出版社.2008.5

7.李林功.單片機原理與應用—基於實例驅動和Proteus模擬[M].北京：科學出版社.2010.5

8.薛鈞義,張彥斌.MCS-系列單片微機計算機及其應用[M].西安：西安交通大學出版社.1997

9.何利民.單片機應用系統設計.[M]北京航空航天大學出版社.1995

研究內容

紅外模塊的使用

單片機讀取時鍾晶元

用液晶顯示相關數據

繪出邏輯圖

研究計劃

第一周——第二周：下畢業設計任務書，明確設計要求。查閱、搜集畢業設計相關資料。著手翻譯相關英文資料，並熟悉PROTEUS軟體和單片機的相關開發知識。

第三周——第四周：對查閱的文獻資料歸納綜述撰寫開題報告。完成畢業設計需求分析，確定系統框圖。

第五周——第六周：方案論證，設計硬體電路。分析設計的電路，提出軟體設計思路;畢業設計初期檢查。

第七周——第八周：在PROTEUS中實現軟、硬體設計與調試。分析調試中的問題，改進並重新調試達到技術要求。

第九周——第十周：軟、硬體電路進行整體測試，修改並完善程序;畢業設計中期檢查。

第十一周——第十二周：設計並製作印製電路板;完成硬體的安裝和調試。完成整個系統的軟體、硬體的調試。

第十三周——第十四周：研究工作總結，撰寫畢業論文。

第十五周——第十六周：論文修改及評閱，論文答辯。

特色與創新

路燈控制器內應同時設有光控和時控模塊，該模塊先服從光度控制，再服從時間控制，能滿足達到一定光度開關路燈和達到特定時間開關路燈的要求。同時，路燈為紅外感測路燈。針對校園人、車流量的高低峰時段對路燈分為節能狀態和標准狀態。在人車流量的高峰期如清晨上班時間和傍晚18點—23點，路燈要保持持續標准亮度，而在深夜路燈將轉為節能狀態，通過紅外感測，只在有人、車通過時才變亮。

4. 在Proteus虛擬模擬環境下,單片機系統的設計與虛擬模擬包括哪些步驟

大致步驟如下：
1、繪制單片機模擬電路原理圖
2、編寫單片機程序代碼
3、將編譯完成的目標文件載入到單片機
4、模擬運行，並根據運行結果修改電路或代碼，直至達成預設功能要求。

5. 基於Proteus的51系列單片機設計與模擬的內容簡介

《基於Proteus的51系列單片機設計與模擬》以目前流行的軟、硬體模擬軟體Proteus為核心，從實驗、實踐、實用的角度，通過豐富的實例詳細敘述了該軟體在51單片機課程教學和單片機應用產品開發過程中的應用。全書共9章，主要介紹51單片機系統的設計及相關軟體的使用，在Proteus中原理圖的繪制與模擬及PCB的製作、Proteus在單片機軟體程序設計中的應用，Proteus在單片機硬體系統設計中的應用。書中選擇的實例都具有很強的實用性，通過閱讀這些實例，讀者可以在不花費硬體成本的前提下，學習和開發單片機軟、硬體系統。
~第1章80C51單片機應用系統的設計及相關軟體的使用
1.180C51單片機應用系統的設計
1.2KeilC51的使用
1.2.1創建項目
1.2.2調試程序
1.3模擬器
1.4編程器
1.5ISP下載
1.6串列調試軟體
第2章Proteus7.1入門
2.1ProteusISIS的操作及電路原理圖設計
2.1.1ProteusISIS簡介
2.1.2ProteusISIS編輯環境及參數設置
2.1.3ProteusISIS原理圖設計
2.1.4ProteusISIS元件製作
2.2ProteusVSM虛擬系統模型
2.2.1激勵源
2.2.2ProteusVSM虛擬儀器的使用
2.3ProteusARES的PCB設計
2.3.1ProteusARES簡介
2.3.2ProteusARES參數設置
2.3.3ProteusARES中的PCB製作實例
第3章51系列軟體程序設計與模擬
3.1清零、置位程序的設計與模擬
3.1.1片內清零程序的設計
3.1.2片內清零程序的調試與模擬
3.1.3片外清零程序的設計
3.1.4片外清零程序的調試與模擬
3.1.5置位程序的設計
3.1.6置位程序的調試與模擬
3.2拼字程序的設計與模擬
3.2.1片內拼字程序的設計
3.2.2片內拼字程序的調試與模擬
3.5.1數據排序程序的設計
3.2.3片外拼字程序的設計
3.2.4片外拼字程序的調試與模擬
3.3拆字程序的設計與模擬
3.3.1片內拆字程序的設計
3.3.2片內拆字程序的調試與模擬
3.3.3片外拆字程序的設計
3.3.4片外拆字程序的調試與模擬
3.4數據塊傳送程序的設計與模擬
3.4.1數據塊傳送程序的設計
3.4.2數據塊傳送程序的調試與模擬
3.5數據排序程序的設計與模擬
3.5.2數據排序程序的調試與模擬
第4章51系列通用I/O控制
4.1P1口的應用（一）
4.1.1硬體設計
4.1.2程序設計
4.1.3調試與模擬
4.2P1口的應用（二）
4.2.1硬體設計
4.2.2程序設計
4.2.3調試與模擬
4.3閃爍燈
4.3.1硬體設計
4.3.2程序設計
4.3.3調試與模擬
4.4流水燈
4.4.1硬體設計
4.4.2程序設計
4.4.3調試與模擬
4.5花樣燈（一）
4.5.1硬體設計
4.5.2程序設計
4.5.3調試與模擬
4.6花樣燈（二）
4.6.1硬體設計
4.6.2程序設計
4.6.3調試與模擬
4.7模擬交通燈
4.7.1硬體設計
4.7.2程序設計
4.7.3調試與模擬
4.8定時/計數器的應用（一）
4.8.1硬體設計
4.8.2程序設計
4.8.3調試與模擬
4.9定時/計數器的應用（二）
4.9.1硬體設計
4.9.2程序設計
4.9.3調試與模擬
4.10中斷系統的應用（一）
4.10.1硬體設計
4.10.2程序設計
4.10.3調試與模擬
4.11中斷系統的應用（二）
4.11.1硬體設計
4.11.2程序設計
4.11.3調試與模擬
4.12兩個單片機串列通信
4.12.1硬體設計
4.12.2程序設計
4.12.3調試與模擬
4.13串列口擴展應用
4.13.1硬體設計
4.13.2程序設計
4.13.3調試與模擬
第5章音樂的應用
5.1單片機唱歌
5.1.1單片機產生音調的基礎知識
5.1.2音樂軟體的設計
5.1.3歌曲的設計
5.1.4調試與模擬
5.2電子琴
5.2.1電子琴的基礎知識
5.2.2電子琴軟體的設計
5.2.3調試與模擬
第6章LED數碼管與鍵盤的應用
6.1LED數碼管的應用
6.1.1LED數碼管的結構及分類
6.1.2LED數碼管的顯示方式
6.1.3串列口驅動1位LED數碼管的設計
6.1.4共陰極LED和共陽極LED的應用
6.1.50~~99計數器的設計
6.1.659s計時器的設計
6.1.7電子鍾的設計
6.1.8MAX7219串列驅動LED數碼管
6.2鍵盤的應用
6.2.1鍵盤的工作原理
6.2.2查詢式鍵盤的設計
6.2.3矩陣式鍵盤的識別（一）
6.2.4矩陣式鍵盤的識別（二）
6.2.58255A並行I/O埠擴充鍵盤
第7章數/模轉換器和模/數轉換器的應用
7.1數/模轉換器的應用
7.1.1TLC5615的基礎知識
7.1.2方波發生器
7.1.3鋸齒波發生器
7.2模/數轉換器的應用
7.2.1ADC0808的基礎知識
7.2.2數字電壓表的設計
第8章顯示器的應用
8.1LED點陣顯示器的應用
8.1.1LED點陣顯示器的基礎知識
8.1.2一個5×7點陣字元顯示
8.1.3一個8×8點陣字元串顯示
8.1.4兩個8×8點陣字元串顯示
8.1.5兩個8×8點陣滾動顯示
8.1.6一個16×16點陣漢字顯示
8.1.7兩個16×16點陣漢字顯示
8.1.8兩個16×16點陣漢字分批顯示
8.2LCD（液晶顯示器）的應用
8.2.1LCD的基礎知識
8.2.2字元式LCD的應用
8.2.3漢字式LCD的應用
8.2.4漢字式LCD移位顯示
8.2.5漢字式LCD滾動顯示
第9章工業控制
9.1SPI匯流排DS1302實時時鍾控制
9.1.1DS1302的基礎知識
9.1.2DS1302採用1位LED顯示時鍾的設計
9.1.3DS1302採用MAX7219控制8位LED顯示時鍾的設計
9.2I2C匯流排24C04開啟次數統計控制
9.2.124CXX的基礎知識
9.2.224C04開啟次數統計的設計
9.3RS-485在單片機多機通信中的應用
9.3.1RS-485介面標准簡述
9.3.2RS-485在單片機多機通信中的應用設計
9.41-WireBusDS18B20溫度測量的設計
9.4.1DS18B20的基礎知識
9.4.2DS18B20測量溫度的設計
9.5電動機轉速控制
9.5.1步進電動機轉速控制
9.5.2直流電動機轉速控制
9.6電氣模擬控制
9.6.1步進電動機的啟動、停止控制
9.6.2直流電動機的啟動、停止控制
9.6.3步進電動機的正、反轉控制
9.6.4直流電動機的正、反轉控制
9.6.5電動機的多地控制
附錄A單片機指令速查表
附錄BProteus的常用快捷鍵
參考文獻~