基于PROTEUS仿真的数字电子钟设计
单片机技术是现代电子工程领域一门迅速发展的技术，它的应用已经渗透到各种嵌入式系统中。随着计算机技术的普及,采用Proteus软件与Keil软件整合构建单片机虚拟实验平台。可以使教师在讲述理论的同时，利用Proteus软件进行仿真、演示，使学生消除“抽象感”增加学习的兴趣。使课堂教学更生动、直观使单片机课程中一些基本理论和基本概念更加容易理解。
标签：虚拟 模拟 仿真
0 引言
Proteus软件是英国Labcenter electronice公司开发的电路分析与实物仿真软件。它不仅具有其他EDA工具软件的仿真功能。还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件工具。该软件的特点是：①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。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；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。②支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：8051系列、AVR系列、ARM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。③提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2等软件。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。
1 数字钟电路设计
数字钟的原理框图如图1所示。它由以下几个部件组成：单片机AT89S52、电源、时分显示部件。
时分显示采用动态扫描，可以降低对单片机I/O口数的要求，同时也降低系统的功耗。时分显示模块以及显示驱动都通过AT89S52的I/O口控制。
电源部分：两种方法：一种是由220V的市电通过变压、整流稳压（主要用7805稳压块）来得到+5V电压，维持系统的正常工作。另一种是用USB接口取+5V电压。
2 利用Proteus仿真软件进行电路图绘制
如图2所示。电路的核心是单片机AT89S52。单片机的P3口八个引脚接LED显示器的段选码（a、b、c、d、e、f、g、dp）的引脚上，单片机的P1口六个引脚接LED显示器的位选码（2、3、4、5、6、7）的引脚上，在实际电路中P1口需要接1K的上拉电阻，电阻起限流作用。
3 系统的软件构成及功能
本系统的软件系统主要可分为主程序（图3所示）和定时器中断程序两大模块。在程序过程中，加入了抗干扰措施。中断程序(图4所示)完成时间计数，时间调整，误差消除等功能。中断采用AT89S52内部T0中断实现，定时时间为125ms，当时间到达125ms×8，即1分钟时，分计数缓冲器增加1，到达1小时，则时计数缓冲器自动增加1，并将分、时的个位、十位放入显示缓冲器。当分计数缓冲器和时计数缓冲器分别到达60min、24h时，则对它们清零，以便从新计数。在中断设计中，还通过软件实现了累计误差消除功能，使整个系统时间的精确度得到保证。
4 Keil C与Proteus连接调试
4.1 假若KeilC与Proteus均已正确安装在D:\\Program Files的目录里。
4.2 安装Keil C与Proteus的连接插件vdmagdi.exe。
4.3 进入KeilC μVision2开发集成环境，创建一个新项目(Project)，并为该项目选定合适的单片机CPU器件（如：Atmel公司的AT89S52）。并为该项目加入KeilC源程序。
部分源程序如下：
#include
int count=0；int count2hz=0；
int second=55，min=59，hour=23；
int dp=0x80；int led[10] = {0x3f，0x06，0x5b，0x4f，0x66，0x6d，0x7d，0x07，0x7f，0x6f}
void main (void)
{ int b；init()；
TMOD=0x01；TH0 =(65536-50000)/256；TL0 =(65536-50000)%256；
ET0 =1；EA=1；TR0=1；
while (1)
{
display(keyscan())；
P1=0xff； //all led off
P3=led[second%10]； //秒個位置数
P1_7=0； //动态刷新显示开1
for(b=0；b<=10；b++)； // delay and keep
P1=0xff； //all led off
P3=led[second/10]； //秒十位置数
P1_6=0； //动态刷新显示开2
for(b=0；b<=10；b++)； // delay and keep
P1=0xff； //all led off
P3=led[min%10]|(dp&0x80)； //分 个位置数
P1_5=0； //动态刷新 显示开3
for(b=0；b<=10；b++)； // delay and keep
P1=0xff； //all led off
P3=led[min/10]； //分 十位置数
P1_4=0； //动态刷新 显示开4
for(b=0；b<=10；b++)； // delay and keep
P1=0xff； //all led off
P3=led[hour%10]|0x80； //时 个位置数
P1_3=0； //动态刷新 显示开5
for(b=0；b<=10；b++)； // delay and keep
P1=0xff； //all led off
P3=led[hour/10]； //时 十位置数
P1_2=0； //动态刷新 显示开6
for(b=0；b<=10；b++)； // delay and keep
}
}
4.4 单击“Project菜单Options for Target”选项或者点击工具栏的“option for ta rget”按钮■，弹出窗口，点击“Debug”按钮，出现如图所示页面。
在出现的对话框里在右栏上部的下拉菜单里选中“Proteus VSM Driver”。并且还要点击一下“Use”前面表明选中的小圆点。
4.5 roteus的设置
进入Proteus的ISIS，鼠标左键点击菜单“Debug”，选中“use romote debuger monitor”，如图所示。此后，便可实现KeilC与Proteus连接调试。
4.6 KeilC与Proteus连接仿真调试
单击仿真运行开始按钮■，我们能清楚地观察到每一个引脚的电频变化，红色代表高电频，蓝色代表低电频。在LED显示器上显示23.5955。
5 结束语
上述电子钟，无论在外观上还是功能上都实现了较为完善的设计。特别值得一提的是本系统在精度上的设计，突破传统的方法，对可能产生的积累误差采用“抵消法”，从而有效地降低了时间误差。
采用Proteus软件与Keil软件整合构建单片机虚拟实验平台。学生首先在PC上利用Proteus软件自己搭建硬件电路，并利用系统提供的功能完成电路分析、系统调试和输出显示的硬件设计部分；同时在Keil软件中编制程序，进行相应的编译和仿真，完成系统的软件设计部分。当系统的设计工作完成后，学生可以在PC上看到最终的运行效果。最后再通过proteus设计PCB，再完成真正硬件的调试。
参考文献：
[1]赵嘉蔚.单片机原理与接口技术，清华大学出版社，2010.2.
[2]刘建清.51单片机C语言非常入门，电子工业出版社，2010.5.
[3]朱清慧.Proteus教程：电子线路设计、制版与仿真，2008.
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