任务一单灯闪烁.pptx

机电一体化教研室任务要求任务要求 利用单片机控制实现一个发光二极管闪利用单片机控制实现一个发光二极管闪烁控制系统。烁控制系统。机电一体化教研室学习目标学习目标1.1.熟悉单片机开发过程；熟悉单片机开发过程；2.2.掌握单片机应用系统的制作过程；掌握单片机应用系统的制作过程；3.3.掌握掌握KEILKEIL软件的使用方法软件的使用方法4.4.掌握仿真软件掌握仿真软件PROTEUSPROTEUS的用法；的用法；机电一体化教研室能力目标能力目标1.1.培养严谨务实的工作作风；培养严谨务实的工作作风；2.2.掌握一种学习新技术的方法；掌握一种学习新技术的方法；3.3.培养与人沟通和交流的能力；培养与人沟通和交流的能力；机电一体化教研室工作任务工作任务1.1.在在keilkeil软件中正确编写控制程序；软件中正确编写控制程序；2.2.在在PROTEUSPROTEUS中画出单灯闪烁仿真电路图；中画出单灯闪烁仿真电路图；3.3.在在PCBPCB板上进行最小系统制作，焊接板上进行最小系统制作，焊接LEDLED闪闪烁信号灯电路。烁信号灯电路。4.4.使用编程器将给定的程序代码下载到单片使用编程器将给定的程序代码下载到单片机芯片中，实现机芯片中，实现LEDLED的闪烁效果。的闪烁效果。5.5.完成随堂考核完成随堂考核机电一体化教研室一、单片机系统开发过程一、单片机系统开发过程1.单片机应用系统的开发单片机应用系统的开发 正确无误的硬件设计正确无误的硬件设计和和良好的软件功能设计良好的软件功能设计是一个是一个实用的单片机应用系统的设计目标。完成这一目标的过实用的单片机应用系统的设计目标。完成这一目标的过程称为单片机应用系统的开发。程称为单片机应用系统的开发。机电一体化教研室2.单片机应用单片机应用系统研制流程系统研制流程设计出应用系设计出应用系统的电路原理统的电路原理图图系统资源配置系统资源配置程序结构程序结构数学模型数学模型程序流程程序流程编制程序编制程序机电一体化教研室二、软件的编制二、软件的编制（一）（一）Keil集成开发环境应用集成开发环境应用 KeilC51KeilC51是美国是美国Keil SoftwareKeil Software公司出品的公司出品的5151系列系列兼容单片机兼容单片机C C语言软件开发系统。语言软件开发系统。Keil C51Keil C51软件提供软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全WindowsWindows界面。另外重要的一点，编译后生成的汇编界面。另外重要的一点，编译后生成的汇编代码，到代码，到Keil C51Keil C51生成的目标代码效率非常高，多数生成的目标代码效率非常高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。机电一体化教研室1.keil 51 windows1.keil 51 windows集成开发平台的使用集成开发平台的使用 （1）keil 51 windows集成开发平台介绍集成开发平台介绍工具栏工具栏菜单栏菜单栏源文件编辑窗口源文件编辑窗口工程窗口工程窗口输出窗口输出窗口机电一体化教研室（2 2）导入需要仿真的程序）导入需要仿真的程序 建立一个工程项目建立一个工程项目芯片选择芯片选择 属性设置属性设置 建立源程序文件建立源程序文件 添加文件到当前项目组中添加文件到当前项目组中 编译文件编译文件 机电一体化教研室机电一体化教研室机电一体化教研室机电一体化教研室机电一体化教研室机电一体化教研室机电一体化教研室机电一体化教研室机电一体化教研室机电一体化教研室（二）（二）Keil Keil 程序调试程序调试 1 1程序调试时的常用窗口程序调试时的常用窗口 u 编译文件界面 机电一体化教研室调试程序窗口 字母字母C C：代码存储空间：代码存储空间D D：直接寻址的片内存储空间：直接寻址的片内存储空间I I：间接寻址的片内存储空间：间接寻址的片内存储空间X X：扩展的外部：扩展的外部RAMRAM空间空间“数字数字”：想要查看的地址。：想要查看的地址。机电一体化教研室工程窗口寄存器页工程窗口寄存器页 机电一体化教研室2 2各种窗口在程序调试中的用途各种窗口在程序调试中的用途 程序调试界面程序调试界面 机电一体化教研室I/O端口界面端口界面 机电一体化教研室I/O口全部打开界面口全部打开界面 机电一体化教研室中断的设置中断的设置 机电一体化教研室打开后的打开后的InterruptInterrupt窗口窗口 机电一体化教研室串口设置串口设置 机电一体化教研室打开后的串口窗口打开后的串口窗口 机电一体化教研室定时器设置定时器设置 机电一体化教研室打开后的定时器打开后的定时器1 1窗口窗口 机电一体化教研室常用的调试按钮常用的调试按钮 复位按钮，按复位按钮，按下后，所有的下后，所有的系统状态将变系统状态将变成初始状态。成初始状态。全速运全速运行行 进入循环并进入循环并单步执行单步执行 停止全速运行停止全速运行 跳过循环并单跳过循环并单步执行步执行 跳出单步执行跳出单步执行过程过程 执行到断点处执行到断点处 机电一体化教研室相关知识相关知识v除了Keil软件，其他比较流行的软件：WAVE（南京伟福）MedWinProteus外：外：mulitism10（ewb）机电一体化教研室(一一)PROTEUS应用应用SPROTEUSPROTEUS简介简介SPROTEUS ISISPROTEUS ISIS的特点的特点SPROTEUS VSMPROTEUS VSM仿真与分析仿真与分析S微处理器系统仿真微处理器系统仿真SPROTEUSPROTEUS仿真模型的创建仿真模型的创建S实例演示实例演示三、硬件编制三、硬件编制机电一体化教研室1.PROTEUS简介简介 Proteus 是一个基于是一个基于ProSPICE混合模型仿混合模型仿真器的，完整的嵌入式系统软、硬件设计仿真真器的，完整的嵌入式系统软、硬件设计仿真平台。平台。vISIS智能原理图输入系统，系统设计与仿智能原理图输入系统，系统设计与仿真的基本平台；真的基本平台；vVSM仿真单元仿真单元含混合模型仿真、含混合模型仿真、VSM仿真、仿真、高级图形仿真（高级图形仿真（ASF）等；）等；vARES 高级高级PCB布线编辑软件布线编辑软件。机电一体化教研室2.ISIS（智能原理图输入系统）的特点（智能原理图输入系统）的特点个性化的编辑环境个性化的编辑环境：用户可自定义图形外观，包：用户可自定义图形外观，包括线宽、填充类型、字符等括线宽、填充类型、字符等,也可以使用模板。也可以使用模板。快捷选取快捷选取/放置器件放置器件：通过模糊搜索可快速从器：通过模糊搜索可快速从器件库中选取器件。件库中选取器件。原理图自动连线原理图自动连线：自动连线功能使得连线轻松快：自动连线功能使得连线轻松快捷。捷。灵活多样的设计输出灵活多样的设计输出：原理图（可以包括仿真：原理图（可以包括仿真画面）可以画面）可以bmp格式输出以便发表与存档，设计格式输出以便发表与存档，设计完成还可以输出多种格式的网络表。完成还可以输出多种格式的网络表。机电一体化教研室原理图示例原理图示例1：PWM电机控制电机控制混合显示仿真图表混合显示仿真图表动态器件使仿真直观生动动态器件使仿真直观生动CPU可加载程序运行可加载程序运行机电一体化教研室原理图示例原理图示例2：锁相环电路层次化设计：锁相环电路层次化设计子电路子电路模块电路模块电路机电一体化教研室原理图示例原理图示例3：ARM7国际象棋国际象棋通过电脑声卡发声通过电脑声卡发声机电一体化教研室3.PROTEUS VSM仿真与分析仿真与分析PROTEUS VSMPROTEUS VSM的的仿真方式仿真方式：交互式仿真交互式仿真 检验用户所设计的电路是否能检验用户所设计的电路是否能正常工作正常工作.基于图表的仿真基于图表的仿真(ASF)(ASF)用来研究电路的工作用来研究电路的工作状态及进行细节的测量状态及进行细节的测量.PROTEUS VSMPROTEUS VSM中的中的仿真工具仿真工具：探针探针直接布置在线路上，用于采集和测量电直接布置在线路上，用于采集和测量电压压/电流信号；电流信号；电路激励电路激励系统的激励信号源；系统的激励信号源；虚拟仪器虚拟仪器用于定性分析电路的运行状况；用于定性分析电路的运行状况；曲线图表曲线图表用于定量分析电路的参数指标。用于定量分析电路的参数指标。机电一体化教研室交互式仿真实例（交互式仿真实例（741放大电路）放大电路）机电一体化教研室基于图表的仿真实例（基于图表的仿真实例（741放大电路）放大电路）频率分析：频率分析：用于绘制小信号电压增益或电用于绘制小信号电压增益或电流增益随频率变化的曲线，即绘制流增益随频率变化的曲线，即绘制波特图波特图。可描绘电路的幅频特性和相频特性。可描绘电路的幅频特性和相频特性。模拟分析模拟分析:用于绘制一条或多条电压或电流用于绘制一条或多条电压或电流随时间变化的曲线。随时间变化的曲线。将探针信号用鼠标将探针信号用鼠标拖入拖入图表可进行高级仿真图表可进行高级仿真机电一体化教研室基于图表的电路仿真与分析（基于图表的电路仿真与分析（741放大电路）放大电路）失真分析：失真分析：用于确定由测试电路所引起的用于确定由测试电路所引起的电平失真的程度，失真分析图表用于显示电平失真的程度，失真分析图表用于显示随频率变化的二次和三次谐波失真电平。随频率变化的二次和三次谐波失真电平。噪声分析噪声分析：显示随时间变化的输入、输出噪显示随时间变化的输入、输出噪声电压；可产生单个元件的噪声电压清单。声电压；可产生单个元件的噪声电压清单。由于采用工业标准的由于采用工业标准的SPICE器件模型，器件模型，Proteus可以进行接近实际电路指标的仿真。可以进行接近实际电路指标的仿真。机电一体化教研室多元的仿真结果显示多元的仿真结果显示利用不同颜色电路连线显示相应电压利用不同颜色电路连线显示相应电压利用箭头显示电流方向利用箭头显示电流方向 探针实时显示探针实时显示电压电压/电流值电流值显示元件参数信息显示元件参数信息 机电一体化教研室仿真工具探针（Probe）v电压探针电压探针（Voltage probes）即可在模拟仿即可在模拟仿真中使用，也可在数字仿真中使用。在模拟电真中使用，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。录逻辑电平及其强度。v电流探针电流探针（Current probes）仅可在模拟仅可在模拟电路仿真中使用，可显示电流方向和电流瞬时电路仿真中使用，可显示电流方向和电流瞬时值。值。探针即可用于基于图表的仿真，也可用于探针即可用于基于图表的仿真，也可用于交互式仿真中交互式仿真中。机电一体化教研室仿真工具激励源仿真工具激励源vDCDC：直流电压源；：直流电压源；vSineSine：幅值、频率、相位可控的正：幅值、频率、相位可控的正弦波发生器。弦波发生器。vPulsePulse：幅值、周期和上升：幅值、周期和上升/下降沿下降沿时间可控的模拟脉冲发生器。时间可控的模拟脉冲发生器。vExpExp：指数脉冲发生器。：指数脉冲发生器。vSFFMSFFM：单频率调频波信号发生器。：单频率调频波信号发生器。vPwlinPwlin：任意分段线性脉冲、信号：任意分段线性脉冲、信号发生器。发生器。vFileFile：FileFile信号发生器。数据来源信号发生器。数据来源于于ASCIIASCII格式的数据文件。格式的数据文件。vAudioAudio：音频信号发生器（：音频信号发生器（wavwav文件）文件）。vDStateDState：稳态逻辑电平发生器。：稳态逻辑电平发生器。vDEdgeDEdge：单边沿信号发生器。：单边沿信号发生器。vDPulseDPulse：单周期数字脉冲发生器。：单周期数字脉冲发生器。vDClockDClock：数字时钟信号发生器。：数字时钟信号发生器。vDPatternDPattern：数字模式信号发生器数字模式信号发生器。机电一体化教研室仿真工具虚拟仪器仿真工具虚拟仪器v虚拟示波器虚拟示波器(OSCILLOSCOPE)(OSCILLOSCOPE)v逻辑分析仪逻辑分析仪(LOGIC ANALYSER)(LOGIC ANALYSER)v时间间隔计数测量器时间间隔计数测量器(COUNTER(COUNTER TIMER)TIMER)v虚拟终端虚拟终端(VIRUAL TERMINAL)(VIRUAL TERMINAL)v信号发生器信号发生器(SIGNAL GENERATOR)(SIGNAL GENERATOR)v模式发生器模式发生器(PATTERN(PATTERN GENERATOR)GENERATOR)v交直流电压表和电流表（交直流电压表和电流表（AC/DC AC/DC voltmeters/ammetersvoltmeters/ammeters）vSPISPI调试器调试器(SPI DEBUGGER)(SPI DEBUGGER)vI2CI2C调试器调试器(I2C DEBUGGER)(I2C DEBUGGER)机电一体化教研室仿真工具曲线图表仿真工具曲线图表v模拟图表（模拟图表（ANALOGUEANALOGUE）v数字图表数字图表 (DIGITAL)(DIGITAL)v混合分析图表混合分析图表 (MIXED)(MIXED)v频率分析图表频率分析图表 (FREQUENCY)(FREQUENCY)v转移特性分析图表转移特性分析图表 (TRANSFER)(TRANSFER)v噪声分析图表噪声分析图表 (NOISE)(NOISE)v失真分析图表失真分析图表 (DISTORTION)(DISTORTION)v傅立叶分析图表傅立叶分析图表 (FOURIER)(FOURIER)v音频分析图表音频分析图表 (AUDIO)(AUDIO)v交互分析图表交互分析图表 (INTERACTIVE)(INTERACTIVE)v一致性分析图表一致性分析图表 (CONFORMANCE)(CONFORMANCE)v直流扫描分析图表直流扫描分析图表 (DC SWEEP)(DC SWEEP)v交流扫描分析图表交流扫描分析图表 (AC SWEEP)(AC SWEEP)机电一体化教研室PROTEUS微处理器系统仿真微处理器系统仿真 单片机系统的仿真是单片机系统的仿真是PROTEUS VSMPROTEUS VSM的一大特色。的一大特色。ProteusProteus将源代码的编辑、编译和仿真整合到同一设将源代码的编辑、编译和仿真整合到同一设计环境中，这样使得用户可以在设计中直接编辑、编计环境中，这样使得用户可以在设计中直接编辑、编译、调试代码，并直观地看到用户源程序修改后对仿译、调试代码，并直观地看到用户源程序修改后对仿真结果的影响。真结果的影响。vCPUCPU模型有模型有ARM7ARM7（LPC21xxLPC21xx）、）、PICPIC、Atmel AVRAtmel AVR、Motorola HCXXMotorola HCXX以及以及8051/80528051/8052系列。同时模型库中包系列。同时模型库中包含了含了LED/LCDLED/LCD显示、键盘、按钮、开关等通用外围设显示、键盘、按钮、开关等通用外围设备。备。vProteusProteus包含简明的代码编辑工具，并内嵌了包含简明的代码编辑工具，并内嵌了MCS51MCS51、HC11HC11、AVRAVR、PICPIC单片机的汇编编译器。还可以与第三单片机的汇编编译器。还可以与第三方方IDEIDE联合仿真。联合仿真。vVSMVSM甚至能仿真多个甚至能仿真多个CPUCPU，它能便利处理两个或以上微，它能便利处理两个或以上微控制器的联结与设计。控制器的联结与设计。机电一体化教研室微处理器系统仿真与分析微处理器系统仿真与分析1.原理图输入原理图输入机电一体化教研室微处理器系统仿真与分析微处理器系统仿真与分析a.选择代码生成工具选择代码生成工具b.建立新的源代码文件建立新的源代码文件c.定义新的源代码文件名称定义新的源代码文件名称2.建立源代码文件建立源代码文件机电一体化教研室微处理器系统仿真与分析 3、源代码文件与单片机的链接a.源代码编辑源代码编辑b.源代码编译、链接源代码编译、链接c.将将HEX文件载入单片机文件载入单片机机电一体化教研室微处理器系统仿真与分析4、交互式仿真实时显示系统输出结果实时显示系统输出结果 实时显示元器件实时显示元器件 引脚电平引脚电平机电一体化教研室微处理器系统仿真与分析4、交互式仿真（续）多种类型多种类型LCD可供选择可供选择 使用使用COMPIM模型，可以通过计模型，可以通过计算机物理串口实现仿真电路与现实算机物理串口实现仿真电路与现实电路（设备）的双向通信。电路（设备）的双向通信。机电一体化教研室多种显示单元机电一体化教研室微处理器系统仿真与分析弹出式窗口源代码窗口：提供了四种程序执行命令按钮源代码窗口：提供了四种程序执行命令按钮 程序调试断点程序调试断点处理器程序计数器的当前位置处理器程序计数器的当前位置 内部数据存储器窗口内部数据存储器窗口SFR存储器窗口存储器窗口CPU寄存器窗口寄存器窗口观测窗口观测窗口机电一体化教研室第三方工具的应用v第三方代码生成工具第三方代码生成工具:Proteus许多共享汇编软件或编译器可从系统许多共享汇编软件或编译器可从系统CD上安装到上安装到Proteus 的的TOOLS目录下，目录下，并且会被自动作为并且会被自动作为Proteus的代码生成工具。的代码生成工具。v第三方源代码编辑器第三方源代码编辑器:PROTEUS VSM 提供了一个简明的源代码文本编辑器提供了一个简明的源代码文本编辑器SRCEDIT,用户还可使用第三方源代码编辑器，如用户还可使用第三方源代码编辑器，如UltraEdit。v第三方第三方IDE：用户可使用第三方：用户可使用第三方IDE，如，如IARs Embedded Workbench、Keil、Microchips MP-LAB和和Atmels AVR studio开发源代码，并进行编辑，生成可执行文开发源代码，并进行编辑，生成可执行文件（如件（如HEX或或COD文件）在文件）在Proteus VSM 中，将可执行文件下载到中，将可执行文件下载到MCU，然后进行，然后进行仿真仿真。机电一体化教研室PROTEUS与Keil联调v环境设置环境设置：1、安装Keil和Proteus软件；2、运行vdmagdi.exe完成环境设置，该程序在安装光碟的utility目录下；3、在Keil项目的option-debug中选择Proteus VSM Simulator；4、在Proteus中勾选debuguse remote debug monitor。机电一体化教研室PROTEUS与Keil联调Keil处于运行状态处于运行状态PROTEUS同时同时进入运行状态进入运行状态机电一体化教研室PROTEUS下的C源码调试按按单单步步键键，可可直直接接观观察察、调调试试C 代代码码机电一体化教研室PROTEUS下的C源码调试 如果设置编译环境，使其输出含有调试信息的代码文如果设置编译环境，使其输出含有调试信息的代码文件，下载到单片机，仿真时就能直接在件，下载到单片机，仿真时就能直接在Proteus下观察、下观察、调试调试C源代码。源代码。1、PIC单片机单片机使用MPLAB、Hitech、CCS，输出.cof文件。使用IAR，输出ubrof8文件；2、AVR单片机单片机使用cof、ubrof8或elf/dwarf2格式输出文件；3、ARM7使用elf/dwarf2文件；4、8051系列系列使用omf（Keil）或ubrof8（IAR）文 件；5、HC11系列系列使用ubrof8文件。机电一体化教研室PROTEUS ARES应用介绍一、ARES(Advanced Routing and Editing Software)的基本特点:1.支持16个铜箔层,2个丝印层,4个机械层;2.自动回注,支持引脚交换和门交换;3.强大的编辑功能;4.完备的器件库(包括SM782标准的SMT封装库);5.输出格式适合多数的打印机或绘图仪.机电一体化教研室PROTEUS ARES应用介绍二、从ISIS到ARES 在ISIS中设计好的原理图，确认器件封装正确后点击工具栏的“ARES”命令按钮 就可以直接导出网络表并自动打开ARES。三、PCB的布局布线 先用2D工具在板边（Board Edge）层设计PCB外框，然后可以自动或人工器件布局（Place），再进行布线（Route）。机电一体化教研室PROTEUS ARES应用介绍器件布局器件布局自动布线自动布线机电一体化教研室PROTEUS仿真模型的创建 Labcenter不断在添加新的器件模型，此外我们也可以自己设计特定的模型。一、仿真模型的分类仿真模型的分类1、Schematic Models 通过仿真原型（primitives）搭建的器件模型，ProteusISIS里面既有模拟原型，又有数字原型。2、SPICE Models 基于器件SPICE参数构建的模型，主要用于模拟器件的创建。3、VSM Models 使用VSM SDK在C环境下创建的DLL模型，一般用于设计MCU和较复杂的器件（如点阵LCD及其驱动电路）。4、Active Components 具有动画效果的动态模型（如Lamp、Switch等）。机电一体化教研室PROTEUS仿真模型的创建二、二、Schematic模型的创建模型的创建 基于模块方式的设计 原理图部原理图部件设计件设计内电路设计内电路设计仿真验证仿真验证机电一体化教研室PROTEUS仿真模型的创建模型编译模型编译生成生成MDF文件文件将将MDF文件设置到器件属性中文件设置到器件属性中机电一体化教研室PROTEUS仿真模型的创建ISIS中有大量的仿真原型中有大量的仿真原型机电一体化教研室PROTEUS仿真模型的创建三、三、SPICE模型的创建模型的创建 SPICE文件是一个描述器件性能指标的文本文件，一般由器件制造商提供。Proteus使用兼容工业标准SPICE3F5的文件。下面以电压基准芯片KA431为例介绍创建过程。假设右边文件保存为 E：MyLibKA431.ckt*REFERENCE*|ANODE*|CATHODE*|.SUBCKT KA431 1 2 3 V1 6 7 DC 1.4V I1 2 4 1E-3 R1 1 2 1.2E6 R2 4 2 RMOD 2.495E3 R3 5 7.2 D1 3 6 DMOD1 D2 2 3 DMOD1 D3 2 7 DMOD2 E1 5 2 POLY(2)(4,2)(1,2)0 710-710.MODEL RMOD RES(TC1=1.4E-5 TC2=-1E-6).MODEL DMOD1 D(RS=.3).MODEL DMOD2 D(RS=1E-6).ENDSKA431电压基准电路的电压基准电路的SPICE文件文件机电一体化教研室PROTEUS仿真模型的创建根据根据SPICE文件的引文件的引脚名称，设计器件的脚名称，设计器件的原理图符号原理图符号修改器件属性，修改器件属性，加入加入SPICE文件设定文件设定Make Device创建器件，创建器件，仿真测试仿真测试机电一体化教研室PROTEUS仿真模型的创建四、四、VSM模型的创建模型的创建 对于对于MCU等较为复杂的仿真模型，需要根据等较为复杂的仿真模型，需要根据Labcenter提供的提供的VSM SDK，使用使用C+开发。开发。基本过程如下：1、设计器件的原理图符号；2、创建器件并设置动态器件（Active Component）的属性，选择使用DLL；3、在C+环境下引用SDK提供的H文件设计器件的动态链接库（DLL）；4、将DLL文件设置到器件的属性中。机电一体化教研室PROTEUS仿真模型的创建五、五、Active Components的创建的创建 动态器件可以使仿真更加直观生动，下面通过白炽灯（LAMP）的示例介绍创建过程。LAMP效果演示效果演示 1、创建原理图部件和动画符号（、创建原理图部件和动画符号（Symbols）机电一体化教研室显示状态名显示状态名显示状态数目显示状态数目对应的对应的10个显示状态个显示状态机电一体化教研室2、设计、设计LAMP器件的内层电路并编译为器件的内层电路并编译为MDF文件文件 LAMP的等效电阻的等效电阻电压参数传递原型电压参数传递原型实时电压探头实时电压探头与上层对应的端子与上层对应的端子VP1的状态传递公式的状态传递公式