基于Proteus和Keil μVision 3 LED顯示控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：為了實(shí)現(xiàn)基于Proteus和Keil μVision3軟件聯(lián)調(diào)環(huán)境下利用單片機(jī)AT89C51芯片采用串口通信模式及鍵盤(pán)輸入同步中斷控制方式，設(shè)計(jì)了一種LED顯示控制系統(tǒng)。由仿真結(jié)果表明，在該模式開(kāi)發(fā)環(huán)境下，有利于各個(gè)環(huán)節(jié)參數(shù)變量的調(diào)節(jié)設(shè)定，使得系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)更加容易實(shí)現(xiàn)，大大提高了代碼開(kāi)發(fā)周期和進(jìn)度，簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)流程。
關(guān)鍵詞：Proteus；Keil；LED；AT89C51

    LED顯示控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是采用單片機(jī)AT89C51作為主控制器，采用LED行列陣顯示及鍵盤(pán)同步中斷請(qǐng)求顯示的2種模式，實(shí)現(xiàn)串口通信并進(jìn)行2種模式下的切換控制。系統(tǒng)成功地實(shí)現(xiàn)對(duì)I／O口通道控制以及鍵盤(pán)的中斷請(qǐng)求等功能控制。系統(tǒng)仿真環(huán)境的搭建是基于Proteus與Keil μVision 3軟件在聯(lián)合開(kāi)發(fā)平臺(tái)中調(diào)試完成的。在調(diào)試的過(guò)程中，可以從多個(gè)方面直接觀察程序運(yùn)行情況和電路工作分析，簡(jiǎn)化了理論程序和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等過(guò)程，大大減少了代碼的開(kāi)發(fā)周期，降低了硬件成本。

1 Keil μVision 3與protues簡(jiǎn)介
    Keil μVision 3是美國(guó)Keil Software公司出品的C51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，其生成目標(biāo)代碼的效率非常高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。
    Proteus是英國(guó)Labcenter electonics公司研發(fā)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)系統(tǒng)，主要由ISIS電路設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)、Peospite模／數(shù)混合仿真器、VSM單片機(jī)／嵌入式系統(tǒng)協(xié)同仿真和ARES PCB設(shè)計(jì)構(gòu)成。在編譯調(diào)試方面，支持Keil μVision 3和MPLAB等第三方開(kāi)發(fā)工具。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)框架
    LED顯示控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)由系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)、系統(tǒng)代碼開(kāi)發(fā)、硬件電路模擬仿真、軟硬件聯(lián)合調(diào)試、實(shí)物移植等組成。其中，代碼開(kāi)發(fā)仿真模擬通過(guò)Proteus軟件與Keil μVision 3軟件之間相互聯(lián)合仿真進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)框架如圖1所示。

2．2 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)硬件由單片機(jī)AT89C51系統(tǒng)和行列陣LED顯示模塊、上位機(jī)、串行顯示鍵盤(pán)模塊、晶振電路和存儲(chǔ)器模塊等構(gòu)成。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

    硬件模塊主要完成的功能有：顯示屏的驅(qū)動(dòng)，是通過(guò)與上位機(jī)間的串口通信接收文件信息并保存，通過(guò)行列驅(qū)動(dòng)器控制完成LED的驅(qū)動(dòng)。串行顯示鍵盤(pán)，為實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)輸入與顯示屏輸出實(shí)現(xiàn)同步，進(jìn)行串口輸出模式切換，完成對(duì)LED的驅(qū)動(dòng)，但由于系統(tǒng)中并行口的I／O資源不夠，而串行口又沒(méi)有其他作用，通過(guò)用數(shù)據(jù)鎖存模塊74LS164來(lái)擴(kuò)展并行I／O口，節(jié)約單片機(jī)資源。將AT89C51串行通信口輸出的串行數(shù)據(jù)譯碼在其并口線上輸出，將顯示的數(shù)據(jù)直接送串口發(fā)送緩沖器，等待串行中斷即可。
2．2．1 LED顯示模塊
    顯示部分采用動(dòng)態(tài)掃描方式，實(shí)現(xiàn)漢字、圖像、數(shù)字字符等數(shù)據(jù)信息的控制以及顯示等功能。采用行掃描方式，當(dāng)選通第1行LED點(diǎn)陣時(shí)，對(duì)應(yīng)列數(shù)據(jù)，由于74HC595器件的特殊性，通過(guò)將每個(gè)器件的串行數(shù)據(jù)輸入引腳14與下一個(gè)器件的串行數(shù)據(jù)輸出引腳9級(jí)聯(lián)，可以把需要顯示的數(shù)據(jù)信息依次存入74HC595器件內(nèi)，通過(guò)其鎖存器功能將數(shù)據(jù)鎖存，待40列數(shù)據(jù)都存入74HC595器件內(nèi)時(shí)，把輸出有效引腳13置為低電平，則40列數(shù)據(jù)一起輸出，達(dá)到一行顯示的效果。依次類推，實(shí)現(xiàn)整個(gè)顯示屏的顯示功能。
2．2．2 串行顯示鍵盤(pán)
    該模塊用于與人機(jī)交互和顯示，行列式鍵盤(pán)即矩陣式鍵盤(pán)，由行和列組成，在每個(gè)行列的交叉點(diǎn)上放置一個(gè)按鍵。包括8只控制LED的位驅(qū)動(dòng)晶體管，控制數(shù)碼顯示的數(shù)據(jù)由控制燈亮滅信號(hào)和控制位顯示的控制信號(hào)兩部分組成。
2．2．3 串口通信
    串口接口通過(guò)RS 232實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與單片機(jī)傳輸信息。當(dāng)模塊進(jìn)入串行傳輸方式，上位機(jī)通過(guò)同步時(shí)鐘線SCLK和串行數(shù)據(jù)線完成數(shù)據(jù)的傳輸。在AT89C51片選引腳CS為高電平時(shí)，主機(jī)時(shí)鐘線上的時(shí)鐘信號(hào)才能被液晶顯示模塊接受，當(dāng)引腳CS為低電平時(shí)，顯示模塊內(nèi)部寄存器將被復(fù)位，即終止數(shù)據(jù)傳輸。
2．3 軟件設(shè)計(jì)
    整個(gè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)言采用C語(yǔ)言，進(jìn)行中斷控制，其中代碼開(kāi)發(fā)編寫(xiě)測(cè)試則通過(guò)Keil μVision 3軟件與Proteus軟件之間完成。
    軟件實(shí)現(xiàn)代碼流程如圖3所示。

    由于軟件開(kāi)發(fā)代碼復(fù)雜，現(xiàn)給出鍵盤(pán)輸入程序部分代碼如下：
   
   

3 Proteus與Keil軟件的聯(lián)調(diào)設(shè)置
    系統(tǒng)采用Keil μVision 3與Proteus聯(lián)調(diào)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先需要安裝Keil驅(qū)動(dòng)軟件vdmagdi．exe，然后Keil目錄下的bin中的VDM51．  dll拷貝到Proteus下面的bin中，打開(kāi)Keil UVision 3軟件，創(chuàng)建項(xiàng)目，并單擊option for targetl，在打開(kāi)對(duì)話框，選擇output選項(xiàng)卡，在creat hex file前面打勾，以便產(chǎn)生HEX文件，同時(shí)在debug選項(xiàng)卡中選擇proteus vsmsimulator，將Keil生成．HEX文件如圖4所示。

    在Proteus軟件中，雙擊AT89C51單片機(jī)，在其屬性下面的Program file中加載由Keil μVision 3產(chǎn)生的．HEX文件，然后點(diǎn)擊ok退出，同時(shí)在debug菜單下面選擇use remote debug monitor，這樣就完成了Proteus與Keil的聯(lián)調(diào)準(zhǔn)備工作如圖5所示。

4 結(jié)語(yǔ)
    LED顯示系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為基礎(chǔ)，利用RS 232和單片機(jī)的接口轉(zhuǎn)換模塊，實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸，可以隨時(shí)更新顯示內(nèi)容。同時(shí)，采用鍵盤(pán)輸入串口中斷模式與驅(qū)功LED同步顯示，并實(shí)現(xiàn)了兩者的模式切換，同時(shí)采用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程，和基于Keil與Proteus聯(lián)調(diào)仿真的開(kāi)發(fā)模式，使系統(tǒng)的功能更容易實(shí)現(xiàn)且具有較好的移植性。