單片機應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方案

1 概述

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，以及移動通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用，單片機從4位、8位、16位到32位，其發(fā)展歷程一直受到廣大電子愛好者的極大關(guān)注。單片機功能越來越強大，價格卻不斷下降的優(yōu)勢無疑成為嵌入式系統(tǒng)方案設(shè)計的首選，同時單片機應(yīng)用領(lǐng)域的擴大也使得更多人加入到基于單片機系統(tǒng)的開發(fā)行列中，推動著單片機技術(shù)的創(chuàng)新進步。

然而傳統(tǒng)的單片機系統(tǒng)開發(fā)除了需要購置諸如仿真器、編程器、示波器等價格不菲的電子設(shè)備外，開發(fā)過程也較繁瑣。如圖1所示，用戶程序需要在硬件完成的情況下才能進行聯(lián)調(diào)，如果在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)需修改硬件，則要重新制板。因此無論從硬件成本還是開發(fā)周期來看，其高風(fēng)險、低效率的特性顯露無遺。來自英國Labcenter Electronics公司的Proteus軟件很好地詮釋了利用現(xiàn)代EDA工具方便快捷開發(fā)單片機系統(tǒng)的優(yōu)勢。它包括PROTEUS VSM(Virtual System Modelling)、PROTEUS PCB DESIGN兩大組成部分，在PC機上就能實現(xiàn)原理圖電路設(shè)計、電路分析與仿真、單片機代碼級調(diào)試與仿真、系統(tǒng)測試與功能驗證以及形成PCB文件的完整嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與研發(fā)過程。本文講述PROTEUS VSM單片機系統(tǒng)的PROTEUS設(shè)計與仿真功能，圖2為基于PROTEUS仿真軟件的單片機系統(tǒng)設(shè)計流程，它極大地簡化了設(shè)計工作，得到眾多設(shè)計師的青睞。

圖1 傳統(tǒng)的單片機系統(tǒng)設(shè)計流程　　圖2 基于Proteus的單片機系統(tǒng)設(shè)計流程

2 基于Proteus的單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真

Proteus支持51、PIC、AVR、ARM7等多個系列的單片機芯片，集編輯、編譯、仿真調(diào)試于一體。它的界面簡潔友好，可利用該軟件提供的數(shù)千種數(shù)字/模擬仿真元器件以及豐富的仿真設(shè)備，使得在程序調(diào)試、系統(tǒng)仿真時不僅能觀察到程序執(zhí)行過程中單片機寄存器和存儲器等內(nèi)容變化，還可從工程的角度直觀地看到外圍電路工作情況，非常接近工程應(yīng)用。另外Proteus還能與第三方集成開發(fā)環(huán)境(如Keil的μVision)進行聯(lián)合仿真調(diào)試，給予開發(fā)人員莫大便利。本設(shè)計以51單片機構(gòu)成的99秒馬表為例描述基于Proteus的硬件設(shè)計、基于Keil C的軟件設(shè)計以及它們的聯(lián)合仿真調(diào)試過程。

2.1 硬件設(shè)計

2個七段數(shù)碼管顯示馬表時間，用51單片機的P1口驅(qū)動;按鍵SP掛在外部中斷0的I/O口上，第1次按下表示開始運行，第2次按下為計時停止，第3次按下重新歸零;擴展程序存儲器27256、數(shù)據(jù)存儲器62256主要是緣于嵌入式操作系統(tǒng)μC/OSII下的應(yīng)用程序設(shè)計，片內(nèi)存儲空間有限，同時也方便擴展。

根據(jù)以上分析，選取的元器件有：AT89C51、4位7段譯碼顯示器、74LS373、27256、62256、按鍵及電阻電容等。Proteus繪制原理圖和Protel軟件相似，先從元件庫中取出所需的元件并在繪圖區(qū)布局好，設(shè)置元器件屬性，接著進行連線，添加必要的網(wǎng)絡(luò)標示等，最后完成電氣檢測。圖3為馬表電路原理圖。