基于Proteus和Keil的花样流水灯控制电路的设计与仿真

郑丽敏

摘 要：在Proteus仿真软件与Keil编程软件的基础上设计了基于AT89C51单片机为控制核心的八位LED花样流水灯的控制电路。最终通过硬件电路的仿真，验证了电路设计的正确性，整个电路的设计过程，实现了将Proteus与Keil的完美结合，为单片机控制电路的设计提供了一种设计思想。

关键词：Proteus和Keil 流水灯 控制电路

中图分类号：TP369.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）07（b）-0055-02

1 Proteus与KeilμVision4简介

英国Labcenter Electronics公司研发的Proteus软件，是一种模拟单片机外围器件的工具，包含ARES、ISIS等软件模块，是一种电路设计与仿真软件。ARES模块的主要功能是进行PCB电路的设计，制作电路板，而ISIS模块的主要功能是在系统中进行电路原理图的绘制与仿真。PROTEUS的软件仿真基于VSM技术，最大的优势是它能仿真大量的单片机芯片，如MCS-51、PIC系列等，以及单片机外围电路，如键盘、LED等。

美国Keil Software公司出品的Keil C51，是一种兼容汇编和C语言的软件开发系统，是基于Windows的开发界面，界面友好，内涵非常多的库函数以及调试工具，功能强大，易学易用。Keil μVision4通过一个集成开发环境将包括C/C++编译器、宏汇编、连接/定位器和HEX文件生成器等一套完整的开发设计方案组合在一起的应用软件。Keil软件的运行要求在WIN98、NT、WIN2000、WINXP、WIN7等操作系统的环境下。

2 系统设计

2.1 任务目标

用AT89C51单片机的P1口控制8个LED灯，使其先从上到下D1到D8依次点亮，循环2次，然后从下到上D8到D1依次点亮，循环2次，接着8等全部点亮、全部熄灭，变化时间间隔为0.2 s，这样完成一次完整的循环，再重新第二次循环，并用Proteus软件和Keil软件仿真，进行联机调试。

2.2 硬件电路设计

该文是利用Proteus与Keil软件结合来实现电路设计与仿真的。Proteus主要负责电路硬件的设计与搭建，而Keil软件主要是利用C语言对Proteus中的80C51单片机进行编程，实现相关的指令控制。

该电路硬件结构由一片AT89C51单片机、8个LED灯、8个电阻等组成，其中单片机的八位P1口连接八位LED灯，外围电路包括输入电源电路、电源滤波电路、复位电路和LED指示电路。该设计中LED信号灯电路采用发光二极管，阳极通过限流电阻R与+5 V电源连接，阴极连接到单片机的P1口8个引脚，如图1所示。要实现LED灯点亮，依据二极管的单向导电性，以及电路设计可以使P1口引脚输出低电平（逻辑0）即可，要熄灭它，P1口引脚输出高电平（逻辑1）即可。

2.3 程序设计分析

对单片机AT89C51写入对应指令和相关数据后，来实现LED流水灯闪亮的任务目标。整个过程是在Keil μVision4软件编译环境下，应用C语言进行程序设计的，8个LED灯从上到下依次点亮、循环等通过数组可以实现。任务中要求LED灯点亮0.2 s，熄灭0.2 s。MCS-51单片机晶振频率为12 MHz，则一个机器周期是为1μs。由于单片机中多数指令都是单周期指令，因此执行一条指令的时间为一个机器周期，任务要求时间间隔为0.2 s，程序编写中用循环语句来完成计数和时间延迟。延时程序如下：

void delay（void）

{

unsigned char m，n，s；

for（m=20；m>0；m--） //m每减去一次

for（n=20；n>0；n--） //n要执行20次，n减到0为止

for（s=248；s>0；s--）； //n每减去一次，执行一次for（s=248；s>0；s--）}

m减到0退出循环，单片机的时钟频率为12 MHz，在keil C中获得最为准确的延时函数将是void delay（unsigned char t），反汇编执行DJNZ指令需要2个机器周期，具体延时时间为1×1+20×1+400×1+99200×2+400×2+20×2=199661个机器周期，199 661μs，约0.2s，满足任务要求。

2.4 仿真

在Proteus7.8 软件环境下将生成的.HEX十六进制文件下载到AT89C51单片机中，将Keil所编译的程序通过Proteus 软件进行仿真，验证是否满足功能设计要求，通过应用Proteus 软件，最终验证了程序设计的正确性，整个仿真电路及单步执行效果如图2所示。

3 结语

该文以AT89C51单片机为控制核心，以八位LED灯为显示载体，来设计花样流水灯的硬件和软件电路，并详细分析了延时子程序。整个流水灯程序设计简单，功能可扩展性强，将Proteus和Keil仿真软件联调应用到单片机程序开发设计电路中，极大地缩减了单片机开发设计流程，具有一定的理論与现实意义。

参考文献

[1] 陈玉楼.单片机原理与应用技术[M].北京：科学出版社，2015.

[2] 杨延宁，刘立军，张志勇.基于Proteus的单片机汉字点阵显示电路设计[J].液晶与显示，2009，24（1）：98-101.

[3] 吴晓苏.单片机原理与接口技术[M].人民邮电出版社，2009.