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

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

    LED顯示控制系統(tǒng)設(shè)計是采用單片機AT89C51作為主控制器，采用LED行列陣顯示及鍵盤同步中斷請求顯示的2種模式，實現(xiàn)串口通信并進行2種模式下的切換控制。系統(tǒng)成功地實現(xiàn)對I／O口通道控制以及鍵盤的中斷請求等功能控制。系統(tǒng)仿真環(huán)境的搭建是基于Proteus與Keil μVision 3軟件在聯(lián)合開發(fā)平臺中調(diào)試完成的。在調(diào)試的過程中，可以從多個方面直接觀察程序運行情況和電路工作分析，簡化了理論程序和設(shè)計實驗等過程，大大減少了代碼的開發(fā)周期，降低了硬件成本。

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

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

2．2 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計
    系統(tǒng)硬件由單片機AT89C51系統(tǒng)和行列陣LED顯示模塊、上位機、串行顯示鍵盤模塊、晶振電路和存儲器模塊等構(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，是通過與上位機間的串口通信接收文件信息并保存，通過行列驅(qū)動器控制完成LED的驅(qū)動。串行顯示鍵盤，為實現(xiàn)鍵盤輸入與顯示屏輸出實現(xiàn)同步，進行串口輸出模式切換，完成對LED的驅(qū)動，但由于系統(tǒng)中并行口的I／O資源不夠，而串行口又沒有其他作用，通過用數(shù)據(jù)鎖存模塊74LS164來擴展并行I／O口，節(jié)約單片機資源。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
    顯示部分采用動態(tài)掃描方式，實現(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點陣時，對應(yīng)列數(shù)據(jù)，由于74HC595器件的特殊性，通過將每個器件的串行數(shù)據(jù)輸入引腳14與下一個器件的串行數(shù)據(jù)輸出引腳9級聯(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，把輸出有效引腳13置為低電平，則40列數(shù)據(jù)一起輸出，達到一行顯示的效果。依次類推，實現(xiàn)整個顯示屏的顯示功能。
2．2．2 串行顯示鍵盤
    該模塊用于與人機交互和顯示，行列式鍵盤即矩陣式鍵盤，由行和列組成，在每個行列的交叉點上放置一個按鍵。包括8只控制LED的位驅(qū)動晶體管，控制數(shù)碼顯示的數(shù)據(jù)由控制燈亮滅信號和控制位顯示的控制信號兩部分組成。
2．2．3 串口通信
    串口接口通過RS 232實現(xiàn)上位機與單片機傳輸信息。當(dāng)模塊進入串行傳輸方式，上位機通過同步時鐘線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，主機時鐘線上的時鐘信號才能被液晶顯示模塊接受，當(dāng)引腳CS為低電平時，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
    整個系統(tǒng)軟件設(shè)計語言采用C語言，進行中斷控制，其中代碼開發(fā)編寫測試則通過Keil μVision 3軟件與Proteus軟件之間完成。
    軟件實現(xiàn)代碼流程如圖3所示。

    由于軟件開發(fā)代碼復(fù)雜，現(xiàn)給出鍵盤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)的方式來實現(xiàn)。首先需要安裝Keil驅(qū)動軟件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Keil UVision 3軟件，創(chuàng)建項目，并單擊option for targetl，在打開對話框，選擇output選項卡，在creat hex file前面打勾，以便產(chǎn)生HEX文件，同時在debug選項卡中選擇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，在其屬性下面的Program file中加載由Keil μVision 3產(chǎn)生的．HEX文件，然后點擊ok退出，同時在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
    LED顯示系統(tǒng)以AT89C51單片機為基礎(chǔ)，利用RS 232和單片機的接口轉(zhuǎn)換模塊，實現(xiàn)與PC機的數(shù)據(jù)傳輸，可以隨時更新顯示內(nèi)容。同時，采用鍵盤輸入串口中斷模式與驅(qū)功LED同步顯示，并實現(xiàn)了兩者的模式切換，同時采用C語言和匯編語言混合編程，和基于Keil與Proteus聯(lián)調(diào)仿真的開發(fā)模式，使系統(tǒng)的功能更容易實現(xiàn)且具有較好的移植性。