單片機應用于嵌入式系統設計方案

1 概述

隨著半導體技術的飛速發展，以及移動通信、網絡技術、多媒體技術在嵌入式系統設計中的應用，單片機從4位、8位、16位到32位，其發展歷程一直受到廣大電子愛好者的極大關注。單片機功能越來越強大，價格卻不斷下降的優勢無疑成為嵌入式系統方案設計的首選，同時單片機應用領域的擴大也使得更多人加入到基于單片機系統的開發行列中，推動著單片機技術的創新進步。

然而傳統的單片機系統開發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備外，開發過程也較繁瑣。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調，如果在調試過程中發現需修改硬件，則要重新制板。因此無論從硬件成本還是開發周期來看，其高風險、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代EDA工具方便快捷開發單片機系統的優勢。它包括PROTEUS VSM(Virtual System Modelling)、PROTEUS PCB DESIGN兩大組成部分，在PC機上就能實現原理圖電路設計、電路分析與仿真、單片機代碼級調試與仿真、系統測試與功能驗證以及形成PCB文件的完整嵌入式系統設計與研發過程。本文講述PROTEUS VSM單片機系統的PROTEUS設計與仿真功能，圖2為基于PROTEUS仿真軟件的單片機系統設計流程，它極大地簡化了設計工作，得到眾多設計師的青睞。

圖1 傳統的單片機系統設計流程　　圖2 基于Proteus的單片機系統設計流程

2 基于Proteus的單片機系統設計與仿真

Proteus支持51、PIC、AVR、ARM7等多個系列的單片機芯片，集編輯、編譯、仿真調試于一體。它的界面簡潔友好，可利用該軟件提供的數千種數字/模擬仿真元器件以及豐富的仿真設備，使得在程序調試、系統仿真時不僅能觀察到程序執行過程中單片機寄存器和存儲器等內容變化，還可從工程的角度直觀地看到外圍電路工作情況，非常接近工程應用。另外Proteus還能與第三方集成開發環境(如Keil的μVision)進行聯合仿真調試，給予開發人員莫大便利。本設計以51單片機構成的99秒馬表為例描述基于Proteus的硬件設計、基于Keil C的軟件設計以及它們的聯合仿真調試過程。

2.1 硬件設計

2個七段數碼管顯示馬表時間，用51單片機的P1口驅動;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、數據存儲器62256主要是緣于嵌入式操作系統μC/OSII下的應用程序設計，片內存儲空間有限，同時也方便擴展。

根據以上分析，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布局好，設置元器件屬性，接著進行連線，添加必要的網絡標示等，最后完成電氣檢測。圖3為馬表電路原理圖。