精选【proteus仿真项目实例】电压检测系统proteus仿真

妄北y

发布时间 2024.05.20阅读数 402 评论数 0

一、简介：

Proteus软件是一款集电路设计、电路仿真及电路板设计为一体的EDA工具。在电压检测系统的仿真中，Proteus能够提供丰富的电子元件库和强大的仿真环境，帮助我们更直观地理解电压检测系统的工作原理和性能。电压检测系统通常包括电压传感器、模拟数字转换器(ADC)、微控制器(MCU)、显示设备等主要部分。在Proteus中，这些元件均可以在元件库中找到。

二、设计思路：

设计一个电压检测系统在Proteus仿真软件中，往往需要以下几步

2.1 确定电压检测范围和精度

首先，你需要确定你的电压检测系统需要支持的电压范围（例如0-5V或0-12V等）以及所需的检测精度。这将直接影响你选择传感器和ADC的决策。

2.2 设计电压传感器部分

电压传感器通常是一个分压器，由一对电阻组成，用于将较高的检测电压降低到ADC能够安全接受的水平。选择合适的电阻值以确保电压在ADC的输入范围内。

2.3 选择适当的ADC

根据所需的分辨率和数据位宽选择适当的ADC。例如，如果你需要10位的分辨率，你可能会选择一个10位的ADC。

2.4 微控制器的选择与编程

选择一个适合的微控制器来读取ADC的输出，并将其转换成实际的电压值。在Proteus中，你可以使用像Arduino这样的微控制器，并编写代码来读取ADC值并进行处理。

2.5 输出显示方案

选择一个显示方案，比如LCD或LED显示屏，用以展示检测到的电压值。在Proteus中，你可以直接模拟这些显示组件，并将它们连接到微控制器的相应引脚。

2.6 模拟和测试

在Proteus中构建整个电路图，然后运行仿真。检查电路的运行是否符合预期，检测的电压值是否准确。如果有必要，调整电路设计并重新仿真。

2.7 安全和保护措施

为了保护ADC和微控制器免受过高电压的损害，可能需要设计电路保护措施，如使用稳压二极管、电压钳位电路等。

2.8 电源管理

考虑整个系统的电源管理，确保所有组件的电源需求得到满足，并且电压稳定。

2.9 电路板设计

虽然在仿真阶段不是必需的，但为将来的实际应用设计一个电路板可能是一个好主意。在Proteus中，你可以使用PCB Layout工具来完成这一步。

2.10 文档化

在整个设计和仿真过程中，保持详细的文档，记录你的设计决策、电路参数以及仿真结果，以供进一步分析和参考。比如我们这篇博客就是对这这个设计过程的详细说明与分析。

三、仿真电路设计：

在Proteus中进行电压检测系统的仿真设计，可以按照以下步骤进行：

3.1 启动Proteus并创建新项目

打开Proteus软件，创建一个新的项目，并为你的电压检测系统仿真设计命名。

3.2 绘制电路原理图

在Proteus的原理图编辑器中，开始绘制电压检测系统的电路原理图。这包括：

电压传感器：选择合适的电阻来创建分压电路，或者使用专用的电压传感器IC。
ADC：从元件库中选择一个ADC，并将其连接到电压传感器的输出。
微控制器：选择一个微控制器（如Arduino、PIC、STM32等），并将其连接到ADC的输出。
显示设备：选择一个LCD或LED显示屏，并将其连接到微控制器的相应引脚。
电源和地：为整个电路提供适当的电源和接地。

3.3 配置元件参数

双击每个元件，配置其参数。例如，为ADC设置参考电压和采样率，为微控制器设置时钟频率等。

3.4 编写微控制器代码

使用Proteus中的代码编辑器或外部IDE（如Arduino IDE）编写微控制器的代码。代码应包括读取ADC值、转换为实际电压值、以及将结果发送到显示设备的逻辑。

3.5 添加仿真模型

确保所有元件都有相应的仿真模型。如果某些元件没有内置的仿真模型，你可能需要从外部导入或创建自定义模型。

3.6 运行仿真

在原理图编辑器中，点击“运行仿真”按钮开始仿真。观察ADC的输出是否正确，微控制器是否能够正确处理数据，以及显示设备是否能够准确显示电压值。

3.7 调试和优化

如果仿真结果不符合预期，使用Proteus的调试工具来检查电路和代码中的问题。可能需要调整电阻值、ADC参数或微控制器代码。

3.8 记录仿真结果

在仿真过程中，记录关键的仿真结果和观察到的行为，以便于分析和改进设计。

3.9 设计PCB布局（可选）

如果需要，可以使用Proteus的PCB布局工具来设计电路板的物理布局。这包括元件放置、布线和生成制造文件。

3.10 文档化

最后，整理所有设计文档，包括原理图、代码、仿真结果和任何其他相关信息，以便于未来的参考和分享，你可以在Proteus中有效地设计和仿真电压检测系统，确保其在实际应用中的性能和可靠性。

四、电路图

五、下位机程序

;ADCS BIT P3.5 ;使能接口
;ADCLK BIT P3.6 ;时钟接口
;ADDO BIT P3.7 ;数据输出接口（复用）
;ADDI BIT P3.7 ;数据输入接口
ORG     0000H
LJMP INITOUT
ORG 0023H
LJMP SERVE
ORG 30H
INITOUT:
MOV SP,#60H   ;栈顶地址
MOV TMOD,#20H  ;定时器1初始化
MOV TH1,#0F3H  ;设置波特率为1200MHz，6MHz的晶振
MOV TL1,#0F3H  ;
MOV SCON,#50H  ;串口初始化为可以接收
MOV PCON,#00H  ;波特率不倍增
SETB TR1   ;启动定时器
SETB EA   ;开中断
SETB ES   ;允许串口中断
MainProgram:    
NOP    ;主程序主要是等中断
NOP
LCALL CONV
SJMP Mainprogram
;=======================================================
SERVE:
PUSH PSW        ;将程序状态字压入堆栈 
PUSH ACC        ;将累加器压入堆栈 
CLR EA        ;关闭系统中断          
CLR RI          ;清除中断标志位 
MOV A,SBUF
CJNE A,#01,NEXTI;判断，01号单片机

MOV SBUF,31H


wait:jnb ti,wait
     clr ti

CLR RI          ;清除中断标志位 
SETB EA         ;打开系统中断 
POP ACC         ;累加器出栈 
POP PSW         ;程序状态字出栈 
NEXTI:RETI            ;中断程序返回 



;==============================================

CONV:MOV 30H,#02H;方式字选择
     MOV R0,#31H;数据存储首地址
     LCALL ADC0832;调用A/D转换子程序

     RET
;========================================
ADC0832:SETB P3.7 ;初始化通道选择
        NOP
        NOP
        CLR P3.5 ;拉低/CS端
        NOP
        NOP
        SETB P3.6 ;拉高CLK端
        NOP
        NOP
        CLR P3.6 ;拉低CLK端,形成下降沿
        MOV A,30H
        MOV C,ACC.1 ;确定取值通道选择
        MOV P3.7,C
        NOP
        NOP
        SETB P3.6 ;拉高CLK端
        NOP
        NOP
        CLR P3.6 ;拉低CLK端,形成下降沿2
        MOV A,30H
        MOV C,ACC.0 ;确定取值通道选择
        MOV P3.7,C
        NOP
        NOP
        SETB P3.6 ;拉高CLK端
        NOP
        NOP
        CLR P3.6 ;拉低CLK端,形成下降沿3
        SETB P3.7
        NOP
        NOP
    MOV R7,#8 ;准备送下后8个时钟脉冲
ADH:MOV C,P3.7 ;接收数据
    MOV ACC.0,C
    RL A ;左移一次
    SETB P3.6
    NOP
    NOP
    CLR P3.6 ;形成一次时钟脉冲
    NOP
    NOP
    DJNZ R7,ADH ;循环8次
    MOV C,P3.7 ;接收数据
    MOV ACC.0,C
    MOV @R0,A
    MOV R7,#8
ADL:MOV C,P3.7 ;接收数据
    MOV ACC.0,C
    RR A ;左移一次
    SETB P3.6
    NOP
    NOP
    CLR P3.6 ;形成一次时钟脉冲
    NOP
    NOP
    DJNZ R7,ADL ;循环8次
    MOV B,@R0
    CJNE A,B,ADC0832 ;数据校验
    SETB P3.5 ;拉高/CS端
    CLR P3.6 ;拉低CLK端
    SETB P3.7 ;拉高数据端,回到初始状态
    RET
;

这段代码是用汇编语言编写的，针对8051微控制器系列的一部分。代码的主要目的是使用外部ADC芯片（可能是ADC0832）来进行模拟-数字转换，并将转换结果通过串口传输。下面是代码的分析和解释：

5.1 注释部分

;ADCS BIT P3.5 ;使能接口
;ADCLK BIT P3.6 ;时钟接口
;ADDO BIT P3.7 ;数据输出接口（复用）
;ADDI BIT P3.7 ;数据输入接口

这部分定义了与ADC芯片通信时使用的微控制器的端口位。

5.2 初始化代码

ORG     0000H
LJMP INITOUT
ORG 0023H
LJMP SERVE
ORG 30H

这部分代码设置了程序的入口点和中断向量。

5.3 初始化输出和定时器

INITOUT:
MOV SP,#60H   ;栈顶地址
MOV TMOD,#20H  ;定时器1初始化
MOV TH1,#0F3H  ;设置波特率为1200MHz，6MHz的晶振
MOV TL1,#0F3H  ;
MOV SCON,#50H  ;串口初始化为可以接收
MOV PCON,#00H  ;波特率不倍增
SETB TR1   ;启动定时器
SETB EA   ;开中断
SETB ES   ;允许串口中断

在这部分代码中，初始化了堆栈指针、定时器、串口设置和中断。

5.4 主程序循环

MainProgram:    
NOP    ;主程序主要是等中断
NOP
LCALL CONV
SJMP Mainprogram

主程序执行了一个空操作（NOP）和一个长调用（LCALL）到一个名为CONV的子程序，然后无限循环。

5.5 串口中断服务程序

SERVE:
...
NEXTI:RETI            ;中断程序返回

当串口接收到数据时，会调用这个中断服务程序。

5.6 A/D转换调用

CONV:...
     LCALL ADC0832;调用A/D转换子程序
     ...

这个子程序调用实际进行A/D转换的子程序。

5.7 ADC0832 A/D转换程序

ADC0832:...

这部分代码是最关键的，它直接与ADC芯片通信，通过P3.5, P3.6, P3.7端口位控制ADC的选通（CS）、时钟（CLK）和数据（DATA）线。代码通过发送适当的时钟信号来启动转换，然后逐位地读取数据，最终进行数据校验，并返回读取的值。

5.8 代码中的几点注意事项：

波特率设置为“1200MHz”实际上是错误的，应该是1200bps。而且6MHz的晶振无法直接生成这样的波特率，这里可能是对波特率设置的一个笔误。
在ADC0832函数中，数据从ADC读取并左移（RL A）或右移（RR A）到累加器A，并存储在寄存器R0指向的地址。
数据校验通过比较两次读取的数据是否一致（CJNE A,B,ADC0832）来实现，如果不一致，则重新进行A/D转换。
代码中使用了大量的NOP指令来生成必要的时序。

这段代码用于通过8051系列的微控制器来读取ADC0832的转换结果，并通过串口在接收到特定字符时将转换结果发送出去。

六、电压检测系统

这里使用了reg52.h头文件，它包含了8051微控制器系列的SFR（Special Function Registers）定义。代码使用随机数生成器来生成一个随机数，并将它输出到P1端口，前提是这个随机数在0到255之间（这是单个8位端口可以表示的范围）。

#include<reg52.h> // 包含51系列单片机的特殊功能寄存器的定义
#include<stdlib.h> // 包含标准库，这里主要用于rand()函数

void main(void) // 主函数
{ 
  int tempnum, i; // 定义两个整型变量，tempnum用于存放随机数，i用于循环延时
  while(1) // 无限循环
  {
    tempnum=rand(); // 调用rand()函数生成随机数并赋值给tempnum
    if (0<=tempnum<=255) // 这里尝试检查tempnum的值是否在0到255之间
    {
      P1=tempnum; // 如果是，将tempnum的值赋给P1端口
    }
    for(i=0;i<30000;i++); // 一个简单的延时循环，没有执行体
  }
}

代码可能出现以下几个问题：

条件判断的误用：
在C语言中，条件if (0<=tempnum<=255)并不会像预期的那样工作。这个表达式首先会计算0<=tempnum的结果，这会是1（如果tempnum大于等于0）或0（如果tempnum小于0），然后将这个结果（1或0）和255比较。为了正确地进行范围检查，应该写为两个独立的条件：
```
if (0 <= tempnum && tempnum <= 255)
```
随机数生成：
rand()函数返回一个在0到RAND_MAX之间的随机数，其中RAND_MAX通常被定义为32767。在这个程序中，尽管rand()生成的数可能超出0-255范围，但错误的条件判断意味着P1总是被赋予rand()返回的值，不论其大小如何。
缺少随机数种子：
rand()函数是伪随机数生成器，如果不给它一个种子，它每次在程序启动时都会生成相同的随机数序列。通常需要调用srand()函数，并传递一个种子，比如当前时间time(NULL)，但在嵌入式系统中，可能需要找到其他种子生成的方式，例如读取未连接的输入端口或使用内部定时器的值。

除此之外，这个程序似乎目的是不断地将随机数输出到P1端口（可能连接到一些外设，如LED灯），并在每次输出后进行简单的软件延时。

七、运行效果：

7.1 运行整体

检测电压表显示

八、总结

嵌入式编程基础：

了解如何使用C语言编写嵌入式系统程序，特别是针对8051系列的微控制器。
学习如何包含头文件，如reg52.h，它定义了特定微控制器的寄存器，这些寄存器用于控制硬件功能。

端口操作：

学习如何通过编程来控制微控制器的I/O端口，例如将一个值写入P1端口。

随机数生成：

了解如何使用rand()函数生成随机数，以及如何使用srand()函数设置随机数种子以获得不同的随机数序列。

条件判断：

学习如何正确地使用条件判断语句，特别是在检查一个值是否在某个范围内时，需要使用逻辑运算符&&来组合两个比较条件。

软件延时：

了解如何使用简单的循环来创建软件延时，这在嵌入式系统中很常见，因为它们通常没有操作系统提供的定时器服务。

代码审查和调试：

学习如何分析代码并识别潜在的问题，如条件判断的误用和随机数生成器的种子问题。

编程实践：

了解编写嵌入式系统代码时应该注意的一些最佳实践，例如确保随机数生成器每次运行时都产生不同的序列，以及确保条件判断语句的正确性。

代码优化：

学习如何优化代码，例如避免不必要的循环和确保条件判断的正确性，以提高代码的效率和可靠性。

通过这些学习点，我们可以更好地理解嵌入式系统编程的基础，以及如何编写、分析和优化这类代码。

电路设计嵌入式嵌入式系统

原创文章作者：妄北y。如若转载，请注明出处：古月居 https://www.guyuehome.com/46848

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二、设计思路：

2.1 确定电压检测范围和精度

2.2 设计电压传感器部分

2.3 选择适当的ADC

2.4 微控制器的选择与编程

2.5 输出显示方案

2.6 模拟和测试

2.7 安全和保护措施

2.8 电源管理

2.9 电路板设计

2.10 文档化

三、仿真电路设计：

3.1 启动Proteus并创建新项目

3.2 绘制电路原理图

3.3 配置元件参数

3.4 编写微控制器代码

3.5 添加仿真模型

3.6 运行仿真

3.7 调试和优化

3.8 记录仿真结果

3.9 设计PCB布局（可选）

3.10 文档化

四、电路图

五、下位机程序

5.1 注释部分

5.2 初始化代码

5.3 初始化输出和定时器

5.4 主程序循环

5.5 串口中断服务程序

5.6 A/D转换调用

5.7 ADC0832 A/D转换程序

5.8 代码中的几点注意事项：

六、电压检测系统

七、运行效果：

7.1 运行整体

检测电压表显示

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