iic总线的监控系统仿真设计(附件)【字数：11224】
摘 要摘 要随着电子技术行业和EDA技术的蓬勃发展，监控技术的应用已经非常广泛。IIC总线则是非常适用于器件之间进行近距离、间歇性数据通信的一种串行双向总线，尤其在仿真技术行业的应用。而集成度高、体积小、高可靠性的51单片机也不例外，一直担当着举足轻重的角色。本设计硬件软件的调试与仿真工作由Proteus和Keil uvision结合进行。系统以AT89C51单片机作为控制核心，4*4矩阵键盘作为输入，结合A/D转换器、LCD显示器、电位器、存储器、步进电机及其驱动器件的监控系统仿真设计。首先，本设计通过矩阵键盘设置电机的旋转模式和阈值范围；然后，将来自以电位器为数据采集端的数据，经过PCF8591器件进行模数转换，通过IIC总线传送到单片机进行处理，并且将数据存储在器件24C02中；最后，通过步进电机驱动器件将脉冲数据传送给步进电机，进行电机速度的实时控制。关键词Proteus；IIC总线；Keil uvision；51单片机
目录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内研究现状 2
1.3 本文的主要结构 2
第二章 开发工具介绍 3
2.1 Proteus 7.0仿真平台 3
2.2 Keil uVision4可编程软件 3
第三章 系统整体设计 5
3.1 系统硬件设计 5
3.2 系统软件设计 5
第四章 系统详细设计及主要程序分析 7
4.1 CPU模块 7
4.1.1 器件介绍 7
4.1.2 单片机最小系统 8
4.2 51单片机与外围器件的连接 9
4.3 存储器模块 9
4.3.1 IIC总线工作原理 10
4.3.2 器件介绍 13
4.3.3 主要程序分析 14
4.4 A/D转换模块 15
4.4.1器件介绍 16
4.4.2 主要程序分析 17
4.5 键盘与显示模块 18
4.5.1 键盘原理以及主要程序分析 18
4.5.2 显示屏器件介绍 21 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
4.5.3 显示主要程序分析 23
4.6 电机模块 24
4.6.1 步进电机及其驱动器件介绍 24
4.6.2 主要程序分析 26
4.7 系统整体电路原理图 27
4.7.1 电气规则检查 27
4.7.2 硬件与软件整体测试 27
结 论 29
致 谢 30
参考文献 31
附录 系统PCB图 32
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
在当代消费类产品、通信类产品、仪器仪表类和工业测控系统中，随着科学技术的发展，逐渐形成了一个或多个MCU组成的智能系统[1]。这些系统在硬件结构上都有相似之处，通常是由51单片机、程序存储器、数据存储器、I/O口、A/D数据转换器等外围器件和键盘、LCD显示屏等外围设备模块组成。除此之外，51单片机对许多的外围电路之间主要是实现控制的功能，且许多外围设备并不需要很高的数据传输速率。
当我们设计一个系统时，考虑到成本的问题，首先需要简化系统和缩短其开发周期，其次为了稳定性，那么就需要提高它的可靠性并且还要增加硬件构成的灵活程度，因此，IIC串行总线应运而生。因为硬件设计在现实中实现存在许多的障碍，所以可以利用Proteus仿真平台和可编程软件Keil联调来突破这些障碍，进而实现预期想要的结果。一些外围器件的地址可以通过软件寻址来完全避免器件片选线寻址的弊端，而采用硬件设置方法，可以使硬件系统使用起来更加简便，工作可靠性更高。
在这个计算机已经成为大众消费产品的时代，其中电子类产品已经逐渐成为了我们生活中不可缺少的一部分，大多数人已经离不开像手机这样沟通方便、快捷的电子产品。从消费者电子、电讯和工业电子中很多看上去并不相关的设计中都可以寻找到他们的相像之处，例如几乎每个系统都包括：?
（1）控制方面更加智能化，通常是一个单片的微控制器[2]；
（2）广泛使用的电路，例如I/O口、LCD驱动器、RAM、E2PROM或者A/D和D/A数据转换器；
（3）面向实际，设计应用系统的电路，比如单片机自动门锁设计和红外遥控系统设计；
作为系统设计者和器件厂商，以上优点必不可少，而且当自己在开发硬件时，必须处于一个有利的地位，开发的同时，最好可以达到一种硬件效率最大和电路最简单的效果。由此，Philips开发了一个简单并且能实现有效IC间的控制的双向两线总线，这个总线称之为IIC总线。现如今，以基于IIC总线的IC器件为主要生产对象之一的Philips公司，除了可以执行前面所述的三类功能，还有全部相符IIC总线的器件之间，都可以通过新加的片上接口直接利用IIC总线进行通信。假设我们在设计数字控制电路，这个设计理念便可以帮助我们解决遇到的接口问题。所以，IIC总线具有以下优点：?
（1）范围宽的电源电压、工作温度，电流消耗极低，抗噪声能力强，并且简单又有效；
（2）由于IIC总线只是接在器件上，极大的减少了空间占用度，很好的降低了互联成本；
（3）支持主控，不管是作为发送设备还是作为接收设备，都有可能成为主总线。但是主控在任何时间点上，只能有一个可以控制信号的传输速率和时钟频率[4]；
1.2 国内研究现状
上世纪80年代，音频和视频设备的开发，主要利用IIC总线。而在科技蒸蒸日上的今天，其主要应用在服务器系统管理方面，这其中就包括了单个组件状态的通信[5]。例如管理员为了增加系统的安全性，想要随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数，那么，对每个组件的功能状态进行查询，类似于主板和系统硬盘等等，这样极大的提升了管理员对系统的管理强度。
目前，IIC总线在嵌入式系统串行传输设计和仿真中应用广泛，主要用于中央控制中心、音频集成电路及视频等数字控制系统以及各种应用系统的仿真设计。
当前我们几乎很难找到哪个领域没有单片机的行踪，比如高档轿车里的安保系统、飞机的仪表控制、电气自动化的实时控制、计算机的网络通信和数据传输技术、广泛普及的各种IC智能卡、摄像机以及各种高端的程控玩具等等，这些都是基于单片机设计的。
1.3 本文的主要结构
第一章：绪论，主要阐述了本设计的研究背景及其重要意义，介绍了现阶段国内在应用IIC总线结合单片机仿真的研究状况；
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第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内研究现状 2
1.3 本文的主要结构 2
第二章 开发工具介绍 3
2.1 Proteus 7.0仿真平台 3
2.2 Keil uVision4可编程软件 3
第三章 系统整体设计 5
3.1 系统硬件设计 5
3.2 系统软件设计 5
第四章 系统详细设计及主要程序分析 7
4.1 CPU模块 7
4.1.1 器件介绍 7
4.1.2 单片机最小系统 8
4.2 51单片机与外围器件的连接 9
4.3 存储器模块 9
4.3.1 IIC总线工作原理 10
4.3.2 器件介绍 13
4.3.3 主要程序分析 14
4.4 A/D转换模块 15
4.4.1器件介绍 16
4.4.2 主要程序分析 17
4.5 键盘与显示模块 18
4.5.1 键盘原理以及主要程序分析 18
4.5.2 显示屏器件介绍 21 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
4.5.3 显示主要程序分析 23
4.6 电机模块 24
4.6.1 步进电机及其驱动器件介绍 24
4.6.2 主要程序分析 26
4.7 系统整体电路原理图 27
4.7.1 电气规则检查 27
4.7.2 硬件与软件整体测试 27
结 论 29
致 谢 30
参考文献 31
附录 系统PCB图 32
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
在当代消费类产品、通信类产品、仪器仪表类和工业测控系统中，随着科学技术的发展，逐渐形成了一个或多个MCU组成的智能系统[1]。这些系统在硬件结构上都有相似之处，通常是由51单片机、程序存储器、数据存储器、I/O口、A/D数据转换器等外围器件和键盘、LCD显示屏等外围设备模块组成。除此之外，51单片机对许多的外围电路之间主要是实现控制的功能，且许多外围设备并不需要很高的数据传输速率。
当我们设计一个系统时，考虑到成本的问题，首先需要简化系统和缩短其开发周期，其次为了稳定性，那么就需要提高它的可靠性并且还要增加硬件构成的灵活程度，因此，IIC串行总线应运而生。因为硬件设计在现实中实现存在许多的障碍，所以可以利用Proteus仿真平台和可编程软件Keil联调来突破这些障碍，进而实现预期想要的结果。一些外围器件的地址可以通过软件寻址来完全避免器件片选线寻址的弊端，而采用硬件设置方法，可以使硬件系统使用起来更加简便，工作可靠性更高。
在这个计算机已经成为大众消费产品的时代，其中电子类产品已经逐渐成为了我们生活中不可缺少的一部分，大多数人已经离不开像手机这样沟通方便、快捷的电子产品。从消费者电子、电讯和工业电子中很多看上去并不相关的设计中都可以寻找到他们的相像之处，例如几乎每个系统都包括：?
（1）控制方面更加智能化，通常是一个单片的微控制器[2]；
（2）广泛使用的电路，例如I/O口、LCD驱动器、RAM、E2PROM或者A/D和D/A数据转换器；
（3）面向实际，设计应用系统的电路，比如单片机自动门锁设计和红外遥控系统设计；
作为系统设计者和器件厂商，以上优点必不可少，而且当自己在开发硬件时，必须处于一个有利的地位，开发的同时，最好可以达到一种硬件效率最大和电路最简单的效果。由此，Philips开发了一个简单并且能实现有效IC间的控制的双向两线总线，这个总线称之为IIC总线。现如今，以基于IIC总线的IC器件为主要生产对象之一的Philips公司，除了可以执行前面所述的三类功能，还有全部相符IIC总线的器件之间，都可以通过新加的片上接口直接利用IIC总线进行通信。假设我们在设计数字控制电路，这个设计理念便可以帮助我们解决遇到的接口问题。所以，IIC总线具有以下优点：?
（1）范围宽的电源电压、工作温度，电流消耗极低，抗噪声能力强，并且简单又有效；
（2）由于IIC总线只是接在器件上，极大的减少了空间占用度，很好的降低了互联成本；
（3）支持主控，不管是作为发送设备还是作为接收设备，都有可能成为主总线。但是主控在任何时间点上，只能有一个可以控制信号的传输速率和时钟频率[4]；
1.2 国内研究现状
上世纪80年代，音频和视频设备的开发，主要利用IIC总线。而在科技蒸蒸日上的今天，其主要应用在服务器系统管理方面，这其中就包括了单个组件状态的通信[5]。例如管理员为了增加系统的安全性，想要随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数，那么，对每个组件的功能状态进行查询，类似于主板和系统硬盘等等，这样极大的提升了管理员对系统的管理强度。
目前，IIC总线在嵌入式系统串行传输设计和仿真中应用广泛，主要用于中央控制中心、音频集成电路及视频等数字控制系统以及各种应用系统的仿真设计。
当前我们几乎很难找到哪个领域没有单片机的行踪，比如高档轿车里的安保系统、飞机的仪表控制、电气自动化的实时控制、计算机的网络通信和数据传输技术、广泛普及的各种IC智能卡、摄像机以及各种高端的程控玩具等等，这些都是基于单片机设计的。
1.3 本文的主要结构
第一章：绪论，主要阐述了本设计的研究背景及其重要意义，介绍了现阶段国内在应用IIC总线结合单片机仿真的研究状况；
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