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基于KeilC51和Proteus花样流水灯系统的设计
作者：谭艳春 朱又敏 刘目磊 来源：《软件工程》2018年第11期
摘 要：单片机技术日益成熟，已广泛应用于工业自动化、交通控制、智能仪表等众多领域。为了进一步研究并拓展单片机的应用，本文利用80C51单片机、KeilC51和Proteus软件对花样流水灯系统进行了完整的软硬件开发与设计。Proteus在线仿真验证了系统设计的稳定性和正确性。该系统的框架结构具有良好的可移植性，可根据实际需求生成不同的智能派生产品，具有较强的实际指导意义和应用价值。
关键词：KeilC51；Proteus；单片机；LED流水灯；系统设计 中图分类号：TP399 文献标识码：A 文章编号：2096-1472（2018）-11-14-03 1 引言（Introduction）
单片机无论从组成还是逻辑功能上都具有微机系统的特性，是一门实践性很强的软硬件结合的技术，且体积小巧，因此可以嵌入到各种应用系统中作为指挥决策中心，实现系统的智能化[1-3]。目前比较流行的单片机仿真软件和集成开发软件分别为Proteus和Keil。
Proteus不仅具有其他EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件，是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等。Keil是德国Keil Software公司出品的单片机集成开发环境，该软件支持51单片机的所有兼容机，它包括了C编译器、宏汇编、连接器、库管理及一个功能强大的仿真调试器在内的所有开发模块[4-7]。
2 硬件电路设计（Design of hardware circuit）
该系统的硬件电路主要包括时钟电路（采用内部时钟方式，晶振频率为12MHz）、复位电路、输入和输出电路四部分。其中输入电路是四个按钮开关K1—K4，并通过四输入与门74AS21将按键信息从外部中断引脚0（P3.2）读入系统，以触发中断，让CPU及时响应按键操作。由于80C51单片机P0口的内部电路结构问题，P0口作为I/O时必须接上拉电阻。输出部分由八个共阳型发光二极管及限流电阻（200Ω）组成。利用Proteus仿真软件生成的硬件电路如图1所示。
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按钮开关K1—K4对应的功能如下。
（1）K1：启动按钮，当K1按下时，流水灯自上而下，又自下而上轮流被点亮，即D1→D2→D3…D8→D7→D6→D5…D1，反复重复，直到有新的按鍵按下，闪烁间隔是50ms。简记为模式1方式。
（2）K2：当K2按下时，流水灯自上而下，又自下而上间隔被点亮，即
D1→D3→D5→D7→D8→D6→D4→D2，反复重复，直到有新的按键按下，闪烁间隔是50ms。简记为模式2方式。
（3）K3：当K3按下时，D1、D3、D5和D7同时被点亮，然后D2、D6、D4、D8同时被点亮，反复重复，直到有新的按键按下，间隔是1s。简记为模式3方式。
（4）K4：关闭按钮，当K4按下时，流水灯D1—D8同时被点亮，闪烁三次（间隔为100ms）后，全部熄灭。简记为模式4方式。
3 KeilC51环境下的编程（Programming in the KeilC51） 3.1 软件编程要点分析
（1）通过P0口的低四位引脚将按键信息读取进来，由电路连接方式可知，无按键按下时，四个引脚全部为高电平，若有按键按下，对应的引脚将由高电平变为低电平。可利用指令P0&0x0f获取P0口低四位引脚电平的变化信息。
（2）定义位变量on_off、style1、style2，根据这三个位电平的变化来控制程序的转移。这里需用到关键字bit，而不是sbit，虽然二者都可以进行位定义，区别在于sbit只能用来对特殊功能寄存器的位进行定义，如以下写法bit on_off；sbit botton1=P3^2是正确的，而sbit on_off；bit botton1=P3^2是错误的。
（3）P2口接的是共阳极LED发光二级管，因此只有对应引脚输出低电平时等才会被点亮，可将D1、D2、D3…D8被点亮时P2口对应的输出放到一个数组中，即led[]={0xfe，0xfd，0xfb，0xf7，0xef，0xdf，0xbf，0x7f}。
（4）该系统可通过查询法和中断法两种思路来实现。与查询法相比，中断法具有以下优点：首先，只有在按键按下时，CPU才执行相关的中断程序，而其他时间是不占用CPU的时间；其次，中断法可以更及时快速地响应按键操作。因此，为了提高CPU的工作效率，本系统采用中断扫描方式进行设计实现。
（5）关于中断方式的几点说明：（1）要使用外部中断，必须将中断允许打开，即对中断允许寄存器IE进行正确设置。IE的字节地址为A8H，所以即可以字节操作，又可以位操作，如要开启外部中断0，即可写IE=0x81H，也可写EX0=1，EA=1，二者的作用是等同的。
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（2）外部中断包括电平触发（ITx=0）（外部中断源接P3.2脚时，x=0；外部中断源接P3.3脚时，x=1）和边沿触发（ITx=1）两种触发方式。其中边沿触发的外部中断请求，在CPU响应中断后，自动由硬件对中断请求标志位EIx清0，即系统自动撤销中断请求；而电平触发的外部中断请求，硬件不能自动对中断请求标志位EIx清0，必须在撤销P3.2或P3.3引脚上的低电平后，再利用软件对中断请求标志位清0，比较繁琐。因此本系统采用边沿触发方式。 3.2 程序流程图
该系统的程序流程图如图2所示。 3.3 系统源代码
该花样流水灯系统的完整源代码如下：
#include；头文件reg51.h或reg52.h中包含了对8051型单片机特殊功能寄存器（SFR）名的集中说明。
Unsigned char led[]={0xfe，0xfd，0xfb，0xf7，0xef，0xdf，0xbf，0x7f}； void delay（unsigned char time）；//延时函数的声明 bit on_off=0， style1=0， style2=0；//定义位控制变量 button（） interrupt 0{ //中断0函数 switch（P0&0x0f） {
case 0x0e： on_off=1， style1=1；break； //模式1方式的启动条件
case 0x0d： on_off=1， style1=0； style2=1；break； //模式2方式的启动条件 case 0x0b： on_off=1， style1=0；style2=0；break； //模式3方式的启动条件 case 0x07： on_off=0；break； //模式4方式的启动条件 }}
void main（） { char i；
IT0=1；EX0=1；EA=1； //边沿触发、外部中断0允许、总中断允许