2024年5月30日发(作者：)

第２３卷第２期　

宁德师专学报（自然科学版）　

ＶｏＩ．２３　Ｎｏ．２　

２０１１年５月　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｎｉｎｇｄｅ　Ｔｅａｃｈｅｒｓ　Ｃｏｌｌｅｇｅ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）　

Ｍａｖ　２０１１　

基于Ｐｒｏｔｅｕｓ和Ｋｅｉｌ的数字电子钟的设计与仿真　

袁秋风　

（宁德师范学院物理与电气工程系，福建宁德３５２１００）　

摘要：Ｐｒｏｔｅｕｓ和Ｋｅｉｌ作为单片机系统开发的主流工具，具有节约硬件成本、缩短研发周期、提高设计成　

功率的特点．以ＡＴ８９Ｃ５２、ＤＳ１３０２和ＬＣＤ１６０２为主要元器件，设计和仿真一个数字电子钟系统．　

关键词：Ｐｒｏｔｅｕｓ；Ｋｅｉｌ；ＡＴ８９Ｃ５２；数字电子钟　

中图分类号：Ｇ　６３３．６　文献标码：Ａ　文章编号：１００４－２９１１（２０１１）０２—０１６４－０４　

１　Ｐｒｏｔｅｕｓ和ＫｅｉＩ简介　

Ｐｒｏｔｅｕｓ是英国Ｌａｂｃｅｎｔｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ公司研发的多功能ＥＤＡ软件Ｉ１】，主要包括ＩＳＩＳ　Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎ和　

ＡＲＥＳ　Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎ两个应用软件．Ｐｒｏｔｅｕｓ软件整合了Ｍｕｌｔｉｓｉｍ软件和Ｐｒｏｔｅｌ软件的主要功能，不仅能实现　

电子线路设计与仿真，还能完成ＰＣＢ设计，它突出的特点是尤其适用于微控　器及其外围器件的仿真．　

Ｋｅｉｌ软件是基于ＭＣＳ８０５１内核的微处理器软件开发平台／２１，可以完成工程建立和管理、Ｃ语言和汇　

编语言源代码的编译、连接、调试、ｈｅｘ目标代码的生成等开发流程，是目前单片机系统软件开发的常用　

工具之一．　

２　系统设计　

２．１设计要求　

应用Ｐｒｏｔｅｕｓ和Ｋｅｉｌ设计和仿真一个数字电子钟系统，要求能显示２０００年一２０９９年间的年月日、星　

期和时分秒．并能通过按键进行调整．　

２．２系统硬件设计　

按照系统功能要求。系统硬件可分为４个模块：主控模块、时钟模块、显示模块和按键扫描模块．系　

统框图见图１．　

主控模块从时钟电路读取实时时间，并　

送至显示电路。同时主控模块不停地扫描按　

键的状态决定是否进行时间调整．若需进行　

主控模块　

㈢Ｉ显示电路ｌ　

时间调整，则将修改的时间写入时钟电路，时　

间调整完毕。主控模块又将重新读取实时时　

时钟电路ｋ－－＞　

键扫描电路　

钟信息．主控模块可选用ＡＴＭＥＬ公司的　

ＡＴ８９Ｃ５２单片机；时钟电路芯片选用ＤＡＬＬＡＳ　

图１系统框图　

公司的涓流充电时钟芯片ＤＳ１３０２，双电源供电、功耗低、计时精度高；显示模块采用字符型ＬＣＤ１６Ｏ２液　

晶模块。轻便、界面友好、低功耗且操作方便；按键扫描电路选用开关按键和复位按钮，接口电路简单、　

廉价实用．系统硬件电路见图２．　

２．２．１　主控芯片ＡＴ８９Ｃ５２　ＡＴ８９Ｃ５２单片机是一种低功耗、高性能的８位微处理控制器。采用先进的高　

密度、非易失性存储技术生产，与８０Ｃ５１指令和引脚完全兼容．ＡＴ８９Ｃ５２片内含８ＫＢ可反复擦写的　

ＦｌａｓｈＲＯＭ和２５６字节ＲＡＭ，３个１６位定时肘数器，４个８位并行可编程Ｉ／Ｏ口，６个中断源，具有待机　

收稿日期：２０１１—Ｏ３—２９　

作者简介：袁秋凤（１９８３一），女，助教，福建宁德人。从事电子信息类教学与研究工作．　

Ｅ－ｍａｉｌ：ｎｄｓｙｑｆ＠１６３．Ｃｏｒｎ　

＿

第２期　袁秋风：基于Ｐｒｏｔｅｕｓ和Ｋｅｉｌ的数字电子钟的设计与仿真　・ｌ６５・　

图２系统硬件电路和仿真效果图　

和掉电两种低功耗方式．　

２．２．２时钟芯片ＤＳ１３０２　ＤＳ１３０２时钟芯片内含一个实时时钟，日历和３ｌ字节静态ＲＡＭ。仅通过ＲＥＳ　

复位线、Ｉ／Ｏ数据线和ＳＣＬＫ串行时钟线，便能简单地实现与单片机的同步串行通信，可一次传送一字节　

或多字节的时钟信号或ＲＡＭ数据，实时时钟／日历电路可计算２ｌ００年之前的秒、分、时、日、星期、月、年　

的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整，实时时钟信息以ＢＣＤ码形式存储．Ｘ１和Ｘ２引脚外接　

３２．７６８ＫＨｚ晶振。双电源管脚用于主电源ＶＣＣ２（５Ｖ）和备用电源ＶＣＣ１供应，ＶＣＣ１为可编程涓流充电　

电源，提供低功率的电池备份，要求电压稍低于主电源．　

２．２．３显示模块ＬＣＤ１６０２　ＬＣＤ１６０２字符型液晶显示器分为带背光（１６脚）和无背光（１４脚）两种，基控　

制器大多为ＨＤ４４７８０．ＨＤ４４７８０内置了ＤＤＲＡＭ、ＣＧＲ０Ｍ和ＣＧＲＡＭ．ＤＤＲＡＭ用于显示数据，地址范围　

为００Ｈ～２７Ｈ和４０Ｈ～６７Ｈ，共８０个字节，分两行显示．ＣＧＲＯＭ为内部自带字符发生存储器，存储了１６０　

个不同的点阵字符图形。其中字符代码００Ｈ～ＯＦＨ为ＣＧＲＡＭ，用于用户自定义的字符图形．ＬＣＤ１６０２的　

内部控制器有１１条指令，完成读写、屏幕和光标的操作．其中对于ＤＤＲＡＭ或ＣＣＲＡＭ的读写操作，用　

ＲＳ寄存器选择、　Ｗ读写、Ｅ使能三根引脚的不同时序状态来代表读状态、写指令、读，写数据四种方式．　

ＬＣＤ１６０２使用时，ＤＯ～Ｄ７引脚要外接上拉电阻．　

２．２．４按键接口电路按键接口电路采用１个开关按键和３个复位按钮，ＳＥＴ键的闭合或断开表示进　

入或退出调节时间状态，ＭＯＶＥ键用于控制液晶屏幕的光标移动，ＵＰ键用于增ｌ操作，ＤＯＷＮ键用于　

减１操作．　

２．３系统软件设计　

系统软件部分采用汇编语言编写，主要完成时间的显示和调整，包括按键扫描、星期的自动计算、　

自定义汉字点阵字模等．系统总流程图见图３．　

２．３．１　初始化子程序　系统开始运行时，要先完成液晶屏幕的初始化设置和液晶初始化面的显示．　

对液晶模块的初始化要先通过指令设置其显示模式，由于液晶显示模块是一个慢显示器件，所以　

・

１６６・　宁德师专学报（自然科学版）　２０１１年５月　

在执行每条指令之前一定要通过指令８０Ｈ确认模块的忙标志为　

低电平，即不忙，否则该指令失效．写指令操作要遵循时序要求．　

ＬＣＤ１６０２液晶显示屏的初始画面可显示两行表示欢迎的英　

文字符串．要在液晶屏幕上显示字符．首先要设置ＤＤＲＡＭ显示地　

址。字符要正常显示必须将ＤＤＲＡＭ地址加上８０Ｈ，如要在　

ＤＤＲＡＭ的０１Ｈ地址处显示数据，则必须将ＤＤＲＡＭ地址设置为　

８１Ｈ．字符串以表格形式存放在单片机的ＲＯＭ中，通过查表指令　

ＭＯＶＣ　Ａ，＠Ａ＋ＤＰＴＲ读取相应字符的代码，再调用写数据到液晶　

子程序完成字符串的正常显示，写数据操作之前也需检测忙标志．　

２．３，２主程序程序主体部分主要进行ＤＳ１３０２时钟芯片的实时　

时钟读取并显示在ＬＣＤ１３０２液晶显示屏上，同时不断扫描ＳＥＴ键　

是否处于闭合状态，一旦ＳＥＴ键闭合，马上进入时间调整状态，调　

整好时间后，重新读取ＤＳＩ３０２时钟芯片的实时时钟并显示，如此　

反复进行．　

２．３．３显示时间子程序显示时间部分主要是通过不同的命令字　

读取ＤＳ１３０２时钟芯片内的ＢＣＤ码形式的实时时钟数据，将时钟　

高低位分离并加以修正后，在ＬＣＤ１６０２液晶上显示出来．　图３系统总流程图　

为了能显示汉字字符“年”、“月”、“日”，需要使用ＣＧＲＡＭ存储自定义的汉字点阵字模，将汉字字符　

点阵信息以表格形式存储，对于ＬＣＤ１６０２来说，最多只能定义８个汉字，若采用８ｘ８点阵形式，以字符　

“年”为例，其字模为０８Ｈ，０ＦＨ，１２Ｈ，ＯＦＨ，０ＡＨ，１ＦＨ，０２Ｈ，０２Ｈ．　

虽然ＤＳ１３０２时钟芯片能提供实时星期数据，但为了按键调时环节能依据年月日自动调整更新星　

期，引入了星期的计算，流程图见图４．星期算法可采用以下表达式：　

星期＝『（年份＋年份／４）％７＋月校正值＋日期】％７　

其中，年份取低２位，年份，４的结果需取整，“％”为　

取余符号，计算结果为０～６分别代表星期日～星期六．　

２０００年～２０９９年的平闰年的判断依据为年的低两　

日期、月份转１６进制　

位能被４整除且不能被１００整除的即为闰年．另外，应　

注意将ＢＣＤ码形式的年月日转换成十六进制值．　

１　

年份转１６进制ｊ　

２－３．４时间调整子程序当ＳＥＴ键闭合时，系统进入　

时间调整子程序，液晶光标在年份末位闪烁．通过轮流　

企　

查询ＳＥＴ键、ＭＯＶＥ键、ＵＰ键、ＤＯＷＮ键，以确定执行　

哪种操作．例如年份调节的具体步骤如下：　

Ｓ１：若ＳＥＴ键断开。则退出时间调整，返回主程序；　

Ｓ２：若ＳＥＴ键仍闭合，而ＭＯＶＥ键按下，则液晶光　

标在月份末位闪烁；　

Ｓ３：若ＳＥＴ键仍闭合，且ＭＯＶＥ键未按下，而ＵＰ　

键按下，则年份加１；　

Ｓ４：若ＳＥＴ键仍闭合，ＭＯＶＥ键未按下，ＵＰ键也　

未按下。而ＤＯＷＮ键按下，则年份减１；　

查表取平年月校正值　查表取闰年月校正值Ｉ　

ｌ　

Ｙ　，　ｒ　

星期＝【（年份＋年份／４）％７＋Ｂ校正值＋日期　】　

Ｉ　

Ｉ￣Ａ　ＤＳ１３０２　ｌ　

图４星期自动调整　

Ｓ５：若ＳＥＴ键仍闭合，ＭＯＶＥ键、ＵＰ键、ＤＯＷＮ键　

第２期　袁秋凤：基于Ｐｒｏｔｅｕｓ和Ｋｅｉｌ的数字电子钟的设计与仿真　・１６７・　

都未按下，则返回Ｓｌ继续执行．　

月份、日期、小时、分钟的调整步骤与年份类似．　

加１、减１涉及到１字节压缩ＢＣＤ码的加减运算，要实现加１操作，只需使用加法指令ＡＤＤ和十进　

制调整指令ＤＡ　Ａ．因为ＤＡ　Ａ指令只能用于ＢＣＤ码加法运算的调整，所以要实现减１操作就必须先转　

换成加法运算．以年份减１为例，变换成“（１００一１）＋年份”的加法形式，进位舍弃，再使用ＤＡ　Ａ指令修正．　

３系统的仿真　

３．１电路原理图绘制　

启动Ｐｒｏｔｅｕｓ中的１ＳＩＳ　Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎ软件，使用系统默认的工作环境，新建设计文件；从元件库中选取　

系统硬件电路图所示的元器件，并添加到对象选择器窗口；将元器件放置于原理图编辑器中，拖动到合　

适的位置，并修改元器件的属性；完成相关元器件引脚的连线；最后进行电气规则检查，若电气规则检　

查无误，则电路原理图绘制完成．完成的电路原理图见图２．　

３．２程序编写调试及仿真　

启动Ｋｅｉｌ　ｕＶｉｓｉｏｎ软件，新建工程文件，ＣＰＵ选取ＡＴＭＥＬ公司的ＡＴ８９Ｃ５２；创建一个ａｓｍ格式文件　

并添加入文件组；在程序编辑窗ｌＹｌ输入程序代码，调试并编译程序，生成ｈｅｘ格式的目标代码文件．　

运行ＩＳＩＳ　Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎ软件，打开设计文件，将目标代码文件载入ＡＴ８９Ｃ５２单片机，单击仿真运行按　

钮。分别进行时间显示和时间调整的仿真，依据仿真出现的问题修改源程序直至达到要求的仿真效果，　

时间显示的仿真效果如图２所示．　

本文以设计一个液晶显示的可调数字钟系统为例，讲述了Ｐｒｏｔｅｕｓ和Ｋｅｉｌ在单片机系统设计中的　

使用方法．单片机系统设计过程运用Ｐｒｏｔｅｕｓ和Ｋｅｉｌ可以缩短研发周期，节约生产成本，提高设计的成功　

率．同样地，如果将Ｐｒｏｔｅｕｓ和Ｋｅｉｌ合理地应用于单片机课程教学中，不仅能极大节省硬件投入，还能让　

学生从直观的实例演示和动手实践中，加深对理论知识的理解，更好地掌握单片机系统设计步骤、软件　

编程和调试方法．　

参考文献：　

【１】王威，刘佳，张志雄，等．基于Ｐｒｏｔｅｕｓ和Ｋｅｉｌ的单片机虚拟仿真平台的设计【Ｊ］．上海电力学院学报，２００９，２５（６）：６０８　

【２］蔡明文，冯先成．单片机课程设计［Ｍ］．武汉：华中科技大学出版社，２００７．３．　

Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｃｌｏｃｋ　ｓｙｓｔｅｍ　

ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｐｒｏｔｅｕｓ　ａｎｄ　Ｋｅｉｌ　

ＹＵＡＮ　Ｑｉｕ－ｆｅｎｇ　

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　Ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｉｎｇｄｅ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎｉｎｇｄｅ，Ｆｕｊｉａｎ　３５２１００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｏｔｅｕｓ　ａｎｄ　Ｋｅｉｌ　ａｒｅ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｔｏｏｌｓ　ｆｏｒ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｈｉｐ　ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｔｈｅｙ　ｈａｖｅ　

ｓｕｃｈ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｓ　ｓａｖｉｎｇ　ｃｏｓｔ，ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｃｙｃｌｅ　ａｎｄ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　Ｓｕｃｃｅｓｓ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｄｅｓｉｇｎ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　

ｐａｐｅｒ，ａ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｃｌｏｃｋ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ，ｗｉｔｈ　ＡＴ８９Ｃ５　１，ＤＳ　１　３０２　ａｎｄ　ＬＣＤ　１　６０２　ａｓ　

ｈｔｅ　ｍａｉｎ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｐｒｏｔｅｕｓ；Ｋｅｉｌ；ＡＴ８９Ｃ５２；ｄｉｇｉｔａｌ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｃｌｏｃｋ