本文結(jié)合實例，介紹了基于Proteus的單片機電路系統(tǒng)設(shè)計和仿真過程。與傳統(tǒng)方法相比，使用Proteus可以提高單片機系統(tǒng)設(shè)計效率，具有很好的經(jīng)濟性、靈活性。

1  引言

單片機是電子類等相關(guān)專業(yè)的一門重要課程，在實際工程中有著廣泛應(yīng)用。全國各大中專院校開設(shè)了不同類型的單片機課程及相關(guān)的實驗和綜合設(shè)計。在這些專業(yè)的課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計及大學生電子競賽中，單片機也是一種非常重要的開發(fā)工具。

隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，使用EDA軟件進行電路仿真與設(shè)計已經(jīng)成為一種趨勢。眾多院校在電路實踐教學改革中引入了EDA技術(shù)，并建立了EDA實驗室。配備了EWB、Pspice、Multisim、Protel、MaxPlus II、SystemView等相關(guān)軟件及配套硬件。但這些設(shè)備對仿真單片機卻無能為力。本文介紹的一款EDA軟件——Proteus，則有很大的不同，它的最大特點就是能仿真單片機。

目前Proteus已在全球廣泛使用。國外有包括斯坦福、劍橋等在內(nèi)的幾千所高校將Proteus作為電子工程學科的教學和實驗平臺；近幾年，國內(nèi)也開始流傳，有一些大學正在體驗Proteus所帶來的獨一無二的功能并申報大學計劃[1]。

2  Proteus簡介

Proteus軟件是由英國Labcenter Electronics公司開發(fā)的EDA工具軟件，已有近20年的歷史。該軟件集成了高級原理布圖、混合模式SPICE電路仿真、PCB設(shè)計以及自動布線來實現(xiàn)一個完整的電子設(shè)計系統(tǒng)。它是一種混合電路仿真工具，包括模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的仿真等。

Proteus軟件由ISIS和ARES兩個軟件構(gòu)成，其中ISIS是一款便捷的電子系統(tǒng)仿真平臺軟件，ARES是一款高級的布線編輯軟件[2]。ISIS是一個操作簡便且功能強大的原理繪圖工具，它整合了SPICE的仿真模型，擁有超過8000個元件的龐大庫結(jié)構(gòu)。ARES則可將ISIS的仿真原理圖生成PCB版圖。

Proteus支持許多通用的微控制器，如PIC系列、AVR系列、8051系列等；同時它還支持ARM、PLD及各種外圍芯片的仿真，如基于 HD44780芯片的字符LCD、RAM等；具有單步運行、斷點設(shè)置等調(diào)試功能；能與常用編譯器如Keil、IAR、Proton等協(xié)同調(diào)試；有直流電流表/電壓表、交流電壓表/電流表、示波器邏輯分析儀、頻率計等虛擬儀器，為仿真中的測量記錄提供了方便；支持圖形化分析功能，具有頻率特性、傅里葉分析等圖形方式，可將仿真曲線精美地繪制出來。

3  Proteus應(yīng)用舉例

下面以基于51單片機的“數(shù)字電壓表”為例，說明使用Proteus和Keil軟件進行單片機系統(tǒng)設(shè)計和仿真的過程。

首先，用Proteus ISIS畫好電路圖(注意MCU的最小系統(tǒng)的外圍電路在仿真時可以省略)。并用Keil C51編寫相應(yīng)程序，編譯無誤后生成.hex文件。其次，將生成的.hex文件“下載”到51芯片中，步驟如下：鼠標右擊AT89C51，然后左擊，出現(xiàn)相應(yīng)元件的屬性對話框。如圖1所示，在該對話框的“Program File”一項中選擇要加入的.hex文件。最后，點擊Play鍵可看到電路仿真結(jié)果(如圖2所示)：調(diào)節(jié)滑動變阻器的大小，對應(yīng)電壓值隨之而呈現(xiàn)線性變化。仿真結(jié)果完全正確。

 

 

圖1  AT89C51元件屬性框

 

 

 

 

圖2  Proteus電路仿真效果圖

此外，Proteus還可以和Keil進行聯(lián)調(diào)。聯(lián)調(diào)設(shè)置步驟如下：

(1)把安裝目錄Proteus\MODELS下的VDM51.dll文件復(fù)制到Keil安裝目錄的\C51\BIN目錄中。

(2)修改Keil安裝目錄下Tools.ini文件，在C51字段加入TDRV5=BIN\VDM51.DLL(“PROTEUS 6 EMULATOR”)并保存。注意：不一定要用TDRV5，根據(jù)原來字段選用一個不重復(fù)的數(shù)值就可以了。引號內(nèi)的名字隨意。

(3)打開Proteus，畫出相應(yīng)電路，在Proteus的“Debug”菜單中選中“Use Remote Debug Monitor”。

(4)進入Keil的Project菜單Option for Target‘工程名’。在Debug選項中右欄上部的下拉菜單選中Proteus Driver。再進入Settings，機子IP設(shè)為127.0.0.1，端口號為8000。

(5)在Keil中進行debug，同時在Proteus中查看直觀的結(jié)果。這樣就可以像使用仿真器一樣調(diào)試程序了。

由上述例子可以看出，Proteus可以很方便地與Keil C51集成開發(fā)環(huán)境連接，程序編譯好之后，立即可以進行軟、硬件結(jié)合的系統(tǒng)仿真。利用Proteus仿真只需很少設(shè)備，就可以完成小到走馬燈、電子鐘，大到電機控制系統(tǒng)等單片機系統(tǒng)設(shè)計，具有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢。對于學生來說，由于使用方便，可以提高學習興趣。當然，它有一些不足。比如仿真模型器件庫中沒有一些元器件模型，或有的模型由于缺少仿真文件，不能進行仿真等[3]。

4  結(jié)語

使用Proteus進行單片機系統(tǒng)設(shè)計利大于弊，可以解決單片機實驗室硬件投入不足和設(shè)備維護困難等問題，克服實驗箱硬件電路固定、實驗內(nèi)容難于改動等局限，有利于促成課程和教學改革，更有利于人才的培養(yǎng)。

在單片機課程設(shè)計和全國大學生電子設(shè)計競賽中，我們使用Proteus開發(fā)環(huán)境對學生進行培訓，在不需要硬件投入的條件下，學生普遍反映，對單片機的學習比單純學習書本知識更容易接受，更容易提高。實踐證明，在使用Proteus進行系統(tǒng)仿真開發(fā)成功之后再進行實際制作，能極大提高單片機系統(tǒng)設(shè)計效率。因此，Proteus有較高的推廣利用價值。

參考文獻

[1] 汪寧. Proteus軟件的單片機仿真方法[J]. 山東輕工業(yè)學院學報，2007，21(1)：24-27.

[2] 林志琦，郎建軍等. 基于Proteus的單片機可視化軟硬件仿真[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，2006年.

[3] 李海鯤. Proteus在單片機課程設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 電腦知識與技術(shù)，2006，12：208.