基于Proteus的單片機虛擬開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹
加入技術(shù)交流群
單片機是國內大專(zhuān)院校電子技術(shù)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的必修課程之一，很多學(xué)生畢業(yè)之后也在從事單片機的軟硬件設計工作。單片機的開(kāi)發(fā)要求設計人員具有一定的硬件設計基礎和匯編或者C語(yǔ)言的編程能力，目前國內多數大專(zhuān)院校都是采取先教學(xué)后實(shí)驗的教學(xué)步驟，學(xué)生在學(xué)習的過(guò)程中缺少一個(gè)感性認識，在實(shí)驗時(shí)又無(wú)法與課本上的知識聯(lián)系起來(lái)，因此造成了時(shí)間與教學(xué)資源的雙重浪費。
l Proteus的引入
伴隨著(zhù)計算機軟件和硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，在各個(gè)領(lǐng)域都出現了各種仿真系統，為各種實(shí)際系統的開(kāi)發(fā)提供了準確可靠的保證，同時(shí)節約了大量的人力和物力。仿真技術(shù)的出現與發(fā)展是科技發(fā)展的必然結果，是現代科技的關(guān)鍵技術(shù)之一，并逐漸成為科技人員的必備技術(shù)。Proteus是在這種形勢下應運而生并迅速發(fā)展的仿真系統。Proteus是模擬電路、數字電路、模／數混合電路的設計與仿真平臺；更是單片機系統先進(jìn)的設計與仿真平臺。它真正實(shí)現了在計算機上完成從原理圖與電路設計、電路分析與仿真、單片機代碼級調試與仿真、系統測試與功能驗證到形成PCB的完整的設計與仿真過(guò)程。它得到了從事單片機事業(yè)的教師、工程技術(shù)人員以及眾多的大學(xué)生和單片機技術(shù)愛(ài)好者的青睞。
基于Proteus的單片機虛擬開(kāi)發(fā)環(huán)境有效的將理論與實(shí)驗聯(lián)系起來(lái)，在這個(gè)開(kāi)發(fā)環(huán)境里面可以很好地將演示、硬件電路設計和軟件設計結合起來(lái)，在教學(xué)和具體的工程項目中應用這個(gè)開(kāi)發(fā)環(huán)境不但有助于提高效率，而且可以降低開(kāi)發(fā)成本和風(fēng)險。目前在電子技術(shù)、機械設計制造以及軟件開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域都趨向與采用虛擬仿真開(kāi)發(fā)環(huán)境，虛擬環(huán)境的采用一方面有助于項目的并行開(kāi)發(fā)提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，可以提前進(jìn)行一些傳統開(kāi)發(fā)步驟中的后期工作；另一方面虛擬開(kāi)發(fā)環(huán)境可以展現產(chǎn)品的雛形，將實(shí)驗品的一些實(shí)際問(wèn)題暴露在虛擬設計階段，例如機械設計軟件SoliWorks與LabView的聯(lián)合可以完成機器運動(dòng)部件的三維運動(dòng)控制、控制邏輯分析、部件碰撞分析等存在風(fēng)險較大的設計工作的模擬，對于企業(yè)來(lái)說(shuō)降低風(fēng)險投資和加快產(chǎn)品上市是贏(yíng)得市場(chǎng)的關(guān)鍵因素。因此這里闡述的虛擬開(kāi)發(fā)環(huán)境可以很好地適應將來(lái)的科研和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)需要，培養開(kāi)發(fā)人員的虛擬開(kāi)發(fā)意識對于企業(yè)和社會(huì )來(lái)說(shuō)都是一筆重要的知識財富。
2．Proteus仿真系統
Proteus是英國Labcenter公司的電路分析與實(shí)物仿真軟件，可以仿真、分析(Spice)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：
(1)實(shí)現了單片機仿真和Spice電路仿真相結合。具有模擬電路仿真、數字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統的仿真、RS 232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調試器、SPI調試器、鍵盤(pán)和LCD系統仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。
(2)支持主流單片機系統的仿真。目前支持的單片機類(lèi)型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。
(3)提供軟件調試功能。在硬件仿真系統中具有全速、單步、設置斷點(diǎn)等調試功能，同時(shí)可以觀(guān)察各個(gè)變量、寄存器等的當前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調試環(huán)境，如Keil C51 μVision 2等軟件。
(4)具有強大的原理圖繪制功能。啟動(dòng)Proteus后將出現ISIS的設計窗口，如圖1所示。包括：標題欄、主菜單、標準工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預覽對象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕(最下面一行)、預覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。
該軟件還具有電路板演示功能，以溫度顯示為例，其演示效果如圖2所示。該演示圖不但有助于教學(xué)工作，還可以幫助企業(yè)降低產(chǎn)品設計風(fēng)險。
3 程序開(kāi)發(fā)
這里以AVR單片機ATmega16和DS18B20為例演示了溫度測量及其顯示的單片機程序開(kāi)發(fā)過(guò)程，AVR單片機是Atmel公司推出的高性能單片機，該系列單片機部分采用16位結構，所有IO口均可單獨設置數據方向并具有可編程的內部上拉電阻，提高了整體性能和應用范圍。在單片機程序設計方面，ICCAVR提供了良好的編程界面，可通過(guò)對可視化選項框的選擇來(lái)生成初始化程序，如圖3所示。
在進(jìn)行項目程序開(kāi)發(fā)時(shí)，只需要選擇所使用的CPU，I／O口的初始方向、定時(shí)器的使用情況、UART以及其他外圍功能模塊做出設置即可生成響應的C語(yǔ)言初始化程序。在完成初始化之后程序員只需要針對自己的具體應用編寫(xiě)功能程序即可。DS18B20支持“一線(xiàn)總線(xiàn)”接口，測量溫度范圍為-55～+125℃，在-10～+85℃范圍內，精度為±O.5℃。DS1822的精度較差，為±2℃?，F場(chǎng)溫度直接以“一線(xiàn)總線(xiàn)”的數字方式傳輸，大大提高了系統的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現場(chǎng)溫度測量，如：環(huán)境控制、設備或過(guò)程控制、測溫類(lèi)消費電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3.0～5.5 V的電壓范圍，使系統設計更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。DS18B20與單片機的接口只有一條線(xiàn)，而且DS18B20的單總線(xiàn)特性只需要一個(gè)單片機I／O引腳即可支持多個(gè)DS18B20，極大程度地降低了硬件開(kāi)銷(xiāo)，當然較小的硬件開(kāi)銷(xiāo)需要相對復雜的軟件進(jìn)行補償，由于DS1820與
在按照設計要求編好程序后，雙擊ISIS Profes-sional窗口中的ATmega16單片機，將彈出一個(gè)編輯窗口，在程序文件中選擇ICCAVR生成的.hex文件，單擊“OK”。單擊ISIS窗口中的仿真進(jìn)程控制按鈕，出現如圖5所示的仿真結果。改變DS18B20的溫度，顯示屏將相應的顯示。
4 結 語(yǔ)
單片機技術(shù)是現代電子工業(yè)中不可缺少的一項技術(shù)，掌握單片機技術(shù)是電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生就業(yè)的一個(gè)基本條件。這里通過(guò)單片機產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的實(shí)例，論述了Proteus在單片機教學(xué)和單片機應用產(chǎn)品研發(fā)中的地位和作用。Proteus是單片機教學(xué)與應用產(chǎn)品研發(fā)的高效、經(jīng)濟、可靠的單片機系統設計與仿真平臺。學(xué)生可在Proteus ISIS窗口中大膽進(jìn)行電路設計、程序設計、測量、調試、修改。不僅不會(huì )損壞元器件和儀器，且在安裝實(shí)物作品前就可看到結果。使學(xué)生的獨立操作能力、主動(dòng)性、積極性和創(chuàng )造力都得到了發(fā)揮?？傊?，基于Proteus的單片機虛擬開(kāi)發(fā)環(huán)境有利于促進(jìn)課程和教學(xué)改革，更有利于人才的培養；利用仿真系統，不但可以節約開(kāi)發(fā)時(shí)間和開(kāi)發(fā)成本，而且還具有很大的靈活性和可擴展性；也是高校提升實(shí)驗室建設水平有益的嘗試。
評論