Proteus在單片機系統設計中的應用

　  本文結合實(shí)例，介紹了基于Proteus的單片機電路系統設計和仿真過(guò)程。與傳統方法相比，使用Proteus可以提高單片機系統設計效率，具有很好的經(jīng)濟性、靈活性。

　　1  引言

　　單片機電子類(lèi)等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要課程，在實(shí)際工程中有著(zhù)廣泛應用。全各大中專(zhuān)院校開(kāi)設了不同類(lèi)型的單片機課程及相關(guān)的實(shí)驗和綜合設計。在些專(zhuān)業(yè)的課程設計、畢業(yè)設計及大學(xué)生電子競賽中，單片機也是一種非常重要的開(kāi)發(fā)工具。

　　隨著(zhù)計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，使用EDA軟件進(jìn)行電路仿真與設計已經(jīng)成為一種趨勢。眾多院校在電路實(shí)踐教學(xué)改革中引入了EDA技術(shù)，并建立了EDA實(shí)驗室。配備了EWB、Pspice、Multisim、Protel、MaxPlus II、SystemView等相關(guān)軟件及配套硬件。但這些設備對仿真單片機卻無(wú)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(diǎn)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、劍橋等在內的幾千所高校將Proteus作為電子工程學(xué)科的教學(xué)和實(shí)驗平臺；近幾年，國內也開(kāi)始流傳，有一些大學(xué)正
在體驗Proteus所帶來(lái)的獨一無(wú)二的功能并申報大學(xué)計劃[1]。

　　2  Proteus簡(jiǎn)介

　　Proteus軟件是由英國Labcenter Electronics公司開(kāi)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設計以及自動(dòng)布線(xiàn)來(lái)實(shí)現一個(gè)完整的電子設計系統。它是一種混合電路仿真工具，包括模擬電路仿真、數字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的仿真等。

　　Proteus軟件由ISIS和ARES兩個(gè)軟件構成，其中ISIS是一款便捷的電子系統仿真平臺軟件，ARES是一款高級的布線(xiàn)編輯軟件[2]。ISIS是一個(gè)操作簡(jiǎn)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(guò)8000個(gè)元件的龐大庫結構。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(shí)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(diǎn)設置等調試功能；能與常用編譯器如Keil、IAR、Proton等協(xié)同調試；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(xiàn)精美地繪制出來(lái)。

　　3  Proteus應用舉例

　　下面以基于51單片機的"數字電壓表"為例，說(shuō)明使用Proteus和Keil軟件進(jìn)行單片機系統設計和仿真的過(guò)程。

　　首先，用Proteus ISIS畫(huà)好電路圖(注意MCU的最小系統的外圍電路在仿真時(shí)可以省略)。并用Keil C51編寫(xiě)相應程序，編譯無(wú)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，出現相應元件的屬性對話(huà)框。如圖1所示，在該對話(huà)框的"Program File"一項中選擇要加入的.hex文件。最后，點(diǎn)擊Play鍵可看到電路仿真結果(如圖2所示)：調節滑動(dòng)變阻器的大小，對應電壓值隨之而呈現線(xiàn)性變化。仿真結果完全正確。

　　        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(jìn)行聯(lián)調。聯(lián)調設置步驟如下：

　　(1)把安裝目錄ProteusMODELS下的VDM51.dll文件復制到Keil安裝目錄的C51BIN目錄中。

　　(2)修改Keil安裝目錄下Tools.ini文件，在C51字段加入TDRV5=BINVDM51.DLL("PROTEUS 6 EMULATOR")并保存。注意：不一定要用TDRV5，根據原來(lái)字段選用一個(gè)不重復的數值就可以了。引號內的名字隨意。

　　(3)打開(kāi)Proteus，畫(huà)出相應電路，在Proteus的"Debug"菜單中選中"Use Remote Debug Monitor"。

　　(4)進(jìn)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(jìn)入Settings，機子IP設為127.0.0.1，端口號為8000。

　　(5)在Keil中進(jìn)行debug，同時(shí)在Proteus中查看直觀(guān)的結果。這樣就可以像使用仿真器一樣調試程序了。

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

　　4  結語(yǔ)

　　使用Proteus進(jìn)行單片機系統設計利大于弊，可以解決單片機實(shí)驗室硬件投入不足和設備維護困難等問(wèn)題，克服實(shí)驗箱硬件電路固定、實(shí)驗內容難于改動(dòng)等局限，有利于促成課程和教學(xué)改革，更有利于才的培養。

　　在單片機課程設計和全國大學(xué)生電子設計競賽中，我們使用Proteus開(kāi)發(fā)環(huán)境對學(xué)生進(jìn)行培訓，在不需要硬件投入的條件下，學(xué)生普遍反映，對單片機的學(xué)習比單純學(xué)習書(shū)本知識更容易接受，更容易提高。實(shí)踐證明，在使用Proteus進(jìn)行系統仿真開(kāi)發(fā)成功之后再進(jìn)行實(shí)際制作，能極大提高單片機系統設計效率。因此，Proteus有較高的推廣利用價(jià)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(xué)院學(xué)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(xué)出版社，2006年.

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