proteus仿真软件在单片机实验教学中的应用

1、实Ex per验 技 术 与 管 理en al Technology and M anage enI 002 4956第 26 卷 第8 期 2009 年 8 月Vol 26 No 8 Aug 2009CN2034/ T现代教育技术Proteus 仿真在单片机实验教学中的应用,( 杭州电子科技大学 电子信息学院, 浙江 杭州 310018)摘 要: 针对单片机实验传统教学中的诸多问题, 采用 P ro teus 仿真进行单片机虚拟实验教学。P roteus不仅能仿真单片机 CPU 的工作情况, 也能仿真单片机电路或没有单片机参与的其他电路的工作情系统, 仿真实验结果和实际搭建电路的实况。在基于

2、 Pr oteus 的虚拟单片机仿真实验上实现了温度验结果基本一致。采用 Pr oteus 进行虚拟实验可作为传统实验的重要补充, 克服了诸多条件的限制, 丰富了实践性教学段, 有利于现代实验教学观念的更新。: 单片机; 实验教学; P rot eus; 虚拟实验号: T P368. 2; G434文献标志码: B 文章: 1002 4956( 2009) 08 0073 03Application of ProteusCU experiment teachingChen Lo ng, Zhang Yajun( Schoo l of Elect ronics and Infor matio n

3、, Hang zhou Dianzi U niver sity, H ang zhou 310018, China)Abstract: A new teaching w ay of a pply ing Pr oteus to do M CU virtual experiment is pr oed in v iew of thepr oblemsCU exper iment t raditio nal teaching . Pr oteus can not only simulat e wo rking situation of M CU ,but also simulate M CU ex

4、t ernal circuits o r o ther circuits w ithout M CU . A temperatur e acquisition system isrealized on the M CU v ir tual simulation platfor m of P rot eus. T he simulatio n r esults can reflect w or king situa tion o f t he actual circuit. It is an impor tant supplement for tr aditional ex per iment

5、to apply P ro teus to do v irt ualex periment. A pply ing P roteusCU experiment can help us ove the r est rictio ns of hardwa re co nditionand enr ich the ex periment teaching method and renew the ex per iment teaching no tio n.Key words: M CU ; exper iment teaching; Pr oteus so ftwa re; v ir tual e

6、xperiment单片机技术是现代电子工程领域一门迅速发展的算机技术在硬件方面的飞速发展, 利用计算机技术, 应用于各种系统中, 单片机技术的发展和的仿真技术, 可以充分地仿真诸如电子电路的工作状况等实际工程问题。推广极大地推动了电子工业的发展, 其在教学和产业界的技术推广仍然是业界的一个热点。掌握单片基于这种情况, 结合实际教学经验, 提出采用单片机仿真) Proteus 来弥补单片机教学中的机技术是电子信息类专业学生就业的一个基本条件。单片机课程是工科院校电子、信息类等专业一门重要的专业课, 单片机教学成为相关院校相关专业的教学重点。如何让学生在学好基础知识的同时, 迅速掌握单片机的应用技

7、术, 其中单片机实验与单片机课程设计环节起着非常重要的作用。单片机的特点决定了该课程是一门实践性很强的诸多。采用 Proteus 仿真进行虚拟单片机实验具有比较明显的优势, 如涉及到的实验内容全面、硬件投入少、学生可自行实验、实验过程中损耗小、与工程实践最为接近等。作为传统实验的重要补充, 虚拟实验克服了诸多条件的限制, 丰富了实践性教学段, 有利于现代实验教学观念的更新。课程, 在教学过程中必须、硬件相结合。传统的实的功能及特点1Proteus验需要在中进行, 它往往受到诸如硬件资源、时间和空间等条件的限制。现代科技的发展, 促进了计Proteus 组合了高级原理布图、混合模式 SPICE仿

8、真、P CB 设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统, 是一款集单片机和 SPICE 分析于一身的、收稿日期 2008 09 23 修改日期 2008 2 0( 979 ) ) , 男, 山东省泰安市人,电路与系统作者简介, 讲师, 研究方向为功能极其强大的电子仿真设计。Pr oteus 具有的实 验 技术与管 理74主要功能和特点如下。( 1) ISIS 智能原理图输入系统。ISIS 是Proteus系统的, 它具有控制原理图画图外观的超强的设计环境。ISIS 提供给用户的图形外观包括线宽、填充类型、字符等的全部控制, 使用户能够生成精美的原理图 1 温度系统框图图, 画完图可以以图形

9、文件输出, 或者拷贝到剪切板以便其他文件使用。( 2) Spice 3F 5 混合型仿真器。Pro teus 是结合ISIS原理图设计环境使用的混合型电路仿真器。基于工业标准 Spice 3F5 的模拟内核, 加上混合型仿真的扩展以及交互电路动态, Spice 为开发和测试设计提供了的强大的交互式环境。虚拟仪器以及用户可定义的动态元件支持基于曲线图和交互电路模型。有: 直流电压/ 电流表、交流电压/ 电流表、信号发生器、数字发生器、示波器、逻辑分析仪、频率计数虚拟终端、SP I 调试器、I2C 调试器和逻辑探头等 14 种虚拟仪器。独特的Pro teus V SM 技术实现微处理器设计的协同仿

10、真。( 3) 高级图形仿真。Spice 高级仿真选件可以加入到所有 Pro teus PCB Design 和 Proteus VSM 产品中, 它以全图形化的分析界面扩展了基础仿真器的功能。( 4) Pr oteus VSM 虚拟系统模型。Proteus 虚拟系统模型组合了混合模式的 Spice 电路仿真、动画器件和微控制器模型, 实现了完整的基于微控制器设计的协同仿真; 第一次真正使在物理原型出来之前, 对这类设计的开发和测试成为可能; 支持 ARM7、PIC、 AVR、H C11 以及 8051 系列的微处理器 CPU 模型; 交互外设模型有 LCD 显示、RS232 终端、通用键盘、开

11、温度模块的设计2. 2在实际电路中采用 AD592 集成传感器, AD592是ADI 新推出的一种电流输出式集成温度传感器。 AD592 用于0 e 温度时, 流过其电流为 273 LA, 温度每升高 1 e , 其电流增加 1 LA 。为了说明采用 Proteus进行电子系统设计的过程, 采用电流源代替 AD592 传感器( 在Proteus 软件中没有AD 592 温度传感器) , 温度模块的电路如图 2 所示。当电流源电流值为 273 LA( 此时温度为 0 e ) 时, A 点的电压值为 0 V; 当电流源电流值为 373 LA( 此时温度为 100 e ) 时, A 点的电压值为 1

12、V。因此电流源的电流值在 273 373 LA( 对应的温度为 0 100 e ) 范围时, 对应的 A 点的电压范围为0 1 V。采用运放 U 4跟随器跟随 A 点的电压,使得 V B = V A , 它在电路中可以起到阻抗匹配的作用,使后一级的放大电路更好地工作。采用运放U5 及电阻放大器对 B 点的信号进行放大, C 点接 A/ D 转换器的信号输入通道 IN 0。A/ D 采用ADC0808, 其工作电压为 5 V, 基准电压为 5 V 。为提高温度的精度,B 点的信号最大放大到 0 5 V 的范围, 这样ADC0808 数据输出的范围为 0 255。2. 3单片机模块及 LED 数码

13、显示模块的设计如图 2 所示, 本系统采用 AT 89C51 为主控单片机, 单片机的P 2. 3、P2. 4、P2. 5 管脚分别接 ADC0808的Start 、EO C、OE 管脚, 从而控制 ADC0808 工作。 ADC0808 数据的输出 OU T 1 OUT 8 接单片机的 P1. 7 P 1. 0。系统采用 LED 数码管, 采用动态扫描的方式显示温度数据, 单片机的P 2. 0 P 2. 2 分别通过反相器接 LED 数码管的位选输入端, P 0. 0 P0. 7 接LED 数码管的A 、B、C、D、E、F 、G 及DP 段、向数码管输入数据。关、按钮、LED 等; 强大的调

14、试功能, 如寄存器与内存, 设置断点和单步运行模式; 支持如 IAR、K eil 和H itech 等开发工具的 C 源码和汇编的调试。2Proteus 在单片机实验中的仿真应用实例利用 Proteus 仿真统的设计, 下面以温度提供的元件库进行电子系系统电路为例, 阐述采用Pro teus进行设计及仿真的过程。2. 1实验方案的确立本文设计的温度应用与系统调试2. 4Proteus系统框图如图 1 所示,此仿真系统的微控制器程序使用 Keil C51 工具编写和编译。程序中主要包括初始化函数、A/ D子程序、L ED 数码管显示子程序等。利用 Proteus 进行仿真的主要步骤: 启动 Pr

15、o- teus, 在原理图编辑窗口放置仿真元件并连接电路, 完该系统由温度传感器模块、模数转换模块、单片机模块、L ED 数码显示模块等组成。温度传感器模块可采用集成传感器 AD592 来温度数据, 单片机控制模数转换器收集由温度传感器的温度数据并进行模数转换, 温度传感器模块和模数转换模块成系统原理图( 如图 2) 的绘制; 用鼠标机AT 89C51, 然后点击左键, 在弹出的元件属性单片温度模块。单片机将该数据进行处理后控制LED 数码管采用动态扫描的方式显示当前温度数据。框中将已编译好的仿真文件( . hex ) 添加到窗口中的, 等:Pro teus 仿真在单片机实验教学中的应用75图

16、 2 温度数据系统电路图Pro gram File 中; 鼠标左键点击Play 按钮进行动态仿学的要求。Pr oteus 仿真设计真正使在物理原型真并输出结果。若仿真结果与理想的实验结果不出来之前对这类设计的开发和测试成为可能, 在电子技术课程教学和单片机实验教学中发挥着重要的作用。这种新的实验方式是电路实验教学的一种很好的同, 可以进一步有针对性地分析、调试程序, 直到达到理想的实验结果。辅助, 并且为学生进行综合性、创新性实验提供了3结论一个很好的, 在改进实验教学方法、全面提高实验本文设计的基于 Proteus 的虚拟单片机仿真实验教学质量、培养学生思维能力、创新能力和动手能力等方面发挥

17、着非常重要的作用。上实现了一种温度系统, 仿真结果和实际搭建电路的实验结果基本一致。Proteus 虚拟系统模型组合了混合模式的 Pro spice 电路仿真、动画器件和微控制器模型, 实现了完整的基于微控制器设计的协同仿真。微处理器模型和其他器件的模型驻流在原理设计中, 它仿真执行目标码就像在真正的单片机系统上一样。如果程序代码向一个外设口写, 电路中逻辑电平会相应变化。基于 Proteus 的单片机仿真实验作为一种电子技术实验教学方式, 它不应该也不可能取代传统的实验方法, 但是从培养学生运用基础理论知识和提高实际参考文献( Referen) :, 鲁五一 Pro eus在自动控制系统仿真中的应用 J 系统仿真学报, 2008, 20( 2) 3 8 320 2 田 J 3一种 M CS5 系列单片机的虚拟建立方法,中国现代教育装备, 2008, ( 6)9 2uC/ GUI 在 M CS5 系列单片机系统上移植的仿真微计算机信息, 2006, 22( 8) 98 00,实现 J 4弟,社, 200, 王秀山 单片机基础 M 航空航天大学M