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一種基于Proteus的單片機虛擬實驗室的建立方法

作者: 時間:2009-09-08 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  0 引 言

  的學(xué)習(xí)是一個實踐性很強的過程,目前的實驗室基本采用硬件仿真設(shè)備搭建,受資金和場地的限制,實驗室配置的靈活性和完整性受到一定的限制。針對這些問題,在此提出一種建立基于個人PC和各種軟件的單片機個人方案。所謂“”,就是將計算機上的各種虛擬儀器,按實驗要求和設(shè)計原理,虛擬出與現(xiàn)實相同的實驗系統(tǒng),進而在這個系統(tǒng)上完成整個實驗。與傳統(tǒng)實驗?zāi)J较啾龋摂M實驗具有比較明顯的優(yōu)勢,例如,涉及的實驗內(nèi)容全面,硬件投入少,學(xué)生可自行實驗,實驗過程中損耗小,與工程實踐最為接近等。一般的僅包含單片機系統(tǒng)的調(diào)試,本文在此基礎(chǔ)上又加入了與上位機的聯(lián)合調(diào)試。

  在此,以使用VB通過RS 232串口控制51單片機LED的亮滅為例,介紹基于PC和軟件建立單片機虛擬實驗室的過程。

  1 單片機虛擬實驗室的構(gòu)成

  原理框圖如圖1所示。上位機用于編寫監(jiān)控界面及程序,實現(xiàn)對單片機系統(tǒng)的監(jiān)控,它可以使用VB,VC,Delphi等軟件實現(xiàn);用來實現(xiàn)上下位機通信的軟件模擬,在這里也可以使用自帶通信類的LabVIEW來實現(xiàn)上位機軟件和兩項功能;虛擬調(diào)試一般以為平臺,建立單片機系統(tǒng)的硬件系統(tǒng);聯(lián)合調(diào)試軟件可為單片機系統(tǒng)提供軟件,支持Hex,COF,D90類型文件,同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境,聯(lián)合調(diào)試軟件一般有Keil,ADS,Wave等。

單片機虛擬實驗室的構(gòu)成

  為了更具有代表性和一般性,該方法的上位機軟件使用VB 6.O開發(fā),采用Virtual Serial Ports Drivei XP 5.1;虛擬調(diào)試平臺采用 6.7 SP3;聯(lián)合調(diào)試軟件使用Keil C51 μVision 2。

  2 系統(tǒng)硬件的建立

  單片機系統(tǒng)的硬件在Proteus中實現(xiàn),主要完成硬件平臺的搭建和仿真效果的觀察。

  2.1 Proteus簡介

  Proteus是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件,它能夠提供豐富的測試信號用于電路測試,同時還提供Schematic Drawing,Spice仿真與PCB設(shè)計功能,可以仿真51系列、AVR,PIC,ARM等常用的MCU,并提供周邊設(shè)備的仿真。Proteus的強大功能為虛擬實驗室的構(gòu)建提供了基礎(chǔ)。

  2.2 硬件平臺的搭建

  在這里,單片機采用AT89C52,在P1口接8個LED,單片機的P3.O,P3.1分別與串口元件COMPIM的RXD,TXD相連,COMPIM已經(jīng)自帶電平轉(zhuǎn)換功能,就不需要MAX232元件,復(fù)位、晶振電路也不需要。硬件平臺原理圖如圖2所示。

硬件平臺原理圖

  調(diào)出AT89C52屬性設(shè)置窗口,為了串行通信設(shè)置方便,設(shè)置晶振Clock Frequeney為11.059 2 MHz,如圖3所示,其他參數(shù)保留默認(rèn)即可。打開串口元件COMPIM屬性對話框,在Physical port選項選擇COM4,即使用串口4,該串口是在后面使用軟件虛擬出來的,其他參數(shù)設(shè)置如圖4所示,其代表波特率9 600 b/s,8個數(shù)據(jù)位,無奇偶校驗,1個停止位,其余選項保持默認(rèn)即可。上位機中的通信設(shè)置以及單片機的軟件編寫都要求與該設(shè)置一致。

參數(shù)設(shè)置

  3 系統(tǒng)軟件的建立

  系統(tǒng)軟件的建立包括單片機系統(tǒng)軟件和PC上位機軟件的建立。

  3.1 單片機系統(tǒng)軟件的建立

  Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機的軟件。在該例中,單片機主要完成串口接收,將接收的數(shù)據(jù)送到P0口,從而實現(xiàn)上位機控制下位機的簡單功能。該程序在。Keil軟件中編寫。

  串口初始化函數(shù)如下:

程序

  3.2 位機控制程序的建立

  上位機使用VB建立界面和通信程序,完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。利用VB開發(fā)串口通信程序主要有兩種方法:一是使用MSComm串口控件;二是調(diào)用Windows API函數(shù)。在實踐中,使用VB串口控件實現(xiàn)通信的方法比調(diào)用API動態(tài)鏈接庫的方法更加方便快捷,也減少了因編程不當(dāng)導(dǎo)致的系統(tǒng)不穩(wěn)定。

  建立8個checkbox數(shù)組,分別對應(yīng)控制P0口的8個小燈;8個1abe1數(shù)組,分別對應(yīng)8個編號;2個按鈕分別為發(fā)送、退出;1個MSComm控件。在這里,使用虛擬串口COM3,串口設(shè)置與Proteus中的一致,運行如圖5所示,程序如下:

程序

  聲明全局變量:Dim DataOutValue As Integer DataOutValue為發(fā)送值。

  初始化程序:主要完成對串口的設(shè)置,包括選擇串口,設(shè)置波特率,設(shè)置數(shù)據(jù)格式,打開串口等。

VB控制界面

  4 虛擬環(huán)境的集成

  分別建立系統(tǒng)的軟硬件之后,還要在虛擬環(huán)境中實現(xiàn)軟硬件的聯(lián)系和上下位機的通信。

  4.1 Proteus和Keil的聯(lián)合調(diào)試

  使用Proteus和Keil的聯(lián)合調(diào)試,在原理圖的設(shè)計階段就可以對設(shè)計進行評估,驗證所設(shè)計電路的軟硬件是否達(dá)到設(shè)計要求的技術(shù)指標(biāo);還可以通過改變元器件參數(shù)使整個電路性能達(dá)到最優(yōu)化,以節(jié)省設(shè)計時間與經(jīng)費,提高設(shè)計效率與質(zhì)量。

  Proteus可以和Keil聯(lián)調(diào)設(shè)置步驟如下:

  (1)復(fù)制安裝目錄Proteus\MODELS下的VDM51.dll文件到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 6EMULATOR")并保存。在這里,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,PC的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。

  通過這樣的設(shè)置,就可以像使用仿真器一樣調(diào)試程序。

  4.2 使用虛擬串口建立上位機和下位機的通信

  PC上位機與下位機的聯(lián)系,傳統(tǒng)上是通過物理接口如串并口等完成。虛擬實驗室中,由于下位機在PC中用軟件模擬實現(xiàn),上位機與下位機的聯(lián)系與傳統(tǒng)有所區(qū)別。這里使用虛擬串口軟件Virtual Serial Ports Driver XP 5.1,其目的是用軟件虛擬出VB上位機和Proteus中建立的單片機系統(tǒng)完成通信的串口。值得注意的是,這種通信只能在兩個虛擬串口之間進行,該例子中,上位機和單片機系統(tǒng)各使用一個虛擬串口,從而實現(xiàn)通信。

  Virtual Serial Ports Driver XP 5.1界面如圖6所示,左側(cè)Physical ports代表PC機物理串口。該例子所用計算機為COM1和COM2,點擊Add/Removeports中Add pair左邊First,Second下拉框,分別選中COM3,COM4;然后點擊Add pair按鈕,就加入了虛擬串口COM3,COM4,如圖左側(cè)Virtual ports所示。這樣,上位機VB程序以及Proteus中的單片機系統(tǒng)就可以像使用物理串口一樣使用虛擬串口COM3,COM4。如前文所述, Proteus中的COMPIM元件使用虛擬串口COM4,VB中使用虛擬串口COM3。完成這些步驟,就能使用虛擬出的串口COM3,COM4。

虛擬串口軟件的設(shè)置

  5 上下位機聯(lián)合調(diào)試及結(jié)果

  以上步驟完成之后,啟動仿真就可以實現(xiàn)上、下位機的聯(lián)合調(diào)試。運行虛擬串口軟件 (vspdXP 5.1)點擊Proteus中的運行按鈕,選中或取消選中VB界面中代表LED的checkbox,然后點擊發(fā)送按鈕,Proteus界面中對應(yīng)的LED 小燈便實現(xiàn)亮滅。運行效果如圖7所示。通過觀察,該方法建立的虛擬實驗室其功能得以實現(xiàn)。

運行效果

  6 結(jié) 語

  在此通過一個簡單實例詳細(xì)介紹一種虛擬實驗室的建立方法,可以看出使用純軟件的方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)單片機開發(fā)硬件或軟硬結(jié)合的調(diào)試方法,使得單片機實驗室的建立僅依賴一臺電腦和若干的軟件,實現(xiàn)了包括上位機在內(nèi)的單片機系統(tǒng)的調(diào)試仿真。具有直觀、節(jié)省成本,與實際最為接近等特點。為個人單片機的學(xué)習(xí)提供了經(jīng)濟、高效的實現(xiàn)方案,同時,使得軟、硬件配置更加靈活,縮短了開發(fā)周期,節(jié)省了開發(fā)成本,避免了制版焊接等過程中的不確定因素,為單片機項目的開發(fā)提供了新的方法。



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