Proteus在單片機系統(tǒng)設計中的應用

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

　　1  引言

　　單片機電子類等相關專業(yè)的一門重要課程，在實際工程中有著廣泛應用。全各大中專院校開設了不同類型的單片機課程及相關的實驗和綜合設計。在些專業(yè)的課程設計、畢業(yè)設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。

　　隨著計算機技術的迅速發(fā)展，使用EDA軟件進行電路仿真與設計已經成為一種趨勢。眾多院校在電路實踐教學改革中引入了EDA技術，并建立了EDA實驗室。配備了EWB、Pspice、Multisim、Protel、MaxPlus II、SystemView等相關軟件及配套硬件。但這些設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設計以及自動布線來實現一個完整的電子設計系統(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、斷點設置等調試功能；能與常用編譯器如Keil、IAR、Proton等協同調試；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，可將仿真曲線精美地繪制出來。

　　3  Proteus應用舉例

　　下面以基于51單片機的"數字電壓表"為例，說明使用Proteus和Keil軟件進行單片機系統(tǒng)設計和仿真的過程。

　　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，出現相應元件的屬性對話框。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果(如圖2所示)：調節(jié)滑動變阻器的大小，對應電壓值隨之而呈現線性變化。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進行聯調。聯調設置步驟如下：

　　(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，根據原來字段選用一個不重復的數值就可以了。引號內的名字隨意。

　　(3)打開Proteus，畫出相應電路，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集成開發(fā)環(huán)境連接，程序編譯好之后，立即可以進行軟、硬件結合的系統(tǒng)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(tǒng)等單片機系統(tǒng)設計，具有明顯的經濟優(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  結語

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

　　在單片機課程設計和全國大學生電子設計競賽中，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在單片機課程設計中的應用[J]. 電腦知識與技術，2006，12：208.