基于Ｐｒｏｔｅｕｓ＋Ｋｅｉｌ的單片機實驗仿真平臺

李　芳　李家慶

摘要 針對單片機實驗裝置教學的缺陷，提出一種基于Proteus與Keil結合的單片機實驗仿真平臺。以設計一個電腦時鐘實驗為例，詳細介紹單片機實驗仿真平臺的構建及使用方法，并給出完整的原理圖及編程思路。最后分析該平臺的教學優(yōu)勢——可為實驗室開展開放性、綜合性、創(chuàng)新性實驗，加深學生單片機理論知識和培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力，提供靈活、完備、系統(tǒng)的實驗環(huán)境。

關鍵詞Proteus；單片機實驗；仿真平臺

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1671-489X（2009）04-0067-02

Simulation Platform of Single Chip Computer Experiment based on Proteus and Keil//Li Fang, Li Jiaqing

Abstract In allusion to the limitation of teaching with single-chip computer laboratory equipment, a kind of simulation platform of single-chip computer experiment based on Proteus and Keil is introduced in this paper. Taking designing electronic-clock experiment for example, the construction and application method of the simulation platform for single-chip computer experiment is recommended in detail. This article also presents the complete principle circuit and programming measures. Finally, the advantage of teaching with the simulation platform, which is providing a flexible, complete, systemic experimental environment for laboratory running openly, comprehensively and innovatively, and for enhancing single-chip computer theory and training innovative mental vitality, is analyzed.

Key words Proteus；single-chip computer experiment；simulation platform

Authors address Chongqing University of Science and Technology, Chongqing 401331

目前，許多學校在單片機實驗教學中，都配置有不同廠家不同類型的裝置。但單片機裝置在實驗教學中存在許多缺陷。首先，教學資源不足。隨著生源的不斷擴大，許多學校出現多人共用一臺實驗裝置的現象。其次，學生硬件設計能力得不到培養(yǎng)。系統(tǒng)裝置的硬件電路是固定的，學生無法進行硬件電路的設計，也難以有動手練習硬件的機會。再次，實驗教師對教學裝置的維護工作不斷增加。由于裝置使用時間不斷加長，其壽命也不斷減少，學生的誤操作也易造成許多器件在使用過程中經常損壞，等等這些都為教學裝置的維護增加了難度。另外，單片機裝置實驗教學中還存在其他局限性，如裝置本身資金投入、學生實驗內容固定、使用單片機類型固定、維護成本不斷增加等。

Proteus和Keil的完美結合，可為單片機系統(tǒng)資源、軟件技術、硬件接口電路、軟件和硬件相結合的應用系統(tǒng)等單片機理論和實驗教學提供一個很好的實驗仿真平臺。

1 單片機實驗仿真平臺的建立

1.1 Proteus軟件Proteus是由英國Labcenter electronics公司開發(fā)的EDA工具軟件，是模擬單片機及其外圍器件的很好的工具。它的最大特點就是，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU及其外圍電路，如LCD、LED、RAM、ROM、鍵盤、馬達、AD/DA、部分SPI器件、部分I2C器件等[1]。

1.2 Keil uVision3Kei1是美國Keil Software公司開發(fā)的，是目前廣為應用的51單片機軟件開發(fā)工具之一。它支持匯編、C語言以及混合編程，同時具備功能強大的軟件仿真功能，在軟件模擬仿真方式下不需要任何單片機硬件即可完成用戶程序仿真調試，同時也提供多種硬件仿真功能。

1.3 Proteus與Keil的完美結合將Proteus與Keil整合起來，充分利用各自的仿真功能，建立一套完整的單片機系統(tǒng)仿真平臺，可為單片機的實驗教學工作帶來極大方便。

下面是Proteus與Keil的整合過程。

1）在單片機實驗室每臺電腦上安裝Proteus6.7SP3和KEIL uVision3軟件。

2）把Proteus安裝目錄下VDM51.dll（C:Program FilesLabcenter ElectronicsProteus6 ProfessionalMODELS）文件復制到Keil安裝目錄下的C51BIN目錄中。

3）編輯Keil目錄下tools.ini文件，在[C51]項下，加入TDRV5=BINVDM51.DLL("PROTEUS MONITOR-51 DRIVER") （注意：TDRVX為單片機軟件仿真的硬件配置設置，在本實驗室中，設為TDRV5）。

4）確定單片機實驗目的。

5）打開Proteus ISIS軟件。設計單片機實驗硬件組成框圖，建立硬件連接原理圖。

6）打開Keil uVison3軟件。建立單片機系統(tǒng)軟件工程，針對實驗要求編制程序。

7）在Keil uVison3軟件中選擇菜單“Project”->“Options for Target‘Target1”，在出現的對話框中選擇“Output”頁面，選中“Creat Hex File”選項；選擇“Debug”頁面，選中“Use”-PROTEUS VSM MONITOR-51 DRIVER，進入“Settings”，Host設為127.0.0.1，Port設為8000。

8）在Proteus ISIS軟件中，選擇菜單“Source”->“Add/Remove Source Code Files”，在出現的對話框中點擊“Chang”按鈕，選擇從Keil uVison3軟件工程中所生成的HEX文件，點擊“OK”。在Debug菜單下選中“Use Remote Debug Monitor”。

9）在Keil uVison3軟件中直接進行仿真，連續(xù)運行或單步運行，即可在Proteus ISIS軟件中看到單片機硬件仿真運行結果。

在整合過程中，單片機實驗教學平臺建立過程為1）～3）項，實驗過程為4）～9）項。

2 電腦時鐘設計實例

以電腦時鐘為例，介紹基于Proteus與Keil的單片機實驗仿真平臺的具體實驗方法。

2.1 實驗要求在“單片機原理及其應用”課程中，最基本的實驗要求是獨立完成一個電腦時鐘：1）設計電腦時鐘實現方案；2）具有顯示北京時間（時分秒）的功能；3）具有修改時、分功能；4）其他發(fā)揮。

2.2 電路設計與實現實驗分析：由實驗要求決定，能夠顯示時分秒，可以選用單片機課程授課中所熟悉的6位數碼管顯示；能夠修改北京時間，則需設有按鍵；附加功能可加上指示燈或聲光提示等；單片機芯片選用普通的8031即可滿足要求。

電路實現過程：打開Proteus ISIS軟件，出現程序主窗口界面；鼠標左鍵單擊窗口左側元器件工具欄的P按鈕；在出現的窗口中選擇所需要的器件，點擊OK按鈕，器件被添加到主窗口左側的元器件列表區(qū)；將所需器件都添加到元件列表區(qū)之后，再依次點擊各器件，左鍵放到繪圖區(qū)，右鍵選中元件，左鍵編輯其屬性，合理布局后進行連線[2-3］，最后加上電源和接地符號，原理圖即可繪制完成（圖1）；保存設計文件。

2.3 軟件設計與實現

1）功能設計，分為顯示設計與按鍵設計。顯示設計：設計2種顯示模式——北京時間顯示模式與修改時分模式。按鍵設計：3個按鍵分別定義為MODE、UP、DOWN，MODE鍵切換顯示模式；UP與DOWN鍵在修改時分模式時有效，UP鍵修改時，DOWN鍵修改分。

2）軟件編程思路。可用軟件定時的方式，實現北京時間的運行。硬件選擇11.0592M晶振，軟件可采用定時器0，16位計時模式，定時5 ms實現數據管動態(tài)掃描。對按鍵處理需消抖處理，可采用定時消抖的方法。

3）經過編程實驗，得出結果。連續(xù)運行程序，在北京時間顯示模式可看到圖1所示的運行結果；按下MODE鍵則切換到修改時分模式界面（如圖2所示）。修改時分后，切換到北京時間，可實現北京時間的更新。因此仿真運行結果滿足實驗要求。

從電腦時鐘實例來看，基于Proteus與Keil的單片機仿真平臺可完全達到實驗教學的目的。

3 單片機仿真教學優(yōu)勢

針對單片機課程實驗相關的教學，可以采取硬件給定、軟件及功能由學生自行完成的教學方法。針對單片機課程設計相關的教學，可采取根據課程設計內容、硬件與軟件均由學生自行設計的教學方法，這正好滿足課程設計的教學需求[4]。

基于Proteus與Keil的單片機仿真實驗教學具有比較明顯的優(yōu)勢，如涉及到的實驗實習內容全面、硬件投入少、學生可自行設計、實驗過程中損耗小、與工程實踐最為接近、維護量少等。它可為實驗室開展開放性、綜合性、創(chuàng)新性實驗，提供靈活、完備、系統(tǒng)的實驗環(huán)境。這些優(yōu)點是傳統(tǒng)單片機實驗裝置無法比擬的[5]。

4 結束語

單片機實驗仿真平臺雖然可以為實驗教學帶來很大方便，但也存在其缺點，如無法代替對硬件的直觀認識和培養(yǎng)實踐動手能力。而對于如全國電子設計競賽和畢業(yè)設計的輔導，均需要培養(yǎng)學生的整體系統(tǒng)設計、分析問題和解決問題的能力，單靠實驗仿真平臺是無法達到這種教學要求的。但無論是單片機實驗教學或是單片機課程設計或畢業(yè)設計，該實驗教學平臺均為加深學生單片機理論知識和培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力提供了完備的單片機系統(tǒng)實驗環(huán)境。

參考文獻

[1]趙義強,康靜,郭向亮.Proteus仿真軟件在單片機設計中的應用[J].中國集成電路,2007,16(2):58-61

[2]蔡希彪,曹洪奎,芳琳.單片機電子時鐘系統(tǒng)的設計與仿真[J].中國科技信息,2007(4):61-63

[3]劉心紅,郭福田,孫振興,等.Proteus仿真技術在單片機教學中的應用[J].實驗技術與管理,2007,24(3):96-98

[4]田豐.虛擬實驗與真實實驗的整合研究[J].實驗技術與管理,2005,22(11):89-92

[5]秦曉梅,陳育斌,楊建華.單片機綜合設計實驗課程的建設與開發(fā)[J].實驗技術與管理,2004,21(2):114-118