軟件與硬件結合的單片機仿真實驗平臺的建設

摘要：本文分析了建設軟硬件結合的單片機仿真平臺的必要性，在此基礎上提出了軟件加硬件的仿真平臺的建設意見。

關鍵詞：軟硬件；單片機；仿真；平臺；建設

在電工電子類專業教學中，單片機的實驗室建設大多采用硬件仿真器配目標實驗板方式，不僅需采購大量的硬件設備，而且設備維護工作量也非常巨大。本文提出一種基于軟件仿真的單片機實驗室建設方案。該方案配置有限的硬件設備，很好地解決了資金和設備維護問題：大量的仿真工作是在軟件環境中實現，大大增強了實驗室向學生開放的便利性。在實際運行中，取得了良好的教學效果。該方案目前在國內高校具有較高的推廣利用價值。

1、開發單片機仿真實驗平臺的必要性分析

在全國高等院校電子信息類專業中，已普遍開設單片機及其相關課程。《單片機原理及應用》、《單片機原理及接口技術》等課程是大中專院校電子類專業實踐性、應用性和工程性很強的專業基礎課或專業選修課。從加強學生能力培養的要求來看，這類課程僅在課堂上講授基本原理是不夠的，必須在教學中加強實踐環節，開出一定數量的高質量的配套實驗課或獨立的實驗課程，讓學生有足夠的實踐機會。

2、Proteus軟件的特點

Proteus與其它單片機仿真軟件相比較具有很多優點，它不僅能仿真單片機CPU的工作情況，而且能仿真單片機外圍電路或沒有單片機參與的其它電路的工作情況。在仿真和程序調試時，只需將相關的十六進制文件載入微機處理器，就可從實踐、工程的角度直接看程序運行和電路工作過程與結果。對于這樣的虛擬仿真實驗，從教學和實踐的角度上講，彌補了理論教學、實驗實踐和工程應用間脫節的缺陷。

3、軟硬件結合的單片機仿真實驗平臺的結構

仿真實驗平臺由兩部分構成，即由Proteus與keil軟件整合的軟件仿真和周立功公司開發的DP-51PRO.NET單片機仿真器、編程器、實驗儀三合一綜合開發的硬件仿真平臺。

3.1 軟件仿真平臺

（1）采用Keil軟件進行程序的編譯。對于剛剛使用Keil的用戶來說，一般是按照下面的流程來完成單片機應用系統開發任務的。

1）建立工程；2）為工程選擇目標器件，例如選擇Atmel公司生產的AT89C51單片機；3）設置工程的配置參數；打開/建立程序文件；4）編譯和連接工程；糾正程序中的書寫和語法錯誤并重新編譯連接；5）對程序中某些純軟件的部分使用軟件仿真驗證；6）使用硬件仿真器對應用程序進行硬件仿真：7）將生成的Hex文件燒寫到單片機的程序存儲器ROM中運行測試。

上面的流程只是一個標準的開發流程，實際使用中，用戶可能反復重復其中的一個或幾個步驟。

（2）采用Proteus進行軟件仿真。Protel/s功能模塊一部分是智能原理圖輸入系統ISIS和虛擬系統模型VSM，組合了混合模式的PROSPICE電路仿真、動畫器件和微控制器模型。

另一部分是高級布線及編輯軟件ARES也就是PCB.ARESPCB設計具有32位數據庫、元件自動布置、撤消和重試的自動布線功能。

3.2 硬件仿真平臺

DP-51PRO.NET單片機仿真器、編程器、實驗儀三合一綜合開發平臺集成有強大的硬件資源，并且為用戶提供了多種選擇，使用戶可以進行各種相關的實驗。

1）自帶5V、12V、12V電源，其中5V電源可提供2A電流，12V可提供500mA，-12V可提供300mA，含瞬時短路保護和過流保護；配備TKStudyICE獨立的實時硬件仿真器；2）帶有EasyPR051編程器用于燒寫51序列單片機和串行E2PROM～DIP40腳圓孔座即可用于插放仿真頭又可用于插放在EasyPR051上燒寫好的單片機；3）靈活簡單138譯碼和573鎖存電路，方便用戶隨意設置；集成1路完全能的CAN-bus現場總線接口：4）集成1路USB1.1接口；集成1路USBI.2接口（可供用戶選配）；5）集成1路TCP/IP以太網接口（可供用戶選配）；6）支持CPLD實驗，可選擇使用XILINX公司的XC95108系列的CPLD或ALTERA公司的EPM7128S系列的CPLD（可供用戶任意選擇，需要或不需要）；7）帶有128X64的點陣液晶模塊及接口，和一個16X2字符液晶模塊的接口（可供用戶任意選擇）；8XSLED～陣模塊；步進電機.直流電機實驗；8）ADC0809并行AD、DAC0832并行DA實驗，串行AD實驗；555實驗電路；9）由鍵盤顯示芯片ZLG7290控制的8個8段數碼管和16個按鍵；10）8個撥碼開關、8+LED、8個獨立的按鍵：接觸式Ic卡實驗；11）非接觸式Ic卡讀卡模塊實驗（可供用戶選配）；LM324四運放，可以搭建各種運放電路，做運放實驗：12）繼電器驅動及控制電路，可做各種繼電器控制實驗；12C接口的EEPROM和RTC實時時鐘電路；RS232～RS485接口電路；13）交流蜂鳴器驅動控制電路；PWM脈寬調制輸出接口；電位器電壓調節電路。