聯(lián)合仿真在單片機教學中的應用

摘要：文章描述了使用Proteus軟件與Keil uVision3軟件建立聯(lián)合仿真的方法，并用實例說明聯(lián)合仿真的方法和過程。

關鍵詞：Proteus軟件；Keil uVision3軟件

目前，單片機技術在實際工程中得到了廣泛應用，Proteus軟件與Keil uVision3軟件的聯(lián)合仿真在實際的單片機系統(tǒng)開發(fā)中被普遍應用。為此，在單片機課程教學過程中，教師一定要結合工程實際做到軟件和硬件相結合，實現(xiàn)理論教學與工程實踐緊密結合，在傳授理論知識的同時，教會學生如何使用實際工程所應用的相關軟件進行單片機系統(tǒng)開發(fā)。

Proteus軟件與Keil uVision3軟件簡介

Proteus軟件的介紹Proteus軟件是英國LabcenterElectronics公司開發(fā)的電子設計自動化（EDA）工具軟件。該軟件主要由實現(xiàn)原理圖編輯及仿真的ISIS模塊和實現(xiàn)PCB板設計及自動布線的ARES模塊組成。Proteus不但具有其他EDA軟件的模擬電子和數(shù)字電子仿真功能，而且還具有其他EDA軟件所沒有的單片機系統(tǒng)硬件仿真功能。它可以仿真MS51系列單片機、AVR單片機、PIC單片機和ARM7微處理器，可以直接在電路原理圖上實現(xiàn)硬件的虛擬仿真，實現(xiàn)程序的調試，并提供進行測試與分析的虛擬示波器、邏輯分析儀等虛擬儀器及仿真圖表。

Keil uVision3軟件的介紹Keil uVision3軟件是德國的嵌入式開發(fā)工具專業(yè)制造商Keil公司開發(fā)的單片機開發(fā)軟件平臺。首先，該軟件不但可以進行軟件仿真，而且還可以通過其內嵌模塊Keil-Monitor-51，實現(xiàn)在不需要連接硬件仿真器的條件下，通過下載線連接硬件系統(tǒng)對項目進行實時仿真。其次，可以與Proteus單片機仿真軟件聯(lián)合實現(xiàn)虛擬硬件仿真。再次，Keil uVision3軟件具有良好的調試界面，操作不復雜，具有優(yōu)秀的編譯效果，豐富的學習資料。目前，Keil uVision3軟件的用戶非常龐大，幾乎所有的嵌入式開發(fā)工程師都使用該軟件。

Proteus軟件與Keil uVision3軟件聯(lián)合仿真的建立

Proteus軟件與Keil uVision3軟件之間可有相互獨立和相互聯(lián)合兩種方式進行單片機系統(tǒng)的虛擬仿真。如用Proteus軟件獨立進行虛擬仿真，就是用Keil uVision3軟件的編輯控制程序，在Keil uVision3軟件的Option for Target “Target1”選項卡Output中選擇Create HEX File選項，然后進行編譯，生成*.HEX文件。然后，將該文件轉到Proteus的ISIS模塊中，在所仿真的電路中打開單片機的編輯對話框Edit Component，在此窗口中的Program File欄中，選擇通過編譯生成的*.HEX文件，并在Clock Frequency欄中設置單片機的晶振頻率，點擊OK完成Edit Component窗口的設置。最后，點擊Proteus軟件的仿真啟動按鈕實現(xiàn)電路的仿真。

Proteus軟件與Keil uVision3軟件之間的聯(lián)合虛擬仿真，指Keil uVision3軟件將Proteus軟件打開的單片機系統(tǒng)看成一個虛擬的硬件電路，使用Keil uVision3軟件對程序進行編譯、調試時自動連接Proteus軟件中的虛擬單片機系統(tǒng)，虛擬單片機系統(tǒng)的狀態(tài)隨Keil uVision3軟件對程序調試實時變化。這樣，可實現(xiàn)用Proteus軟件與Keil uVision3軟件聯(lián)合虛擬硬件仿真。要實現(xiàn)聯(lián)合虛擬硬件仿真就必須對Proteus軟件與Keil uVision3軟件進行如下設置：

1.安裝好Proteus軟件和Keil uVision3軟件后，安裝壓縮包中的vdmagdi.exe文件，此時在路徑為Keilc51in的文件夾里有VDM51.DLL文件。

2.將壓縮包中的Prospice.dll文件復制到Proteus6.9根目錄的BIN文件夾中，并將原來的文件覆蓋。

3.在Proteus軟件中打開要仿真的單片機系統(tǒng)原理圖，并在Debug菜單中選擇Use remote debug monitor。

4.在Keil uVision3軟件中打開要進行聯(lián)合仿真的項目和程序，點擊Project并在Option for Target“Target1”選項卡Debug中選擇Use Proteus VSM Simulator。然后，點擊Setting按鈕進入Host IP和端口Port的設置，如果在同一臺計算機上進行聯(lián)合仿真，則Host IP地址為127.0.0.1，端口設置為8000。如果兩臺計算機通過互聯(lián)網(wǎng)進行聯(lián)合仿真，則Host IP地址為這臺計算機的網(wǎng)上IP地址，端口也為8000，這樣，就可以實現(xiàn)一臺計算機的Keil uVision3軟件平臺通過互聯(lián)網(wǎng)去連接遠程的另一臺計算機，并遠程控制另一臺計算機的Proteus軟件實現(xiàn)虛擬仿真。

按上述的步驟進行設置后，Proteus軟件和Keil uVision3軟件之間即可進行聯(lián)合仿真。

Proteus軟件與Keil uVision3軟件聯(lián)合仿真實例

下面通過一個實例來進一步說明用Proteus軟件與Keil uVision3軟件聯(lián)合仿真來調試程序的過程。該實例是用一個8×8的LED點陣塊來顯示字符。啟動Proteus軟件的ISIS模塊設計如圖所示的仿真電路原理圖。

用單片機的串行口輸出顯示數(shù)據(jù)，用74HC595芯片將單片機發(fā)出的串行數(shù)據(jù)轉換成并行數(shù)據(jù)，并送給LED顯示屏；單片機的P1.0~P1.2管腳輸出LED顯示屏的行選編碼，并通過74HC138芯片譯碼產生行選信號，實現(xiàn)LED顯示屏行掃描顯示。用設計好的仿真電路原理圖實現(xiàn)顯示字符“↑”。根據(jù)電路實現(xiàn)的功能要求用Keil uVision3編輯軟件編寫如下源程序：

ORG 0000H

MOV SCON，#00H；串行口工作方式0

START：MOVR1，#00H

MOVR2，#00H

MOVR3，#8

MOVDPTR，#TABLE；顯示字符的數(shù)據(jù)表首地址送DPTR

E1：MOVA，R1；查表索引值送R1

MOVCA，@A+DPTR；查字符數(shù)據(jù)表

MOVSBUF，A；串行發(fā)送

JNBTI，$；一幀發(fā)送完畢嗎？

0CLRTI

SETBP2.1；關閉顯示器，消隱

MOVA，R2

MOVP1，A；送行選信號

CLRP2.0；產生74HC595的數(shù)據(jù)鎖存信號（上升沿）

NOP；保證數(shù)據(jù)鎖存信號有一定的脈沖寬度

NOP

SETBP2.0

CLRP2.1；74HC595數(shù)據(jù)輸出給顯示器

INCR1；準備讀取字符的下一行數(shù)據(jù)

INCR2；準備掃描下一行

MOVR4，#250；每行的顯示時間

DJNZR4，$；

DJNZR3，E1

AJMPSTART

TABLE：DB 10H，20H，40H，0FFH，40H，20H，10H，00H；

END

完成源程序的編寫后，用Proteus軟件打開要仿真的電路，在Keil uVision3編輯平臺下選擇主菜單Project下的Build target命令對源程序進行編譯，如果程序沒有語法錯誤，繼續(xù)選擇主菜單Debug下的Start/stop debug session命令運行源程序，此時，Proteus軟件中的仿真電路圖已處在單步執(zhí)行的運行狀態(tài)。然后，可以在Keil uVision3軟件或在Proteus軟件中Debug菜單下的命令對源程序進行調試，同時在Proteus軟件中可以很直觀地查看結果，這樣即可像使用仿真器一樣調試程序。

Proteus軟件與Keil uVision軟件聯(lián)合仿真教學的效果

近年，筆者將Proteus軟件與Keil uVision軟件聯(lián)合仿真應用于單片機接口技術的課程教學，收到了良好的教學效果，教學質量得到明顯提高，喜歡學習單片機的學生明顯增多。在教學過程中，每個實例都采用Proteus軟件與Keil uVision軟件聯(lián)合仿真對程序都像仿真器一樣調試，同時在屏幕上學生可以直觀地看到電路輸出狀態(tài)，比較容易讀懂并理解所調試的程序。這在一定程度上降低了學生學習單片機的難度，也提高了學生學習單片機的興趣。學生可以只用一部電腦完成一個單片機系統(tǒng)設計、調試等操作，解決了學生想學好單片機但又缺乏硬件條件的問題；用Proteus軟件與Keil uVision軟件聯(lián)合仿真技術進行單片機課堂實驗演示極大地提高了課堂效率，克服了用傳統(tǒng)仿真器進行實驗演示時教師要準備很多硬件設備、要進行接線等操作的缺點。在實際工程中，Proteus軟件與Keil uVision軟件聯(lián)合仿真技術也被廣泛應用，用仿真器仿真調試電路程序將逐漸被淘汰。這樣，使用Proteus軟件與Keil uVision軟件聯(lián)合仿真技術進行教學可充分做到教學與實際工作需要不脫節(jié)，使學生在校學習期間就掌握了實際工作中需要的知識，培養(yǎng)了實際工作需要的單片機開發(fā)技能，可提高學生就業(yè)成功率，并能夠縮短畢業(yè)生適應相關工作崗位的時間。

參考文獻：

[1]張曉峰. Keil與Proteus聯(lián)合虛擬仿真技術在單片機教學中的應用[J].林區(qū)教學，2007，（12）.

[2]馬剛.Proteus與Keil整合構建單片機虛擬仿真平臺[J].現(xiàn)代電子技術，2006，（24）.

作者簡介：

侯繼紅（1975—），男，碩士，廣州科技貿易職業(yè)學院講師，研究方向為單片機應用及電子EDA技術應用。