基于Proteus和Keil的單片機(jī)聯(lián)合仿真研究

張東輝 劉春東 鄒義龍 陳 龍

(河北建筑工程學(xué)院，河北張家口075000)

1 引言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展以及單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的普及，涌現(xiàn)出各種單片機(jī)開發(fā)工具，設(shè)計(jì)工程師一直在努力縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，而軟、硬件并行開發(fā)就是一種比較好的方法.并行開發(fā)方法需要多個(gè)獨(dú)立的軟、硬件開發(fā)小組同時(shí)進(jìn)行軟件、硬件設(shè)計(jì).當(dāng)原型硬件和嵌入式代碼的主要部分實(shí)現(xiàn)后，就可以在系統(tǒng)整合階段將硬件與軟件合并起來并開始測(cè)試工作.在系統(tǒng)整合時(shí)經(jīng)常會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的問題，有些問題甚至?xí)?dǎo)致軟件或硬件的重新設(shè)計(jì).所以，人們需要找到更好的方法來解決這些問題.采用Proteus進(jìn)行虛擬仿真是解決這類問題的一個(gè)絕好的辦法.

2 Proteus ISIS與Keil的聯(lián)合仿真研究

2.1 Proteus仿真平臺(tái)

Proteus軟件已有20多年的歷史，是英國(guó)Labcenter electronics公司開發(fā)的目前世界上最先進(jìn)、最完整的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)軟件［1］.它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，是一種低投資的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，提供Schematic Drawing、SPICE仿真與PCB設(shè)計(jì)功能，是目前最好的模擬單片機(jī)及其外圍器件的工具，可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU及其外圍電路(如RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD，A/D、D/A器件、示波器等)，這些都可以直接用于虛擬仿真，極大地提高了應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率［2］.

2.2 Keil仿真平臺(tái)

Keil是德國(guó)開發(fā)的一個(gè)51單片機(jī)開發(fā)軟件平臺(tái)，支持匯編語言和C語言等高級(jí)語言［2］.Keil集成開發(fā)環(huán)境是基于32位的windows環(huán)境，它是以高效率的C語言或匯編語言為基礎(chǔ)的開發(fā)平臺(tái)，具備強(qiáng)大的軟件仿真功能［3］.目前，Keil公司推出的C51編譯器已被完全集成到一個(gè)功能強(qiáng)大的全新集成開發(fā)環(huán)境Vision 3中，包括項(xiàng)目管理、程序編譯和連接定位等，并且可以與Proteus原理圖進(jìn)行聯(lián)機(jī)仿真，為單片機(jī)的開發(fā)帶來極大的方便.

2.3 Proteus與Keil的聯(lián)合仿真

Proteus與Keil軟件的聯(lián)合仿真研究就是建立一個(gè)軟硬件聯(lián)合仿真系統(tǒng)的過程.硬件系統(tǒng)仿真部分由Proteus ISIS軟件實(shí)現(xiàn)，利用ISIS繪制電路原理圖，選擇好所需要的電路元器件并進(jìn)行聯(lián)接，軟件仿真是由Keil軟件實(shí)現(xiàn)的.程序在Keil仿真平臺(tái)運(yùn)行無誤并生成測(cè)試程序(以hex為后綴的程序文件).軟件環(huán)境和硬件環(huán)境都有自己的糾錯(cuò)和控制界面，在Proteus設(shè)計(jì)的電路原理圖界面，調(diào)入已經(jīng)生成的測(cè)試文件，從而可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的總調(diào)，并可以直觀的觀察到仿真結(jié)果.

3 基于Proteus與Keil的實(shí)例分析

現(xiàn)在很多文娛活動(dòng)中都會(huì)有搶答這一項(xiàng)，需要用到搶答器.在目前的市場(chǎng)上，普通搶答器都需要幾百塊，價(jià)格比較昂貴.本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的搶答器電路簡(jiǎn)單、成本較低、操作方便、靈敏可靠，具有較高的推廣價(jià)值.本文以八路搶答器為例，介紹了基于Proteus的硬件電路設(shè)計(jì)、基于Keil的軟件設(shè)計(jì)以及軟硬件的聯(lián)合仿真.通過仿真，得到了滿意的效果.

3.1 建立電路原理圖

利用Proteus的ISIS繪制原理圖.八路搶答器由單片機(jī)、復(fù)位電路、電源電路、選手按鍵、主持人按鍵、聲音提示和數(shù)碼顯示等部分組成，單片機(jī)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，P1口接8個(gè)選手按鍵，并進(jìn)行標(biāo)號(hào)區(qū)別，P3口接LED數(shù)碼管，采用共陰極數(shù)碼管，P2口接蜂鳴器電路和主持人按鍵.原理圖設(shè)計(jì)如圖1所示.

3.2 基于Keil的軟件設(shè)計(jì)

搶答器的功能比較簡(jiǎn)單，故采用匯編語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì).利用Keil進(jìn)行程序設(shè)計(jì)并進(jìn)行仿真，生成hex測(cè)試文件，如圖2所示.編譯信息顯示，程序沒有錯(cuò)誤.可以將生成的hex文件導(dǎo)入Proteus，進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試.

3.3 軟硬件聯(lián)合仿真調(diào)試

軟硬件聯(lián)合仿真調(diào)試，也就是將Keil生成的測(cè)試文件導(dǎo)入到單片機(jī)中去，觀察單片機(jī)的外圍器件在單片機(jī)控制下的動(dòng)作結(jié)果.

首先，在Proteus ISIS原理圖界面，雙擊單片機(jī)，將所需文件導(dǎo)入單片機(jī)，如圖3所示.

其次，運(yùn)行程序，開始仿真.當(dāng)沒有開始搶答的時(shí)候，數(shù)碼管顯示為F，為初始狀態(tài)，如圖4所示.當(dāng)主持人按下按鍵后，開始搶答，若有選手按搶答按鈕，編號(hào)立即鎖存，并在數(shù)碼管上顯示選手的編號(hào)，同時(shí)伴隨聲音提示.此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答，最先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)復(fù)位.圖5為搶答開始后，8號(hào)選手先按下按鍵，數(shù)碼管顯示相應(yīng)的選手編號(hào).圖6為下一輪搶答開始后2號(hào)選手搶答的結(jié)果顯示.

4 結(jié)論

通過以上仿真過程，可以看出，利用Proteus進(jìn)行單片機(jī)設(shè)計(jì)，可以直觀地觀察到系統(tǒng)仿真控制效果，為單片機(jī)的開發(fā)帶來極大的方便.Proteus ISIS以其特有的虛擬仿真技術(shù)很好的解決了單片機(jī)及其外圍電路的設(shè)計(jì)和協(xié)同仿真問題，可以在沒有單片機(jī)實(shí)際硬件的條件下，利用PC進(jìn)行虛擬仿真實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的軟、硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，仿真結(jié)果可以直接用于真實(shí)設(shè)計(jì)，極大的提高了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率.采用Proteus虛擬仿真技術(shù)，可以在原理圖設(shè)計(jì)階段對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行評(píng)估，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)電路是否達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求，使設(shè)計(jì)過程變得簡(jiǎn)單容易，降低了解決問題的成本.

［1］朱清慧，張鳳蕊，翟天嵩，等.Proteus教程——電子線路設(shè)計(jì)、制版與仿真［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2008:1～2

［2］孫凌燕，黃允千.Proteus與Keil軟件的整合在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)中的應(yīng)用［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2008，27(4)

［3］范磊，張祖立，崔玉潔.基于Proteus與Keil的采摘機(jī)械手控制系統(tǒng)仿真［J］.農(nóng)機(jī)化研究2007，12