基于Proteus的MCS—51單片機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)研究

【摘 要】Proteus仿真軟件的應(yīng)用，能以軟代硬逼真地模擬單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的全過程，利用Proteus進(jìn)行51單片機(jī)及外圍器件的仿真，實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)搭建簡單容易，仿真過程形象直觀，為MCS-51單片機(jī)教學(xué)提供了一個(gè)很好的實(shí)訓(xùn)手段。

【關(guān)鍵詞】仿真 單片機(jī) Proteus 實(shí)訓(xùn)教學(xué)

【中圖分類號】G712 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-4810（2014）23-0167-02

現(xiàn)有單片機(jī)電子類實(shí)驗(yàn)室大多采取一種封閉式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，即在規(guī)定的課堂時(shí)間內(nèi)，學(xué)生在規(guī)定的場地內(nèi)，進(jìn)行規(guī)定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備能力的限制造成）。這種封閉式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，一方面由于時(shí)間及場地的限制，往往造成學(xué)生不能有足夠的時(shí)間深入了解及研究實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的興趣也被這些限制所扼殺；另一方面，固定式的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也限制了學(xué)生的思維空間，扼殺了學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。因此，其實(shí)驗(yàn)效果很難提高，這種做法實(shí)際上背離了現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中“優(yōu)化課內(nèi)，強(qiáng)化課外”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)意識。如果將計(jì)算機(jī)軟件的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于單片機(jī)的教學(xué)過程中，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的形象、生動、實(shí)在等特性，一定會對教學(xué)產(chǎn)生積極的影響。

一 Proteus介紹

Proteus是一種功能強(qiáng)大的電子設(shè)計(jì)自動化軟件，提供智能原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)、SPICE模擬電路、數(shù)字電路及MCU器件混合仿真系統(tǒng)和PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能。其不僅可以仿真?zhèn)鹘y(tǒng)的電路分析實(shí)驗(yàn)、模擬電子線路實(shí)驗(yàn)、數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)等，而且可以仿真嵌入式系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，其最大的特色在于可以提供嵌入式系統(tǒng)（單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)、ARM應(yīng)用系統(tǒng)）的仿真實(shí)驗(yàn)，這也是其他任何仿真軟件所不能及的。其支持單片機(jī)和周邊設(shè)備，可以仿真51系列、AVR、PIC、Motorola的68系列等常用的MCU，并提供周邊設(shè)備的仿真，如373、led、示波器等。Proteus提供了大量的元件庫，有RAM、ROM、鍵盤、馬達(dá)、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件等。在編譯方面，它也支持Keil和MPLAB等多種編譯器。對于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)，從某種意義上講，是彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾。

Proteus實(shí)現(xiàn)單片機(jī)虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）多功能型實(shí)驗(yàn)室。其不僅可以仿真電路分析實(shí)驗(yàn)、模擬電子線路實(shí)驗(yàn)、數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)，而且可以仿真嵌入式系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，其最大的特色在于可以提供嵌入式系統(tǒng)（單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)、ARM應(yīng)用系統(tǒng)）的仿真實(shí)驗(yàn)，可以稱之為一個(gè)多功能的實(shí)驗(yàn)平臺。（2）開放型實(shí)驗(yàn)室。由于其硬件是基于網(wǎng)絡(luò)平臺的，如一個(gè)單位內(nèi)的局域網(wǎng)，或企業(yè)網(wǎng)，或校園網(wǎng)（或單機(jī)板，基于一臺PC）或Internet用戶。（3）先進(jìn)型實(shí)驗(yàn)室。多種現(xiàn)實(shí)存在的虛擬儀器儀表，如示波器、頻譜分析儀、電壓表、電流表、圖表分析、邏輯分析儀、虛擬終端等。（4）豐富的測試信號源用于電路的測試，這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。（5）先進(jìn)的混合仿真系統(tǒng)（SPICE電路仿真器+數(shù)字仿真器+MCU仿真器）。（6）具有創(chuàng)新型。學(xué)生也可以在這里開展除規(guī)定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之外的個(gè)性化實(shí)驗(yàn)研究、創(chuàng)新開發(fā)研究。在這里沒有時(shí)間限制、沒有空間限制、沒有元器件及線路板的限制，人們可以展開想象的翅膀，盡情飛翔在創(chuàng)新的空間之中。（7）易管理維護(hù)。由于其核心為Proteus仿真軟件，因此，其實(shí)驗(yàn)是無損耗的，其管理、維護(hù)也就是用戶帳戶的管理、軟件的安裝及更新而已。（8）低投入高回報(bào)。用戶只需建立相應(yīng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺（也可使用已有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺），外加購買一套Proteus網(wǎng)絡(luò)板軟件，少量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證板即可，實(shí)驗(yàn)室的維護(hù)費(fèi)用幾乎為零。

二 Proteus工作過程

Proteus軟件與Keil單片機(jī)C語言編程軟件的結(jié)合與應(yīng)用，操作如下：（1）分別安裝keil C51 v7.50軟件和proteus 7.1 SP3軟件。（2）把proteus安裝目錄下VDM5I.dl（＼Labeenter Eiectmnicsk Proteus 6Professionalh’MODELs）文件復(fù)制到Keil安裝目錄的＼C5I＼BIN目錄中。（3）編輯C51安裝目錄內(nèi)的tools.ini文件。（4）打開Proteus畫出相應(yīng)的電路，在proteus菜單里DEBUG內(nèi)，選中use remote debug monitor。（5）在keil編寫MCU程序。（6）在keil中進(jìn)行debug，同時(shí)在proteus中查看直觀的結(jié)果。

三 Proteus的單片機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)例

下面就以一個(gè)簡單數(shù)碼顯示程序?qū)嶒?yàn)為例，介紹基于Proteus的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程。

實(shí)驗(yàn)任務(wù)是利用MCS-51單片機(jī)及數(shù)碼管等器件，構(gòu)成一個(gè)數(shù)碼顯示系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)要求是本實(shí)驗(yàn)涉及到三個(gè)知識點(diǎn)：單片機(jī)最小系統(tǒng)的構(gòu)成、單片機(jī)I/O口的使用以及軟件延時(shí)程序的編寫。（1）單片機(jī)最小系統(tǒng)由單片機(jī)芯片、時(shí)鐘電路以及復(fù)位電路構(gòu)成。（2）I/O口使用：P1口是準(zhǔn)雙向口。它作為輸出口時(shí)與一般的雙向口使用方法相同，即當(dāng)P1口用為輸入口時(shí)，必須先對它置“1”。若不先對它置“1”，讀入的數(shù)據(jù)可能是不正確的。

四 結(jié)論

實(shí)踐證明，Proteus是單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品靈活、高效、正確的設(shè)計(jì)與仿真平臺，改革了單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品的研發(fā)過程，為單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品研發(fā)提供了完整的虛擬實(shí)驗(yàn)室；但因?yàn)樵撥浖皇潜容^適合在數(shù)字電路中使用，模擬電路的實(shí)訓(xùn)仿真效果不是很理想，因此比較適合在單片機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)普遍推廣使用。

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〔責(zé)任編輯：李錦雯〕