基于虚拟仿真和ISP下载的AVR单片机实验模式研究

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1、欢迎引用：[1]黄克亚.基于虚拟仿真和ISP下载的AVR单片机实验模式研究[J].实验技术与管理,2013,30(8):81-85.基于虚拟仿真和ISP下载的AVR单片机实验模式研究摘要：针对传统单片机实验体系中存在的问题，提出一种基于虚拟仿真和ISP在线下载的AVR单片机实验模式。其基本思想是先在Proteus和CVAVR软件中进行联合仿真调试，再将目标文件通过ISP技术在线下载至实验板进行现场调试。该模式可以省去传统单片机实验中必不可少的实验台，仿真器，编程器，且项目设置灵活，是一种低成本、高效率、训练全面、更新容易的实验模式。关

2、键词：单片机，虚拟仿真，在系统可编程，实验模式0引言单片机作为嵌入式系统的一个重要分支，目前已广泛地应用于智能化家用电器、办公自动化设备、工业自动化控制、智能化仪表、通信产品、汽车电子产品、航空航天国防军事等人类生活的各个领域。全国大中专院校电气自动化专业、应用电子技术专业、通信专业、机电专业等许多专业相继开设了单片机课程。掌握单片机最好的方法是动手实践，但目前高等学校单片机实践教学存在控制芯片陈旧，功能有限，基本上还是以51单片机为主；商品化的实验系统硬件固定且不完全透明，只能完成数量有限的验证性实验，绝大数同学是在“看实验”而不是

3、在“做实验”；仿真器价格昂贵且不稳定，编程器不利于反复修改程序。为此作者提出一种新的嵌入式系统实验模式，将51单片机升级为AVR单片机，大幅提升其控制性能，采用Proteus和CVAVR软件联合仿真调试程序，利用ISP(InSystemProgrammable)技术在线更新下载程序。实践证明，该模式具有控制芯片功能强，系统实现容易，实验成本低，有利于提高学生的创新能力等优点。1由51到AVR单片机51单片机泛指所有采用Intel公司的MCS-51内核结构，或称为与MCS-51兼容的那些单片机。国内高校中单片机系统的课程与教学，20多年

4、来基本上都是以51单片机作为构成单片机系统的典型控制芯片来介绍，培养出大批熟悉、了解以及掌握51单片机的工程师和技术人员。因此，直到现在，国内51单片机还是具有相当多的用户，在大部分学校的教学中，还是采用51单片机作为学习的典型芯片。从应用和市场的角度看，51单片机仍旧能够满足许多应用系统的需求，并且具有价格低廉、参考资料和例程最多等许多优点。除此之外，现在许多半导体公司和生产厂商也在不断推出多种类型和型号、以MCS-51为内核、经过较大改进和扩展的51兼容SOC单片机，其性能比标准8051单片机要高得多，能够满足许多更高需求应用[1

5、]。但是由于MCS-51本身内核结构的局限性，51单片机，尤其是标准51架构的单片机，在性能、技术和软硬件设计理念等多方面已经落后，从技术角度看，已经跟不上单片机流行和发展的趋势。随着单片机系统技术的发展，目前市场上出现了许多新型的8位芯片。其中ATMEL公司AVR单片机发展尤为引人注目。AVR单片机采用了RISC结构，其速度、内存容量、外围接口的集成度、向串行扩展和更适合使用高级语言编程等众多特性，以及其所使用的开发技术和仿真调试技术等方面，都充分体现和代表了当前单片机嵌入式系统发展的趋势。也正是由于这些显著特点，再加上其极高性价比

6、，使得AVR得到了广泛的应用，在短时间内成为市场上的主流芯片之一。因此，从教育的长远和发展眼光出发，我们的教学与学习的目标应该更高些，要相应地改变教学内容、教学方式和学习方式，充分体现和融入新的技术、新的软硬件设计理念和方法，为培养适应当今技术发展的嵌入式系统工程师打好坚实的基础，以满足社会对高水平人才的需求[2]。2虚拟仿真技术传统的单片机课程教学采用“先理论讲解，再动手实验”的教学模式，以大量的原理来引导学生入门，不仅使学生理解困难，而且感觉枯燥乏味；教学过程中以单片机原理为核心，其应用只是点缀，造成学生应用能力培养不足；将软硬件

7、分离介绍，对单片机软硬件结合的系统设计方法强调不够，使得学生在构建实际的应用系统时缺少系统化的思路。本文将Proteus和CVAVR软件联合使用，实现单片机软硬件的仿真。这种方法用虚拟单片机代替实验箱的硬件电路，形象具体，增强了学生的感性认识，有助于对实验原理的理解。大量的教学实例通过软件仿真，不仅节约了硬件资源，而且提高了教学效率[3]。Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。Proteus与其他电子仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机的工作情况，还能仿真单片机外围电路或没有单片机参

8、与的其他电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。从某种意义上讲，这种仿真弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾[4