理工论文ｐｒｏｔｅｕｓ与单片机实时动态仿真研究

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2、Proteus动态仿真的基本特性，与同类软件相比Proteus包含了更多的元器件模型库和虚拟工具箱，仿真更具有实时性，更便于观察单片机系统的运行状态。给出了矩阵显示控制和步进电机驱动仿真实例。　　关键词：Proteus；单片机；动态仿真　　　　1引言　　　　单片机由于功能强、可靠性高和体积小、价格低等特点，在智能仪器仪表、机电一体化产品、工业测控、家用电器等领域有非常广泛的应用。各院校机电一体化、自动控制、应用电子技术等工科专业中都开设了“单片机原理与应用”课程。而这门课程的教学使上课的老师感到棘手，费了很大的精力，但收

3、到的效果不佳，学生学起来也感到吃力，故而缺乏积极性和主动性。在教学过程中利用Proteus软件进行单片机的实时动态仿真，会起到事半功倍的效果，本文主要以单片机的实时动态仿真为例，使大家初步了解该软件的强大功能及其在工程实践和实验教学中的重要作用。　　　　2Proteus仿真功能简介　　　　Proteus是英国Labcenterelectronics公司开发的EDA工具软件，与同类软件有着很多的相似之处。相比之下，其主要的特点有两个：一是对动态元件的实时仿真，它对“人机对话”的模拟增强了系统的真实性；二是虚拟工具箱的功能，

4、它能与仿真同时进行，测量方便而准确。　　2.1实时动态仿真　　与多数仿真软件相似，Proteus有着数量庞大的元件库，包含6000多个模拟和数字电路中常用的spice模型以及各种动态元件，基本元件如电阻、电容、各种二极管、三极管、MOS管、555定时器等；74系列TTL元件和4000系列CMOS元件；存储芯片包括各种常用的ROM、RAM、EEPROM、还有常见I2C器件等。在丰富的库元件的支持下，原理布图时只要进行相应的调用和连线，通过对每个元件的属性设置完成绘图，然后即可进行仿真和虚拟测量[1]。　　基于Labcent

5、er公司提出的VSM（“虚拟系统模型”）的概念，Proteus支持微处理器的仿真，将spice电路模型、动态外设以及微处理器的仿真结合起来，在物理原型调试之前对整个单片机系统仿真。仿真的过程中，只需用鼠标去点击开关和按钮，微处理器根据输入的信号做出相应的中断响应，同时输出运算的结果到显示终端。整个过程与真实的硬件调试是极其相似的，在动态外设支持下的实时输入和输出为实验者呈现了一个最接近现实的调试环境。　　2.2虚拟工具箱　　Proteus的虚拟工具箱提供了电路测试中的常用工具和仪器，如图1所示。主要用于在实时仿真同时的电

6、路参数观测，测量结果随仿真动态变化并显示，对于电路特性的定性分析可以起到事半功倍的效果，大大节约了测试时间和开发成本。　　　　3Proteus在单片机动态仿真中的应用　　　　基于VSM的理论，Proteus可以仿真很多常用的微处理器。具体来讲，它支持PIC,8051,AVR,HC11,ARM7/LPC2000等系列多种型号的微处理器，仿真时只需在设定元件属性时指定下载程序的路径即可进行实时动态仿真[1]。　　3.1单片机系统的Proteus设计与仿真流程　　Proteus强大的单片机系统设计与仿真功能，使它可成为单片机系

7、统应用开发和改进手段之一，全部过程都是在计算机上通过PROTEUS来完成的，其过程一般可分为三步[2]：　　Proteus电路设计：在ISIS平台上进行单片机系统电路设计、选择元器件、插接件、连接电路和电气检测。　　Proteus源程序设计：在ISIS平台上进行单片机系统程序设计、编辑、汇编编译、代码级调试，最后生成目标代码文件（.*hex）。　　Proteus实时仿真：在ISIS平台上将目标代码文件加载到单片机系统中，并实现单片机系统实时交互、协同仿真，它在相当程度上反应了实际单片机系统的运行情况。　　3.2Prote

8、us仿真实例分析　　图2给出了AT89C51单片机控制8×8矩阵式方向指示控制的Proteus仿真原理图。　　　　图2中8×8矩阵LED用箭头的形式简单指示某一方向，三片74LS595为串并转换芯片，分别用于矩阵式LED行列信号控制，单片机AT89C51为74LS595提供转换控制信号和数据信号，仿真结果非常逼真。