摘 要：傳統(tǒng)的單片機實驗是在專門的實驗室中進行的，其硬件設備昂貴和設備維護工作量大，而且實驗內容存在更新慢、與工程實際應用脫節(jié)等問題。本文提出一種基于Proteus軟件構建單片機虛擬實驗平臺的方案，并通過應用實例的分析，詳細闡述采用Proteus軟件仿真的特點，結合單片機開發(fā)程序，建立仿真環(huán)境，通過合理地設置，虛擬單片機實驗過程，驗證單片機系統(tǒng)的可靠性。從而解決實驗教學中硬件條件不足的問題，大大提高了實驗教學的效果，縮短了實驗教學與工程實際應用之間的差距。

關鍵詞：單片機實驗；Proteus軟件；仿真

“單片機原理與應用”這門課是機電一體化、自動化等專業(yè)的一門重要課程，具有理論性強、實踐性更強等特點。目前大多數高校都建立了單片機實驗室，基本上配備了實驗箱等硬件仿真設備。但實驗箱硬件電路固定、實驗內容較難改動，很難適應單片機技術的快速發(fā)展以及培養(yǎng)學生的單片機開發(fā)能力、創(chuàng)新能力等需求。利用Proteus軟件進行單片機虛擬仿真實驗，可以在一定程度上彌補上述不足。隨著多媒體教學手段的不斷發(fā)展，仿真軟件得到了廣泛的應用，Proteus軟件是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行在Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析（SPICE）各種模擬器件和集成電路。

1 基于Proteus的單片機虛擬實驗平臺的優(yōu)勢

⑴實驗內容廣泛：利用Proteus軟件豐富的系統(tǒng)資源，可完成驗證性、設計性和綜合性實驗內容。驗證性實驗項目：①輸入輸出口實驗；②中斷實驗；③定時器實驗等。設計性實驗項目：①設計時鐘電路，完成時間的實時顯示；②設計16×16LED點陣的顯示電路；完成漢子的循環(huán)顯示等。綜合性實驗項目：①溫度控制系統(tǒng)設計；②步進電機控制系統(tǒng)設計等。設計靈活，克服了單片機實驗箱中實驗內容固定不變等方面的局限性，增強學生的學習興趣。

⑵硬件投入少：在實際教學中，如果微控制器涉及到 51系列、PIC系列、AVR系列等，為保證教學的需要，必然要投入各種實驗設備；在實驗過程中若需示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等設備，也必然要投入資金。若采用Proteus軟件則可仿真多種單片機，并可利用系統(tǒng)提供的虛擬儀表進行分析，避免了上述問題。

⑶實驗過程中損耗小：在傳統(tǒng)的實驗過程中，都涉及到因操作不當而造成的元器件和儀器儀表的損毀，也涉及到儀器儀表等在工作時所造成的能源消耗。采用仿真軟件進行的實驗，基本沒有元器的損耗問題，在實驗的過程中是比較安全的。

（4）Proteus軟件進行仿真實驗，學生可在計算機上自行設計所需實驗，畫原理圖、編寫源代碼、反復調試，觀察結果，直到最終滿意為止。這樣可以節(jié)省開發(fā)時間和開發(fā)費用，并且可大大提高學生的單片機應用能力以及創(chuàng)新能力。

2 基于Proteus的單片機虛擬實驗平臺的配置方案

⑴虛擬仿真軟件的配置：選Proteus軟件仿真系統(tǒng)，在單片機實驗室為每臺計算機安裝一套該軟件，可彌補硬件設備的不足。

⑵編譯調試環(huán)境選用Keil C51 uVision3軟件：Keil C51 uVision3軟件集編輯、編譯和程序仿真于一體， 是當前較為流行的軟件之一，該軟件支持多種匯編和C語言的編程，Proteus軟件支持Keil C51 uVision3聯合調試。

⑶基于Proteus的單片機虛擬實驗平臺學習網站：學生可在該網站上自主學習Keil C51 uVision3軟件的詳細使用方法，以及二者聯合調試的方法，并且給出了大量的實例，以視頻錄像的方式展現，便于學生學習。

3 應用實例

下面介紹一個集中斷、七段碼顯示和時鐘日歷芯片DS1302的綜合實驗平臺設計以及調試方法。

3.1 繪制仿真電路的原理圖

啟動Proteus軟件，在主窗口界面點擊窗口左側的元器件選擇區(qū)的P按鈕，接下來會彈出Pick Devices窗口，接著Category欄里點擊，在Results 欄里會出現多類型的CPU器件，找到80C51后雙擊，80C51就被添加到當前窗口左側的元器件列表區(qū)。再用同樣的方法依次把DS1302、7SEG-MPX8-CA-BLUE、74LS373、74LS138、Switch以及多個電阻也添加到器件列表區(qū)里。然后再依次點擊列表區(qū)的器件，把他們放到繪圖區(qū)并編輯其屬性，接著進行合理的布局后，就可以進行連線。繪制出電路原理圖如圖1所示。

3.2 應用實驗平臺完成實驗項目

該仿真實驗平臺可設置多個基本實驗和擴展實驗項目。

基本實驗：

①外部中斷1實驗：外部中斷1（P3.3引腳）接一個開關，P0口通過兩片74LS273鎖存器連接16個發(fā)光二極管，可利用開關產生低電平或下跳沿觸發(fā)中斷來控制 16個發(fā)光二極管的亮滅；②多個外部中斷實驗：外部中斷0（P3.2引腳）接兩個開關，作為兩個外部中斷源，若有一個開關產生低電平或下跳沿觸發(fā)中斷，可利用查詢P1.3、P1.4引腳判斷是哪個外部中斷源引起中斷，并可控制16個發(fā)光二極管的亮滅；③七段碼顯示實驗：P2.0、P2.1、P2.2三個引腳通過74LS138譯碼器作為8個七段碼的位選線，通過P0口送出段碼，可完成動態(tài)掃描顯示。④時鐘芯片DS1302實驗：P1.0、P1.1、P1.2三個引腳作為DS1302的復位端、脈沖輸入端以及數據輸入輸出端，通過 8個七段碼顯示器顯示，可實現小時、分、秒的實時顯示。

擴展實驗：

①根據時間控制16個發(fā)光二極管的亮滅；②若P3.3口接光敏電阻，可根據光的強弱控制16個發(fā)光二極管的亮滅；③若P3.2引腳接熱式紅外傳感器，可根據是否有人來控制16個發(fā)光二極管的亮滅。

根據該實驗平臺還可設計其他實驗，可讓學生自行開發(fā)。

3.3 編寫程序

利用Keil C51 uVision軟件編寫C語言程序，由于篇幅限制，下面只給出利用外部中斷1控制16個發(fā)光二極管的亮滅程序，DS1302程序略。

#include

#include

#define uchar unsigned char

sbit ME_RST=P1^0；

sbit ME_SLCK=P1^1；

sbit ME_IO=P1^2；

sbit_1_in=P1^3；

sbit_1_out=P1^4；

sbit_273_1_clk=P2^4；

sbit_273_2_clk=P2^5；

uchar dis_code[10]= ﹛0X3F， 0X06， 0X5B， 0X4F， 0X66， 0X6D， 0X7D， 0X07， 0X7F， 0X6F﹜；

void main （void）

﹛

dsinit（ ）；

w_init（ ）；

dswrprt（ ）；

IT1=1；

EX1=1；

EA=1；

Do

﹛time（ ）；﹜

While（1）；

﹜

/*int1中*/

Void extern1_ISR（ ）interrupt2

﹛P0=0x55；

_273_1_clk=0；

_273_1_clk=1；

_273_1_clk=0；

P0=0x55；

_273_2_clk=0；

_273_2_clk=1；

_273_2_clk=0；

﹜

在文件Keil C51 uVision2中，將上述程序編譯成16進制文件IntTimedLed.HEX。

3.4 系統(tǒng)仿真

⑴Proteus ISIS與Keil 連接

⑵在ISIS中，選中單片機80C51，再右鍵點擊80C51，出現相應的對話框，在Program File中填入“IntTimedLed.HEX”文件，然后點擊“OK”。此時，完成了程序的載入。

⑶在ISIS窗口的下方有4個模擬調試控制按鈕：運行、步進、暫停和停止按鈕，點擊運行按鈕，即可仿真。

4 結束語

基于Proteus的單片機虛擬實驗平臺的應用，既可充分利用學校計算機房的現有設備，減少了實驗設備的硬件投入及維護工作量，又實現了形象化教學，為單片機的軟硬件結合虛擬仿真提出了一個新的思路，同時可提高學生的單片機應用以及開發(fā)能力。

作者簡介：張文（1983.1-），女，漢族，江蘇徐州人，職稱：講師，學位：工程碩士，大學本科，研究方向：控制工程。