李文順 尚廷義 席桂清

摘 要：Proteus進(jìn)行硬件仿真是學(xué)習(xí)模電、數(shù)電和單片機(jī)課程比較快捷、有效的方法，而且可以很好的去理解和掌握硬件特征。構(gòu)建了以此軟件為中心的虛擬實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)該軟件仿真實(shí)例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明該實(shí)驗(yàn)室很方便性和高效性。

關(guān)鍵詞：Proteus；仿真；虛擬實(shí)驗(yàn)室

Proteus是英國(guó)的Labcenter Electronics公司開(kāi)發(fā)的軟件，主要功能是仿真各種模擬和數(shù)字、交流和直流的電路軟件。Proteus軟件把單片機(jī)仿真與電路仿真相結(jié)合，直接在基電路原理圖的元器件上調(diào)試和編寫(xiě)單片機(jī)程序。仿真庫(kù)里有51系列、PIC系列、AVR系列、摩托羅拉68MH1系列、MSP430系列以及ARM7等常用的嵌入式控制器和嵌入式處理器[1]。Proteus能夠很好的對(duì)單片機(jī)外圍擴(kuò)展芯片進(jìn)行仿真，如數(shù)碼管顯示器、LCD顯示模塊、總線驅(qū)動(dòng)器、各種可編程外圍接口芯片、矩陣式鍵盤(pán)、實(shí)時(shí)的時(shí)鐘芯片以及各種D/A和A/D轉(zhuǎn)換器等。現(xiàn)在許多開(kāi)發(fā)環(huán)境都是軟、硬件結(jié)合，那么此款軟件可視化的相互仿真[2]。該軟件平臺(tái)既可以模擬仿真的硬件系統(tǒng)，而且還可以把編譯好的程序裝入仿真芯片。通過(guò)仿真系統(tǒng)的運(yùn)行，可以與焊接好的硬件系統(tǒng)的電路板一樣看到運(yùn)行的效果。

1 虛擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建

虛擬實(shí)驗(yàn)室的概念是由美國(guó)的University of Virginia的William Wolf教授于1989年提出的。它是利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，借助于圖像仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建一個(gè)可視化的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境[5]。

結(jié)合實(shí)際情況虛擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建主要是以Proteus軟件為核心，是以建立電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)的虛擬實(shí)驗(yàn)室。學(xué)院購(gòu)買(mǎi)了正版的Proteus軟件，以及實(shí)驗(yàn)室里面配備相應(yīng)的微型計(jì)算機(jī)。學(xué)院共五個(gè)專(zhuān)業(yè)，模電、數(shù)電和單片機(jī)課程基本上都開(kāi)設(shè)，這樣不僅可以為學(xué)生提供便利，而且讓學(xué)生按照自己的思路去進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)，可以很方便為開(kāi)設(shè)更多的綜合性與設(shè)計(jì)性試驗(yàn)打下基礎(chǔ)。

在教學(xué)的過(guò)程中，教師利用多媒體資源，給學(xué)生演示例題、試驗(yàn)仿真效果。使學(xué)生增加對(duì)本門(mén)課程的興趣，從而更好的掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容。特別是對(duì)單片機(jī)課程，完全可以在虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行授課。另外一個(gè)的優(yōu)勢(shì)是可以為學(xué)生省下很多資金去購(gòu)買(mǎi)電子元器件，這樣不僅學(xué)生可以很好的去學(xué)習(xí)這門(mén)課程，而且教師可以用此軟件去做一些項(xiàng)目的仿真，這樣大大可以節(jié)省時(shí)間和一些不必要的項(xiàng)目開(kāi)銷(xiāo)。

2 教學(xué)實(shí)例

2.1 利用555多諧振蕩器設(shè)計(jì)一個(gè)輸出為10Hz的方波

在電容的C1一端和555的輸出端3分別連接示波器的A，B端，如圖1。單擊仿真按鈕，自動(dòng)彈出示波器界面。通過(guò)選擇和調(diào)整相應(yīng)按鈕和按鈕，把電容的充放電波形圖和輸出方波顯示出來(lái)。單擊仿真停止按鈕，示波器自動(dòng)關(guān)閉，最好不要在示波器上關(guān)閉示波器，否則下次仿真運(yùn)行時(shí)示波器不會(huì)再出現(xiàn)，需要從主菜單的“Debug”→“Digital Oscilloscope”中調(diào)出[3]。而在實(shí)際電路中，需要很多電子元器件和示波器。學(xué)生很快的就可以看到仿真的結(jié)果。

2.2 利用軟件仿真超聲波測(cè)距

2.2.1 超聲波測(cè)距原理

2.2.2 系統(tǒng)仿真

系統(tǒng)是由單片機(jī)與超聲波模塊構(gòu)成，以發(fā)射接收信號(hào)實(shí)現(xiàn)測(cè)距，如圖2。使用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)程序的控制，超聲波模塊主要負(fù)責(zé)接收信號(hào)和發(fā)射信號(hào)。仿真過(guò)程中，通過(guò)給P2.7加一個(gè)開(kāi)關(guān)，模擬測(cè)距返回的Echo信號(hào)。這在一定程度上突破仿真軟件沒(méi)有系統(tǒng)所使用器件模型的局限性。仿真主要用于測(cè)試系統(tǒng)其他部分，連接上測(cè)距模塊后，可以一步檢測(cè)距離計(jì)算與顯示的準(zhǔn)確性。

實(shí)驗(yàn)室建立主要實(shí)驗(yàn)有：（1）單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；（2）用P0口點(diǎn)亮二極管與流水燈實(shí)驗(yàn)；（3）用二極管燈顯示加、減、乘、除法結(jié)果；（4）利用定時(shí)器顯示秒表；（5）獨(dú)立鍵盤(pán)與矩陣鍵盤(pán)控制數(shù)碼管顯示數(shù)字；（6）串行口通信方式1的單工通信控制流水燈顯示；（7）電子鐘的設(shè)計(jì)（綜合性實(shí)驗(yàn)）；（8）多機(jī)通信實(shí)驗(yàn)（綜合性實(shí)驗(yàn)）。結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)室內(nèi)容的擴(kuò)展，不斷的更新和提高仿真的深度，從而培養(yǎng)更多的學(xué)生。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)Proteus仿真軟件可以看出，用這種純軟件的方法來(lái)取代傳統(tǒng)的單片機(jī)開(kāi)發(fā)硬件電路和軟件仿真相結(jié)合的方法，從而避免了因焊接電路板帶來(lái)的一些不確定性的因素。大大的縮短了程序開(kāi)發(fā)的周期。投資少，有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，而且不受必須到實(shí)驗(yàn)室才能做實(shí)驗(yàn)條件限制。從而為學(xué)校培養(yǎng)綜合型的電子信息類(lèi)學(xué)生創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

[1]張毅剛.基于Proteus的單片機(jī)課程的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[2]趙廣元.Proteus輔助的單片機(jī)原理實(shí)踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2013.

[3]朱清慧.Proteus教程-電子線路設(shè)計(jì)、制版與仿真（第2版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[4]丁平，馬曉明.基于Proteus的單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立[J].電子質(zhì)量，2011，5：72-74.

[5]肖令祿，朱志平.基于Proteus和Keil C的MCS-51單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立[J].科技信息，2009，31：101.

作者簡(jiǎn)介：李文順（1980-），男，江蘇銅山人，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)電子信息工程系，講師，碩士學(xué)位，本課題為校級(jí)教改課題。