王 凡

（首都師范大學 信息工程學院，北京 100048）

畢業(yè)設計是高等學校教學過程的重要環(huán)節(jié)之一，是一種綜合性的實踐教學手段。通過畢業(yè)設計能使學生綜合應用所學的理論知識和技能，進行全面、系統(tǒng)、嚴格的技術及基本能力的訓練［1］。電子信息類高校畢業(yè)生的培養(yǎng)目標是培養(yǎng)學生具備電子技術和信息系統(tǒng)基礎知識，能從事各類電子設備和信息系統(tǒng)的研究、設計、制造、應用和開發(fā)的高等工程技術人才。因此對于此類學生畢業(yè)設計的要求更應該體現出綜合性和實踐性相結合的特點。傳統(tǒng)的電子信息類畢業(yè)設計中存在著若干問題，在畢業(yè)設計中引入Proteus仿真軟件為解決此類問題提供了良好的渠道。

1 傳統(tǒng)畢業(yè)設計中存在的若干問題

（1）在電子設計課程中，學生只能得到一些基礎的設計訓練，且課時較短，設計內容也較簡單；由于條件的限制，每個題目一般由2個以上學生共同完成，缺乏獨立設計的經驗和對整個工程的把握。

（2）在電路實驗中常常由于元器件質量的好壞或性能的離散、連線的通斷或焊接的虛實等，而難于找到問題的所在［2］；另外，在電路搭建過程中容易造成儀器和元器件的損壞，學生要反復地購置新的元器件，既造成成本的增加又浪費時間和精力；在軟件的設計和編寫過程中，由于看不到最終的演示結果，學生也很難有的放矢地修改和編輯程序；由于設計中既存在硬件設計又有軟件編程，所以在綜合調試中如果遇到障礙，學生難以判斷問題出自硬件還是軟件。

（3）在整個畢業(yè)設計過程中，指導教師是影響畢業(yè)設計質量的重要因素，由于近些年來學校擴招等原因，導致指導教師與學生人數比例嚴重失調，指導教師指導學生的數量不斷增加。同時，教師一般都有繁重的科研及教學任務，在指導畢業(yè)設計時很難投入較大精力，使得指導學生畢業(yè)設計的質量不高［3］。

2 Proteus在畢業(yè)設計中的應用

2.1 Proteus軟件介紹

Proteus軟件是英國Labcenter electironics公司的EDA工具軟件，其中組合了一款可實現高級原理布圖與仿真工具ISIS，以及一款高級的布線編輯軟件ARES，從而可以實現完整的電子系統(tǒng)設計。其最大的優(yōu)勢在于它具有系統(tǒng)級仿真器VSM技術，可以對基于微控制器的設計連同周邊電子器件一起實施互動式仿真，支持的微處理芯片包括8051系列、AVR系列、PIC系列、HC11系列、ARM 7／LPC2000系列以及Z80等，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程。

Proteus提供了30多種元件庫，共8 000多種元器件模型。Proteus還提供了多種虛擬儀器、儀表。如：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調試器、I2C調試器、信號發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表等。

2.2 Proteus在畢業(yè)設計中所展示的優(yōu)勢

2.2.1 減少了畢業(yè)設計中的盲目性

針對上述畢業(yè)設計中存在的問題，Proteus提供了很好的輔助解決手段。學生在設計電路前，可以用Proteus先設計出原理圖，并在仿真成功后，再進行實際硬件的設計、元件的選購、焊接、軟硬件的聯調等。這樣可以盡可能地避免由于前期設計不當帶來的元器件和儀器的損壞，減少了元器件費用的支出和時間上的浪費。

2.2.2 增強了學生在畢業(yè)設計中解決問題的信心

在實際電路搭建中，由于學生缺乏經驗，即使在完成簡單的單片機最小系統(tǒng)調試時，一旦遇到問題，就會對自己的設計產生懷疑，使得畢業(yè)設計難以向下進行。利用Proteus具有的仿真功能可以暫時拋開實際電路，Proteus與Keil的聯合仿真，縮減了調試程序的工作量，只要原理圖和編程正確，系統(tǒng)就可以調試成功，學生在看到仿真結果后，會大大增強設計、開發(fā)實際電路的信心［4－5］。

2.2.3 起到了指導教師和學生溝通的橋梁作用

Proteus最大的特色是其電路仿真的交互化和可視化，不但能仿真微控制器本身，還能對其外圍電路進行仿真。原理圖一目了然，指導教師可以在工程建設的層面和學生探討整體設計問題，而不再受具體電路和程序語句的制約。另外，Proteus中提供了大量的儀器、儀表，能夠對電路進行實時仿真分析，使指導教師和學生的溝通變得流暢。

2.3 Proteus在畢業(yè)設計中的應用實例

本實例是基于C51單片機的LCD液晶顯示屏控制的電子類本科生畢業(yè)設計，通過基于C51單片機實現萬年歷、電子時鐘、溫度計等功能，以及在LCD上的顯示方式的控制，從而達到學習單片機、LCD等軟硬件應用的目的。實際硬件系統(tǒng)由主控制器AT89C52、時鐘電路DS1302、顯示電路、按鍵電路和復位電路等部分構成（見圖1）。

圖1 電路總體框圖

在設計之初采用Proteus進行電路的整體設計和仿真，在電路設計中充分體現出引入Proteus的優(yōu)勢，主要目的是研究和學習LCD的顯示與控制。如圖像的顯示和屏幕的滾動顯示等。因此學生既要熟練掌握C51單片機的工作原理，又要搞清LCD是如何工作的，在常規(guī)教材與課程中，由于沒有對于LCD的詳細介紹，使得學生對LCD的使用比較陌生，都靠自學來掌握LCD的工作原理。

本設計中LCD使用的是128×64點陣液晶顯示模塊，成本較高，需要的接口線多，控制復雜，而且比較容易損壞，如果直接在面包板上搭建電路或在實驗板上直接焊接，由于學生的經驗不足，很難在短期內調試成功。12864點陣液晶顯示模塊（LCD）是由128V12515061164個液晶顯示點組成的一個128列×64行的陣列，要顯示某個圖形或漢字就要將相應的點陣信息寫入到相應的存儲單元中，因此要搞清顯示點在液晶屏上的位置（行和列）及其在存儲器中的地址之間的關系。在Proteus中提供了50多種LCD器件，本電路使用的是LGM12641BS1R，它是以KS0108作為控制器的無字庫12864點陣液晶LCD，要顯示字符或圖形就要借助于字模工具軟件，并對其中的參數進行相應的設置［6］，通過Proteus與Keil的聯合仿真，可以得到和實物器件完全一致的仿真效果，還可以實時顯示引腳電平，通過觀察及時調整電路和編譯程序。

在仿真中使用的是和實際型號相同的單片機AT89C52，由于仿真運行時的時鐘頻率是以單片機屬性設置的頻率為準，所以在Proteus ISIS界面設計原理圖時，可以略去單片機的時鐘電路和復位電路，使得界面變得更加簡單、明了。P1口負責對LCD的控制，P2口負責對時鐘芯片DS1302和溫度傳感器DS18B20的控制，P3口用3只發(fā)光二極管顯示對溫度的控制狀態(tài)，4個按鍵用于溫控和時間的調整。軟件采用C語言編寫，在Keil C51集成開發(fā)環(huán)境編寫源程 序，并進行編譯、調試［7－10］。硬件結構見圖2。

圖2 硬件結構圖

3 結束語

作為一個輔助工具Proteus很適合應用于電子類專業(yè)的畢業(yè)設計。Keil和Proteus的聯合編程，更是在含有微控制器中彰顯了其全面、直觀、高效的優(yōu)異特性。學生在教師的指導下，學習和運用了Proteus對系統(tǒng)進行軟件仿真調試，進行了制版、做原理樣機、硬件調試。這個過程符合目前單片機工程師實際的開發(fā)流程，有利于培養(yǎng)學生解決實際工程問題的能力，同時也起到了師生相互交流的橋梁作用。作為一個輔助性工具，Proteus不可能解決畢業(yè)設計中所有實際遇到的問題，如電路中高頻信號的處理問題，且并非所有的器件型號都能在Proteus原件庫中找到，Proteus本身還存在一些缺陷。教師要引導學生把握好軟件仿真和實際電路之間的關系，使得Proteus在畢業(yè)設計中發(fā)揮很好的作用。

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［2］喬建華，李臨生，田啟川.Proteus在單片機教學中的應用分析［J］.電氣電子教學學報，2008，30（3）：70－73.

［3］田維.本科畢業(yè)設計中存在的問題及建議［J］.中國電力教育，2012，（25）：104－107.

［4］袁鋒偉，趙立宏，朱慧玲，等.基于Proteus的單片機課程教學與實驗改革［J］.實驗室研究與探索，2007，26（12）：75－78.

［5］曾燕，賈振國.Proteus仿真技術在單片機教學中的應用［J］.長春工程學院學報：社會科學版，2011，12（1）：132－134.

［6］吳凌燕，王守全，郭偉波.基于Proteus的LCD顯示研究［J］.現代電子技術，2011（10）：208－210.

［7］朱清慧，張鳳蕊，翟天蒿，等.Proteus教程：電子線路設計、制版與仿真［M］.北京：清華大學出版社，2008.

［8］劉心紅，郭福田，孫振興，等.Proteus仿真技術在單片機教學中的應用［J］.實驗技術與管理，2007，24（3）：97－98.

［9］張婧武，周靈彬.單片機系統(tǒng)的Proteus設計與仿真［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2007.

［10］周潤經，張麗娜.基于Proteus的電路及單片機系統(tǒng)設計與仿真［M］.北京：北京航空航天大學出版杜，2006.