單片機(jī)的Proteus虛擬仿真詳解

1.引言

單片機(jī)體積小，重量輕，具有很強(qiáng)的靈活性而且價格便宜，具有邏輯判斷，定時計數(shù)等多種功能，廣泛應(yīng)用于儀器儀表，家用電器，醫(yī)用設(shè)備的智能化管理和過程控制等領(lǐng)域。以單片機(jī)為核心的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為目前電子設(shè)計最活躍的領(lǐng)域之一。在嵌入式系統(tǒng)的中，開發(fā)板成本高，特別是對于大量的初學(xué)者而言，還可能由于設(shè)計的錯誤導(dǎo)致開發(fā)板損壞。利用Proteus我們可以很好地解決這個問題，由此我們可以快速地建立一個仿真系統(tǒng)。

2.Proteus介紹

Proteus是英國Labcenter Electro-nics公司開發(fā)的一款電路仿真軟件，軟件由兩部分組成：一部分是智能原理圖輸入系統(tǒng)ISIS（Intelligent Schematic Input System）和虛擬系統(tǒng)模型VSM（Virtual Model System）；另一部分是高級布線及編輯軟件ARES（Adv-Ancd Routing and Editing Software）也就是PCB.

2.1 Proteus VSM的仿真

Proteus可以仿真模擬電路及數(shù)字電路，也可以仿真模擬數(shù)字混合電路。

Proteus可提供30多種元件庫，超過8000種模擬、數(shù)字元器件。可以按照設(shè)計的要求選擇不同生產(chǎn)廠家的元器件。此外，對于元器件庫中沒有的元件，設(shè)計者也可以通過軟件自己創(chuàng)建。

除擁有豐富的元器件外，Proteus還提供了各種虛擬儀器，如常用的電流表，電壓表，示波器，計數(shù)/定時/頻率計，SPI調(diào)試器等虛擬終端。支持圖形化的分析功能等。

Proteus特別適合對嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件協(xié)同設(shè)計與仿真，其最大的特點是可以仿真8051，PIA，AVR，ARM等多種系列的處理器。Protues包含強(qiáng)大的調(diào)試工具，具有對寄存器和存儲器、斷點和單步模式IAR C-SPY，Keil、MPLAB等開發(fā)工具的源程序進(jìn)行調(diào)試的功能；能夠觀察代碼在仿真硬件上的實時運行效果；對顯示，按鈕，鍵盤等外設(shè)的交互可視化進(jìn)行仿真。

2.2 Proteus PCB

Proteus 的PCB設(shè)計除了有自動布線仿真功能外，還集成了PCB設(shè)計，支持多達(dá)16個布線層，可以任意角度放置元件和焊接連線；集成了高智能的布線算法，可以方便地進(jìn)行PCB設(shè)計。

3. 基于Protesus的簡單數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

3.1 軟件的編寫

本例題采用可調(diào)電阻調(diào)節(jié)電壓值作為模擬信號的輸入量，通過A/D轉(zhuǎn)換芯片AD0808把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量傳送到單片機(jī)的P1口，并在P0口把轉(zhuǎn)換的結(jié)果顯示出來。

軟件的編寫可以在Keil C51 環(huán)境下進(jìn)行，芯片的型號選擇AT89C51，編寫data.c文件，利用Keil C51進(jìn)行編譯，編譯成功后生成data.hex文件。

3.2 繪制電路圖

運行Proteus的ISIS，進(jìn)入仿真軟件的主界面，如圖1所示。主界面分為菜單欄，工具欄，模型顯示窗口，模型選擇區(qū)，元件列表區(qū)等。

圖1 ISIS啟動界面

通過左側(cè)的工具欄區(qū)的P（從庫中選擇元件）命令，在Pick devices窗口中選擇系統(tǒng)所需元器件，還可以選擇元件的類別，生產(chǎn)廠家等。本例所需主要元器件有：AT89C51芯片，ADC0808芯片，一個四位七段數(shù)碼顯示器，一個可變電阻，詳見表1。

表1 元器件清單

選擇元器件后連接圖2所示電路。

圖2 電路原理圖

Microproccessor ICs類的芯片的引腳與實際的芯片基本相同， 唯一的差別是隱去了GND和VCC引腳，系統(tǒng)默認(rèn)的是把它們分別連接到地和+5V直流電源。故在電路連線時可以不考慮電源和地的連接。為了快速進(jìn)行仿真，系統(tǒng)所需的時鐘電路，復(fù)位電路可以省略。

電路連接完成后，選中AT89C51單擊鼠標(biāo)左鍵，打開“Edit Component”對話窗口如圖3所示，可以直接在“Clock Frequency”后進(jìn)行頻率設(shè)定，設(shè)定單片機(jī)的時鐘頻率為12MHz。在“Program File”欄中選擇已經(jīng)生成的data.hex文件，把在Keil編寫的程序?qū)隤roteus，然后單擊“OK”按鈕保存設(shè)計。至此，就可以進(jìn)行單片機(jī)的仿真。

圖 3 單片機(jī)屬性的設(shè)定

3.3 Proteus仿真結(jié)果

單片機(jī)的仿真結(jié)果圖如圖4，模擬信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，結(jié)果送入單片機(jī)，再在數(shù)碼管上顯示；通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻的阻值，可以得到不同的顯示結(jié)果。仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)先的設(shè)計要求。

在仿真的過程中每個管腳旁邊會出現(xiàn)一個小方塊，紅色的方快表示高電平，藍(lán)色的表示低電平。 通過方快顏色的變化可以很方便地知道每個管腳電平的變化，從而能對系統(tǒng)的運行有更直觀的了解，這對程序的調(diào)試有很大的幫助。

圖4 仿真結(jié)果

4．結(jié)束語

本文結(jié)合一個簡單的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)詳細(xì)說明了Proteus在單片機(jī)開發(fā)中的應(yīng)用。可以看出，Proteus功能十分強(qiáng)大，能仿真各種數(shù)字模擬電路，且操作簡單，使用方便。能快速地進(jìn)行單片機(jī)仿真，加快系統(tǒng)開發(fā)的過程，降低開發(fā)成本。

參考文獻(xiàn)：

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