基于Proteus软件的单片机系统的可视化设计

邱丽莉

(郑州科技学院，河南 郑州 450064)

1.引言

当前，随着计算机的迅猛发展，嵌入式系统已经广泛应用于社会生活的诸多领域，因此单片机系统的软硬件开发、设计和调试显得尤为重要。目前，全国工科类普通高校开设了不同类别的单片机教学和实验、实训，在这些专业的课程设计、毕业设计及大学生电子设计竞赛中，单片机也是一个非常重要的研发工具。对于初学者来讲，原理设计完成后，需要反复搭建电路或多次制作PCB板，这大大增加了设计成本，也可能为初学者学习单片机增加了难度。在单片机实验教学改革中，使用Proteus软件可以克服这个弊端，将Proteus软件技术应用于单片机系统的设计中，描述了系统从设计到调试的过程[1]。这样既能激发学生学习单片机的兴趣，提高教学效果，又进一步缩短教学与工程实验的距离。

2.Proteus软件介绍

Proteus软件是英国Labcenter electronics公司开发推出的EDA工具软件[2]，在全球范围内得到了广泛应用。Proteus主要包括ARES和ISIS两大模块。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，成为各大高校电子技术实验室和单片机应用实验室有效的实验工作平台。其主要特点有：使单片机仿真和SPICE电路仿真相结合，具有数字电路仿真分析、模拟电路仿真分析、单片机及其外围电路组成的系统的仿真分析；目前支持的单片机类型有：8051系列、68000系列、ARM系列、AVR系列、PIC16系列、PIC12系列、HC11等系列以及各种外围芯片[3]。

3.单片机仿真平台的“交通灯控制实验”

(1)实验目的：A、学习交通灯的控制方法；B、掌握单片机位操作指令的用法。

(2)实验内容：通过单片机的P1口控制实验仪上6个LED按照交通灯的变化规律循环发光，模拟十字路口交通灯。

(3)实验电路(图 1)：L5、L4、L3模拟东西方向路灯；L2、L1、L0模拟南北方向路灯。

图1 实验电路

从电路结构图看，该电路结构简单，学生只要把电路的线连接好，烧制程序就完成了整个实验的操作。使学生感觉枯燥无味，即看不到电路的结构，也不知道是怎么工作，不能使学生的动手能力真正得到提高，从而会降低学生对该课程的学习兴趣。

4.Proteus软件的介入

首先将利用WAVE软件仿真生成的.hex文件作为备用文件，打开Proteus软件，设计“交通灯实验”的硬件电路图(图 2)[4]。

其次，把由WAVE软件仿真生成的.hex文件添加到该电路中(图3)，然后进行仿真实验(图4、图5)

图2 交通灯硬件电路图

图3 添加.hex文件

图4 仿真电路图

图5 仿真电路图

这样可视化程度增强，使学生能够认识到电路的工作原理及其工作过程[5]。从仿真图可以看出，单片机的外围引脚有色的小方块表示其状态，蓝色表示逻辑0，红色表示逻辑1，灰色表示悬空，这样学生在识别起来就比较清晰，就能够增强学生的理性认识。

5.结论

在使用Proteus软件进行单片机系统可视化设计中，构建应用型的单片机系统，运行可靠稳定，每个项目都有可视化的结果，将理论与实践融为一体[6]，大大提高显示界面效果，打破传统的单片机课程以知识为序列组织课程实验的方式，不仅有利于学生学习兴趣的提高，也有利于学生专业能力的形成。明确了职业教育“以就业为导向，以能力为本位”的培养目标，体现了以职业实践活动为主线的教学实验过程。

[1]何用.Proteus在单片机接口设计中的应用[J]. 电脑与电信.2009(07)：21-22.

[2]陆中宏.基于Proteus软件单片机控制系统设计与制作[J].工业技术与职业教育.2011，8(1)：78-79.

[3]叶建波.基于Proteus的单片机电路的虚拟仿真[J].电子工程师.2008，34(11)：24-25.

[4]陈辉.基于AT89C51单片机波形发生器的Proteus设计[J].自动化与仪器仪表.2012(03)：52-53.

[5]许青林.微机原理课程教学改革探索[J].教育与职业.2011(09)：118-119.

[6]张靖武，周灵彬.单片机系统的PROTEUS设计与仿真[M].北京：电子工业出版社，2007.4.