黃　貞　李俊雄　周朱武

摘要 首先分析傳統(tǒng)單片機實驗中存在的諸多問題，如實驗設備費用高、實驗內容呆板、缺乏靈活性、設備難維護等，提出利用Proteus軟件來進行單片機仿真實驗教學。設計并介紹一個典型的實例程序，表明利用Proteus仿真單片機實驗系統(tǒng)具有搭建簡單、仿真過程直觀、操作靈活、成本低等特點，為單片機教學提供一個良好的實驗平臺。

關鍵詞 仿真實驗；單片機；Proteus

中圖分類號：G434 文獻標識碼：B 文章編號：1671-489X（2009）09-0057-03

Application of Proteus on Experiment Teaching of MCU//Huang Zhen, Li Junxiong, Zhou Zhuwu

Abstract This paper first analyzes on the problem of experiment teaching of MCU, such as high cost of experiment equipments, poverty of content, lack of flexibility and hard maintenance. And then this paper puts forward to use Proteus on experiment teaching of MCU. In order to speak volumes for its merit and practicability, a typical example is designed and introduced. The application of Proteus on simulation for experiment teaching of MCU can reduce cost, enrich the experiment contents. Additionally, it is simple and flexible to operation, and provides a good platform for teaching of MCU.

Key words simulation experiments；MCU；Proteus

Authors address

1 Physics Science and Technology School, Zhanjiang Normal University, Zhanjiang, Guangdong 524048

2 Department of Mathematics, HuaZhou NO.1 High School, HuaZhou, Guangdong 525100

隨著嵌入式系統(tǒng)技術的迅速發(fā)展，單片機技術已經廣泛地應用到工業(yè)控制、醫(yī)療儀器、信息家電、通信設備等眾多領域。為了滿足社會的需要，國內各院校都將單片機原理及應用作為工科學生的必修課程。該課程是一門理論和實踐結合性很強的課程，在教學過程中必須軟硬件結合，理論學習和實驗動手相結合。為了滿足學生動手實驗要求，目前在傳統(tǒng)教學中大多采用硬件仿真與實驗箱或實驗板來配置實驗設備，也就出現了采購量大、費用高、實驗方案更因難、設備維護復雜等弊端。Labcenter公司推出的Proteus是一種混合電路仿真工具，其最大的特點在于能夠實現單片機及外圍電路組成的系統(tǒng)仿真（Proteus6.0中的ISI幫助文件），將該軟件引入單片機實驗中，能夠較好地解決傳統(tǒng)教學中存在的弊端，而且可以增強實驗驗證的隨時性，使學生進一步理解單片機的應用，大大提高教學效果。

1 傳統(tǒng)單片機實驗教學中存在的弊端

1.1 實驗設備的經費問題實驗設備的經費高。目前大多數單片機實驗都是利用已做好的實驗箱，然后根據其提供的實驗教材進行實驗。這些實驗設備價格一般都比較高，而且基本上學生每次使用的都是同一套硬件。但單片機的種類繁多，為使學生接觸較多的單片機芯片，就必須購買多套實驗設備，這無疑增加了實驗設備的經費。

1.2 實驗內容呆板、缺乏靈活性由于單片機實驗多利用實驗箱進行，實驗受到實驗箱硬件條件限制，因此實驗內容固定，學生進行實驗只是一些驗證性實驗，對于一些諸如數據傳送等操作型的基本實驗，一些面向外圍設備控制的實驗無法開出，缺乏靈活性。

1.3 實驗學時受限學生課內實驗時數有限，平時難有機會實踐，如讓學生個人配備單片機實驗開發(fā)系統(tǒng)，或是自行設計實驗電路與制作電路板，則需要花費大量的時間和必要的資金投入，很多學生無法承受。這些都在一定程度上限制了學生動手能力的提高，影響了學生的積極性和創(chuàng)新性[1]。

1.4 實驗儀器的損耗與維護實驗過程若稍有不慎，就可能損壞仿真頭等硬件設備[2]；如果用燒錄器寫程序的方法來驗證實驗結果，由于多次插、拔芯片，既易損芯片，且效率低、教學效果不佳。同時由于實驗過程中需要用到的儀器較多，如計算機、電源、燒錄器等，造成設備維護工作量大等問題。

針對上述弊端，本文利用Proteus仿真軟件，設計單片機仿真實驗系統(tǒng)，既減少硬件投入和設備維護量，還可以調試單片機程序，仿真單片機外圍器件的工作情況，為學生提供豐富的實驗內容。

2 Proteus軟件簡介

Proteus是由英國Labcenter electronics公司開發(fā)的EDA工具軟件，該軟件除了具有和其他EDA工具一樣的電路仿真(模擬電路、數字電路以及數?；旌想娐贩抡?等功能外，其最大的特點是51系列、AVR系列、PIC、ARM系列等微處理器、微控制器連同外圍器件一起仿真。同時還支持PLC、匯編和C語言的程序設計，使得在程序調試、系統(tǒng)仿真時，不僅能觀察到程序執(zhí)行時單片機寄存器和存儲器等內容變化，而且從工程的角度直觀地看到外圍電路的工作情況，非常接近工程應用。

該軟件有比較豐富的元器件模型，特別是在單片機系統(tǒng)設計中常用的外圍器件，如總線驅動器74LS373、可編程外圍定時器8253、并行接口8255、LCD模塊、多種D/A和A/D轉換器等都可直接調用。這為建立基于Proteus仿真軟件的單片機實驗系統(tǒng)提供了強大的器件資源。

3 Proteus仿真單片機實驗系統(tǒng)設計實例

根據單片機實驗教學大綱要求，在51單片機學習的基礎實驗中主要掌握單片機指令系統(tǒng)、I/O口、中斷，定時器及串行口[3]。根據這些要求，本文以走馬燈為例設計實驗實例。如圖1所示，本實例采用AT89C52單片機，實驗電路包括時鐘和復位電路（在Proteus中可省略）、16只LED燈顯示電路、7段數碼管顯示電路及按鍵控制電路。通過掃描3個按鍵（模式鍵、加速鍵和減速鍵）的狀態(tài)來控制16只LED燈的點亮模式及點亮速度。共有7種點亮模式，模式序號由一只7段數碼管指示。各種模式下LED燈點亮狀態(tài)如表1。

在主程序中實現按鍵的掃描，確認3個按鍵的按下狀態(tài)，及16只LED燈與數碼管的顯示。LED燈的點亮或熄滅速度由定時器2定時中斷確定，采用軟件查詢方法確定走馬燈的速度。程序中的主程序、中斷服務子程序及按鍵掃描子程序流程如圖2～圖4所示。

按上述流程圖編寫走馬燈控制程序，加入到實驗系統(tǒng)中，作為單片機的源程序。啟動調動功能，利用Proteus提供的單步調試命令（Step Over、Step Into、Step Out、Step To）和斷點命令執(zhí)行源代碼窗口的程序，并隨時通過CPU的各種窗口（變量觀察窗口、寄存器窗口、專用寄存器窗口、內部數據存儲器窗口等）觀察程序每一指令執(zhí)行是否正常。若有問題，可在源代碼窗口中隨時修改。

程序調試完成后直接運行，可看到16只LED燈的走馬燈效果。通過這個仿真可以直觀地看到按鍵對程序的控制、走馬燈運行的結果，效果非常好。本實例中用到了單片機的I/O、定時器中斷等硬件功能，同時涉及到軟件查詢定時、中斷程序、按鍵控制、數碼管動態(tài)顯示等主要程序的設計方法。通過本實例可使學生掌握單片機基礎的主要內容。

4 結論

將Proteus軟件引入單片機實驗教學，輔助傳統(tǒng)實驗教學，是教學方法的一種改革。通過構建基于Proteus的仿真單片機實驗系統(tǒng)，能夠很好地解決傳統(tǒng)單片機實驗教學中存在的實驗設備經費投入大、實驗內容呆板、缺乏靈活性、實驗儀器設備損耗大與維護工作量大等弊端。而且由于其仿真過程直觀，操作靈活，易調動學生的積極性和主動性，必將收到良好的教學效果，為單片機教學提供了一個良好的實驗平臺。

參考文獻

[1]沙春芳.Proteus VSM在單片機系統(tǒng)仿真中的應用[J].計算機應用,2004(24):110-112

[2]劉心紅,郭福田,孫振興,曾麗麗.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):96-98

[3]吳金戌,沈慶陽,郭庭吉.8051單片機實踐與應用[M].北京:清華大學出版社,2002:10-15