袁夢鑫　張靜

摘 要 通過對如何利用Proteus進行單片機軟硬件仿真進行簡述，以期在單片機理論教學(xué)中力避枯燥，并以Proteus作實驗平臺，將教學(xué)融于實踐，可以讓學(xué)生感知所編程序的實際效果從而更好地掌握所學(xué)知識。

關(guān)鍵詞 Proteus 單片機 電路軟件 硬件仿真

中圖分類號：TP368.1-4 文獻標(biāo)識碼：A

隨著我國教育信息化步伐和“互聯(lián)網(wǎng)+”建設(shè)的不斷加快，利用現(xiàn)代化教育資源構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、個性化的教育教學(xué)方式方法已經(jīng)成為一種新的發(fā)展趨勢。同時基于軟件仿真設(shè)計的實驗教學(xué)也越來越多，越來越重要。軟件仿真實驗教學(xué)作為理論教學(xué)的擴展和補充，不僅可以改善原理簡述的抽象性，還可以幫助學(xué)生加深對理論知識的理解，并進一步拓展知識面，激發(fā)學(xué)生的探究興趣和能力。

1研究現(xiàn)狀

作為計算機技術(shù)在控制領(lǐng)域的應(yīng)用。單片機以其體積小、性能強、集成度高、功耗低、控制能力強、易擴展等特點，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化方面、儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、信息和通信產(chǎn)品方面、航空航天、軍事、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域。

目前的單片機教學(xué)采用項目教學(xué)法，不少內(nèi)容抽象、乏味，若不通過實驗很難讓學(xué)生提起興趣，得到更好的理解，而以前的實驗硬件平臺能做的實驗有限，效果不理想，開設(shè)成本也很高，培養(yǎng)出來的學(xué)生既不知如何設(shè)置電路，也不知選擇芯片的哪些引腳，只會單一的編程驗證，且編寫的程序都是為了實現(xiàn)試驗箱上的功能，根本滿足不了實際項目課題的需要。

2研究意義

現(xiàn)在使用的教學(xué)仿真軟件有多種，這些軟件各具特點，在教學(xué)實踐中根據(jù)不同專業(yè)及需求可以選用不同的軟件。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布圖，代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模擬仿真軟件三合一的設(shè)計平臺。Proteus仿真軟件具有數(shù)字、模擬及數(shù)字/模擬混合電路的仿真能力；還提供了電路的直流工作點分析、瞬態(tài)分析、噪聲和失真分析等多種常用的電路仿真分析方法。這些分析方法基本能滿足一般電路的分析設(shè)計要求。

在單片機實驗教學(xué)中采用Proteus軟件能更好地解決采用虛擬技術(shù)解決單片機及其外圍電路的設(shè)計和協(xié)同仿真的問題，無需硬件實驗平臺，只需利用個人計算機進行單片機軟硬件同步仿真，仿真結(jié)果即可直接運用于真實設(shè)計。因此采用Proteus電路仿真軟件建立的網(wǎng)上單片機實訓(xùn)室既解決了以往單片機編程過程中的抽象性問題，同時還極大程度地擴展了單片機硬件電路資源，降低了實驗教學(xué)成本，也使教學(xué)過程更加直觀，還為學(xué)習(xí)者提供了一個即時可學(xué)式實驗室。

3 Proteus在單片機功能開發(fā)中的作用

目前，實物單片機實驗室的基本功能主要包括元器件選擇、電路連線、單片機程序編寫、系統(tǒng)運行調(diào)試和硬件電路測試，而利用Proteus仿真軟件所提供的不同功能可以完全保證對其完全實現(xiàn)。

（1）系統(tǒng)資源。任何一種單片機都提供了一定的系統(tǒng)資源。對于51系列單片機來講，所供的資源是以寄存器和存儲器的方式體現(xiàn)出來的。Proteus仿真軟件所提供的元器件包括了電阻、電容、二極管、三極管、MOS管、555定時器等模擬元器件和74系列1vrL芯片、4000系列CMOS芯片、存儲器、FC元器件等數(shù)字元器件以及PIC、AVR、8051系列單片機，學(xué)習(xí)者可以通過選取所需的元器件并對參數(shù)進行修改實現(xiàn)單片機實驗元器件的選擇。

（2）硬件電路的設(shè)計、制作與調(diào)試。硬件電路的設(shè)計包括兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)的擴展；二是系統(tǒng)的配置。大部分常用的硬件電路設(shè)計可以通過Proteus軟件來實現(xiàn)，學(xué)生通過Proteus軟件的使用，可以很方便地掌握硬件電路的設(shè)計方法。Proteus仿真軟件具有導(dǎo)線自動連線功能，使用時只需單擊元器件的引腳系統(tǒng)就可進行自動布線，同時，學(xué)習(xí)者也可根據(jù)需要對走線方式進行調(diào)整，完成系統(tǒng)電路的整體線路連接，此功能使學(xué)習(xí)者更加方便的對電路結(jié)構(gòu)進行理解。

（3）程序編寫。利用Proteus仿真軟件的編程功能學(xué)習(xí)者可以進行單片機程序編寫實驗，并在軟件中進行目標(biāo)代碼的仿真運行，利用軟件所提供的診斷及追蹤信息，學(xué)習(xí)者可以發(fā)現(xiàn)代碼中所存在的問題并進行修改。

（4）系統(tǒng)運行調(diào)試。利用Proteus軟件的仿真調(diào)試可以實現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)試。Proteus可以作為硬件仿真和調(diào)試界面。Proteus仿真軟件還提供了系統(tǒng)單步運行仿真調(diào)試功能，并可以通過此功能模擬單片軟件調(diào)試器功能，使學(xué)習(xí)者觀察設(shè)計效果，同時，在程序運行過程中單片機引腳的電平狀態(tài)也將實時地顯示出來，這為學(xué)習(xí)者更好地理解程序運行提供了很好的幫助。

（5）硬件電路測試。除了上述功能，Proteus仿真軟件還包含了大量的虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、函數(shù)發(fā)生器、時鐘計數(shù)器、電壓計和電流計等單片機硬件電路測試所需的試驗儀器，學(xué)習(xí)者可以通過此功能仿照真實情況完成對硬件電路的測試與檢查。

通過實地教學(xué)反饋，針對單片機控制系統(tǒng)是軟、硬件結(jié)合的應(yīng)用系統(tǒng)，若將Proteus軟件引入單片機課堂教學(xué)，可以構(gòu)建一個適合“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)的單片機虛擬實訓(xùn)室，大大提高學(xué)習(xí)效率，方便實踐操作。

4結(jié)論

敘述了單片機實驗教學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了Proteus仿真軟件創(chuàng)新性的功能，研究了Proteus仿真軟件在單片機實驗教學(xué)中的作用。通過實踐證明，其構(gòu)建的虛擬實驗室與傳統(tǒng)單片機實驗室相比，具有開放、靈活和成本低等特點。使用該實驗?zāi)軌驅(qū)崿F(xiàn)以教師為引導(dǎo)、以項目為主線、以學(xué)習(xí)者為實驗主體的教學(xué)新方法，在提高教學(xué)效率的同時，使學(xué)習(xí)者形成工程設(shè)計思路，并利用電路仿真和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了設(shè)計、開發(fā)、調(diào)試并形成產(chǎn)品的全過程，增強了單片機實驗的創(chuàng)新性。

參考文獻

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