Proteus是目前最先進的單片機CPU和外圍電路仿真工具之一。本文介紹了單片機仿真軟件Proteus的特點,并結(jié)合實時時鐘電路的實例詳細介紹了使用Proteus進行電路設(shè)計與仿真的過程及方法,旨在為單片機愛好者和技術(shù)人員提供了一個很好的學(xué)習(xí)平臺。
單片機技術(shù)應(yīng)用于各行各業(yè),是一種實用的智能型控制技術(shù),單片機技術(shù)的發(fā)展極大地推動了電子、通信、計算機、機電一體化等行業(yè)的快速發(fā)展,成為當(dāng)前教學(xué)和科研的熱門技術(shù)。本文詳細介紹一種新型的單片機仿真軟件Proteus,利用它可以實現(xiàn)單片機教學(xué)中很多面向端口、外圍設(shè)備擴展控制型實驗的仿真,提高教學(xué)效果,進一步縮短教學(xué)與工程實際的距離。
1Proteus簡介
ProteusISIS是英國Lacenterelec-tronics公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件,應(yīng)用范圍十分廣泛,涉及PCB制版、Spice電路仿真、單片機仿真以及對ARM7/LPC2000的仿真。Proteus主要由ARESISIS兩大模塊構(gòu)成,ARES主要用于印刷電路板(PCB)的設(shè)計及其電路仿真,ISIS主要用于原理圖的設(shè)計并仿真。它運行于Windows操作系統(tǒng)上,可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路,該軟件的特點是：①實現(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真；有各種虛擬儀器,如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。②支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、 ARM系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。③提供軟件調(diào)試功能。該軟件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點等調(diào)試功能,同時可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境,如KeilC51uVision2等軟件。④具有強大的原理圖繪制功能?？傊?該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件,功能極其強大。
下面以單片機實時時鐘電路為例,介紹使用Proteus進行單片機實時時鐘電路設(shè)計與仿真的過程。
2硬件電路圖的設(shè)計
該實時時鐘電路的硬件主要由AT89C51單片機、時鐘芯片DS1302、數(shù)碼管顯示驅(qū)動芯片MAX7219等元器件組成。實時時鐘電原理圖如圖1所示。
運行ProteusISIS后出現(xiàn)程序主窗口界面,鼠標(biāo)左鍵單擊窗口左側(cè)的元器件工具欄的Component按鈕,接著再點擊窗口左側(cè)的元器件選擇區(qū)的PickDivices.按鈕,彈出的PickDevices窗口,再在Category欄里點擊MicroprocessorICs項后,在 Results欄里會出現(xiàn)各種類型的CPU器件,找到AT89C51后雙擊,AT89C51就被添加到當(dāng)前窗口左側(cè)的元器件列表區(qū)了。用同樣的方法依次把 DS1302、MAX7219、數(shù)碼管、晶振以及多個電阻、電容也添加到器件列表區(qū)里。然后再依次點擊列表區(qū)里的器件,單擊左鍵把他們放到繪圖區(qū),右鍵選中元件,并編輯其屬性,合理布局后,進行連線。所有導(dǎo)線畫完后,添加上電源和接地符號,原理圖的繪制就完成了,保存設(shè)計文件于 C:ProgramFileLacenterElectronicsProteus7Professionalclock文件夾,文件名為 clock.DSN。
3軟件設(shè)計與實現(xiàn)
本實時時鐘電路的軟件的主要功能包括時鐘芯片DS1302的設(shè)置和時間的讀取,數(shù)碼管顯示驅(qū)動芯片MAX7219驅(qū)動時間顯示等。軟件采用匯編語言編寫,在WAVE3.2集成調(diào)試軟件中編輯完成后,以文件名DS1302.asm存盤并編譯生成16進制目標(biāo)文件DS1302.hex。同樣保存到 C:ProgramFileLacenterElectronicsProteus7Professionalclock文件夾中。
4系統(tǒng)的仿真分析
電路原理圖在ISIS里設(shè)計完成,并將系統(tǒng)軟件編譯成.hex文件后,下面就可以進行實時時鐘電路的虛擬仿真了。在ISIS的原理圖中,右鍵單擊 AT89C51將其選中,然后單擊左鍵打開AT89C51的EditComponent對話框,在ProgramFile選項中選擇文件 DS1302.hex,單擊OK按鈕完成仿真設(shè)置。點擊ISIS下方仿真按鈕的運行按鈕,系統(tǒng)開始運行,實時顯示當(dāng)前時間。
5結(jié)語
通過本文的Proteus軟件實現(xiàn)單片機實時時鐘電路仿真設(shè)計的實例,可以得出將Proteus軟件引入單片機課程中進行輔助教學(xué),是教學(xué)方法的一種改革,是虛擬仿真技術(shù)和計算機多媒體技術(shù)相結(jié)合的綜合運用,有利于促進課程和教學(xué)改革,更有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)和創(chuàng)造能力；同時Proteus 不斷完善的功能和強大的仿真能力被越來越多的設(shè)計人員所喜愛,生電子設(shè)計競賽活動中也逐步得到了推廣。