proteus在《微機(jī)原理》教學(xué)中的應(yīng)用

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1、 鄭州科技學(xué)院 微型計(jì)算機(jī)原理課程設(shè)計(jì) 題 目 proteus在微機(jī)原理 教學(xué)中的應(yīng)用 學(xué)生姓名 馮 強(qiáng)_ 專業(yè)班級(jí) 11級(jí)計(jì)科一班_ 學(xué) 號(hào) 201115004_ 所 在 系 信息工程學(xué)院_ 指導(dǎo)教師 王 清 珍_ 完成時(shí)間 2013 年 12 月 13 日_ 目 錄1引言.32 課題背景及意義 .33 proteus軟件介紹.54 proteus 在理論教學(xué)中的應(yīng)用.75 proteus 在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用.106 結(jié)束語(yǔ).147 參考文獻(xiàn).15 附錄1.16 附錄2.171.引言伴隨著 計(jì)算 機(jī)技術(shù)的迅猛 發(fā)展 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室應(yīng)運(yùn)而生，將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)引入電子線路課程設(shè)計(jì)教學(xué)之中，是對(duì)傳

2、統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)和電子電路設(shè)計(jì)的重大突破。先在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)、仿真，然后將結(jié)果應(yīng)用到實(shí)際電路之中，既降低了設(shè)計(jì)成本，又縮短了整個(gè)設(shè)計(jì)的周期，從而提高了效率。作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的重要補(bǔ)充，虛擬實(shí)驗(yàn)豐富了實(shí)踐性教學(xué)的手段，有利于 現(xiàn)代 實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念的更新。例如，對(duì)于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的愛(ài)好者而言，往往沒(méi)有足夠的資金購(gòu)買昂貴的開發(fā)板來(lái)進(jìn)行開發(fā)，這時(shí)可以選擇通過(guò)軟件仿真來(lái) 學(xué)習(xí) 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。Proteus 是 目前 最好的能夠虛擬嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中常用的處理器和外圍器件的EDA 工具。另外，仿真技術(shù)在電子線路課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提高了學(xué)生綜合 分析 電路的能力和開發(fā)設(shè)計(jì)的能力，為今后更高層次的設(shè)計(jì)和實(shí)踐打下基礎(chǔ)。

3、 微機(jī)原理與應(yīng)用課程對(duì)許多專業(yè)來(lái)說(shuō)是一門重要的專業(yè)課。目前，國(guó)內(nèi)各高校以8086單片機(jī)（為主要內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，大量高性能、采用新技術(shù)的嵌入式系統(tǒng)CPU的面世，給傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)帶來(lái)沖擊，對(duì)微機(jī)教學(xué)方法的改進(jìn)提出了新的課題。本文通過(guò)對(duì)單片機(jī)教學(xué)改革的思考，分析單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的弊端，提出了一種新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中引入了EDA技術(shù)，以新款的EDA軟件Proteus為平臺(tái)，設(shè)計(jì)一套符合世道需要的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。全文針對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，首先介紹了作為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟件平臺(tái)的Proteus，敘述其功能，分析選擇其作為軟件平臺(tái)的可行性和優(yōu)越性。接著，詳細(xì)地介紹proteus

4、在理論教學(xué)中的應(yīng)用和Proteus在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用，最后，對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)。2.課題背景及意義 1970年微處理器研制成功之后，隨著就出現(xiàn)了單片機(jī)（即單片的微型計(jì)算機(jī)）。1971年美國(guó)的INTEL公司生產(chǎn)的4位單片機(jī)4004和1972年生產(chǎn)的雛形8位單片機(jī)8008，特別是1976年9月INTEL公司的MCS-48單片機(jī)問(wèn)世以來(lái)，在短短的十幾年間，經(jīng)歷了多次更新?lián)Q代，其發(fā)展速度大約每?jī)扇暌乱淮?，集成度增加一倍，功能翻一番。單片機(jī)發(fā)展速度之快、應(yīng)用范圍之廣以達(dá)到了驚人的地步，他已滲透到生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域，應(yīng)用非常廣泛。盡管目前單片機(jī)的品種很多，但其中最典型性的當(dāng)屬INTEL公司的MCS-5

5、1系列單片機(jī)系列。MCS-51是在MCS-48的基礎(chǔ)上于80年代初發(fā)展起來(lái)的，雖然它仍然是8位單片機(jī)，但其功能有很大的增強(qiáng)。此外它還具有品種全、兼容性強(qiáng)、軟硬件資料豐富等特點(diǎn)。因此51系列單片機(jī)應(yīng)用非常廣泛，成為繼MCS-48之后最重要的單片機(jī)品種。直到現(xiàn)在，MCS-51仍不失為單片機(jī)的主流機(jī)型、MCS-51系列單片機(jī)主要包括8031、8086和8751等產(chǎn)品，具有結(jié)構(gòu)緊湊、裸機(jī)位操作功能豐富和直接面向控制的指令系統(tǒng)等優(yōu)勢(shì)，堪稱一代“名機(jī)”。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，51系列單片機(jī)的處理速度更快，性能更優(yōu)越，在工業(yè)控制領(lǐng)域上占據(jù)十分重要的地位?，F(xiàn)在單片機(jī)的應(yīng)用日益廣泛深入，諸如在智能儀表、家用

6、電器和軍事設(shè)備的智能化以及實(shí)時(shí)過(guò)程控制等方面，單片機(jī)都能扮演著非常重要的角色。單片機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)具有廣闊的前景，估計(jì)近10年內(nèi)8位的單片機(jī)將仍然是主流機(jī)型，其設(shè)計(jì)也是嵌入式產(chǎn)品開發(fā)的基礎(chǔ)。所以，單片機(jī)的學(xué)習(xí)十分重要。在許多院校的教學(xué)實(shí)踐中總會(huì)有人提出與“微機(jī)原理及應(yīng)用”課程特點(diǎn)，尋求一種能較好地培養(yǎng)學(xué)生能力的教學(xué)方法是每一位任課教師迫切關(guān)注的問(wèn)題?，F(xiàn)在各學(xué)校的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般分為兩種：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)和綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)。但是這兩種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式中都存在了諸多缺陷。各大電子生產(chǎn)廠家紛紛涉足學(xué)校的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域，推出了先進(jìn)、智能、完善的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并配備了詳盡的使用說(shuō)明書及實(shí)驗(yàn)講義，這樣表面上實(shí)驗(yàn)

7、設(shè)備的先進(jìn)與否體現(xiàn)了學(xué)校的實(shí)驗(yàn)水平，但是對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備越是智能，學(xué)生的動(dòng)手和動(dòng)腦的深度及廣度就越小，而且，實(shí)驗(yàn)教學(xué)板有教學(xué)中硬件電路固定、學(xué)生不能更改、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容固定等方面的局限性，對(duì)擴(kuò)展學(xué)生的思路和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣方面收效甚微。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，忽視了學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，則很少涉及到。學(xué)生學(xué)習(xí)了理論，要想將其應(yīng)用到實(shí)際的工程實(shí)踐中，其難度是比較大的。 因此，近年來(lái)學(xué)校中普遍提倡在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中加入綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生們通過(guò)來(lái)選定自己感興趣的題目，查找大量的文獻(xiàn)資料，再對(duì)多種方案進(jìn)行比較及篩選，選擇一到兩種較為完善的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行硬件電路的搭建和軟件的設(shè)計(jì)，通過(guò)觀察

8、和分析，完成整體電路的設(shè)計(jì)。這種方法確實(shí)能夠擴(kuò)展學(xué)生的思路和提高學(xué)生的動(dòng)手能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力及學(xué)習(xí)興趣，也取得了一定的成績(jī)。但是這種設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)也存在著許多弊端，有的題目由于種種原因，根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。為了克服上述兩種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的缺點(diǎn)，很多高校都提出用EDA技術(shù)進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。EDA設(shè)計(jì)思路是：從元器件的選取到連接、直至電路的調(diào)試、分析和軟件的編譯，都是在計(jì)算機(jī)中完成，所用的工作都是虛擬的。雖然現(xiàn)在的電路設(shè)和軟件的編譯，都是在計(jì)算機(jī)中完成，所用的工作都是虛擬的。計(jì)軟件已經(jīng)很多，諸如PROTEL、ORCAD、EWB 、Multisim等，不過(guò)這些軟件之間的差別都不大：都有原理圖和PCB制作功能

9、，都能進(jìn)行諸如頻率響應(yīng)，噪音分析等電路分析，主要用于模擬電路、數(shù)字電路、模數(shù)混合電路的性能仿真與分析，但對(duì)于單片機(jī)設(shè)計(jì)及軟件編程，最重要的是兩者的聯(lián)調(diào)，這些軟件都無(wú)法實(shí)現(xiàn)，所以造成了單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、設(shè)計(jì)費(fèi)用高等缺點(diǎn)。2.2 EDA技術(shù)的發(fā)展 電子設(shè)計(jì)的核心是EDA技術(shù)。EDA是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能化技術(shù)最新成果而研制成的電子CAD通用軟件包，主要能輔助進(jìn)行三方面的設(shè)計(jì)工作，即IC設(shè)計(jì)、電子電路設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)。EDA技術(shù)已有30年的發(fā)展歷程，大致可分為三個(gè)階段。70年代為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）階段，人們開始用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行IC版圖編輯、PCB布局布線

10、，取代了手工操作。80年代為計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）階段。與CAD相比，CAE除了有純粹的圖形繪制功能外，又增加了電路功能設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且通過(guò)電氣連接網(wǎng)絡(luò)表將兩者結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了工程設(shè)計(jì)。CAE的主要功能是：原理圖輸人，邏輯仿真，電路分析，自動(dòng)布局布線，PCB后分析。90年代為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）階段。EDA軟件Proteus不僅能滿足電子設(shè)計(jì)的需求，還能滿足單片教學(xué)中的各種要求。3.PROTEUS 軟件簡(jiǎn)介 PROTEUS軟件由Labcenter公司開發(fā)，是目前世界上最先進(jìn)、最完整的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路及微控制器系統(tǒng)與外設(shè)的混合電路系統(tǒng)的電路仿真

11、、軟件仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真和PCB設(shè)計(jì)等功能，是目前唯一能夠?qū)Ω鞣N處理器進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真、調(diào)試與測(cè)試的EDA工具。微控制器系統(tǒng)相關(guān)的仿真需建立編譯和調(diào)試環(huán)境，可選擇KEil C51uVision2 軟件。該軟件支持眾多不同公司的芯片，集編輯、編譯和程序仿真等于一體，同時(shí)還支持PLM、匯編和C語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)。它的界面友好易學(xué)，在調(diào)試程序、軟件仿真方面有很強(qiáng)大的功能。 Proteus VSM的核心是ProSPICE，這是一個(gè)組合了SPICE3f5模擬仿真器核和基于快速事件驅(qū)動(dòng)的數(shù)字仿真器的混合的仿真系統(tǒng), SPICE 內(nèi)核的使用使您能采用數(shù)目眾多的供應(yīng)廠商提供的SPICE 模型, 目前該軟件包包含有約6

12、500個(gè)模型。Proteus VSM包含大量的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀、函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字信號(hào)波型發(fā)生器、時(shí)鐘計(jì)數(shù)器、虛擬終端以及簡(jiǎn)單的電壓計(jì)、電流計(jì)。此外仿真器能通過(guò)色點(diǎn)來(lái)顯示每個(gè)管腳的狀況，這點(diǎn)在單步調(diào)試I/O 碼時(shí)絕對(duì)非常有用。 Proteus VSM最主要的特點(diǎn)是它能把微處理器軟件作用論文聯(lián)盟WWW.LWLM.COM整理在處理器上并和連接該微處理器的任何模擬和數(shù)字器件協(xié)同仿真。微處理器模型和其它器件的模型一道駐留在原理設(shè)計(jì)中， 它仿真執(zhí)行目標(biāo)碼， 就像在真正的單片機(jī)系統(tǒng)上。如果程序代碼向一個(gè)外設(shè)口寫, 電路中邏輯電平會(huì)相應(yīng)變化， 如果電路改變了微處理器管腳的狀態(tài)， 這些也可以在您的程

13、序代碼中看到，如同真實(shí)系統(tǒng)一樣。 PROTEUS VSM FOR ARM/LPC2000 包含做PHILIPS 公司LPC2000 系列設(shè)計(jì)仿真所需的一切。支持ARM和THUMB 指令集。支持片上外設(shè)：GPIO, timers, RTC, UARTS, SPI, I2C, MAM,PLL, ADC and watchdog timer 等。支持VIC 中斷子系統(tǒng)。在3G 的PC 環(huán)境下可以做10MIPS 的仿真。可以裝載ELF/DWARF2 格式文件進(jìn)行源碼調(diào)試?？梢岳肐AR Embedded Workbench 和KEIlUV3 與PROTEUS 進(jìn)行聯(lián)調(diào)。這個(gè)軟件包包括: ISIS 原理

14、圖輸入系統(tǒng)。PROSPICE 交互式仿真引擎。LPC2000 系列處理器模型。ARM7TDMI 和ARM7TDMIS 內(nèi)核模型?？梢杂酶呒?jí)圖形仿真工具來(lái)做基于圖表的仿真。由PROTEUS VSM仿真通過(guò)的設(shè)計(jì)可以直接導(dǎo)入到ARES 中進(jìn)行PCB 設(shè)計(jì)。Proteus與其電子仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī)CPU的工作情況，還能仿真單片機(jī)外圍電路或沒(méi)有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況因此在仿真和程序調(diào)試時(shí)，關(guān)心的不再是某些語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過(guò)程和結(jié)果。對(duì)于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)，從某種意義上講，是彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。

15、國(guó)內(nèi)外的很多知名大學(xué)已經(jīng)開始使Proteus作為他們的教學(xué)工具，比如Stanford University，University Of California，Cambridge University，Carlisle college，香港理工大學(xué)，中山大學(xué)，華南理工大學(xué)，哈爾濱工程大學(xué)等幾十所高校。他們一致認(rèn)為該軟件在教學(xué)中的應(yīng)用有很大的幫助，其靈活自主的設(shè)計(jì)方式使學(xué)生更能體驗(yàn)到電子設(shè)計(jì)的魅力，學(xué)生對(duì)單片機(jī)以及電子設(shè)計(jì)的興趣大大提升，知識(shí)的掌握和應(yīng)用當(dāng)然也有了很大的提高。4.Proteus在理論教學(xué)中的應(yīng)用1、實(shí)例引導(dǎo)，激發(fā)興趣 在單片機(jī)的入門教學(xué)中總會(huì)提到單片機(jī)在工業(yè)控制、智能儀表、家用電器

16、、辦公自動(dòng)化等領(lǐng)域的極為廣泛的應(yīng)用。但是在課堂教學(xué)中很難提供具體的實(shí)物，容易讓學(xué)生產(chǎn)生單片機(jī)距離生活很遙遠(yuǎn)的感覺(jué)。Proteus軟件可以展示單片機(jī)的一些應(yīng)用實(shí)例，其自帶的大量的例子，如交通控制燈、計(jì)算器、國(guó)際象棋游戲機(jī)等，便于學(xué)生看到單片機(jī)在實(shí)際產(chǎn)品中的應(yīng)用電路。再通過(guò)運(yùn)行仿真，比如讓紅、綠、黃交通燈亮起來(lái)，讓計(jì)算器進(jìn)行各種計(jì)算，讓國(guó)際象棋游戲機(jī)進(jìn)行人機(jī)對(duì)弈等，可以極大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣，進(jìn)而引導(dǎo)他們主動(dòng)學(xué)習(xí)單片機(jī)知識(shí)。教學(xué)實(shí)踐證明，通過(guò)Proteus軟件展示實(shí)例能夠收到事半功倍的效果。2、菜單窗口，展示資源 在單片機(jī)教學(xué)中，單片機(jī)的系統(tǒng)資源是一項(xiàng)重要的內(nèi)容，教師可以借助Proteus

17、軟件讓學(xué)生更深入地了解單片機(jī)的系統(tǒng)資源。例如，對(duì)于寄存器內(nèi)容的查看，可以執(zhí)行在Debug菜單下Registers菜單項(xiàng)命令打開相應(yīng)的窗口。對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的查看，可以執(zhí)行debug菜單下的Internal memory菜單項(xiàng)命令打開相應(yīng)的窗口。對(duì)于特殊功能寄存器的查看，同樣執(zhí)行Debug菜單下的SFR memory菜單項(xiàng)命令打開相應(yīng)的窗口。對(duì)于內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的查看，還可以執(zhí)行Debug菜單下的Source code菜單項(xiàng)命令打開相應(yīng)的窗口查看內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)及其匯編代碼。在教學(xué)中，通過(guò)展示這些窗口，可使學(xué)生對(duì)單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)以及存儲(chǔ)方式有更進(jìn)一步的理解。Proteus 軟件所提供

18、了30多個(gè)元件庫(kù)，數(shù)千種元件。元件涉及到數(shù)字和模擬、交流和直流等，如電阻、電容、二極管、三極管、MOS管，變壓器、繼電器、各種放大器、各種激勵(lì)源、各種微控制器、各種門電路、各種終端。對(duì)于一個(gè)仿真軟件或?qū)嶒?yàn)室，測(cè)試的儀器儀表的數(shù)量、類型和質(zhì)量，是衡量實(shí)驗(yàn)室是否合格的一個(gè)關(guān)鍵因素。在Proteus軟件包中，不存在同類儀表使用數(shù)量的問(wèn)題，其提供的儀表有：交直流電壓表、交直流電流表、邏輯分析儀、計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)器、信號(hào)發(fā)生器等，而且Proteus還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)，其作用與示波器相似但功能更多。Proteus提供了豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試

19、信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)等。3、軟件編程，電路驗(yàn)證在單片機(jī)匯編語(yǔ)言的指令及編程學(xué)習(xí)中，涉及的內(nèi)容主要包括對(duì)匯編語(yǔ)言中具體指令的執(zhí)行效果驗(yàn)證、算法的具體實(shí)現(xiàn)、程序中語(yǔ)法錯(cuò)誤的檢查和邏輯錯(cuò)誤的驗(yàn)證等內(nèi)容。在教學(xué)中，學(xué)生對(duì)單純的理論分析會(huì)感到枯燥，教師如果根據(jù)課堂內(nèi)容用Proteus軟件編寫好指令程序，并充分考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)能力配合相應(yīng)的仿真電路，驗(yàn)證教學(xué)中的指令程序，便可以達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目的。例如，對(duì)于兩個(gè)16位二進(jìn)制數(shù)的乘法運(yùn)算R4R5R6R7=R3R4R5R6R7的匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。為了直觀地驗(yàn)證程序執(zhí)行的正確性，教師可以提前設(shè)計(jì)一個(gè)能完成數(shù)據(jù)輸入（帶顯示)和結(jié)果輸出（帶顯示)的硬件電路。這樣通過(guò)

20、仿真的輸入數(shù)據(jù)以及仿真計(jì)算的結(jié)果顯示，就可以驗(yàn)證編寫的乘法運(yùn)算是否正確。再如，在學(xué)習(xí)匯編程序設(shè)計(jì)中的循環(huán)控制程序時(shí)，教師可以使用Proteus軟件在Led.asm文件中編寫如下的一段程序，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路（如圖1），通過(guò)全速運(yùn)行或單步運(yùn)行調(diào)試驗(yàn)證如下程序并進(jìn)行仿真，電路中的紅色指示燈從D1至D8依次循環(huán)點(diǎn)亮。在課堂教學(xué)中，利用這個(gè)設(shè)計(jì)好的例子可以驗(yàn)證循環(huán)控制程序的執(zhí)行效果、算法的具體實(shí)現(xiàn)及程序中的語(yǔ)法和邏輯有無(wú)錯(cuò)誤。學(xué)生通過(guò)紅色指示燈顯示的情況，可形象直觀地認(rèn)識(shí)循環(huán)控制程序的執(zhí)行效果，還可以根據(jù)現(xiàn)象分析程序中的算法、語(yǔ)法和邏輯有無(wú)錯(cuò)誤，達(dá)到很好的教學(xué)效果。5.Proteus在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)

21、驗(yàn)室或?qū)嵱?xùn)場(chǎng)所的建設(shè)是各高校學(xué)科建設(shè)的重點(diǎn),這在以“工學(xué)結(jié)合”為指導(dǎo)思想的高職院校顯得尤為突出,學(xué)生知識(shí)的傳授很多是在實(shí)驗(yàn)室完成的,實(shí)踐證明這種教學(xué)模式具有良好的教學(xué)效果,但是也存在一些問(wèn)題,主要表現(xiàn)在以下兩方面:一是電子技術(shù)更新?lián)Q代的時(shí)間較短,投入巨資購(gòu)買的實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)設(shè)備,在經(jīng)過(guò)短短幾年的使用之后就有可能由于技術(shù)的進(jìn)步而落后了,從而不得不淘汰;二是有些電子元器件比如某些集成塊由于各種原因而損壞,從而不時(shí)需要進(jìn)行補(bǔ)充以維持實(shí)驗(yàn)室正常運(yùn)行。 Proteus是英國(guó)一家公司開發(fā)的電路仿真軟件,該軟件功能強(qiáng)大,界面友好,使用方便,可以進(jìn)行模擬電路、數(shù)字電路以及單片機(jī)軟硬件的聯(lián)合仿真,也可以進(jìn)行PC

22、B版圖設(shè)計(jì),因此受到了許多電子工程師的厚愛(ài),鑒于該軟件的突出性能,國(guó)內(nèi)許多高校在教學(xué)內(nèi)容中紛紛加入該軟件的使用介紹,有些高校還利用Proteus和Keil51建立單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室12,降低了實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行成本,有興趣的學(xué)生則可以利用該軟件提供的功能對(duì)自己設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行驗(yàn)證,所有這些,都為高校電子類專業(yè)教學(xué)提供了新的思路。采用Proteus 仿真軟件進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn), 具有比較明顯的優(yōu)勢(shì),如涉及到的電子元件豐富、實(shí)驗(yàn) 內(nèi)容 全面、硬件投入少、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中安全、損耗小、與工程實(shí)踐最為接近等。 5.1電子元件豐富，內(nèi)容全面 Proteus軟件提供了數(shù)千種元器件，它能實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容包括軟件部分的匯編、C 等語(yǔ)言的調(diào)

23、試過(guò)程,也包括硬件接口電路中的大部分類型。對(duì)同一類功能的接口電路, 可以采用不同的硬件來(lái)搭建完成, 可以擴(kuò)展學(xué)生的思路和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。該軟件可以加快電路系統(tǒng)開發(fā)的速度，節(jié)約開發(fā)成本，提高開發(fā)效率。 5.2硬件投入少， 經(jīng)濟(jì) 優(yōu)勢(shì)明顯 由于Proteus 軟件實(shí)驗(yàn)資源庫(kù)非常豐富，對(duì)于從模擬電路、數(shù)字電路、模數(shù)混合電路到單片機(jī)系統(tǒng)等領(lǐng)域都可以進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)，而且其虛擬元器件的參數(shù)都是由實(shí)際元器件廠家提供，然后生成SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)模型，這樣就可以用Proteus軟件中的虛擬元器件代替實(shí)際元器件進(jìn)

24、行設(shè)計(jì)電路，而無(wú)需去購(gòu)買實(shí)際的元器件。這樣就可以節(jié)省大量的實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，減輕了學(xué)生們的負(fù)擔(dān)。而且在選題、定方案等方面，也無(wú)需再考慮器件的成本問(wèn)題和購(gòu)買難度的問(wèn)題，從而使學(xué)生們跟上時(shí)代的發(fā)展，盡自己最大的能力提出并親自設(shè)計(jì)構(gòu)思較巧妙、設(shè)計(jì)較新穎、方案較完善的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，充分培養(yǎng)并發(fā)揮他們的創(chuàng)新能力，在實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析方面，Proteus所提供的儀表，不管在質(zhì)量還是數(shù)量上，都是可靠和經(jīng)濟(jì)的，且根本不需要進(jìn)行維護(hù)。5.3接近實(shí)踐，提高解決實(shí)際工程 問(wèn)題 的能力 采用仿真軟件后, 學(xué)習(xí)的投入變得比較的小, 而實(shí)際工程問(wèn)題的論文聯(lián)盟WWW.LWLM.COM整理 研究 , 也可以先在軟件環(huán)境中模擬通過(guò), 再

25、進(jìn)行硬件的投入,這樣處理, 不僅省時(shí)省力, 也可以節(jié)省因方案不正確所造成的硬件投入的浪費(fèi)。最后將仿真調(diào)試成功的電路移植到一個(gè)具體的硬件電路中進(jìn)行測(cè)試。將仿真軟件和具體的工程實(shí)踐如何結(jié)合起來(lái), 利于對(duì)工程實(shí)踐過(guò)程的了解和學(xué)習(xí)。 5.4實(shí)驗(yàn)過(guò)程中安全，儀器多、損耗小 采用Proteus 仿真軟件進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué),可以將大量教學(xué)信息直接地表現(xiàn)出來(lái),節(jié)約大量昂貴的實(shí)驗(yàn)儀器費(fèi)用,調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性,為實(shí)踐性教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程帶來(lái)了很大的靈活性,并且打破了空間和時(shí)間的限制,避免真實(shí)實(shí)驗(yàn)或操作所帶來(lái)的各種危險(xiǎn),則不存在因操作不當(dāng)而造成的元器件和儀器儀表的損毀, 也涉及到儀器儀表等工作時(shí)所造成的能源消耗的問(wèn)

26、題。5.5采用多媒體教學(xué)，豐富了實(shí)踐性教學(xué)的 手段 在教學(xué)上虛擬實(shí)驗(yàn)采用局域網(wǎng)多媒體教學(xué)，通過(guò)局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)教師機(jī)對(duì)學(xué)生機(jī)同步演示電路圖并講解其原理，學(xué)生根據(jù)電路原理圖在虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供的元件庫(kù)中找到相應(yīng)的虛擬元件。實(shí)驗(yàn)完成后將數(shù)據(jù)輸入到電子實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng)中，自動(dòng)生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師再通過(guò)主機(jī)將每位學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告收上來(lái)進(jìn)而完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。5.6 . 實(shí)驗(yàn)周期短在Proteus 軟件中設(shè)計(jì)電路可以很方便的判斷是硬件錯(cuò)誤，還是軟件錯(cuò)誤，方法如下：運(yùn)行Proteus的ISIS程序后，進(jìn)入該仿真軟件的主界面。通過(guò)工具欄中的p命令(從庫(kù)中選擇元件命令)，在pick devices窗口中選擇電路所需的元件，將其

27、放置在合適的位置，然后設(shè)置元件參數(shù)，當(dāng)整體硬件電路連接完畢后，點(diǎn)擊電路原理圖的左下角執(zhí)行建，如果有錯(cuò)誤提示，則說(shuō)明硬件電路連接有問(wèn)題，需要對(duì)硬件電路進(jìn)行更改，如果沒(méi)有錯(cuò)誤，則電路可以運(yùn)行，并且可以在各器件的輸入和輸出端顯示電路運(yùn)行時(shí)，這些端點(diǎn)所處的高低電平狀態(tài)；然后開始編寫程序，在Source菜單的Define Code Generation Tools菜單命令下，選擇程序編譯的工具、路徑、擴(kuò)展名等項(xiàng)目；在Source5.7. 教學(xué)實(shí)例 ( 1 )在Proteus 軟件平臺(tái)中繪制原理圖 Proteus 軟件繪制原理圖先從軟件包的器件庫(kù)里取出所需的元件符號(hào)并在繪圖區(qū)布局好, 同時(shí)編輯好元件的參數(shù)

28、, 接著進(jìn)行連線, 添加必要的 網(wǎng)絡(luò) 標(biāo)號(hào)等步驟。 (2)編寫程序 (一)對(duì)于匯編語(yǔ)言，可直接在Proteus軟件平臺(tái)編寫、編譯程序，再把產(chǎn)生HEX 文件導(dǎo)入到AT89C51中。 (二)也可打開第三方軟件Keil Vision3, 新建項(xiàng)目, 選擇微處理芯片, 然后編寫程序, 編譯源程序。產(chǎn)論文聯(lián)盟WWW.LWLM.COM整理生HEX 文件, 并選中Use Proteus VSM Simulator。該溫控電路主要程序如下： DAT BIT P2.0 ;數(shù)據(jù)通信口 WDLSB DATA 30H ;讀出的溫度低字節(jié) WDMSB DATA 31H ;讀出的溫度高字節(jié) MAIN: MOV SP,#6

29、0H MOV P2,#0FFH MOV R2,#8 MOV R0,#40H ; OVER: MOV R0,#00H;清顯示緩沖 INC R0 DJNZ R2,OVER MOV TMOD,#21H;T0=16B Counter,T1=8B autoload MOV TH1,#0FDH;串口波特率960011.0592M MOV TL1,#0FDH MOV SCON,#50H;串口方式1: 8,N,1 MOV PCON,#00H MOV TH0,#LOW(65535-10000) MOV TL0,#HIGH(65535-10000) SETB EA SETB ET0 SETB TR1 SETB T

30、R0 LOOP: LCALL DSWD ;調(diào)用讀出DS18B20溫度程序 SJMP LOOP ;讀出DS18B20溫度程序 DSWD: CLR EA LCALL RSTSNR JNB F0,KEND ;如果沒(méi)有應(yīng)答，返回主程序 MOV R0,#0CCH LCALL SEND_BYTE ;跳過(guò)ROM匹配 MOV R0,#44H ;發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令 LCALL SEND_BYTE SETB EA MOV P1,#00001111B MOV 48H,#1 ;延時(shí)75ms以上準(zhǔn)備讀 SS2: MOV 49H,#255 SS1: MOV 4AH,#255 SS0: DJNZ 4AH,SS0 DJNZ 4

31、9H,SS1 DJNZ 48H,SS2 MOV P1,#11111100B CLR EA LCALL RSTSNR JNB F0,KEND MOV R0,#0CCH ;跳過(guò)ROM匹配 LCALL SEND_BYTE MOV R0,#0BEH ;發(fā)出讀溫度命令 LCALL SEND_BYTE LCALL READ_BYTE MOV WDLSB,A LCALL READ_BYTE MOV WDMSB,A LCALL TRANS12 KEND: SETB EA RET (3)電路的調(diào)試與仿真 對(duì)于匯編語(yǔ)言程序可直接在Proteus平臺(tái)編譯、仿真和調(diào)試程序，如果采用第三方軟件KEil編程（C語(yǔ)言或匯編

32、語(yǔ)言）可按照以下步驟進(jìn)行仿真調(diào)試。 (一) 打開Proteus 繪制電路圖, 在AT89C51 中導(dǎo)入在KEIl平臺(tái)中編譯出的HEX 文件,選中Use Remote Debug Monitor。 (二)在Keil 中選擇調(diào)試,可順序和單步運(yùn)行程序, 調(diào)出Proteus ISIS 界面, 在Debug 菜單下選擇Virtual Terminal, 打開虛擬終端, 在鍵盤上按鍵, 在虛擬終端窗口中就會(huì)顯示相應(yīng)的字符，調(diào)節(jié)虛擬的溫度傳感器（DS18B20）溫度，就可在數(shù)碼管中顯示準(zhǔn)確的溫度值。6.結(jié)束語(yǔ) Proteus仿真與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比,虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué) 方法 效率更高、互動(dòng)性更好。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是在實(shí)

33、驗(yàn)箱進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)室提供的儀器和實(shí)驗(yàn)箱上提供的元件有限，只能完成一些常規(guī)實(shí)驗(yàn)。而在虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上提供了大量的虛擬儀器和 電子 元件供學(xué)生使用,這樣就可以在虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性，這是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)無(wú)法比擬的。參考文獻(xiàn) 1許文斌，proteus 軟件在單片機(jī)系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的 應(yīng)用 J.商業(yè) 經(jīng)濟(jì) ，2006，(3). 2代啟化，proteus 在單片機(jī)電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用J.自動(dòng)化與儀器儀表，2006，(6). 3周潤(rùn)景，張麗娜，基于Proteus 的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真M.北京航空航天大學(xué)出版社，2006.5.4 唐前輝，丁明亮Proteus入門教程重慶電專動(dòng)力系，2006.55 代啟化， 基于Proteus的電路設(shè)計(jì)與仿真. 現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，19期.6 彭偉.單片機(jī)c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)100例M.北京：北京電子工業(yè)出版社.20107少航，李山.苗亮亮等.基于Proteus的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真J.現(xiàn)代電子技術(shù).2007（6）附錄1：圖1、8086和8255A接口擴(kuò)展實(shí)例Proteus仿真電路圖圖2、仿真結(jié)果圖附錄2：圖3、DAC0832電路原理圖圖4、三角波21