【導(dǎo)讀】動(dòng)手能力要求較高。長(zhǎng)期以來(lái)，由于諸多原因，導(dǎo)致很多的學(xué)生只能在有限的時(shí)間、有限的設(shè)。學(xué)和增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。采用Proteus軟件進(jìn)行虛擬單片機(jī)實(shí)驗(yàn)，涉及到的實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)內(nèi)容全面、于單片機(jī)原理及應(yīng)用課程的教學(xué)具有十分重要的意義。題及信息的獲取、文字的表達(dá)等能力。設(shè)計(jì)單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的總體方案，內(nèi)容要涵蓋片內(nèi)功能部件和接口兩大部分。每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要建立完整正確的硬件電路圖；每個(gè)實(shí)驗(yàn)要配有風(fēng)格良好的軟件程序，包括匯編語(yǔ)言版和C語(yǔ)言版兩個(gè)版本；原理圖，并編寫(xiě)相應(yīng)的源代碼。在PROTEUS系統(tǒng)上完成對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的仿真。然后撰寫(xiě)詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)說(shuō)明，包括PROTEUS. 儀器儀表實(shí)驗(yàn)室；測(cè)試傳感實(shí)驗(yàn)室；電子閱覽室、期刊室、開(kāi)架圖書(shū)室；有重大影響，甚至?xí)a(chǎn)生自激而使電路不能工作。等語(yǔ)言的調(diào)試過(guò)程,也包括硬件接口電路中的大部分類型。

　　

【正文】 ..........................................................................44 結(jié)束語(yǔ) ..................................................................................................................................44 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................45 致 謝 .............................................................................................................................47 附 錄 .............................................................................................................................48 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 第 1 章 引 言 課題的背景分析 傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，采用硬件仿真器、實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)板，需采購(gòu)大量的、昂貴的硬件設(shè)備，而且設(shè)備維護(hù)工作量也非常大。由于單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)涉及到數(shù)字電子、模擬電子、計(jì)算機(jī)甚至通 信等多學(xué)科的知識(shí)，實(shí)踐性又很強(qiáng)，在教學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中必須軟件硬件結(jié)合，也就是將單片機(jī)程序和外圍電路相結(jié)合，若用實(shí)驗(yàn)箱則費(fèi)用高，又不能充分利用，若用實(shí)驗(yàn)板則開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，方案變更困難。 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)所涉及到的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)比較多，而且硬件投入比較大。在具體的工程實(shí)踐中，如果因?yàn)榉桨赣姓`而進(jìn)行相應(yīng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，會(huì)浪費(fèi)較多的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。 這里我們利用 Proteus 仿真軟件，設(shè)計(jì)了純軟件的單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) ,既可調(diào)試單片機(jī)程序，也可仿真單片機(jī)外圍器件的工作情況；既能充分利用學(xué)校計(jì)算機(jī)房現(xiàn)有計(jì)算機(jī)，減少硬件設(shè)備的維護(hù)工作量 ，還可為學(xué)生提供豐富的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。 課題的概況及發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)代科技的發(fā)展，促進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)在軟件和硬件上的飛速發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)軟件的仿真技術(shù)，可以充分地仿真諸如電路的工作等實(shí)際的工程問(wèn)題。 目前，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地滲透到科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、軍事技術(shù)、各類產(chǎn)業(yè)和商業(yè)文化藝術(shù)以及人們的日常生活等方方面面中。由于社會(huì)對(duì)掌握嵌入式技術(shù)人才的大量需求，使得嵌入式軟硬件工程師成為未來(lái)幾年內(nèi)最為熱門(mén)的職業(yè)之一，相當(dāng)一部分高校已開(kāi)設(shè)嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)課程。 嵌入式系統(tǒng)是理論與實(shí)踐結(jié)合密切的課程。但對(duì)于嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的 愛(ài)好者而言，往往沒(méi)有足夠的資金購(gòu)買(mǎi)昂貴的開(kāi)發(fā)板來(lái)進(jìn)行開(kāi)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(kāi)發(fā)。 Proteus 是目前最好的能夠虛擬嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中常用的處理器和外圍器件的 EDA工具。 Proteus 與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī) CPU 的工作情況，也能仿真單片機(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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 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)和矛盾的現(xiàn)象。 由于本系統(tǒng)采用 Proteus 軟件結(jié)合 Keil C51 uVision3 編譯調(diào)試軟件開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)，因此重點(diǎn)介紹一下這幾方面的相關(guān)知識(shí)。 課題的目的和意義 單片機(jī)原理及應(yīng)用是測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)一門(mén)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，本門(mén)課程對(duì)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力要求較高。長(zhǎng)期以來(lái)，由于諸多原因，導(dǎo)致很多的學(xué)生只能在有限的時(shí)間、有限的設(shè)備上進(jìn)行一些有限的實(shí)驗(yàn)。本設(shè)計(jì)是利用 Proteus 軟件進(jìn)行單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，試驗(yàn)項(xiàng)目所涉及的單片機(jī)及外圍電路可以在沒(méi)有硬件的情況下進(jìn)行仿真，從而能極大地方 便教師的教學(xué)和增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。 在高等教育領(lǐng)域計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和虛擬 實(shí)驗(yàn) 等技術(shù)逐 漸 成為 了非常 有效的教學(xué)媒體和工具 , 使教學(xué)模式發(fā)生了深刻的改革。而實(shí)驗(yàn)教學(xué) , 在現(xiàn)代教育中有著非常重要的地位 , 它可以使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)加深對(duì)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解 ， 尤其是對(duì)那些抽象難以理解的內(nèi)容 , 在實(shí)驗(yàn)中 , 學(xué)生通過(guò)一些形象生動(dòng)的實(shí)驗(yàn) , 便可以消化吸收并且在未來(lái)的工作實(shí)踐中得以靈活運(yùn)用。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的核心任務(wù)是通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練。 自高校擴(kuò)招以來(lái) , 高校在校學(xué)生數(shù)逐年大幅度增加 , 一般高校 不可能大量的擴(kuò)充場(chǎng)地和購(gòu)置各種教學(xué)儀器 ，而 師資力量、實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器和教學(xué)場(chǎng)地等相應(yīng)的配套很難跟上發(fā)展的要求 , 教師無(wú)法具體對(duì)每個(gè)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)指導(dǎo) , 學(xué)生不可能隨時(shí)到實(shí)驗(yàn)室去熟悉儀器設(shè)備 , 在實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)生經(jīng)常會(huì)因?qū)x器設(shè)備不熟悉 , 對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容準(zhǔn)備不充分而收不到滿意的實(shí)驗(yàn)效果 , 教學(xué)質(zhì)量很難保證。 所以 大學(xué)課程進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué) 必然 成為一種有效的教學(xué)模式 , 它提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性 , 學(xué)生可以方便地進(jìn)行預(yù)約、查詢、預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)和考核 , 提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量 , 方便教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和管理 , 教師有更多的時(shí)間來(lái)研究開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn) , 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室的維護(hù) , 有效地緩解了目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)的壓力。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 課題的研究方法 總體方案 實(shí) 驗(yàn) 項(xiàng) 目硬件電路軟件程序ProteusKeil C存 檔 相 應(yīng) 的 軟 件 電 路 和 軟 件程 序 并 編 寫(xiě) 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 圖 總體方案 分別對(duì) 鍵盤(pán)、定時(shí)器、串行口、顯示器、 BCD碼撥盤(pán)以及 A/D和 D/A等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行進(jìn)行硬件電路和軟件程序進(jìn)設(shè)計(jì) 并 結(jié)合 Proteus和 Keil C 就行項(xiàng)目仿真。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 技術(shù)路線 在 K e i l C 中 寫(xiě) 入 源 程 序 編 譯 生 成 H e x 文 件在 P o r t e u s 上 畫(huà) 出 電 路 原 理 圖綁 定 主 芯 片 與 H e x 文 件修 改 電 路 或 源 程 序運(yùn) 行 P r o t e u s 進(jìn) 行 調(diào) 試成 功 ？編 寫(xiě) 實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書(shū)N Y 圖 技術(shù)路線 根據(jù)要完成的項(xiàng)目合理的選擇主芯片。圍繞著主芯片設(shè)計(jì)鍵盤(pán) 、定時(shí)器、串行口、顯示器、 BCD 碼撥盤(pán)以及 A/D 和 D/A 等電路模塊并在 Porteus 上畫(huà)出相應(yīng)的電路圖并保存。用 C語(yǔ)言編譯能夠完成相應(yīng)模塊功能的源程序。運(yùn)行 Proteus 進(jìn)行仿真調(diào)試。如果仿真沒(méi)有成功則修改電路或源程序后重新進(jìn)行仿真測(cè)試。全部仿真通過(guò)后編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相關(guān)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，包括項(xiàng)目的建立過(guò)程、軟硬件說(shuō)明、注意事項(xiàng)。 論文的結(jié)構(gòu)安排 本課題的主要內(nèi)容是利用 Proteus 結(jié)合 Keil C51 對(duì) 定時(shí)器、串行口、顯示器、鍵盤(pán)、BCD 碼撥盤(pán)、 ADC、 DAC 等項(xiàng)目進(jìn)行仿真 。 本論文主要分為 五 章 第 1 章 引言介紹了課題的背景、目的和意義、國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r以及發(fā)展趨勢(shì) 和課題的整體方案 及 技術(shù)路線。 第 2 章主要對(duì) Proteus 和 Keil C51 進(jìn)行介紹 。 第 3 章硬件 電路的 設(shè)計(jì) 主要包括 定時(shí)器、串行口、鍵盤(pán)、 BCD 碼撥盤(pán)、顯示器、 ADC、DAC、 頻率計(jì)和波形發(fā)生器 等模塊的電路以及再 Proteus 上的操作流程和 達(dá)到的預(yù)期 目標(biāo) 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 第 4 章是硬件電路的軟件程序設(shè)計(jì)，其中主要是軟件流程圖，實(shí)現(xiàn)功能的源程序再附錄中包括 C 語(yǔ)言程序和匯編語(yǔ)言程序。 第 5 章是電路的仿真演示。 第 2 章 開(kāi) 發(fā)軟件簡(jiǎn)介 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 2. 1 Proteus 軟件 Proteus 軟件由于其強(qiáng)大、直觀、全面的功能，已為越來(lái)越多國(guó)內(nèi)大學(xué)作為電工電子虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿真實(shí)驗(yàn)室、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真實(shí)驗(yàn)室和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等電類綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，也為教學(xué)改革、創(chuàng)新教學(xué)提供了很好的平臺(tái)。以下我們介紹一下該軟件的使用。 Proteus 介紹 Proteus 與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī) CPU 的工作情況，也能仿真單片機(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。 Proteus 的工作過(guò)程 運(yùn)行 Proteus 的 ISIS 程序（如圖 ），進(jìn)入該仿真軟件的主界面（如圖 ）。在工作前，要設(shè)置 View 菜單下的捕捉對(duì)齊和 System 下的顏色、圖形界面大小等項(xiàng)目。通過(guò)工具欄中的p(從庫(kù)中選擇元件命令 )命令，在 Pick devices 窗口中選擇電路所需的元件，放置元件并調(diào)整其相對(duì)位置，元件參數(shù) 設(shè)置，元器件間連線，編寫(xiě)程序；在 Source 菜單 Define code generationtools 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 Source 菜單的Add/remove source files 命令下，加入單片機(jī)硬件電路的對(duì)應(yīng) 程序；通過(guò) Debug 菜單的相應(yīng)命令仿真程序和電路的運(yùn)行情況。 Proteus 軟件所提供的元件資源 Proteus 軟件所提供了 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。 Proteus 軟件所提供的儀表資源 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。 除了所列的測(cè)試儀表外， Proteus 還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線路上變化的信 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖 Proteus 打開(kāi)界面 圖 Proteus 工作界面 號(hào)，以圖形的方式 適 時(shí)地顯示出來(lái)，其作用與示波器相似但功能更多。 Proteus 軟件所提供的調(diào)試手段 Proteus 提供了比較豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信 號(hào)。 對(duì)于單片機(jī)硬件電路和軟件的調(diào)試， Proteus 提供了兩種方法：一種是系統(tǒng)總體執(zhí)行效果，一種是對(duì)軟件的分步調(diào)試以看具體的執(zhí)行情況。 對(duì)于總體執(zhí)行效果的調(diào)試方法，只需要執(zhí)行 Debug 菜單下的 Execute 菜單項(xiàng)或 F12 快捷鍵啟動(dòng)執(zhí)行，用 Debug菜單下的 Pause animation菜單項(xiàng)或 Pause鍵暫停系統(tǒng)的運(yùn)行；或用 Debug菜單下的 Stop animation 菜單項(xiàng)或 shiftbreak 組合鍵停止系統(tǒng)的運(yùn)行。其運(yùn)行方式也可以選擇黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 工具欄中的相應(yīng)工具進(jìn)行。 對(duì)于軟件的分步調(diào)試，應(yīng)先執(zhí)行 Debug 菜單下的 Start/restart debugging 菜單項(xiàng)命令，此時(shí)可以選擇 Step over 、 Step into 和 Step out 命令執(zhí)行程序 (可以用快捷鍵 F F11 和ctrl+F11)，執(zhí)行的效果是單句執(zhí)行、進(jìn)入子程序執(zhí)行和跳出子程序執(zhí)行。在執(zhí)行了 start / restart debuging 命令后，在 debug 菜單的下面要出現(xiàn)仿真中所涉及到的軟件列表和單片機(jī)的系統(tǒng)資源等，可供調(diào)試時(shí)分析和查看。 Keil C51 uVision3 Keil C51 軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大 的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。 該軟件支持眾多不同公司的 MCS51 架構(gòu)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)。在調(diào)試程序、軟件仿真方面有很強(qiáng)大的功能，并且通過(guò)設(shè)置可與 ISIS 聯(lián)機(jī)調(diào)試單片機(jī)系統(tǒng)。 C51 工具包的整體結(jié)構(gòu)中 uVision 與 Ishell 分別是 C51 for Windows 和 for Dos 的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 (IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。 Proteus 與 Keil C51