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,并結合實時時鐘電路的實例詳細介紹了使用Proteus進行電路設計與仿真的過程及方法,旨在為單片機愛好者和技術人員提供了一個很好的學習平臺。
單片機技術應用于各行各業,是一種實用的智能型控制技術,單片機技術的發展極大地推動了電子、通信、計算機、機電一體化等行業的快速發展,成為當前教學和科研的熱門技術。本文詳細介紹一種新型的單片機仿真軟件Proteus,利用它可以實現單片機教學中很多面向端口、外圍設備擴展控制型實驗的仿真,提高教學效果,進一步縮短教學與工程實際的距離。
1Proteus簡介
ProteusISIS是英國Lacenterelec-tronics公司開發的電路分析與實物仿真軟件,應用范圍十分廣泛,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兩大模塊構成,ARES主要用于印刷電路板(PCB)的設計及其電路仿真,ISIS主要用于原理圖的設計并仿真。它運行于Windows操作系統上,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實現了單片機仿真和SPICE電路仿真相結合。具有模擬電路仿真、數字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統的仿真；有各種虛擬儀器,如示波器、邏輯分析儀、信號發生器等。②支持主流單片機系統的仿真。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提供軟件調試功能。該軟件仿真系統中具有全速、單步、設置斷點等調試功能,同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態；同時支持第三方的軟件編譯和調試環境,如KeilC51uVision2等軟件。④具有強大的原理圖繪制功能。總之,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計與仿真的過程。
2硬件電路圖的設計
該實時時鐘電路的硬件主要由AT89C51單片機、時鐘芯片DS1302、數碼管顯示驅動芯片MAX7219等元器件組成。實時時鐘電原理圖如圖1所示。
運行ProteusISIS后出現程序主窗口界面,鼠標左鍵單擊窗口左側的元器件工具欄的Component按鈕,接著再點擊窗口左側的元器件選擇區的PickDivices.按鈕,彈出的PickDevices窗口,再在Category欄里點擊MicroprocessorICs項后,在 Results欄里會出現各種類型的CPU器件,找到AT89C51后雙擊,AT89C51就被添加到當前窗口左側的元器件列表區了。用同樣的方法依次把 DS1302、MAX7219、數碼管、晶振以及多個電阻、電容也添加到器件列表區里。然后再依次點擊列表區里的器件,單擊左鍵把他們放到繪圖區,右鍵選中元件,并編輯其屬性,合理布局后,進行連線。所有導線畫完后,添加上電源和接地符號,原理圖的繪制就完成了,保存設計文件于 C:ProgramFileLacenterElectronicsProteus7Professionalclock文件夾,文件名為 clock.DSN。
3軟件設計與實現
本實時時鐘電路的軟件的主要功能包括時鐘芯片DS1302的設置和時間的讀取,數碼管顯示驅動芯片MAX7219驅動時間顯示等。軟件采用匯編語言編寫,在WAVE3.2集成調試軟件中編輯完成后,以文件名DS1302.asm存盤并編譯生成16進制目標文件DS1302.hex。同樣保存到 C:ProgramFileLacenterElectronicsProteus7Professionalclock文件夾中。
4系統的仿真分析
電路原理圖在ISIS里設計完成,并將系統軟件編譯成.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按鈕完成仿真設置。點擊ISIS下方仿真按鈕的運行按鈕,系統開始運行,實時顯示當前時間。
5結語
通過本文的Proteus軟件實現單片機實時時鐘電路仿真設計的實例,可以得出將Proteus軟件引入單片機課程中進行輔助教學,是教學方法的一種改革,是虛擬仿真技術和計算機多媒體技術相結合的綜合運用,有利于促進課程和教學改革,更有利于培養學生的創新素質和創造能力；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計人員所喜愛,生電子設計競賽活動中也逐步得到了推廣。