1、嵌入式系统设计仿真与开发平台研讨会专刊 1/1 一、从概念产品到设计完成的完整电子设计工具 Proteus组合了高级原理布图、混合模式SPICE仿真,PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。 系统特性： null ISIS原理布图个易用而又功能强大的工具； null PROSPICE混合模型SPICE仿真-可以升级到我们的独特的虚拟系统模型技术的工业标准SPICE3F5f仿真器； null ARES PCB设计具有32位数据库、元件自动布置、撤消和重试的自动布线功能的超强性能的PCB设计系统； null 标准的时尚的图形用户界面； null 保证所有的主要模块的操作性能和兼容性；
2、null 支持Windows 98/Me/2K/XP； null 产品完全可以信赖：超过15年的连续不断的开发； null 数千个拷贝安装分布全世界35个国家； null 直接来自开发者的技术支持； null 被EWW CAD REVIEW Roundup评为最好的全线产品。此系统受益于15年来的持续开发,被电子世界在其对PCB设计系统的比较文章中评为最好产品“The Route to PCB CAD”。 Proteus 产品系列也包含了我们革命性的VSM技术,用户可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真。用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态外设模型
3、来对设计进行交互仿真。 同时我们的自动布置和自动布线工具使PCB设计尽可能的简便,复杂的工作都由计算机完成。 作为专业版用户,可以不受限制地进入我们公布的技术支持热线,同时我们在一年内至少提供4次升级。 Proteus领先其他竞争者一步的哲学通过持续的开发,让我们的技术始终保持一流。 Tel: 020-86003016 86003026 38807074 Email: 嵌入式系统设计仿真与开发平台研讨会专刊 2/2 二、ISIS 智能原理图输入系统 ISIS是PROTEUS系统的中心,它远不仅是一个图表库。它是具有控制原理图画图的外观的超强的设计环境。无论用户的要求是快速实现复杂设计的仿真以
4、及PCB设计,还是设计精美的原理图以供出版,ISIS是您的最好工具。 出版质量的原理图 ISIS提供给用户图形外观包括线宽、填充类型、字符等的全部控制，使用户能够生成如杂志上看到一样精美的原理图，远胜过CAD软件绘制出的稀薄的线条。画完图可以以图形文件输出，或者拷贝到剪切板以便其他文件使用。这就使得ISIS成为制作技术文件，学术论文，项目报告的理想工具，也是PCB设计的一个出色的前端。 画图的外形由风格模板定义。此外，此方案允许用户定制元件库提供的库部件的外观 用户界面 如何使最常用的画图操作尽可能地变得又快又容易？ISIS有一个无连线方式,用户只需点击元件的引脚或者先前布好的线,就能实现布线
5、。此外,布置,编辑,移动,和删除操作能够直接用鼠标实现,无需去点击菜单或图标。 特性： null null null null null null null null null null null null null null 生成出版质量的原理图； 风格模板允许提供库部件的用户化； 鼠标驱动和内容关联的用户界面；自动走线，以及接点的布置和切除参数表示子电路元件值的层次设计 包括子电路端口以及总线引脚的总线支持 挑选元件或建立新库元件可预览PCB 封装 完全体现多元器件的同性和异性包括相应对话框用户化的元件特性的精细管理 超过8000元件的大型元件库。完全适用于仿真模型 网表格式：Labcen
6、ter SDF，SPICE，Tango，Boardmaker，EEDeginer，Futurenet，Racal 微控制器支持的器件如I/O口、USART等; Proteus VSM 库同样包含大量复杂的外设模型： Proteus VSM除上述库外，同样包含大量复杂的外设模型： 7段LED、灯和标志； 字符和图形LCD 显示； 通用矩阵键盘； 按钮、开关和电压表； 压电发声器和喇叭； 直流、步进和伺服电机模型； RAM、ROM和I2C EEPROM； I2C、SPI和其它一线I/O扩充设备和外设； ATA/IDE硬件驱动； COM口和以太网口物理界面模型等。 Tel: 020-86003016
7、 86003026 38807074 Email: 嵌入式系统设计仿真与开发平台研讨会专刊 16/16 上述计算器图显示进一步地验证外设模型是如何工作的 就在此时此刻，至少有一家公司正在为Proteus VSM开发模型，请留意更新的进展。 您也能创建您自己的模型，在Proteus VSM包里有SDK解释创建模型的多种方法。 1、 Proteus VSM for ARM/LPC2000 Proteus VSM for ARM/LPC2000包含您开发和仿真基于ARM7内核的Phillips LPC2000 32位处理器的嵌入式系统的所有功能： 模块包括： 原理图布图：ISIS schemati
8、c capture.； Phillips LPC2000 系列CPU模型库； ARM7TDMI and ARM7TDMI-S 内核模型；. ProSPICE 协同仿真引擎；. 全部VSM 外设库。 特点： 支持ARM和THUMB指令系统； 支持VIC中断子系统的全部功能；支持片上外设的所有硬件模型，包括：GPIO, timers, RTC, UARTs, SPI, I2C, MAM, PLL, ADC 和watchdog timer；高达10MIPS仿真速度；配有IAR Embedded Workbench 和 Keil UV3调试器的驱动。 CPU模型： LPC2104, LPC2105,
9、LPC2106 LPC2114, LPC2124 ARM7TDMI and ARM7TDMI-S core models 支持的编译器： IARs ARM Compiler (EWARM). GNU ARM compiler Keil ARM compiler (KARM) 2、 Proteus VSM for 8051/8052 Proteus VSM for 8051/8052包含您开发和仿真基于如下处理器的嵌入系统的所有功能： 80C31/80C51, 80C32/80C52, 80C54 and 80C58，具体处理器为 Atmel AT89、 Philips 8051FX、 8051
10、RX variants. 模块包括： 原理图布图：ISIS schematic capture.； 80XXX 系列CPU模型库； ProSPICE 协同仿真引擎； 全部VSM 外设库。 CPU模型： Generic 80C31, 80C32, 80C51, 80C52, 80C54 and 80C58. Atmel AT89C51, AT89C52 and AT89C55. Tel: 020-86003016 86003026 38807074 Email: Atmel AT89C51RB2, AT89C51RC2 and AT89C51RD2 (the the X2 mode and S
11、PI are not modelled.) Philips P87C51FX, P87C51RX+. (i.e. FA, FB, FC, RA+, RB+, RC+, RD 嵌入式系统设计仿真与开发平台研讨会专刊 17/17 特点： 全部 8051指令系统和SFRs； 所有IO操作； 所有片上外设的各种操作模式：包括 timers 、UART； 所有中断模式；内部产生处理器时钟以优化经济结构性能，I/O和其它事件定时器精确至一个时钟相位； 程序和外部数据存储器能被仿真为内部模型，以提高吞吐量，或仿真为外部模型以验证硬件设计；提供内部一致性代码检查功能； 完整集成ISIS的源码级调试和源码管理系
12、统；支持集成Keil等第三方编译器和调试器。 支持的编译器： Keil C51 / Vision 2 IAR 3、 Proteus VSM for PIC10 / PIC12 Proteus VSM for PIC10/12包含您开发和仿真基于microchip公司PIC10、PIC12系列处理器的嵌入系统的所有功能。 软件包包含： 原理图布图：ISIS schematic capture.； PIC10 / PIC12 系列CPU模型库； ProSPICE 协同仿真引擎； 全部VSM 外设库。 CPU模型： PIC 10F200, 10F202. 10F204, 10F206 NEW PIC
13、12C5xx Family (12C508A, 12C509A, 12CE518, 12CE519). PIC12C6xx Family (12C671, 12C672, 12CE673, 12CE674). PIC12F6xx Family (12F629, 12F675). 特点： 全部指令系统； 所有口和I/Opin操作； 所有定时器：看门狗、休眠和唤醒模式； ADC； 模拟信号比较器和基准电压；支持所有中断模式； 内部产生处理器时钟以优化经济结构性能，I/O和其它事件定时器精确至一个时钟相位； 提供内部一致性代码检查功能； 完整集成ISIS的源码级调试和源码管理系统。 支持的编译器：
14、Microchip MPLAB IAR Proton Hi-tech 4、 Proteus VSM for PIC16 Proteus VSM for PIC16包含您开发和仿真基于microchip公司PIC16系列处理器的嵌入系统的所有功能。 软件包包含： 原理图布图：ISIS schematic capture.； PIC16 系列CPU模型库； ProSPICE 协同仿真引擎； 全部VSM 外设库。 CPU模型：PIC 16C6x Family (16C61, 16C62B, 16C63A, 16C64A, 16C65B, 16C66, 16C67 PIC 16C7x Family (
15、16C72A, 16C73B, 16C74B, 16C76, 16C77). PIC 16F8x Family (16F83, 16F84A, 16F87, 16F88). PIC 16F87x Family (16F870, 16F871, 16F873, 16F874, 16F876, 16F877). PIC 16F62x Family (16F627, 16F628, 16F648). 特点：全部指令系统； 所有口和I/Opin操作； 所有定时器：看门狗、休眠和唤醒模式； 支持在任何模式下的双Capture-Compare-PWM (CCP)模块； 支持部分器件的Parallel Sl
16、ave Port (PSP)； 支持Master Synchronous Serial Port (MSSP)在SPI和I2C主从模式中；. ADC； Tel: 020-86003016 86003026 38807074 Email: 嵌入式系统设计仿真与开发平台研讨会专刊 18/18 支持所有模式的USART； 模拟信号比较器和基准电压； 支持所有中断模式； 内部产生处理器时钟以优化经济结构性能，I/O和其它事件定时器精确至一个时钟相位； 提供内部一致性代码检查功能； 完整集成ISIS的源码级调试和源码管理系统。 支持工具：Microchip MPLAB IAR Proton Hi-te
17、ch Bytecraft 5、 Proteus VSM for PIC18 Proteus VSM for PIC18包含您开发和仿真基于microchip公司PIC18系列处理器的嵌入系统的所有功能。 软件包包含： 原理图布图：ISIS schematic capture.； PIC16 系列CPU模型库； ProSPICE 协同仿真引擎； 全部VSM 外设库。 CPU模型： PIC18F242, PIC18F252, PIC18F442, PIC18F452 PIC18F248, PIC18F258, PIC18F448, PIC18F458 PIC18F1220, PIC18F1320.
18、 PIC18F2220, PIC18F2320, PIC18F2420, PIC18F2520, PIC18F2620. PIC18F6520, PIC18F8520, PIC18F6620, PIC18F8620, PIC18F6720, PIC18F8720. PIC18F4220, PIC18F4320, PIC18F4420, PIC18F4520, PIC18F4620 PIC18F2410, PIC18F2510, PIC18F2610, PIC18F4410, PIC18F4510, PIC18F4610 PIC18F2515, PIC18F4515 PIC18F2525, PI
19、C18F4525, PIC18F6585, PIC18F6680 特点： 全部指令系统； 所有口和I/Opin操作； 所有定时器：看门狗、休眠和唤醒模式； 支持在任何模式下的双Capture-Compare-PWM (CCP)模块； 支持部分器件的Parallel Slave Port (PSP)； 支持Master Synchronous Serial Port (MSSP)在SPI和I2C主从模式中；. ADC； 支持所有模式的USART； 模拟信号比较器和基准电压； 支持所有中断模式； 内部产生处理器时钟以优化经济结构性能，I/O和其它事件定时器精确至一个时钟相位； 提供内部一致性代码检
20、查功能； 完整集成ISIS的源码级调试和源码管理系统。 支持工具： Microchip MPLAB IAR Proton Hi-tech CCS 6、 Proteus VSM for AVR Proteus VSM for AVR包含您开发和仿真基于ATMEL公司AVR系列处理器的嵌入系统的所有功能。 软件包包含： 原理图布图：ISIS schematic capture.； AVR系列CPU模型库； ProSPICE 协同仿真引擎； 全部VSM 外设库。 CPU模型： 所有AVR处理器 特点： 全部指令系统； 所有口和I/Opin操作； 所有计数器/定时器； SUART SPI Atmel
21、Two Wire Interface (TWI). 外部SRAM接口； ADC；模拟信号比较器和基准电压； 支持所有中断模式； 内部产生处理器时钟以优化经济结构性能，I/O和其它事件定时器精确至一个时钟相位；提供内部一致性代码检查功能； 完整集成ISIS的源码级调试和源码管理系统。 Tel: 020-86003016 86003026 38807074 Email: 嵌入式系统设计仿真与开发平台研讨会专刊 19/19 支持工具：IAR ImageCraft Codevision GNU 7、 Proteus VSM for HC11 Proteus VSM for AVR包含您开发和仿真基于
22、Freescale控制器的嵌入式系统的所有功能。 软件包包含： 原理图布图：ISIS schematic capture.； HC11系列CPU模型库； ProSPICE 协同仿真引擎； 全部VSM 外设库。 CPU模型： MC68HC11A8 MC68HC11E9 特点： 支持单片和扩展模式；所有在片外设：capture timers, COP, pulse accumulator, ADC, SPI and SCI；EEPROM操作；内部产生处理器时钟以优化经济结构性能，I/O和其它事件定时器精确至一个时钟相位；程序和外部数据存储器能被仿真为内部模型，以提高吞吐量，或仿真为外部模型以验证硬
23、件设计；提供内部一致性代码检查功能；完整集成ISIS的源码级调试和源码管理系统。 支持工具：IAR 8、 Proteus VSM for Basic Stamp Proteus VSM for AVR包含您开发和仿真基于Basic Stamp控制器的嵌入式系统的所有功能。 软件包包含： 原理图布图：ISIS schematic capture.； Basic Stamp系列CPU模型库； ProSPICE 协同仿真引擎； 全部VSM 外设库; VSM Virtual Stampworks CPU模型： BS1, BS2, BS2e, BS2sx, BS2p24, BS2p40, BS2pe 特
24、点： 全部指令系统； 随意的RAM读写； Multi-slot programs; 使用POLLX指令的随机中断； 辅助 I/O capability of the 40 pin, BS2p40 device BS2 调试指令和内部UART； 完全的SERIN/SEROUT formatter list 完整集成ISIS的源码级调试和源码管理系统。 支持带memory (code/data), variable, 和scratch RAM 检查窗口的调试。. Tel: 020-86003016 86003026 38807074 Email: 嵌入式系统设计仿真与开发平台研讨会专刊 20/2
25、0 八、Proteus PCB Disign Proteus PCB设计分为5个级别，不同的级别设计容量和性能不同 PC设计限制 PROTEUS级别1和2实行在网表中引脚数目的限制。当加载到ARES中时，将受到此限制。级别1+和级别2+提供双倍的设计容量，但其他方面一样。电源层 所有级别的PROTUES都使用多边形的电源板。然而在级别1，每层只能允许一个电源板-只有级别2和3在每层能支持一个局部或多个电源板。 自动布线 所有的PRETEUS级别都包括一个高级多策略自动布线工具。级别1和级别2能够实现撤消和重试操作，100%地完成最复杂，密集的制板。 Tel: 020-86003016 8600
26、3026 38807074 Email: 嵌入式系统设计仿真与开发平台研讨会专刊 21/21 九、经验交流 （一）基于Proteus软件的单片机实验室建设 单片机技术是现代电子工程领域一门迅速发展的技术，应用于各种嵌入式系统中。单片机技术的发展和推广极大地推动了电子工业的发展，其在教学和产业界的技术推广仍然是当今业界的一个热点。单片机技术是现代电子工业中不可缺少的一项技术，掌握单片机技术是电子信息类专业学生就业的一个基本条件。 目前各个高校都建立了单片机实验室，并且基本都是采用相应的硬件仿真设备；但是由于单片机的种类繁多，再加上资金的限制，不可能在一个实验室包括所有种类的单片机仿真设备。下面
27、结合我校的单片机实验室建设浅谈一下我们的作法。 1 引入单片机软件仿真系统 伴随着计算机软件和硬件技术的飞速发展，在各个领域都出现了各种仿真系统，为各种实际系统的开发提供了准确可靠的保证，同时节约了大量的人力和物力。电子信息技术领域也不例外，出现了大量的仿真工具，如各种EDA工具：模数混合仿真的Multisim、OrCAD、Protel等，数字系统设计仿真的Maxplus II、Fundation、Expert等，系统仿真软件Systemview等。 目前，在我校已建立了EDA实验室，配备了Multisim、Protel、Maxplus II(Quatues)、Systemview等软件和配套
28、硬件；但这些软硬件对单片机的仿真无能为力，因此仍然需要建立单片机实验室。过去，在单片机实验室的建设中基本都是采用硬件仿真系统，所以为了保证实验的顺利开设，同类型的硬件仿真开发系统就需要采购多套设备，这样硬件的投资成本相对较高。 另一个很重要的原因就是，目前单片机的课程除了主要开设8051系列单片机课程之外，还开设AV R系列、PIC等系列的选修课。为了保证相应实验的开设，必须要有配套的实验系统。如果要保证一定的实验硬件设备套数，将是一笔更大的开支。所以在目前经费非常紧张的情况下，根据经验，引入单片机软件仿真系统，就可以大大减少硬件设备的采购，同时降低对硬件设备进行维护的工作量。 2 选择单片机
29、软件仿真系统的标准 目前，具有单片机仿真功能的软件比较多，如何选择软件，必须要有一个标准，以下是我们在建设实验室时遵循的标准。 （1） 单片机仿真和SPICE电路仿真相结合 在仿真单片机系统时，不仅需要知道单片机内部各种寄存器、数据存储器以及各个端口当前的状态，更重要的是要完成人机通道、前向通道、后向通道、相互通道的配置与接口。在这些接口电路中，有许多是模拟电路，而模拟电路的仿真就需要SPICE模型，因此必须要求该系统具有SPICE电路仿真功能。 （2） 支持主流单片机系统的仿真 目前广泛采用的单片机系统有68000系列、8051系列、AV R系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系
30、列、Z80系列、HC11系列等。很显然，如果该软件支持的单片机系统的系列很少，那就没有任何优势可言。因为不可能为每一个系列的单片机配备一套软件，所以要求该软件尽可能将多个系列的单片机集成在一起。 （3） 提供软件调试功能 在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能，同时要支持第三方的软件编译和调试环境。只有这样，经过该单片机软件仿真系统训练的学生，才能够较快地熟悉和使用真正的硬件仿真系统。 （4） 提供丰富的外围接口器件 外围接口不仅仅限于仅有的几个器件，这样更接近实际。在训练学生时，可以选择不同的方
31、案，这样更利于培养学生。 （5） 提供丰富的虚拟仪器 Tel: 020-86003016 86003026 38807074 Email: 嵌入式系统设计仿真与开发平台研讨会专刊 22/22 利用虚拟仪器在仿真过程中可以测量外围电路的特性，培养学生实际硬件的调试能力。 （6） 具有强大的原理图绘制功能 目前绝大多数软件都能满足这个要求。 3 单片机实验室建设的配置方案 （1） 软件仿真系统选用Proteus（海神）的ISIS 该软件的特点： 全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。 具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS23
32、2动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。 目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AV R系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。 支持大量的存储器和外围芯片。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大，是其他任何一款软件不能相比的。 在单片机实验室为每一台计算机安装该软件。安装套数的多少根据实验室的规模确定。 （2） 编译调试环境选用Keil C51 uVision2软件 该软件支持众多不同公司的MCS51架构的芯
33、片，集编辑、编译和程序仿真等于一体，同时还支持PLM、汇编和C语言的程序设计。它的界面友好易学，在调试程序、软件仿真方面有很强大的功能，很多51应用的工程师都在使用该软件；所以使用该软件将使学生获得很多实际工作经验，并且通过设置可与ISIS联机调试单片机系统。 （3） 配置计算机平台 上面介绍的这两款软件，对机器的配置要求都不高，主流的计算机都能满足要求。至于计算机的数量，根据实验室的规模确定。我们按标准班级的数量配置，基本保证每人一台。 （4） 配置硬件仿真器、实验板、编程器和示波器等 我校每门课程基本安排10个左右的实验。这10个实验都是比较常规的实验，不需要特殊的器件，所以每门课的实验首
34、先都是通过单片机仿真软件实现的。为了让学生的训练不脱离实际，给学生提供硬件仿真和验证的机会，我们的做法是：学生自己绘制原理图，自己编制程序，在仿真软件里首先调试通过，调试通过后，将自己编译好的程序用编程器去烧录，然后安装到目标实验板去观察运行结果，如果有问题，再连接硬件仿真器去调试、分析。 基于以上分析，我们在硬件的配置上有：8051系列的仿真器5套、PIC系列的仿真器5套、AV R系列的仿真器5套、编程器2台，20M通用示波器5台，配套的目标实验板8051系列12套、AV R系列12套、PIC系列12套，相关的芯片若干。 配置有限的硬件设备，将节约的资金用于购买仿真软件（相对来说软件的价格远
35、远低于硬件的价格），这样我们用有限的资金解决了单片机实验室的建设问题，对于经费紧张的学校有一定的借鉴价值。 至于在具体实施时会涉及到一些具体的技术问题，在网络上和软件的随机文档中都有这方面详细的资料，只要查看一下，基本都能解决。 总之，我们认为采用这样的方案有以下优势：有利于促进课程和教学改革，更有利于人才的培养；从经济性、可移植性、可推广性角度讲，建立这样的实验室是非常有意义的；利用仿真系统，可以节约开发时间和开发成本；利用仿真系统，具有很大的灵活性和可扩展性；也是高校提升实验室建设水平有益的尝试。 以上是笔者对建立单片机实验室的一些粗浅的想法，只是想写出来和同行们一起探讨。如有不妥之处，还
36、请指正。 （作 者： 北京信息职业技术学院 李学礼 林海峰） （二）单片机虚拟实验室的建立 单片机课程是机电、自动化等专业的一门重要课程，可以充分体现学生利用已学知识解决实际工程问题的能力。由于该学科是多基础、多理论的实践性学科，在教学过程中必须软件硬件结合，因此有学生感Tel: 020-86003016 86003026 38807074 Email: 嵌入式系统设计仿真与开发平台研讨会专刊 23/23 到难学，教师感到难教这样的尴尬。 现代科技的发展，促进了计算机技术在软件和硬件上的飞速发展，利用计算机软件的仿真技术，可以充分地仿真诸如电路的工作等实际的工程问题。作者无意中找到一款软件P
37、roteus，解决了许多的问题，而单片机虚拟实验室也是以该软件为核心建立起来的。 1实验的组织 在单片机的理论教学和实验中，所涉及到的内容包括了四方面，即单片机系统资源、软件技术、硬件接口电路、软件和硬件结合的应用系统。因此教师在进行教学时，应该充分考虑课程的特点并作合理的模块划分，在每次实验课程前作适当的准备工作，以使教学任务能集中和突出。以下例子中所涉及到的单片机均为51系列。 (1)系统资源的实验教学 任何一种单片机均提供了一定的系统资源。对于51系列单片机来讲，其所提供的资源是以寄存器和存储器的方式体现出来的。对于寄存器内容的查看，可以采用多种可以模拟仿真51单片机的软件来实现。对于P
38、roteus 软件来讲，可以执行在debug菜单下registers菜单项命令打开相应的窗口。对于系统内部存储器的查看，同样是执行debug 菜单下的 internal memory 菜单项命令打开相应的窗口。 (2)软件技术 在软件技术的实验中所涉及到的内容主要包括对语言中具体语句的执行效果验证、算法的具体实现、程序中语法错误的检查和逻辑错误的验证等内容。对于纯软件的实验教学内容，教师在实验设置时应充分考虑到学生的能力并作好具体的准备工作，以达到预期的教学目的。 例如，对于两个16位二进制数的乘法运算R4R5R6R7=R3R4R5R6R7的汇编语言实现。为了较为直观地验证程序执行的正确性，教
39、师在之前应该设计一个硬件电路，能完成数据的输入(带显示)和结果的输出(显示)，并设计主程序、bcd码到二进制的转换、二进制码到bcd码的转换、bcd码到显示码的转换、显示等程序的设计，学生只在实验中进行乘法运算的算法设计并作为子程序加入系统中即可。 (3)硬件接口电路 单片机的接口电路所涉及到的知识涵盖了电子电路设计的相关领域，也涉及到单片机应用系统具体的工作需要。接口电路部分涉及到线路的连接、元器件的选择、工作方式的设置、电路工作的稳定性和可靠性、电路的空间需求等等许多方面的知识和内容；但就学生实验来讲，所涉及到的并不需要这么全面。作为Proteus 仿真软件，其仿真电路时所模拟的元件真实工
40、作情况，和单片机应用系统的实际工作环境还是有一定的差别。因此只能根据教学的需要，让学生自行设计电路并设置其工作方式。其实验可以通过两种方式组织实施，一是根据具体的要求，让学生设计接口电路并编写相应的程序；一是根据程序的要求，设计单片机接口电路。 例如，对于键盘输入和显示(数码管)接口电路的设计，可以采用比较多的方法来实现。选择何种方法，与键盘中键的数量和数码管的个数以及显示的方式等都有关系。选择一种采用几种方法都能实现的键盘键数(如12个)和显示位数(如4位或4位半)，提出具体的诸如必须预留的口地址、成本控制等要求，让学生自行设计接口电路。当然，对于如A/D转换等接口电路的设计，教师应该在事先
41、设计出单片机电路的其它部分，并以模块的方式进行处理，给学生提供电路的接口信号。 (4)软件和硬件结合的应用系统 软件和硬件的结合，就是一个单片机的应用系统了。这一步的实验可以在课程设计中以课题的方式提出来处理，也可以将其分解成不同的接口部分在接口电路的多次实验中分次完成。在这一阶段，硬件电路的设计已经不是最为关键的了，而软件系统的设计、调试和运行才是实验的主要内容。因此可以以建议性的意见给出具体的硬件电路，并提出该电路所需要完成的具体工作，由学生进行软件的设计和调试。 (5)观摩实验 学生自行设计的硬件系统和软件，一般存在着某方面的不足，当给出了相应的实验设计任务后，学生就算能顺利的完成，但其
42、中所涉及到的有些方式方法并不能在自己的设计中充分领悟。Protues系统提供了Tel: 020-86003016 86003026 38807074 Email: 嵌入式系统设计仿真与开发平台研讨会专刊 24/24 相应的一些范例，比如单片机系统中的计算器示例，当教师讲述了其中涉及到的所有(子)程序的功能并将其合理地组织在一起的时候，结合该系统的硬件，将对学生进行程序的设计和系统硬件的设计方法，产生比较大的影响。 2 用Proteus软件虚拟单片机实验的优点 采用Proteus 仿真软件进行虚拟单片机实验，具有比较明显的优势，如涉及到的实验实习内容全面、硬件投入少、学生可自行实验、实验过程中
43、损耗小、与工程实践最为接近等。当然其存在的缺点也是有的。 (1)内容全面 内容全面包括其能实验的内容包括软件部分的汇编、C51等语言的调试过程，也包括硬件接口电路中的大部分类型。对同一类功能的接口电路，可以采用不同的硬件来搭建完成，因此采用Protues仿真软件进行实验教学，克服了用单片机实验教学板教学中硬件电路固定、学生不能更改、实验内容固定等方面的局限性，可以扩展学生的思路和提高学生的学习兴趣。 (2)硬件投入少，经济优势明显 对于传统的采用单片机实验教学板的教学实验，由于硬件电路的固定，也就将单片机的CPU和具体的接口电路固定了下来。在单片机的实际教学中，如果要涉及到51系列，也要涉及到
44、PIC16系列，那么为了教学必然要投入两种单片机的实验教学板；同时在教学过程中所涉及到的接口电路，也需要有较大的投入和储备，以利于实验的进行和在实验过程中元件损毁后的更换。Protues所提供的元件库中，大部分可以直接用于接口电路的搭建，同时该软件所提供的仪表，不管在质量还是数量上，都是可靠和经济的。如果在实验教学中投入这样的真实的仪器仪表，仅仪表的维护来讲，其工作量也是比较大的。因此采用软件的方式进行教学，其经济优势是比较明显的。 (3)学生可自行实验，锻炼解决实际工程问题的能力 实验能力和实验设计能力的培养，是工科学生解决实际工程问题能力中较为重要的。传统的实验教学中，忽视了学生实验能力的
45、培养，对于实验设计能力的培养，则很少涉及到。因此学生学习了理论，要想将其应用到实际的工程实践中，其难度是比较大的。还有，学生毕业后想对单片机控制技术或智能仪表等有较深的研究和学习，如果采用传统的实验教学方法，则学生需要购置的设备比较多，增加了他们学习和研究的投入。采用仿真软件后，学习的投入变得比较的小，而实际工程问题的研究，也可以先在软件环境中模拟通过，再进行硬件的投入，这样处理，不仅省时省力，也可以节省因方案不正确所造成的硬件投入的浪费。 (4)实验过程中损耗小，基本没有元器件的损耗问题 在传统的实验教学过程中，都涉及到因操作不当而造成的元器件和仪器仪表的损毁，也涉及到仪器仪表等工作时所造成
46、的能源消耗。采用Protues仿真软件进行的实验教学，则不存在上述的问题，其在实验的过程中是比较安全的。 (5)与工程实践最为接近，可以了解实际问题的解决过程 在进行课程设计或进行大实验的时候，可以具体的在Protues中做一个工程项目，并将其最后移植到一个具体的硬件电路中，让学生了解将仿真软件和具体的工程实践如何结合起来，利于学生对工程实践过程的了解和学习。 (6)大量的范例，可供学生参考处理 在系统的设计时，存在对已有资源的借鉴和引用处理，而该仿真系统所提供的较多的比较完善的系统设计方法和设计范例，可供学生参考和借鉴。同时也可以在原设计上进行修改处理。 (7)协作能力的培养和锻炼 一个比较
47、大的工程设计项目，是由一个开发小组协作完成的。了解和把握别人的设计意图和思维模式，是团结协作的基础。在Proteus中进行仿真实验时，所涉及到的内容并不全是学生独立设计完成的，因此对于锻炼学生的团结协作意识，是有好处的。 （作 者： 马正强 摘录有部分删节） Tel: 020-86003016 86003026 38807074 Email: 嵌入式系统设计仿真与开发平台研讨会专刊 25/25 十、部分用户列表及评价 (一)部分用户列表 企业用户： *ST Microelectronics Motorola Vikram Sarabhai Space Center Volvo UCLH *British Army SCIAD Branch Ferrari British Nuclear Fuels plc Guys and St. Thomas Hospitals
