单片机虚拟实验系统构建的研究

目录摘要..............................................................1前言..............................................................21单片机传统实验系统与虚拟实验系统的比较..........................21.1单片机传统实验系统的特点....................................21.2单片机虚拟实验系统的特点....................................21.3单片机实验系统的选择方案....................................32单片机虚拟实验系统构建软件......................................32.1Proteus软件介绍............................................32.1.1Proteus软件的组成........................................32.1.2Proteus软件的特点........................................42.1.3Proteus软件的工作界面....................................42.2Keil软件介绍...............................................52.2.1Keil软件的组成...........................................52.2.2Keil软件的特点...........................................52.3Proteus与Keil软件的双向选择...............................53基于Proteus与Keil单片机虚拟实验系统的实现.....................63.1Proteus与Keil进行联合仿真的设置...........................63.2Keil软件中的联合仿真设置...................................63.3Proteus与Keil联合仿真调试方法.............................74单片机虚拟实验系统实例..........................................84.1交通灯实验电路图............................................84.2实验原理及目的..............................................85开发过程中的问题................................................96结论............................................................9谢辞.............................................................10参考文献.........................................................111单片机虚拟实验系统构建的研究汪亮摘要：本文探讨的单片机虚拟实验系统主要采用单片机实验软件Proteus与Keil软件构成。通过比较单片机虚拟实验系统与传统实验系统各自的特点，可以看出构建虚拟实验系统的优点。通过对单片机虚拟实验系统软件Proteus和Keil的介绍，以及与其他单片机实验软件的比较，得出两者相互选择构建单片机虚拟实验系统的方案。通过分析单片机虚拟实验系统实例，详细分析了联合仿真调试的步骤，Keil软件与Proteus软件的设置，从而更加了解单片机虚拟实验系统的特点和构建。论文最后分析了单片机虚拟实验系统存在的不足，提出了单片机虚拟实验系统网络化多媒体化的发展方向。关键词：单片机；虚拟；Proteus；KeilTheStudyofSingleChipComputerVirtualSystemBuildingWANGLiangAbstract：ThispaperproposesaschemeofbuildingsinglechipcomputerlaboratorybasedontheProteusandKeilsoftware.ItintroducesthefeaturesandfunctionsoftheProteusandKeilsoftware,andshowsthemethodofhowtouseittorealizethedesignandsimulationofsinglechipmicrocontrollercircuitsystem.Itsolvestheproblemsofcapitalshortagefortraditionalsinglechiplabsandthedifficultyinequipmentmaintenancetoacertainextent.ItputsforwardthefeasibilityofusingProteusandKeiltobuildVirtuallaboratoryandintroducesitsapplicationinelectronictechnologybyanalyzinganapplicationexample.Keywords:singlechipcomputer；virtual；Proteus；Keil2前言现代科技和计算机技术的迅速发展，促进了计算机技术在软件和硬件上的飞速发展，利用计算机软件的虚拟仿真技术，出现一种基于仿真软件构建虚拟实验系统的方案，虚拟实验系统是指应用虚拟现实技术来仿真实际实验的计算机应用系统。如果将计算机软件的虚拟仿真技术应用于单片机仿真实验，将所有元件由软件构成，就可以建立一个本文所研究的单片机虚拟实验系统。当前单片机虚拟试验系统主要利用Proteus与Keil软件构建，这两个软件功能十分强大，它弥补了单片机传统试验系统中的某些不足，给我们单片机教学带来更多的方便。1单片机传统实验系统与虚拟实验系统的比较1.1单片机传统实验系统的特点传统的单片机实验利用一些大公司已经做好的实验箱，根据其提供的实验教材和程序，进行搭线的验证性的实验。在这种实验箱中，具体的电路图我们看不到，试验箱的结构本身也不了解，因而这种传统的实验系统对于学生的创造性设计能力来说并没有起到真正的作用。传统的单片机实验系统制约了同学们开发设计一个单片机系统的积极性。当我们真正设计一个单片机系统的时候，如果采用传统的实验教学方法，需要购置的设备比较多，做实验学生们就必须要去实验室，学生自己焊接电路可能出错，还有试验设备损耗及不安全因素等等。学生们对系统由哪些模块组成、各个模块的具体组成电路、采用什么样的元件和芯片，如何进行连接等问题从传统的单片机实验系统中很难掌握。1.2单片机虚拟实验系统的特点采用单片机虚拟实验系统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、实验过程中损耗小、与工程实践最为接近等。单片机虚拟实验系统提供了包括电子技术、电工学和微处理器在内的虚拟实验平台，具有很高的系统性和集成性，具有良好的发展前景。内容全面。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，因此采用虚拟实验系统进行实验，克服了用单片机实验箱中硬件电路固定、不能更改、实验内容固定等方面的局限性，可以扩展同学们的思路和提高同学们的学习兴趣。硬件投入少，经济优势明显。虚拟实验系统所提供的元件库中，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。如果在实验中投入这样的真实的仪器仪表，仅从仪表的维护来讲，其工作量也是比较大的。因此采用软件的方式进行试验，其经济优势是比较明显的。实验过程中损耗小，基本没有元器件的损耗问题。采用虚拟实验系统进行的实验教学，则不存在上述的问题，其在实验的过程中是比较安全的。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，可以具体的在虚拟实验系统中做一个工程项目，并将其最后移植到一个具体的硬件电路中，了解将仿真软件和具体的工程实践如何结合起来，利于对工程实践过程的了解和学习。31.3单片机实验系统的选择方案虚拟实验系统只需要一台电脑就可以在实验室、机房，甚至学生宿舍进行实验，不受实验条件、时间、场地的限制，可以反复修改程序，同时看到程序执行的结果。构建虚拟实验系统不仅弥补了硬件资源的投入不足，而且克服了实验箱教学中固定硬件资源导致实验内容固定的局限性，可使大量单片机实验在虚拟环境中实现。学生自行设计与工程接近的项目可以先在软件环境中模拟通过，再将其最后移植到一个具体的硬件电路，既让学生了解将仿真软件与具体工程如何结合起来，有利于对工程实践的了解和学习，培养实际动手能力，同时也解决了因方案不正确所造成的硬件投入的浪费从而节省硬件资源。因此，基于这些优点，本文将提出基于Proteus与Keil构建的单片机虚拟实验系统的方案。通过此方案的研究，来避免传统实验系统所带来的各种缺陷，培养同学们在单片机学习中判断、分析和解决实际问题的能力。2单片机虚拟实验系统构建软件2.1Proteus软件介绍2.1.1Proteus软件的组成Proteus是由英国LabcenterElectronics在1989年开发的EDA软件，它不仅具有其他EDA工具的仿真功能，还能仿单片机及外围器件。目前该软件在全球拥有众多用户，如HP、ST、AD、SONY、Panasonic等一些知名公司，也包括像剑桥大学、斯坦福大学等许多大学用户，广泛用于这些院校的大学或研究生电子学教学与实验中。世界著名电子杂志《电子世界(EWW)》曾将Proteus软件评为最好的单片机及外围器件的仿真软件。因而在本虚拟实验系统中作为仿真软件。目前，Proteus的最新版本为Proteus7.3。Proteus软件按其主要功能划分为三个部分：智能原理图输入系统ISIS(IntelligentSchematicInputSystem)；虚拟系统模型VSM(VirtualSystemModeling)；高级布线编辑软件ARES(AdvancedRoutingandEditingSoftware)。Proteus的模块结构如图2-1所示。图2-1Proteus模块结构图42.1.2Proteus软件的特点Proteus可以完成从原理图设计、电路分析与仿真、处理器代码调试及实时仿真、系统测试及功能验证到生成PCB的整个开发过程。Proteus提供SchematicDrawing，SPICE仿真与PCB设计功能，这一点与Multisim和Protel比较类似，可以完成质量精美达到直接出版水平的原理图和PCB版图。同样它还提供了丰富的虚拟工具，如示波器、逻辑分析仪、RAM、ROM、键盘、马达、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件等，用户借助这些虚拟工具可以直接观察电路系统的硬件结果。Proteus功能上最卓越的改进是可以直接仿真CPU及外围电路。它支持目前主流的单片机类型有:68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列，符合单片机软件仿真系统的标准。它支持的外围设备包括373，led，示波器等。这种仿真能力是Multisim等仿真软件望尘莫及的。目前Wave、Keil、Dubug、MPLAB和MedWin等软件可演示具体的执行过程，但只是侧重于算法的验