單片機的Proteus虛擬仿真軟件

　　引言

　　單片機體積小、重量輕、具有很強的靈活性而且價格便宜，具有邏輯判斷、定時計數等多種功能，廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫用設備的智能化管理和過程控制等領域。以單片機為核心的嵌入式系統已經成為目前電子設計最活躍的領域之一。

　　在嵌入式系統的中，開發板成本高，特別是對于大量的初學者而言，還可能由于設計的錯誤導致開發板損壞。利用Proteus軟件工具我們可以很好地解決這個問題，由此我們可以快速地建立一個仿真系統。

　　Proteus介紹

　　Proteus是英國Labcenter Electronics公司開發的一款電路仿真軟件，軟件由兩部分組成：一部分是智能原理圖輸入系統ISIS和虛擬系統模型VSM；另一部分是高級布線和編輯軟件ARES，也就是PCB設計。

　　Proteus的VSM仿真

　　Proteus可以仿真模擬電路和數字電路，也可以仿真模擬數字混合電路。Proteus提供30多種元件庫，超過8000種模擬、數字元器件。可以按照設計的要求選擇不同生產廠家的元器件。此外，對于元器件庫中沒有的元件，設計者也可以通過軟件自己創建。

　　除擁有豐富的元器件外，Proteus還提供了各種虛擬儀器，如常用的電流表、電壓表、示波器、計數/定時/頻率計、SPI調試器等虛擬終端，還有支持圖形化的分析功能等。

　　Proteus特別適合對嵌入式系統進行軟硬件協同設計與仿真，其最大的特點是可以仿真8051、PIA、AVR、ARM等多種系列的處理器。 Protues包含強大的調試工具，具有對寄存器、存儲器、斷點、單步模式IAR C-SPY、Keil、MPLAB等開發工具的源程序進行調試的功能；觀察代碼在仿真硬件上的實時運行效果；對顯示、按鈕、鍵盤等外設的交互可視化進行仿真。

　　Proteus的PCB設計

　　Proteus 的PCB設計除了有自動布線仿真功能外，還支持多達16個布線層，從任意角度放置元件和焊接連線。集成了高智能的布線算法，可以方便地進行PCB設計。

　　基于Protesus的簡單數據采集系統

　　軟件的編寫

　　本例題采用由可調電阻調節電壓值作為模擬信號的輸入量，通過A/D轉換芯片AD0808把模擬信號轉換為數字量傳送到單片機的P1口，并在P0口把轉換的結果顯示出來。

　　軟件的編寫可以在Keil C51 環境下進行，芯片選擇AT89C51，編寫data.c文件，利用Keil C51進行編譯，編譯成功后生成data.hex文件。

　　繪制電路圖

　　運行Proteus的ISIS，進入仿真軟件的主界面，如圖1所示。主界面分為菜單欄、工具欄、模型顯示窗口、模型選擇區、元件列表區等。

　　通過左側的工具欄區的P(從庫中選擇元件)命令，在Pick Devices窗口中選擇系統所需元器件，還可以選擇元件的類別、生產廠家等。本例所需主要元器件有：AT89C51芯片、ADC0808芯片、一個四位七段數碼顯示器，一個可變電阻，詳見表1。

　　選擇元器件后連接圖2所示電路。

　　微控制器芯片的引腳與實際的芯片基本相同， 唯一的差別是隱去了GND和VCC引腳，系統默認的它們分別連接到地和+5V直流電源。故在電路連線時可以不考慮電源和地的連接。為了快速進行仿真，系統所需的時鐘電路、復位電路可以省略。

　　電路連接完成后，選中AT89C51，單擊鼠標左鍵，打開“Edit Component”對話窗口如圖3所示。可以直接在“Clock Frequency”欄進行頻率設定，設定單片機的時鐘頻率為12MHz。在“Program File”欄選擇已經生成的data.hex文件，把在Keil編寫的程序導入Proteus，最后單擊“OK”按鈕保存設計。至此，就可以進行單片機的仿真。

　　Proteus的仿真結果

　　單片機的仿真結果如圖4所示，模擬信號經A/D轉換后，結果送入單片機，再在數碼管上顯示。通過調節可調電阻的阻值，可以得到不同的顯示結果。仿真結果表明，系統達到了預先的設計要求。

　　在仿真的過程中每個引腳旁邊會出現一個小方塊，紅色的方快表示高電平，藍色的表示低電平。 通過方塊顏色的變化可以很方便地知道每個引腳電平的變化，從而能對系統的運行有更直觀的了解，這對程序的調試有很大的幫助。

　　結語

　　本文結合一個簡單的數據采集系統，詳細說明了Proteus仿真軟件在單片機開發中的應用。可以看出，Proteus功能十分強大，能仿真各種數字模擬電路，快速地進行單片機仿真，加快系統開發的過程，降低開發成本。