proteus在《微机原理》教学中的应用

郑州科技学院《微型计算机原理》课程设计题 目proteus 在《微机原理》教案中地应用学生姓名 冯 强__专业班级 11级计科一班____学 号201815004__所在系 信息工程学院___指导教师 王 清 珍___完成时间 2018 年12 月13 日_目 录1.........................................32.........................33proteus.........................545

proteus ...........7proteus ...........106...................................147................................151 ... ...162 .. 17引言伴随着计算机技术地迅猛发展虚拟仿真实验室应运而生,将计算机仿真技术引入电子线路课程设计教案之中,是对传统实践教案和电子电路设计地重大突破.先在计算机上进行虚拟设计、仿真,然后将结果应用到实际电路之中,既降低了设计成本,又缩短了整个设计地周期,从而提高了效率.作为传统实验地重要补充,虚拟实验丰富了实践性教案地手段,有利于现代实验教案观念地更新.例如,对于嵌入式系统开发地爱好者而言,往往没有足够地资金购买昂贵地开发板来进行开发,这时可以选择通过软件仿真来学习嵌入式系统开发.Proteus是目前最好地能够虚拟嵌入式系统开发中常用地处理器和外围器件地EDA工具.另外,仿真技术在电子线路课程设计中地应用提高了学生综合分析电路地能力和开发设计地能力,为今后更高层次地设计和实践打下基础.b5E2RGbCAP《微机原理与应用》课程对许多专业来说是一门重要地专业课.目前,国内各高校以8086单片机<为主要内容进行教案.近年来,随着计算机技术地飞速发展,大量高性能、采用新技术地嵌入式系统CPU地面世,给传统地单片机教案带来冲击,对微机教案方法地改进提出了新地课题.本文通过对单片机教案改革地思考,分析单片机实验教案中存在地弊端,提出了一种新地实验教案方法,在实验环节中引入了EDA技术,以新款地EDA软件Proteus为平台,设计一套符合世道需要地实验系统 .p1EanqFDPw全文针对整个实验系统,首先介绍了作为实验系统软件平台地Proteus,叙述其功能,分析选择其作为软件平台地可行性和优越性.DXDiTa9E3d接着,详细地介绍proteus在理论教案中地应用和Proteus在实践教案中地应用,最后,对全文进行总结.RTCrpUDGiT课题背景及意义1970年微处理器研制成功之后 ,随着就出现了单片机<即单片地微型计算机）.1971年美国地INTEL公司生产地4位单片机4004和1972年生产地雏形8位单片机8008,特别是1976年9月INTEL公司地MCS-48单片机问世以来,在短短地十几年间,经历了多次更新换代,其发展速度大约每两三年要更新一代,集成度增加一倍,功能翻一番.单片机发展速度之快、应用范围之广以达到了惊人地地步,他已渗透到生产和生活地各个领域,应用非常广泛.5PCzVD7HxA尽管目前单片机地品种很多,但其中最典型性地当属INTEL公司地MCS-51系列单片机系列.MCS-51是在MCS-48地基础上于80年代初发展起来地,虽然它仍然是8位单片机,但其功能有很大地增强.此外它还具有品种全、兼容性强、软硬件资料丰富等特点.因此51系列单片机应用非常广泛,成为继MCS-48之后最重要地单片机品种.直到现在,MCS-51仍不失为单片机地主流机型、MCS-51系列单片机主要包括 8031、8086和8751等产品,具有结构紧凑、裸机位操作功能丰富和直接面向控制地指令系统等优势,堪称一代“名机”.随着半导体技术地飞速发展 ,51系列单片机地处理速度更快,性能更优越,在工业控制领域上占据十分重要地地位.现在单片机地应用日益广泛深入 ,诸如在智能仪表、家用电器和军事设备地智能化以及实时过程控制等方面,单片机都能扮演着非常重要地角色.单片机地设计开发具有广阔地前景,估计近10年内8位地单片机将仍然是主流机型,其设计也是嵌入式产品开发地基础.所以,单片机地学习十分重要.jLBHrnAILg在许多院校地教案实践中总会有人提出与“微机原理及应用”课程特点,寻求一种能较好地培养学生能力地教案方法是每一位任课教师迫切关注地问题.现在各学校地单片机实验教案一般分为两种：验证性实验教案和综合设计性实验教案.但是这两种实验教案方式中都存在了诸多缺陷.xHAQX74J0X各大电子生产厂家纷纷涉足学校地验证性实验教案领域,推出了先进、智能、完善地实验设备,并配备了详尽地使用说明书及实验讲义,这样表面上实验设备地先进与否体现了学校地实验水平,但是对学生来说,实验设备越是智能,学生地动手和动脑地深度及广度就越小,而且,实验教案板有教案中硬件电路固定、学生不能更改、实验内容固定等方面地局限性,对扩展学生地思路和提高学生地学习兴LDAYtRyKfE趣方面收效甚微.传统地实验教案中,忽视了学生实验能力地培养,对于实验设计能力地培养,则很少涉及到.学生学习了理论,要想将其应用到实际地工程实践中,其难度是比较大地.Zzz6ZB2Ltk因此,近年来学校中普遍提倡在实验教案中加入综合性设计实验,让学生们通过来选定自己感兴趣地题目 ,查找大量地文献资料,再对多种方案进行比较及筛选 ,选择一到两种较为完善地设计方案,进行硬件电路地搭建和软件地设计 ,通过观察和分析,完成整体电路地设计.这种方法确实能够扩展学生地思路和提高学生地动手能力、实验设计能力及学习兴趣 ,也取得了一定地成绩.但是这种设计性实验也存在着许多弊端 ,有地题目由于种种原因,根本无法实现.dvzfvkwMI1为了克服上述两种实验教案方法地缺点 ,很多高校都提出用EDA技术进行电路地设计与实现 .EDA设计思路是：从元器件地选取到连接、直至电路地调试、分析和软件地编译 ,都是在计算机中完成,所用地工作都是虚拟地.虽然现在地电路设和软件地编译,都是在计算机中完成,所用地工作都是虚拟地.计软件已经很多,诸如PROTEL、ORCAD、EWB、Multisim等,不过这些软件之间地差别都不大：都有原理图和 PCB制作功能,都能进行诸如频率响应,噪音分析等电路分析,主要用于模拟电路、数字电路、模数混合电路地性能仿真与分析 ,但对于单片机设计及软件编程 ,最重要地是两者地联调,这些软件都无法实现,所以造成了单片机系统设计周期长、设计费用高等缺点 .rqyn14ZNXI2.2EDA技术地发展电子设计地核心是 EDA技术.EDA是指以计算机为工作平台,融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成地电子CAD通用软件包,主要能辅助进行三方面地设计工作,即IC设计、电子电路设计和PCB设计.EDA技术已有30年地发展历程,大致可分为三个阶段.70年代为计算机辅助设计<CAD）阶段,人们开始用计算机辅助进行IC版图编辑、PCB布局布线,取代了手工操作.80年代为计算机辅助工程 <CAE）阶段.与CAD相比,CAE除了有纯粹地图形绘制功能外,又增加了电路功能设计和结构设计,并且通过电气连接网络表将两者结合在一起,实现了工程设计.CAE地主要功能是：原理图输人,逻辑仿真,电路分析,自动布局布线,PCB后分析.90年代为电子系统设计自动化<EDA）阶段.EDA软件Proteus不仅能满足电子设计地需求 ,还能满足单片教案中地各种要求 .EmxvxOtOco3.PROTEUS软件简介PROTEUS软件由Labcenter公司开发,是目前世界上最先进、最完整地嵌入式系统设计与仿真平台 ,可以实现数字电路、模拟电路及微控制器系统与外设地混合电路系统地电路仿真、软件仿真、系统协同仿真和 PCB设计等功能,是目前唯一能够对各种处理器进行实时仿真、调试与测试地 EDA工具.微控制器系统相关地仿真需建立编译和调试环境 ,可选择KEilC51uVision2软件.该软件支持众多不同公司地芯片 ,集编辑、编译和程序仿真等于一体,同时还支持PLM、汇编和C语言地程序设计.它地界面友好易学,在调试程序、软件仿真方面有很强大地功能 .SixE2yXPq5ProteusVSM地核心是ProSPICE,这是一个组合了SPICE3f5模拟仿真器核和基于快速事件驱动地数字仿真器地混合地仿真系统,SPICE内核地使用使您能采用数目众多地供应厂商提供地SPICE模型,目前该软件包包含有约6500个模型.ProteusVSM包含大量地虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪、函数发生器、数字信号波型发生器、时钟计数器、虚拟终端以及简单地电压计、电流计.此外仿真器能通过色点来显示每个管脚地状况,这点在单步调试I/O码时绝对非常有用.6ewMyirQFLProteusVSM最主要地特点是它能把微处理器软件作用论文联盟WWW.LWLM.COM整理在处理器上并和连接该微处理器地任何模拟和数字器件协同仿真.微处理器模型和其它器件地模型一道驻留在原理设计中,它仿真执行目标码,就像在真正地单片机系统上.如果程序代码向一个外设口写,电路中逻辑电平会相应变化,如果电路改变了微处理器管脚地状态,这些也可以在您地程序代码中看到,如同真实系统一样.kavU42VRUsPROTEUSVSMFORARM/LPC2000包含做PHILIPS公司LPC2000系列设计仿真所需地一切.支持ARM和THUMB指令集.支持片上外设：GPIO,timers,RTC,UARTS,SPI,I2C,MAM,PLL,ADCandwatchdogtimer 等.支持VIC中断子系统.在3G地PC环境下可以做10MIPS地仿真.可以装载ELF/DWARF2格式文件进行源码调试.可以利用IAREmbeddedWorkbench和KEIlUV3与PROTEUS进行联调.这个软件包包括:ISIS 原理图输入系统.PROSPICE交互式仿真引擎.LPC2000系列处理器模型.ARM7TDMI和ARM7TDMI－S内核模型.可以用高级图形仿真工具来做基于图表地仿真.由PROTEUSVSM仿真通过地设计可以直接导入到ARES中进行PCB设计.y6v3ALoS89Proteus与其电子仿真软件不同地是,它不仅能仿真单片机CPU地工作情况,还能仿真单片机外围电路或没有单片机参与地其它电路地工作情况因此在仿真和程序调试时,关心地不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容地改变,而是从工程地角度直接看程序运行和电路工作地过程和结果.对于这样地仿真实验,从某种意义上讲,是弥补了实验和工程应用间脱节地矛盾和现象.M2ub6vSTnP国内外地很多知名大学已经开始使 Proteus作为他们地教案工具,比如StanfordUniversity,UniversityOfCalifornia,CambridgeUniversity,Carlislecollege, 香港理工大学,中山大学,华南理工大学,哈尔滨工程大学等几十所高校 .他们一致认为该软件在教案中地应用有很大地帮助 ,其灵活自主地设计方式使学生更能体验到电子设计地魅力 ,学生对单片机以及电子设计地兴趣大大提升 ,知识地掌握和应用当然也有了很大地提高.0YujCfmUCw4.Proteus在理论教案中地应用1、实例引导,激发兴趣在单片机地入门教案中总会提到单片机在工业控制、智能仪表、家用电器、办公自动化等领域地极为广泛地应用 .但是在课堂教案中很难提供具体地实物,容易让学生产生单片机距离生活很遥远地感觉.Proteus软件可以展示单片机地一些应用实例,其自带地大量地例子,如交通控制灯、计算器、国际象棋游戏机等,便于学生看到单片机在实际产品中地应用电路.再通过运行仿真,比如让红、绿、黄交通灯亮起来 ,让计算器进行各种计算,让国际象棋游戏机进行人机对弈等,可以极大地提高学生学习单片机地兴趣 ,进而引导他们主动学习单片机知识 .教案实践证明,通过Proteus软件展示实例能够收到事半功倍地效果 .eUts8ZQVRd2、菜单窗口,展示资源在单片机教案中,单片机地系统资源是一项重要地内容,教师可以借助Proteus软件让学生更深入地了解单片机地系统资源.例如,对于寄存器内容地查看,可以执行在Debug菜单下Registers 菜单项命令打开相应地窗口 .对于系统内部数据存储器地查看,可以执行debug菜单下地Internalmemory菜单项命令打开相应地窗口.对于特殊功能寄存器地查看,同样执行Debug菜单下地SFRmemory菜单项命令打开相应地窗口.对于内部程序存储器地查看,还可以执行Debug菜单下地Sourcecode菜单项命令打开相应地窗口查看内部程序存储器中地数据及其汇编代码 .在教案中,通过展示这些窗口,可使学生对单片机地存储器结构以及存储方式有更进一步地理解 .sQsAEJkW5TProteus 软件所提供了30多个元件库,数千种元件.元件涉及到数字和模拟、交流和直流等 ,如电阻、电容、二极管、三极管、MOS管,变压器、继电器、各种放大器、各种激励源、各种微控制器、各种门电路、各种终端 .对于一个仿真软件或实验室 ,测试地仪器仪表地数量、类型和质量 ,是衡量实验室是否合格地一个关键因素.在Proteus软件包中,不存在同类仪表使用数量地问题,其提供地仪表有：交直流电压表、交直流电流表、逻辑分析仪、计数计时器、信号发生器等 ,而且Proteus还提供了一个图形显示功能,可以将线路上变化地信号 ,以图形地方式实时地显示出来,其作用与示波器相似但功能更多 .Proteus 提供了丰富地测试信号用于电路地测试 .这些测试信号包括模拟信号和数字信号等.GMsIasNXkA3、软件编程,电路验证在单片机汇编语言地指令及编程学习中,涉及地内容主要包括对汇编语言中具体指令地执行效果验证、算法地具体实现、程序中语法错误地检查和逻辑错误地验证等内容.在教案中,学生对单纯地理论分析会感到枯燥 ,教师如果根据课堂内容用 Proteus软件编写好指令程序,并充分考虑学生地学习能力配合相应地仿真电路 ,验证教案中地指令程序,便可以达到预期地教案目地 .例如,对于两个16位二进制数地乘法运算R4R5×R6R7=R3R4R5R6R7地汇编语言实现.为了直观地验证程序执行地正确性,教师可以提前设计一个能完成数据输入 <带显示>和结果输出<带显示>地硬件电路.这样通过仿真地输入数据以及仿真计算地结果显示,就可以验证编写地乘法运算是否正确 .再如,在学习汇编程序设计中地循环控制程序时 ,教师可以使用Proteus软件在Led.asm文件中编写如下地一段程序,并设计相应地电路<如图1）,TIrRGchYzg通过全速运行或单步运行调实验证如下程序并进行仿真 ,电路中地红色指示灯从 D1至D8依次循环点亮.在课堂教案中,利用这个设计好地例子可以验证循环控制程序地执行效果、算法地具体实现及程序中地语法和逻辑有无错误 .学生通过红色指示灯显示地情况,可形象直观地认识循环控制程序地执行效果 ,还可以根据现象分析程序中地算法、语法和逻辑有无错误 ,达到很好地教案效果.7EqZcWLZNXProteus在实践教案中地应用实验室或实训场所地建设是各高校学科建设地重点,这在以“工学结合”为指导思想地高职院校显得尤为突出,学生知识地传授很多是在实验室完成地,实践证明这种教案模式具有良好地教案效果,但是也存在一些问题,主要表现在以下两方面:一是电子技术更新换代地时间较短,投入巨资购买地实验器材和实验设备,在经过短短几年地使用之后就有可能由于技术地进步而落后了,从而不得不淘汰。二是有些电子元器件比如某些集成块由于各种原因而损坏,从而不时需要进行补充以维持实验室正常运行.lzq7IGf02EProteus是英国一家公司开发地电路仿真软件,该软件功能强大,界面友好,使用方便,可以进行模拟电路、数字电路以及单片机软硬件地联合仿真,也可以进行PCB版图设计,因此受到了许多电子工程师地厚爱,鉴于该软件地突出性能,国内许多高校在教案内容中纷纷加入该软件地使用介绍,有些高校还利用Proteus和Keil51建立单片机虚拟实验室[1][2],降低了实验室运行成本,有兴趣地学生则可以利用该软件提供地功能对自己设计地电路进行验证,所有这些,都为高校电子类专业教案提供了新地思路.zvpgeqJ1hk采用Proteus仿真软件进行虚拟实验,具有比较明显地优势,如涉及到地电子元件丰富、实验内容全面、硬件投入少、实验过程中安全、损耗小、与工程实践最为接近等.NrpoJac3v15.1．电子元件丰富,内容全面Proteus软件提供了数千种元器件 ,它能实验地内容包括软件部分地汇编、C等语言地调试过程,也包括硬件接口电路中地大部分类型.对同一类功能地接口电路,可以采用不同地硬件来搭建完成,可以扩展学生地思路和提高学生地学习兴趣.该软件可以加快电路系统开发地速度,节约开发成本,提高开发效率.1nowfTG4KI5.2．硬件投入少, 经济 优势明显由于Proteus 软件实验资源库非常丰富 ,对于从模拟电路、数字电路、模数混合电路到单片机系统等领域都可以进行电路地设计,而且其虚拟元器件地参数都是由实际元器件厂家提供 ,然后生成SPICE(SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis>模型,这样就可以用 Proteus软件中地虚拟元器件代替实际元器件进行设计电路 ,而无需去购买实际地元器件 .这样就可以节省大量地实验经费,减轻了学生们地负担.而且在选题、定方案等方面,也无需再考虑器件地成本问题和购买难度地问题 ,从而使学生们跟上时代地发展 ,尽自己最大地能力提出并亲自设计构思较巧妙、设计较新颖、方案较完善地综合设计性实验 ,充分培养并发挥他们地创新能力 ,在实验测试与分析方面,Proteus 所提供地仪表,不管在质量还是数量上,都是可靠和经济地,且根本不需要进行维护.fjnFLDa5Zo5.3．接近实践,提高解决实际工程 问题 地能力采用仿真软件后, 学习地投入变得比较地小 , 而实际工程问题地论文联盟 WWW.LWLM.COM整理研究, 也可以先在软件环境中模拟通过, 再进行硬件地投入,这样处理, 不仅省时省力,也可以节省因方案不正确所造成地硬件投入地浪费 .最后将仿真调试成功地电路移植到一个具体地硬件电路中进行测试 .将仿真软件和具体地工程实践如何结合起来 , 利于对工程实践过程地了解和学习.tfnNhnE6e55.4．实验过程中安全 ,仪器多、损耗小采用Proteus仿真软件进行地实验教案,可以将大量教案信息直接地表现出来,节约大量昂贵地实验仪器费用,调动学生地学习积极性和主动性,为实践性教案设计过程带来了很大地灵活性,并且打破了空间和时间地限制 ,避免真实实验或操作所带来地各种危险,则不存在因操作不当而造成地元器件和仪器仪表地损毁, 也涉及到仪器仪表等工作时所造成地能源消耗地问题.HbmVN777sL5.5．采用多媒体教案 ,丰富了实践性教案地手段在教案上虚拟实验采用局域网多媒体教案 ,通过局域网实现教师机对学生机同步演示电路图并讲解其原理 ,学生根据电路原理图在虚拟实验系统提供地元件库中找到相应地虚拟元件 .实验完成后将数据输入到电子实验报告系统中 ,自动生成实验报告,教师再通过主机将每位学生地实验报告收上来进而完成整个实验教案.V7l4jRB8Hs5.6. 实验周期短在Proteus软件中设计电路可以很方便地判断是硬件错误,还是软件错误,方法如下：运行Proteus地ISIS程序后,进入该仿真软件地主界面.通过工具栏中地p命令(从库中选择元件命令>,在pickdevices窗口中选择电路所需地元件,将其放置在合适地位置,然后设置元件参数,当整体硬件电路连接完毕后,点击电路原理图地左下角执行建,如果有错误提示,则说明硬件电路连接有问题,需要对硬件电路进行更改,如果没有错误,则电路可以运行,并且可以在各器件地输入和输出端显示电路运行时,这些端点所处地高低电平状态；然后开始编写程序 ,在Source菜单地DefineCodeGenerationTools菜单命令下,选择程序编译地工具、路径、扩展名等工程；在Source83lcPA59W95.7. 教案实例(1>．在Proteus 软件平台中绘制原理图Proteus软件绘制原理图先从软件包地器件库里取出所需地元件符号并在绘图区布局好,同时编辑好元件地参数,接着进行连线,添加必要地网络标号等步骤.mZkklkzaaP(2>．编写程序(一>对于汇编语言,可直接在Proteus软件平台编写、编译程序,再把产生HEX文件导入到AT89C51中.AVktR43bpw(二>也可打开第三方软件

KeilVision3,

新建工程

,选择微处理芯片, 然后编写程序WWW.LWLM.COM整理生HEX文件,

,

编译源程序.产论文联盟并选中UseProteusVSMSimulator. 该温控电路主要程序如下： ORjBnOwcEdDATBITP2.0。数据通信口WDLSBDATA30H。读出地温度低字节WDMSBDATA31H。读出地温度高字节MAIN:MOVSP,#60HMOVP2,#0FFHMOVR2,#8MOVR0,#40H。OVER:MOV@R0,#00H。清显示缓冲INCR0DJNZR2,OVERMOVTMOD,#21H。T0=16BCounter,T1=8BautoloadMOVTH1,#0FDH。串口波特率9600@11.0592MMOVTL1,#0FDHMOVSCON,#50H。串口方式1:8,N,1MOVPCON,#00HMOVTH0,#LOW(65535-10000>MOVTL0,#HIGH(65535-10000>SETBEASETBET0SETBTR1SETBTR0LOOP:LCALLDSWD。调用读出DS18B20温度程序SJMPLOOP。读出DS18B20温度程序DSWD:CLREALCALLRSTSNRJNBF0,KEND。如果没有应答,返回主程序MOVR0,#0CCHLCALLSEND_BYTE 。跳过ROM匹配MOVR0,#44H。发出温度转换命令LCALLSEND_BYTESETBEAMOVP1,#00001111BMOV48H,#1。延时75ms以上准备读SS2:MOV49H,#255SS1:MOV4AH,#255SS0:DJNZ4AH,SS0DJNZ49H,SS1DJNZ48H,SS2MOVP1,#11111100BCLREALCALLRSTSNRJNBF0,KENDMOVR0,#0CCH。跳过ROM匹配LCALLSEND_BYTEMOVR0,#0BEH。发出读温度命令LCALLSEND_BYTELCALL