单片机虚拟实验室

1、单片机虚拟实验室 摘 要摘 要：proteus是一款功能强大的eda 仿真软件。单片机虚拟实验室是以proteus软件为核心建立起来的。它拥有丰富的库元件，尤其是动态外设的仿真极大地补充了其他仿真软件的不足；虚拟工具箱的引入为仿真测试提供了方便。本设计以mcs-51单片机为例具体分析了该软件在仿真微处理器方面的独到之处，展示了其广阔的应用前景。单片机应用技术所涉及到的实验实践环节比较多，而且硬件投入比较大。在具体的工程实践中，如果因为方案有误而进行相应的开发设计，会浪费较多的时间和经费。proteus仿真软件很好的解决了这些问题，他可以像protel一样画好硬件原理图与keil编程软件结合进行

2、编程仿真调试。本设计介绍了proteus单片机领域的应用技术，以常用的mcs-51系列（选用at89c51）单片机为基础，简单介绍简单。abstract : proteus is a kind of powerful eda simulation software. the large device library and the dynamic peripherals are the special advantage of this software. the virtual instrument brings great convenience to the simulation pro

3、cess. this article takes the simulation of mcs-51 mcu as an example, analyzes the unique function of proteus in the simulating of micro processors and shows its application in various fields. many cad users dismiss schematic capture as a necessary evil in the process of creating pcb layout but we ha

4、ve always disputed this point of view.with pcb layout now offering automation of both component placement and track routing, getting the design into the computer can often be the most time consuming element of the exercise. and if you use circuit simulation to develop your ideas, you are going to sp

5、end even more time working on the schematic.keywords: proteus simulation real-time dynamic avr目录摘 要 1第一章 单片机虚拟实验室31.1单片机概况 31.2单片机功能原理简介 31.3计算机仿真的重要性 41.3.1 单片机学习中的问题计算机仿真的proteus软件的单片机实验室建设51.4.1 系统资源的实验教学 5 1.4.2 软件技术及硬件接口电路 51.4.3 软件和硬件结合的应用系统 51.4.4 建立虚拟单片机实验室的优点 5第二章 用于仿真的软件的基本操作62.1 keil软件的基本

6、用法keil vision 基本用法62.2 proteus 软件的基本用法 112.2.1 proteus仿真功能简介112.2.2 proteus界面介绍122.2.3 基本操作方法152.2.4 keil与proteus的联机操作15第三章 计算机仿真的应用计算机仿真单片机内部器件与功能的学习定时器/计数器 193.1.2 仿真中断功能233.1.3 仿真串口功能263.2计算机仿真单片机输出器件的学习继电器仿真303.2.2 数码管显示仿真333.2.2.1静态显示方式 333.2.2.2动态显示方式 343.3计算机仿真单片机输入器件的学习开关363.3.1仿真键盘36第四章 虚拟实

7、验室建立的必要性和建议 40总 结 42参考文献 43致谢proteus模型/元件库（部分第1章 单片机虚拟实验室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。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。单片机课程是电子类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。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。proteus，解决了许多的问题，而单片机

8、虚拟实验室也是以这个软件为核心建立起来的。1.1 单片机概况随着电子技术和信息技术的迅速发展，计算机技术正在日益渗透到人们日常生活的方方面面，在这一进程中，单片机起到了重要作用。单片机，又称微控制器( microcontroller unit, mcu)，自20世纪70年代问世以来，已经对人类社会的各个方面产生了巨大的影响。单片机技术开发和应用水平已经成为一个国家工业化发展水平的重要标志。近年来，由于单片机在国防、工业、医疗、交通、通信、机器人等高精尖技术领域的广泛应用，促进了单片机技术的迅猛发展。为了适应广泛要求，各种新型的速度快、体积小、功能全、功耗低的单片机不断涌现出来。比较有代表性的主

9、要有intel公司的mcs-51系列以及其他公司的基于51内核的兼容机、pic公司的pic系列单片机、atmel公司的avr系列单片机以及32位arm单片机等等。1.2 单片机功能原理简介随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的cpu 、ram 、 rom 、定时/数器和多种i/o接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机，直译为单片机 。1.2.1 单片机的特点 1 、具有优异的性能价格比2 、集成度高、体积小、可靠性高3 、控制功能强 4 、低电压、低功耗 1.2.2 单片机的应用 1 、在智能仪器仪表中的应用：在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪

10、表智能化，提高测试的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。2 、在机电一体化中的应用：机电一体化产品是指集机械、微电子技术、计算机技术于一本，具有智能化特征的电子产品。3 、在实时过程控制中的应用：用单片机实时进行数据处理和控制，使系统保持最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品的质量。4 、在人类生活中的应用：目前国外各种家用电器已普通采用单片机代替传统的控制电路。5 、在其它方面的应用：单片机除以上各方面的应用，它还广泛应用于办公自动化领域、商业营销领域、汽车及通信、计算机外部设备、模糊控制等各领域中。1.2.3 单片机的基本组成 由 cpu 、存储器（包括 ram 和

11、 rom ）、 i/o 接口、定时 / 计数器、中断控制功能等均集成在一块芯片上，片内各功能通过内部总线相互连接起来。输入 / 输出引脚 p0 、 p1 、 p2 、 p3 的功能 ：p0.0 p0 。7 ： p0 口是一个 8 位漏极开路型双向 i/o 端口。在访问片外存储器时，它分时作低 8 位地址和 8 位双向数据总线用。在eprom 编程时，由 p0 输入指令字节，而在验证程序时，则输出指令字节。验证程序时，要求外接上拉电阻。p0 能以吸收电流的方式驱动8个lsttl 负载。p1. 0 p1. 7 （ 18 脚）： p1 是一上带内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口。在 eprom

12、编程和验证程序时，由它输入低 8 位地址。p1 能驱动 4 个 lsttl 负载。p3. 0 rxd （串行口输入）、 p3. 1 txd （串行口输出）、 p3. 2 、（外部中断 0 输入）、 p3. 3 （外部中断 1 输入）、p3. 4 t0 （定时器 0 的外部输入）、 p3. 5 t1 （定时器 1 的外部输入）、 p3. （片外数据存储器写选通）、 p3.7 （片外数据存储器读选通）。1.3 计算机仿真的重要性1.3.1 单片机学习中的问题由于单片机的在实验和生活中很重要，各学校都相继开设了这门课程，而同学们也投入了较大精力进行学习，可是实际的学习效果并不十分理想。究其原因，一方

13、面是单片机本身的因素，单片机综合性教强，涉及知识面较广，需要理论与实践相结合，需要较强的创新能力；另一方面则是同学们自身的因素，毕竟一个学生很难负担得起学习单片机所需的各种工具的较大开销，比如开发板、编程器、仿真器，动辄数百元，甚至数千元，作为一个学生根本无法承受，而学校内的单片机实验室又不能做到长期开放，这就使得同学们无法动手或动手很少，学习了理论知识而不能进行相应的实践，严重挫伤学习的积极性。1.3.2 计算机仿真的必要性和可行性社会对单片机方面的应用要求越来越高，而我们的单片机水平却远远达不到相应的要求。这就需要我们有良好的自学能力，并把单片机学习贯穿到整个大学，而此时，对我们来说，单片

14、机实验室的设备已经很难用得上，购买相应的编程器、仿真器又成本太高。所以此时，我们最需要用计算机仿真来学习单片机知识，提高自己的动手实践能力，进而满足社会对我们的要求，做一个合格的大学生。当前能够用于计算机仿真学习单片机的软件已日趋成熟，比如keil都出了8.0以上版本，proteus也出了7.0以上版本，而各种集成开发环境更是层出不穷，极大地方便了我们用来通过计算机仿真学习单片机。尤其是当前最热的几种8位和16位单片机，比如：51系列、avr系列、pic系列，仿真学习的条件最为成熟。甚至32位的arm单片机也能通过计算机仿真来进行学习。所以，当前计算机仿真学习单片机的条件已经成熟，我们应该抓住

15、这个机会，积极地利用之，并为我们学习单片机来服务。1.4 基于proteus 软件的单片机实验室建设1.4.1 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proteus 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。1.4.2 软件技术及硬件接口电路 在软件技术的实验中所涉及到的

16、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。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；但就实验来讲，所涉及到的并不需要这么全面。作为proteus 仿真软件，仿真电路时所模拟的元件真实工作情况，和单片机应用系统的实际工作环境还是有一定的差别。因此只能根据需要，自行设计电路并设置其工作方式。1.4.3 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

17、机的应用系统了。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。因此可以根据具体的硬件电路和电路所需要完成的具体工作，自行进行软件的设计和调试。1.4.4 建立虚拟单片机实验室的优点 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、可自行实验、实验过程中损耗小、与工程实践最为接近等。第2章 用于仿真的软件的基本操作2.1 keil软件的基本用法keil vision是keil公司（arm子公司）开发的一款用于mcs-51单片机开发的应用十分广泛的编译和调试软件。该软件可以编辑、编译汇编

18、语言、c51语言，连接定位目标文件和库文件，创建hex文件，调试目标程序等。keil软件功能强大，包含很多部分，本文我们主要使用keil vision来开发c51项目、调试程序并生成hex文件来用于单片机开发。keil vision是一款在windows下使用的集成开发环境，目前最新版本为v3，本文中我们为了简便选用v2.0。2.1.1 keil vision 基本用法介绍下面我们就来熟悉一下keil软件。首先安装软件，在这里对安装不做过多介绍。安装完成后，我们就可以使用软件了，打开软件，可以看到其界面，如图1所示：图1 keil软件操作界面下面我们就来使用keil软件开发我们的第一个项目。在

19、这里我以一个小例题来描述keil的用法，在后面的proteus用法里也将用到。例1. 设计一个程序，在p1.0口连接一个led发光二极管，使其以一秒间隔闪烁。点击 “project”（工程）菜单下面的 “new project”（新建工程），我们来新建一个工程。软件弹出 “create new project”（创建新工程）窗口。如图2所示：图2 创建新工程我们为工程输入文件名后，点击“保存”按钮，软件将弹出 “select device for target”（选择mcu）窗口，如图3所示。我们只需根据自己工程的需要选择相应的mcu，然后点击“确定”按钮就可以了。图3 选择mcu在这里我们选

20、择atmel公司的at89c51，这种类型的单片机与intel的8051单片机完全兼容，但是它内含4kb flash存储器，使用非常方便，而且在国内也较为流行。事实上，目前at89c51已经被at89s51所淘汰，因为at89s51加入了isp（在线可编程）功能，通过atmel公司或者自制的下载线就可以对片内flash进行编程，使用更为方便。然而at89s51与at89c51除了isp以外完全兼容，而且下面我们要说明的proteus软件目前只能支持at89c51，所以本文将以at89c51来代替8051使用，请大家注意。选择好相应的mcu，点击窗口中的“确定”按钮以后，软件会弹出一个窗口询问是

21、否将8051启动代码加入工程（如图4），由于我们不需要这段代码，所以我们点击“否”跳过就可以了。图4 是否加入启动代码至此，我们完成了整个工程的初步建立。下面我们需要做的就是创建源文件并将我们的源文件加入工程。首先点击 “file” 下面的 “new” 菜单，或者直接点击工具栏中的新建按钮，软件将弹出源文件编辑窗口，我们可以在窗口中编辑源文件。源程序如下：org 0000hmain: setb p1.0；设p1.0为输入 lcall dly；延时 clr p1.0；p1.0清零 lcall dly ljmpmain；返回主程序dly:movr6,#0fh；延时子程序dly1:movr5,#0f

22、fhdly2:movr4,#0ffhdly3:djnzr4,dly3djnzr5,dly2djnzr6,dly1retend接下来的操作有两点需要注意：1. 加入at89c51的头文件（当然，如果你选择了其他的mcu，则加入相应的头文件）：在要加入头文件的地方（一般是文件开头），点击右键，选择点击弹出菜单（如图5）中的“insert #include 51.h”即完成了头文件的添加。我们可以看到源文件中多了一行头文件包含代码“#include 51.h”。图5 添加头文件2. 保存源文件：注意保存源文件时所书写的源文件扩展名决定了源文件的类型（c51文件或者汇编语言源文件）。这里我将源文件保存

23、为“基本操作.asm”。你可以看出在源文件保存以后，文件中的关键字已经高亮显示，可以帮助我们及时发现错误。在这里我列举的例子是汇编语言，所以用.asm。如果为c语言，则用.c。源文件编辑好以后，我们就可以将其添加到工程中了。图6 将原文件添加到工程中下面我们还需要对工程作一些设置，以使其满足我们的要求。右键点击图中的“target 1”，软件将弹出工程菜单，如图7所示。图7 工程设置我们选择点击 “options for target target1 ”，软件将弹出工程设置窗口。在工程设置中其他的我们暂时不管，只需将 “output” 选项卡下面的 “create hex file” 选中就可以了，如图8所示。这样，当我们调试工程项目时，软件将能够生成hex文件，用来装入单片机，使之运行我们的指令。图8 工程设置选项卡设置好以后，我们就可以编译、链接、调试我们的工程项目了。首先让我们来熟悉一下调试工具栏。在这个工具栏中我们只需了解左边的三个按钮。其中，调试工具栏中最左侧的按钮是 “translate current file” 按钮，即编译按钮，用来编译当前文件；中间的按钮是 “build target”