單片機應(yīng)用產(chǎn)品的PROTEUS設(shè)計與仿真(圖)

時間：2008-01-08 23:22:00

關(guān)鍵字：仿真 PROTEUS 單片機應(yīng)用單片機系統(tǒng)

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本文從單片機應(yīng)用產(chǎn)品研發(fā)實例出發(fā)，介紹了如何利用PROTEUS高效、正確地完成單片機應(yīng)用產(chǎn)品的設(shè)計與仿真。

PROTEUS是單片機系統(tǒng)的設(shè)計與仿真平臺
PROTEUS是英國Labcenter electronics公司研發(fā)的多功能EDA軟件,它具有功能很強的ISIS智能原理圖輸入系統(tǒng)，有非常友好的人機互動窗口界面；有豐富的操作菜單與工具。在ISIS編輯區(qū)中，能方便地完成單片機系統(tǒng)的硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、單片機源代碼級調(diào)試與仿真。

PROTEUS有三十多個元器件庫，擁有數(shù)千種元器件仿真模型；有形象生動的動態(tài)器件庫、外設(shè)庫。特別是有從8051系列8位單片機直至ARM7 32位單片機的多種單片機類型庫。它們是單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真的基礎(chǔ)。

PROTEUS有多達十余種的信號激勵源，十余種虛擬儀器。還有用來精確測量與分析的PROTEUS高級圖表仿真（ASF）。它們構(gòu)成了單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真的完整的虛擬實驗室。

PROTEUS還有使用極方便的印刷電路板高級布線編輯軟件（PCB）。特別指出，PROTEUS庫中數(shù)千種仿真模型是依據(jù)生產(chǎn)企業(yè)提供的數(shù)據(jù)來建模的。因此，PROTEUS設(shè)計與仿真極其接近實際。

目前，PROTEUS已成為流行的單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真平臺，應(yīng)用于各種領(lǐng)域。筆者就利用PROTEUS完成了多種產(chǎn)品的開發(fā)，例如：“微電腦（單片機）防盜報警器”、“純水機微電腦控制板”、“LED漢字顯示屏”、“雙單片機控制的萬年歷倒計時牌”等。實踐證明：PROTEUS是單片機應(yīng)用產(chǎn)品研發(fā)的靈活、高效、正確的設(shè)計與仿真平臺，它明顯提高了研發(fā)效率、縮短了研發(fā)周期，節(jié)約了研發(fā)成本。

PROTEUS改革了單片機應(yīng)用產(chǎn)品的研發(fā)過程
單片機系統(tǒng)的傳統(tǒng)開發(fā)過程一般可分為三步：

①單片機系統(tǒng)原理圖設(shè)計，選擇、購買元器件和接插件，安裝和電氣檢測等（簡稱硬件設(shè)計）；

②進行單片機系統(tǒng)程序設(shè)計，調(diào)試、匯編編譯等（簡稱軟件設(shè)計）；

③單片機系統(tǒng)在線調(diào)試、檢測，實時運行直至完成（簡稱單片機系統(tǒng)綜合調(diào)試）。

PROTEUS促進了單片機產(chǎn)品研發(fā)過程的改革，有PROTEUS參與的單片機系統(tǒng)開發(fā)過程一般分為四步：

①在PROTEUS 平臺上進行單片機系統(tǒng)電路設(shè)計、選擇元器件、接插件、連接電路和電氣檢測等（簡稱PROTEUS 電路設(shè)計）；

②在PROTEUS平臺上進行單片機系統(tǒng)源程序設(shè)計、編輯、匯編編譯、調(diào)試，最后生成目標代碼文件（*.hex）（簡稱PROTEUS 軟件設(shè)計）；

③在PROTEUS平臺上將目標代碼文件加載到單片機系統(tǒng)中，并實現(xiàn)單片機系統(tǒng)的實時交互、協(xié)同仿真（簡稱PROTEUS 仿真）；

④仿真正確后，安裝實際單片機系統(tǒng)電路，并將目標代碼文件（*.hex）下載到實際單片機中運行、調(diào)試。若出現(xiàn)問題，可與PROTEUS設(shè)計與仿真相互配合調(diào)試，直至運行成功（簡稱實際產(chǎn)品安裝、運行與調(diào)試）。筆者的實踐證明：按照PROTEUS仿真通過的設(shè)計來安裝的實際系統(tǒng)，只要安裝正確、元器件無誤，焊接牢靠，基本都能順利通過。

下面以筆者研發(fā)的“雙單片機控制的萬年歷倒計時牌”（簡稱“倒計時牌”）為例，論述PROTEUS在單片機應(yīng)用產(chǎn)品研發(fā)中的開發(fā)過程、實際操作。該“倒計時牌”已在部分中學(xué)用來作為高考日期倒計時警示牌。為精減論述，本文省去了農(nóng)歷、時溫等部分。它由兩塊AT89S51、DS1302時鐘芯片、16塊LED數(shù)碼管、3個倒計時初值設(shè)置撥碼盤等構(gòu)成。圖1是它的PROTEUS設(shè)計與實時仿真片斷。右邊為雙單片機控制的電路部分。電路連接除采用直接連線外還采用了PROTEUS提供的網(wǎng)絡(luò)標號連接方法。左上方為顯示部分，左下方分別為設(shè)置倒計時初置的3個撥碼盤、音樂警示喇叭及3個調(diào)整開關(guān)。單片機U1、U6的晶振頻率分別設(shè)置為12MHz、6MHz。該“倒計時牌”調(diào)整方便、性能穩(wěn)定、性價比高。

圖1 “倒計時牌”的PROTEUS設(shè)計與仿真片斷

“倒計時牌”的PROTEUS電路設(shè)計
這是產(chǎn)品研發(fā)過程的第一步。
啟動PROTEUS后，將出現(xiàn)用于設(shè)計與仿真的ISIS窗口。圖2是“倒計時牌”PROTEUS設(shè)計時的ISIS界面情況。采用鼠標操作，非常方便。設(shè)計好圖紙尺寸定義好文件名后，即可按設(shè)計需要從PROTEUS庫中提取設(shè)計所需要的元器件，放置到ISIS編輯區(qū)中，進行電路連接等電路設(shè)計。設(shè)計好電路后可使用PROTEUS提供的電氣檢測工具對電路進行電氣檢測。若電路出現(xiàn)電氣錯誤，會彈出信息報告?？筛鶕?jù)報告排除電氣錯誤，直至成功。

圖2 “倒計時牌”PROTEUS設(shè)計時的ISIS界面情況

“倒計時牌”的PROTEUS軟件設(shè)計
這是產(chǎn)品研發(fā)過程的第二步。
PROTEUS設(shè)計好硬件電路后，要進行單片機的軟件設(shè)計。因是雙單片機控制，所以要設(shè)計對應(yīng)U1單片機的軟件和U6單片機的軟件。PROTEUS提供了在ISIS窗口界面中進行編寫源程序、編譯生成目標代碼文件（*.HEX）的手段，可進行編寫、編輯等各種操作?？赏ㄟ^在ISIS中點擊菜單項Source的多級子菜單來實現(xiàn)。編寫好源程序后，可左鍵單擊菜單“Source”，在彈出子菜單中左鍵單擊“Build All”選項，則將兩個源程序編譯生成各自的目標代碼文件（WNL01.HEX和 CNTDAF.HEX）。若源程序有錯，則彈出出錯報告，可根據(jù)報告排錯直至生成目標代碼為止。圖3是在ISIS中編輯源程序的現(xiàn)場情況，圖中只顯示出兩個源程序的部分程序條。因篇幅關(guān)系不列完整程序了，若需要，可發(fā)郵件給zlb163com@163.com索取。

圖3 “倒計時牌”的PROTEUS的軟件設(shè)計

“倒計時牌”的PROTEUS仿真
這是產(chǎn)品研發(fā)過程的第三步。
首先要進行目標代碼加載和設(shè)置晶振頻率。將鼠標指向單片機U1，右鍵單擊,再左鍵單擊，則彈出如圖4所示的“Edit Component”對話框，在“Program File”框中輸入它的目標代碼文件“WNL01.HEX”，在“Clock Frequency”框中輸入晶振頻率12MHz，左鍵單擊“OK”按鈕即完成操作。再將鼠標指向單片機U6，同樣操作可將它的目標代碼文件CNTDAF.HEX加載到單片機U6中。再在“Clock Frequency”框中輸入晶振頻率6MHz。

左鍵單擊仿真按鈕則可實現(xiàn)交互式、實時仿真。仿真片段如圖1所示。
仿真中，可用鼠標分別調(diào)節(jié)三個撥碼盤設(shè)置倒記時初值（圖1中初值設(shè)置為“096”）；通過分別調(diào)節(jié)“調(diào)日歷”、“調(diào)時”、“加一”3個按鈕可校正萬年歷。
當?shù)褂洉r值減至0時，則喇叭中發(fā)出警示音樂聲。

“倒計時牌”實際產(chǎn)品的安裝、運行與調(diào)試
這是產(chǎn)品研發(fā)過程的第四步。
“倒計時牌”交互式實時仿真通過后，可轉(zhuǎn)到PROTEUS PCB DESIGN中，根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計PCB電路板，設(shè)計中要注意布線的科學(xué)性。購買符合設(shè)計要求的元器件、接插件。細心安裝實際的“倒計時牌”硬件電路。并將目標代碼文件WNL01.hex、CNTDAF.HEX分別下載到實際的單片機U1（AT89S51）和U6（AT89S51）中，實際通電運行。
筆者的實踐證明：只要元器件無誤、安裝正確、焊接牢靠，基本都能順利通過。至此，勝利完成了這一單片機應(yīng)用產(chǎn)品的研發(fā)，且省力、省財、省時。