基于Proteus的单片机系统的虚拟仿真pdf

郝海峰彭利军

Ｐｒｏｔｅｕｓ介绍

Ｐｒｏｔｅｕｓ是一种基于ＳＰＩＣＥ３Ｆ５仿真引擎的混合电路仿真软件。其元件库非常丰富，除了可以进行一般的电路性能分析外，最吸引人的莫过于其能够完美的对单片机及外围电路进行虚拟仿真了。

Ｐｒｏｔｅｕｓ的仿真功能

它不仅能仿真模拟、数字电路，以及模数混合电路，更具特色的是它能够仿真基于单片机的电子系统。它完全支持ＭＣＳ－５１及其派生系列单片机的设计系统，另外也能仿真基于ＡＶＲ和ＰＩＣ系列的单片机系统。

Ｐｒｏｔｅｕｓ的仿真资源

Ｐｒｏｔｅｕｓ软件可提供的模拟（数字）、交（直）流等元器件达３０多个元件库，共计数千种。如总线驱动器７４ＬＳ３７３、可编程外围定时器８２５３、并行接口８２５５、多位数码管、ＬＣＤ图形模块、矩阵式键盘、蜂鸣器、实时时钟ＤＳ１３０２、多种Ｄ／Ａ和Ａ／Ｄ转换器都可直接调用。此外，对于元件库中没有的器件，使用者也可依照需要自己创建。

在仪器仪表方面，Ｐｒｏｔｅｕｓ除了提供常见的交、直流电压（电流）表、示波器外，还有逻辑分析仪、计数器、ＳＰＩ调试器、ＩＩＣ调试器、信号发生器、点阵图形发生器等特殊的仪器。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。

Ｐｒｏｔｅｕｓ的ＰＣＢ功能

Ｐｒｏｔｅｕｓ软件本身有ＰＣＢ设计功能，可以生成多种格式的文件，供相应的专业ＰＣＢ设计工具调用，可以很方便地进行后续ＰＣＢ的设计。

Ｐｒｏｔｅｕｓ的其他功能

其自身只带汇编编译器，不支持Ｃ语言。但可以将它与ＫｅｉｌＣ５１集成开发环境连接，将用汇编和Ｃ语言编写的程序编译好之后，可以立即进行软、硬件结合的系统仿真，像使用仿真器一样来调试程序。

Ｐｒｏｔｅｕｓ的单片机系统仿真

电路图的绘制

下面我们结合一个单片机在ＬＥＤ数码管应用的例子，详细说明如何利用Ｐｒｏｔｅｕｓ来进行单片机及外围电路的仿真。

本例为利用单片机让一位ＬＥＤ数码管由９～０循环显示。单片机采用的是ＡＴ８９Ｃ５１；用到了一个８位移位寄存器７４ＨＣ１６４，实现串行输入、并行输出；用７ＳＥＧ－ＣＯＭ－ＣＡＴＨＯＤＥ数码管显示数字；Ｃ１、

基于Ｐｒｏｔｅｕｓ的单片机系统的虚拟仿真

单片机体积小、重量

轻、具有很强的灵活性而

且价格不高，得到了越来

越广泛的应用。一般在开

发基于单片机的应用系统

时，需要大量的硬件设备，

不仅易损坏而且携带不方

便。Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真软件的出

现恰好的解决了这个矛盾，

利用它可随时搭建一个单

片机应用系统，对其仿真。

Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真软件能够提高

开发效率、降低开发成本、

缩短开发周期。

应用设计

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Ｃ２和Ｘ１组成时钟电路，在Ｐｒｏｔｅｕｓ可完全仿真。准备仿真前，先编写好源程序文件ｌｅｄ．ａｓｍ，并利用ＫｅｉｌＣ５１进行编译。正确编译后，生成目标文件ｌｅｄ．ｈｅｘ。接下来开始说明如何利用Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真本例。

安装好Ｐｒｏｔｅｕｓ后，从电脑桌面的“开始”—“程序”—Ｐｒｏｔｅｕｓ６Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ－ＩＳＩＳ，启动ＩＳＩＳ。ＩＳＩＳ是仿真模拟设计ＳＣＨ设计程序，ＡＲＥＳ是印制板ＰＣＢ设计程序。

ＩＳＩＳ启动成功的界面如图１所示，分为菜单栏、工具栏、工具箱、编辑窗口（显示正在编辑的电路原理图）、预览窗口（显示整个电路图的缩略图）、对象选择器（根据图标决定的当前状态显示不同的内容）、对象旋转工具（有４个按钮）和模拟调试时用的快捷调试按钮。每当我们打开ＩＳＩＳ的时候，会自动出现一个新的设计界面，可以马上设计新的项目，也可以点击菜单栏的“Ｆｉｌｅ”—“Ｎｅｗ

Ｄｅｓｉｇｎ”。

首先，在Ｐｒｏｔｅｕｓ中添加元器件ＡＴ８９Ｃ５１。点击工具箱的元器件按钮，使其选中，再点击ＩＳＩＳ对象选择器左边中间的置按钮，出现“ＰｉｃｋＤｅｖｉｃｅｓ”对话框。在这个对话框里我们可以选择元器件和一些虚拟仪器。在“Ｃａｔｅｇｏｒｙ（器件种类）”下面，我们找到“ＭｉｃｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒＩＣｓ”选项，鼠标左键点击一下，在左下方“Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒ”下选择“ＡＴＭＥＬ”，在对话框的右侧，我们会发现这里有常见的各种型号的单片机。找到单片机ＡＴ８９Ｃ５１，双击“ＡＴ８９Ｃ５１”，情形如图２所示。这样在左边的对象选择器就有了ＡＴ８９Ｃ５１这个元件了。点击一

下这个元件，然后把鼠标指针移到

右边的原理图编辑区的适当位置，

点击鼠标的左键，就把ＡＴ８９Ｃ５１

放到了原理图区。

按照相同的方法，可以从器件

库中找出７４ＨＣ１６４移位寄存器、

７ＳＥＧ－ＣＯＭ－ＣＡＴＨＯＤＥ数码管、

晶振Ｘ１和电容Ｃ１、Ｃ２，并把它

们放入原理图。我们会发现图中

ＡＴ８９Ｃ５１没有Ｖｃｃ和ＧＮＤ引脚，

其实他们隐藏了，在使用的时候可

以不用加电源。如果需要加电源可

以点击工具箱的接线端按钮，

这时对象选择器将出现一些接线

端。在器件选择器里点击

ＧＲＯＵＮＤ，鼠标移到原理图编辑

区

，

左键点击一下即可放置接地符

图

２找到单片机ＡＴ８９Ｃ５１

图１ＩＳＩＳ启动成功界面

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应用设计

号。同理也可以把电源符号

ＰＯＷＥＲ放到原理图编辑区。

点击工具箱的

按钮，

ＧＲＡＰＨＩＣＳＴＹＬＥＳ中选择

ＷＩＲＥ，根据源程序所考虑电路将晶振、电容、ＡＴ８９Ｃ５１、

７４ＨＣ１６４连接。７４ＨＣ１６４和７ＳＥＧ－ＣＯＭ－ＣＡＴＨＯＤＥ之间并行导线太多，为简化原理图，可点击工具箱的总线按钮

，可在

编辑窗口画总线。点击工具箱的

００按钮，画总线的分支线，它可用来连接总线和元器件引脚。连好的原理图如图３所示。

系统的仿真

在原理图编辑区右键选定

ＡＴ８９Ｃ５１，再左键单击编辑其属性。可在其中设置Ｃｌｏｃｋ

Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，本例中我们设为

２４ＭＨｚ。在ＰｒｏｇｒａｍＦｉｌｅ中加入编译生成的目标文件ｌｈｃ．ｈｅｘ，如图４所示。同样，我们可以设置电容Ｃ１、Ｃ２的大小和晶振的频率。

最后可点击下方

按钮

开始仿真，单片机开始工作，可以看到数码管的数字由９～０循环显示，如图５所示。点击００００按钮停止仿真，

按钮为暂停。

本文结合实例详细的介绍了

Ｐｒｏｔｅｕｓ软件仿真功能。可以看见，Ｐｒｏｔｅｕｓ功能强大、使用方便，能很好的对一个以单片机为核心的电路系统进行仿真。将其应用在单片机教学中，可以有效地解决学习者需要硬件投资、理论与实践脱钩、动手能力匮乏的问题；将它应用在实际的单片机系统开发中，可以节省大量时间，让开发者将主要精力投放在系统开发上，提高开发效率、降

低开发成本

。

图５

开始仿真

图４

加入编译生成的目标文件

图３

连接原理图

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应用设计