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本文從單片機應用產品研發(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用產品的設計與仿真。 PROTEUS是單片機系統(tǒng)的設計與仿真平臺 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)的硬件設計、軟件設計、單片機源代碼級調試與仿真。 PROTEUS有三十多個元器件庫，擁有數千種元器件仿真模型；有形象生動的動態(tài)器件庫、外設庫。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)設計與仿真的基礎。 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）。它們構成了單片機系統(tǒng)設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庫中數千種仿真模型是依據生產企業(yè)提供的數據來建模的。因此，PROTEUS設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)設計與仿真平臺，應用于各種領域。筆者就利用PROTEUS完成了多種產品的開發(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是單片機應用產品研發(fā)的靈活、高效、正確的設計與仿真平臺，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改革了單片機應用產品的研發(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（簡稱硬件設計）； ②進行單片機系統(tǒng)程序設計，調試、匯編編譯等（簡稱軟件設計）； ③單片機系統(tǒng)在線調試、檢測，實時運行直至完成（簡稱單片機系統(tǒng)綜合調試）。 PROTEUS促進了單片機產品研發(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 電路設計）； ②在PROTEUS平臺上進行單片機系統(tǒng)源程序設計、編輯、匯編編譯、調試，最后生成目標代碼文件（*.hex）（簡稱PROTEUS 軟件設計）； 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、調試。若出現問題，可與PROTEUS設計與仿真相互配合調試，直至運行成功（簡稱實際產品安裝、運行與調試）。筆者的實踐證明：按照PROTEUS仿真通過的設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在單片機應用產品研發(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，本文省去了農歷、時溫等部分。它由兩塊AT89S51、DS1302時鐘芯片、16塊LED數碼管、3個倒計時初值設置撥碼盤等構成。圖1是它的PROTEUS設計與實時仿真片斷。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提供的網絡標號連接方法。左上方為顯示部分，左下方分別為設置倒計時初置的3個撥碼盤、音樂警示喇叭及3個調整開關。單片機U1、U6的晶振頻率分別設置為12MHz、6MHz。該“倒計時牌”調整方便、性能穩(wěn)定、性價比高。 圖1 “倒計時牌”的PROTEUS設計與仿真片斷 “倒計時牌”的PROTEUS電路設計 這是產品研發(fā)過程的第一步。 啟動PROTEUS后，將出現用于設計與仿真的ISIS窗口。圖2是“倒計時牌”PROTEUS設計時的ISIS界面情況。采用鼠標操作，非常方便。設計好圖紙尺寸定義好文件名后，即可按設計需要從PROTEUS庫中提取設計所需要的元器件，放置到ISIS編輯區(qū)中，進行電路連接等電路設計。設計好電路后可使用PROTEUS提供的電氣檢測工具對電路進行電氣檢測。若電路出現電氣錯誤，會彈出信息報告。可根據報告排除電氣錯誤，直至成功。 圖2 “倒計時牌”PROTEUS設計時的ISIS界面情況 “倒計時牌”的PROTEUS軟件設計 這是產品研發(fā)過程的第二步。 PROTEUS設計好硬件電路后，要進行單片機的軟件設計。因是雙單片機控制，所以要設計對應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。可通過在ISIS中點擊菜單項Source的多級子菜單來實現。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中編輯源程序的現場情況，圖中只顯示出兩個源程序的部分程序條。因篇幅關系不列完整程序了，若需要，可發(fā)郵件zlb163com@163.com索取。 圖3 “倒計時牌”的PROTEUS的軟件設計 “倒計時牌”的PROTEUS仿真 這是產品研發(fā)過程的第三步。 首先要進行目標代碼加載和設置晶振頻率。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，可用鼠標分別調節(jié)三個撥碼盤設置倒記時初值（圖1中初值設置為“096”）；通過分別調節(jié)“調日歷”、“調時”、“加一”3個按鈕可校正萬年歷。 當倒記時值減至0時，則喇叭中發(fā)出警示音樂聲。 “倒計時牌”實際產品的安裝、運行與調試 這是產品研發(fā)過程的第四步。 “倒計時牌”交互式實時仿真通過后，可轉到PROTEUS PCB DESIGN中，根據設計要求設計PCB電路板，設計中要注意布線的科學性。購買符合設計要求的元器件、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用產品的研發(fā)，且省力、省財、省時。 圖4 對U1加載目標代碼文件、設置晶振頻率 結論 實踐證明，PROTEUS是單片機應用產品靈活、高效、正確的設計與仿真平臺，改革了單片機應用產品的研發(fā)過程，為單片機應用產品研發(fā)提供了完整的虛擬實驗室。 |
