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基于Proteus軟件的單片機實驗室建設(shè)
北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 李學(xué)禮 林海峰 2005/12/14
摘要：在電類專業(yè)教學(xué)中，單片機的實驗室建設(shè)大多采用硬件仿真器配目標(biāo)實驗板方式，不僅需采購大量的硬件設(shè)備，而且設(shè)備維護(hù)工作量也非常巨大。本文提出一種基于軟件仿真的單片機實驗室建設(shè)方案。該方案配置有限的硬件設(shè)備，很好地解決了資金和設(shè)備維護(hù)問題；大量的仿真工作是在軟件環(huán)境中實現(xiàn)，大大增強了實驗室向?qū)W生開放的便利性。在實際運行中，取得了良好的教學(xué)效果。該方案目前在國內(nèi)高校具有較高的推廣利用價值。
關(guān)鍵詞：單片機仿真 實驗室建設(shè) Proteus
引 言
單片機技術(shù)是現(xiàn)代電子工程領(lǐng)域一門迅速發(fā)展的技術(shù)，應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)中。單片機技術(shù)的發(fā)展和推廣極大地推動了電子工業(yè)的發(fā)展，其在教學(xué)和產(chǎn)業(yè)界的技術(shù)推廣仍然是當(dāng)今業(yè)界的一個熱點。單片機技術(shù)是現(xiàn)代電子工業(yè)中不可缺少的一項技術(shù)，掌握單片機技術(shù)是電子信息類專業(yè)學(xué)生就業(yè)的一個基本條件。
目前各個高校都建立了單片機實驗室，并且基本都是采用相應(yīng)的硬件仿真設(shè)備；但是由于單片機的種類繁多，再加上資金的限制，不可能在一個實驗室包括所有種類的單片機仿真設(shè)備。下面結(jié)合我校的單片機實驗室建設(shè)淺談一下我們的作法。
1 引入單片機軟件仿真系統(tǒng)
伴隨著計算機軟件和硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，在各個領(lǐng)域都出現(xiàn)了各種仿真系統(tǒng)，為各種實際系統(tǒng)的開發(fā)提供了準(zhǔn)確可靠的保證，同時節(jié)約了大量的人力和物力。電子信息技術(shù)領(lǐng)域也不例外，出現(xiàn)了大量的仿真工具，如各種EDA工具：模數(shù)混合仿真的Multisim、OrCAD、Protel等，數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計仿真的Maxplus II、Fundation、Expert等，系統(tǒng)仿真軟件Systemview等。
目前，在我校已建立了EDA實驗室，配備了Multisim、Protel、Maxplus II(Quatues)、Systemview等軟件和配套硬件；但這些軟硬件對單片機的仿真無能為力，因此仍然需要建立單片機實驗室。過去，在單片機實驗室的建設(shè)中基本都是采用硬件仿真系統(tǒng)，所以為了保證實驗的順利開設(shè)，同類型的硬件仿真開發(fā)系統(tǒng)就需要采購多套設(shè)備，這樣硬件的投資成本相對較高。
另一個很重要的原因就是，目前單片機的課程除了主要開設(shè)8051系列單片機課程之外，還開設(shè)AVR系列、PIC等系列的選修課。為了保證相應(yīng)實驗的開設(shè)，必須要有配套的實驗系統(tǒng)。如果要保證一定的實驗硬件設(shè)備套數(shù)，將是一筆更大的開支。所以在目前經(jīng)費非常緊張的情況下，根據(jù)經(jīng)驗，引入單片機軟件仿真系統(tǒng)，就可以大大減少硬件設(shè)備的采購，同時降低對硬件設(shè)備進(jìn)行維護(hù)的工作量。
2 選擇單片機軟件仿真系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)
目前，具有單片機仿真功能的軟件比較多，如何選擇軟件，必須要有一個標(biāo)準(zhǔn)，以下是我們在建設(shè)實驗室時遵循的標(biāo)準(zhǔn)。
（1） 單片機仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合
在仿真單片機系統(tǒng)時，不僅需要知道單片機內(nèi)部各種寄存器、數(shù)據(jù)存儲器以及各個端口當(dāng)前的狀態(tài)，更重要的是要完成人機通道、前向通道、后向通道、相互通道的配置與接口。在這些接口電路中，有許多是模擬電路，而模擬電路的仿真就需要SPICE模型，因此必須要求該系統(tǒng)具有SPICE電路仿真功能。
（2） 支持主流單片機系統(tǒng)的仿真
目前廣泛采用的單片機系統(tǒng)有68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列等。很顯然，如果該軟件支持的單片機系統(tǒng)的系列很少，那就沒有任何優(yōu)勢可言。因為不可能為每一個系列的單片機配備一套軟件，所以要求該軟件盡可能將多個系列的單片機集成在一起。
（3） 提供軟件調(diào)試功能
在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能，同時要支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境。只有這樣，經(jīng)過該單片機軟件仿真系統(tǒng)訓(xùn)練的學(xué)生，才能夠較快地熟悉和使用真正的硬件仿真系統(tǒng)。
（4） 提供豐富的外圍接口器件
外圍接口不僅僅限于僅有的幾個器件，這樣更接近實際。在訓(xùn)練學(xué)生時，可以選擇不同的方案，這樣更利于培養(yǎng)學(xué)生。
（5） 提供豐富的虛擬儀器
利用虛擬儀器在仿真過程中可以測量外圍電路的特性，培養(yǎng)學(xué)生實際硬件的調(diào)試能力。
（6） 具有強大的原理圖繪（未完，下一頁）
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