proteus与keil整合构建单片机虚拟实验室

proteus与keil整合构建单片机虚拟实验室摘 要：单片机教学包括理论与实践教学，而实践实训教学所占比例较多，硬件投入大。在实践实训的教学中，需要大量的实验仪器和设备。一般的学校或个人没有较多的经费。本文提出了一种新的思路，较为全面地阐述采用软件仿真实验的方法。关键词：ProteusKeil 整合单片机虚拟实验室 一、引言 单片机的课堂教学及实验中存在诸多问题如： 1、单片机课堂教学以往多以理论教学为主，实验教学也多是进行验证实验。但单片机是一门实践性很强的学科。教学中需要很多硬件设备，如电脑、仿真机、实验电路、编程器等。一般理论课堂难以辅助硬件进行教学，即便演示，效果也不好，一般单片机实验箱也只是起验证实验的作用。 2、学生实验时也存在着不少问题，单片机实验室由于存在着场地和时间等问题，学生除了上课外，平时难得有机会实践。个人配备单片机实验开发系统，因成本较高，很多学生无法承受。同时一般单片机实验箱由于是成品，学生很难参与到其中的细节设计中去，学生动手能力很难得到训练与提高。 3、实验设备不足、落后，单片机实验室建立成本高，一般学校很少有学生人手一套实验开发系统进行单片机实验及开发。就算有，由于技术的不断更新，设备的不断老化，实验仪器也会很快落后。要解决此问题需要不断的重建单片机实验室。务必带来资金耗费严重等问题。为此，作者利用Proteus与Keil整合构建单片机虚拟实验室，为解决这一问题提供了一些思路。二、Proteus与Keil介绍 1、Proteus Proteus是一种低投资的电子设计自动化软件，提供Schematic Drawing、SPICE仿真与PCB设计功能，这一点proteus 与 multisim比较类似，只不过它可以仿真单片机和周边设备，可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU，与keil和MPLAB不同的是它还提供了周边设备的仿真，只要给出电路图就可以仿真，例如373，led，示波器，Proteus提供了大量的元件库，有RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分器件，编译方面支持Keil和MPLAB，里面有大量的例子参考。1）、Proteus可提供的仿真元件资源 Proteus软件提供了可仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件达30多个元件库。 2）、Proteus可提供的仿真仪表资源 虚拟仪器仪表的数量、类型和质量，是衡量仿真软件实验室是否合格的一个关键因素。在Proteus软件中，理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。 了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似但功能更多。 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。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。 3）、Proteus可提供的调试手段 Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。 2、Keil软件Keil是德国开发的一个51单片机开发软件平台，最开始只是一个支持C语言和汇编语言的编译器软件。后来随着开发人员的不断努力以及版本的不断升级，使它已经成为了一个重要的单片机开发平台，不过KEIL的界面并不是非常复杂，操作也不是非常困难，很多工程师的开发的优秀程序都是在KEIL的平台上编写出来的。可以说它是一个比较重要的软件，熟悉他的人很多很多，用户群极为庞大，要远远超过伟福等厂家软件用户群，操作有不懂的地方只要找相关的书看看，到相关的单片机技术论坛问问，很快就可以掌握它的基本使用了。 1）、Keil的Vision2可以进行纯粹的软件仿真(仿真软件程序，不接硬件电路)；也可以利用硬件仿真器，搭接上单片机硬件系统，在仿真器中载入项目程序后进行实时仿真；还可以使用Vision2的内嵌模块Keil Monitor-51，在不需要额外的硬件仿真器的条件下，搭接单片机硬件系统对项目程序进行实时仿真。 2）、uVision2调试器具备所有常规源极调试，符号调试特性以及历史跟踪，代码覆盖，复杂断点等功能。DDE界面和shift语言支持自动程序测试。 三、虚拟实验的构建 单片机的理论教学和实验中，内容一般包括了四方面，即单片机系统资源；硬件电路的设计、组装、调试；应用软件的编制、调试；总调，即应用软件的链接调试，程序固化，软、硬件结合的应用系统。因此教师在进行教学时，应该充分考虑课程的特点并作合理的模块划分，在每次实验课程前作适当的准备工作，以使教学任务能集中和突出。 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Keil软件来讲，C51编译器可以实现对51系列单片机所有资源的操作。 2、硬件电路的设计、组装、调试 硬件电路的设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单片机自身的功能单元如ROM、RAM、I/O口、定时器/计数器等容量不能满足应用系统的需要时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路；二是系统配置，即按照系统的要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D转换器、D/A转换器等，要设计合适的接口电路。 很多常用的硬件电路的设计可在Proteus软件中实现，学生通过Proteus软件的使用，不当可以实现教材上的大部分实验。而且可以学到硬件电路设计的方法。 3、应用软件的编制、调试； 使用Keil 软件工具时，项目开发流程和其它软件开发项目的流程极其相似。 1）、创建一个项目，从器件库中选择目标器件，配置工具设置。2）、用C语言或汇编语言创建源程序。3）、用项目管理器生成应用。 4）、修改源程序中的错误。 5）、测试，连接应用。学生通过使用Keil 软件工具编制、调试应用软件，可以学到单片机各种指令，也可以学到单片机软件开发的步骤、方法和技巧。 4、总调总调，即应用软件的链接调试，程序固化，软、硬件结合的应用系统。软硬件联合仿真系统由一个硬件执行环境和一个软件执行环境组成，通常软件环境和硬件环境都有自己的除错和控制界面，Keil与Proteus的整合调试可以实现系统的总调，在该系统中，Keil作为软件调试界面，Proteus作为硬件仿真和调试界面，下面说一下如何在keil中调用proteus进行MCU外围器件的仿真。 1）、安装keil 与 proteus。 2）、把安装proteus MODELS目录下 VDM51.dll文件复制到Keil安装目录的 C51BIN目录中。 3）、修改keil安装目录下Tools.ini文件，在C51字段加TDRV5=BINVDM51.DLL (Proteus VSM Monitor-51 Driver)，保存。 注意：不一定要用TDRV5，根据原来字段选用一个不重复的数值就可以了，引号内的名字随意。 4）、打开proteus，画出相应电路，在proteus的debug菜单中选中use remote debug monitor 。5）、在keil中编写MCU的程序 。6），如不是同一台机则填另一台的IP地址，端口号一定为8000。注意：可以在一台机器上运行keil，另一台中运行proteus进行远程仿真。 7）、在keil中进行debug吧，同时在proteus中查看直观的结果（如LCD显示），这样就可以像使用仿真器一样调试程序 。四、教学实例 该实验为单片机控制液晶显示器的仿真电路。 1、硬件电路 电路如图1所示。图1液晶显示控制电路 2、软件程序 略： 在Proteus里打开设计好的电路。在Keil建立项目并编译程序，编译通过后，按CtrlF5或者点击Keil的调试按钮，进入模拟调试环境，此时Proteus的模拟调试工具条的运行按钮由黑色变为绿色了。按F5或者点击工具栏的按钮，全速运行，这个时候Proteus的开始运行，你会发现在模拟调试工具条的右边有程序运行的时间提示。在两个软件结合调试的时候，把Keil的界面调的小一点，让它在Proteus界面的上面，露出Proteus界面的LCD，这样我们在Keil里调试，马上在Proteus就看到结果了。调试的情形如图2所示。图2液晶显示控制电路调试的情形五、结语 利用Proteus与Keil整合进行实验，具有比较明显的优势，当然其存在的缺点也是有的。利用仿真实验可以做全部的软件实验和极大多数的硬件系统，虚拟仿真实验室，因极少硬件投入、所以经济优势明显，不仅可以弥补实验仪器和元器件缺乏带来的不足，而且排除了原材料消耗和仪器损坏等因素，可以帮助学生更快、更好地掌握课堂讲述的内容，加深对概念、原理的理解，弥补课堂理论教学的不足。学生通过仿真实验，可以熟悉单片机系统的开发方法，这对进一步培养学生的综合分析能力、排除故障能力和开发、创新能力具有重要意义。 Proteus大量的范例，可供学生参考处理，实验过程、实验步骤的演示可以在实验室以外的地方完成，实现了跨越了传统教学地域传授知识的局限，还能解决由于学生不懂、不理解，老师重复讲解、演示和重复分析的弊端，使老师有更多的时间进行课堂管理，有更多的时间观察学生的反应，检查课堂教学结果，再作相应的教学调整，增加必要的教学过程，施加必要的教学手段。从而更出色地完成教学任务。参考文献： 1求是科技单片机（典型模块设计实例导航）出版年(2004.5第1版)：起止页码（275283）2缴瑞山.单片机控制技术及应用 出版年(2003.6第1版)