摘要：單片機應用技術所涉及到的實驗實踐環(huán)節(jié)比較多，而且硬件投入比較大。在具體的工程實踐中，如果因為方案有誤而進行相應的開發(fā)設計，會浪費較多的時間和經費。本文以學校單片機課程的實驗教學為背景，較為全面地闡述采用仿真實驗的方法。

　　關鍵詞：proteus軟件 單片機 仿真 虛擬實驗室

引 言

　　單片機課程是機電、自動化等專業(yè)的一門重要課程，可以充分體現學生利用已學知識解決實際工程問題的能力。由于該學科是多基礎、多理論的實踐性學科，在教學過程中必須軟件硬件結合，因此有學生感到難學，教師感到難教這樣的尷尬。

　　現代科技的發(fā)展，促進了計算機技術在軟件和硬件上的飛速發(fā)展，利用計算機軟件的仿真技術，可以充分地仿真諸如電路的工作等實際的工程問題。作者無意中找到一款軟件Proteus，解決了許多的問題，而單片機虛擬實驗室也是以該軟件為核心建立起來的。

1 Proteus介紹

　　Proteus與其它單片機仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機CPU的工作情況，也能仿真單片機外圍電路或沒有單片機參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調試時，關心的不再是某些語句執(zhí)行時單片機寄存器和存儲器內容的改變，而是從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結果。對于這樣的仿真實驗，從某種意義上講，是彌補了實驗和工程應用間脫節(jié)的矛盾和現象。

(1)proteus的工作過程

　　運行proteus的ISIS程序后，進入該仿真軟件的主界面。在工作前，要設置view菜單下的捕捉對齊和system下的顏色、圖形界面大小等項目。通過工具欄中的p(從庫中選擇元件命令)命令，在pick devices窗口中選擇電路所需的元件，放置元件并調整其相對位置，元件參數設置，元器件間連線，編寫程序；在source菜單的Define code generation tools菜單命令下，選擇程序編譯的工具、路徑、擴展名等項目；在source菜單的Add/remove source files命令下，加入單片機硬件電路的對應程序；通過debug菜單的相應命令仿真程序和電路的運行情況。

(2)Proteus軟件所提供的元件資源

　　Proteus 軟件所提供了30多個元件庫，數千種元件。元件涉及到數字和模擬、交流和直流等，具體情況如表1所列。
　　　　　　　　
(3)Proteus軟件所提供的儀表資源

　　對于一個仿真軟件或實驗室，測試的儀器儀表的數量、類型和質量，是衡量實驗室是否合格的一個關鍵因素。在Proteus軟件包中，不存在同類儀表使用數量的問題，其提供的儀表如表2所列。

　　除了表2所列的測試儀表外，Proteus還提供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來，其作用與示波器相似但功能更多。圖形顯示功能如表3所列。
　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　
(4)Proteus軟件所提供的調試手段

　　Proteus提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數字信號，如表4所列。
　　　　　

　　對于單片機硬件電路和軟件的調試，Proteus 提供了兩種方法：一種是系統(tǒng)總體執(zhí)行效果，一種是對軟件的分步調試以看具體的執(zhí)行情況。

　　對于總體執(zhí)行效果的調試方法，只需要執(zhí)行debug菜單下的execute菜單項或F12快捷鍵啟動執(zhí)行，用debug菜單下的pause animation菜單項或pause鍵暫停系統(tǒng)的運行；或用debug菜單下的stop animation 菜單項或shift-break組合鍵停止系統(tǒng)的運行。其運行方式也可以選擇工具欄中的相應工具進行。

　　對于軟件的分步調試，應先執(zhí)行debug菜單下的start/restart debugging 菜單項命令，此時可以選擇step over 、step into 和 step out命令執(zhí)行程序(可以用快捷鍵F10、F11和ctrl+F11)，執(zhí)行的效果是單句執(zhí)行、進入子程序執(zhí)行和跳出子程序執(zhí)行。在執(zhí)行了start / restart debuging命令后，在debug菜單的下面要出現仿真中所涉及到的軟件列表和單片機的系統(tǒng)資源等，可供調試時分析和查看。

2 實驗的組織

　　在單片機的理論教學和實驗中，所涉及到的內容包括了四方面，即單片機系統(tǒng)資源、軟件技術、硬件接口電路、軟件和硬件結合的應用系統(tǒng)。因此教師在進行教學時，應該充分考慮課程的特點并作合理的模塊劃分，在每次實驗課程前作適當的準備工作，以使教學任務能集中和突出。以下例子中所涉及到的單片機均為51系列。

(1)系統(tǒng)資源的實驗教學

　　任何一種單片機均提供了一定的系統(tǒng)資源。對于51系列單片機來講，其所提供的資源是以寄存器和存儲器的方式體現出來的。對于寄存器內容的查看，可以采用多種可以模擬仿真51單片機的軟件來實現。對于Proteus 軟件來講，可以執(zhí)行在debug菜單下registers菜單項命令打開相應的窗口。對于系統(tǒng)內部存儲器的查看，同樣是執(zhí)行debug 菜單下的 internal memory 菜單項命令打開相應的窗口。

(2)軟件技術

　　在軟件技術的實驗中所涉及到的內容主要包括對語言中具體語句的執(zhí)行效果驗證、算法的具體實現、程序中語法錯誤的檢查和邏輯錯誤的驗證等內容。對于純軟件的實驗教學內容，教師在實驗設置時應充分考慮到學生的能力并作好具體的準備工作，以達到預期的教學目的。

　　例如，對于兩個16位二進制數的乘法運算R4R5