基于Proteus虚拟实验室构建

摘要：根据电子系统设计，特别是单片机应用系统开发设计不能充分利用现代技术手段，开发周期长，严重影响产品生命周期，滞后工程应用需求的问题，同时根据高等教育中，电子技术和单片机应用技术课程实验教学不能满足应用型，创新型人才培养需求的问题。为有效解决上述问题，本文阐述了以Proteus为基础虚拟实验室的构建，为相关教科研工作提供了理论参考。

关键词：虚拟实验室；Proteus；单片机应用

1Proteus简介

Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及器件。它是比较好的仿真单片机及器件的工具。虽然国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是现今世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等。

Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真件），从原理图布图、代码调试到单片机与电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。

Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是：

（1）原理布图；（2）PCB自动或人工布线；（3）SPICE电路仿真。

革命性的特点：

（1）互动的电路仿真

用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。

（2）仿真处理器及其电路

可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。

2虚拟实验室构建

LabcenterElectronics公司开发的Protues软件，是唯一一种能进行各种处理其实时仿真、调试和测试的EDA工具。其具有实现数字电路、模拟电路及微控制器系统与外设的混合电路系统的电路仿真、软件仿真、系统协同仿真和PCB设计等功能。是目前世界上最先进、最完整的嵌入式系统设计与仿真平台。KeiL Vision2软件。该软件支持众多不同公司的芯片及编辑、编译和程序仿真等于一体，还支持PLM、汇编和C语言的程序设计。选用Proteus来构建虚拟电子实验室，只需建立一个计算机局域网，由一台服务器，一台教师机和若干台学生机（可根据班级学生数确定）组成。在服务器上安装Proteus+Keil并进行相关设置，还可根据需要开发实验教学指导系统。一旦建立起局域网Proteus虚拟实验系统，就无需添置任仪器仪表和耗材，达到无损耗的实验系统。

建立Proteus虚拟实验室具有极大的可行性和现实意义。现有高等学校都拥有相当数量的公用计算机，具有校园网和实验室局域网平台资源。Proteus可在Windows98/NT/2000/XP/2003等操作系统环境下进行，其操作界面与Windows下的软件很相似，学生己具备学习和使用Proteus的基础技能。

在Proteus虚拟实验系统中可开发各类电子及单片机应用系统实验。包含模拟电路、数字电路和微处理器系统在内的仿真实验，并且不受任何元器件及工具条件的限制。可以说，能使教学进入到一个无约束，可随意进行创新开发设计的虚拟世界。

虚拟实验室可以采用局域网进行多媒体教学，通过教师机对学生机方式教师可以同步演示电路图，并讲解其原理。根据电路原理图的元件需求，学生可以在元件库中找到相应的虚拟元件。整个实验结束后，学生将数据输入到电子实验报告系统中，系统会自动生成实验报告，然后将实验报告发送到主机，整个实验教学结束。同传统的实验教学相比，采用虚拟实验室教学，效率更高，教师同学生的互动性更好。

3在Proteus虚拟实验室进行实验项目的过程

在Proteus虚拟实验系统进行实验或综合性、设计性实验项目，可以使原理图设计、元器件选择，性能测试，系统功能动态仿真，实验结果的分析与实验报告生成一个工程项目完整过程一气呵成，使学生真正感受到生动、创新的乐趣，激发学生自动创新的兴趣。彻底改变了传统电子系统设计迷茫，反复，甚至全盘失败的枯燥过程。基于Proteus虚拟实验系统实验过程，可按图1所示流程进行。

有很多的电子设计与仿真软件，如Orcad， Protel， Mutisim， Pspice等。这些软件可以做频率响应、噪声分析等工作，但在做元件实时行为分析时效果却不够理想。而Proteus不仅具有上述软件的仿真功能，还可以对各类单片机、ARM7进行实物模型的行为仿真，仿真图形逼真清晰，并可以将实时仿真的结果以各种格式输出。

参考文献：

[1]单美贤.虚拟实验系统在教学中的应用探析[D].南京：南京师范大学，2002.

[2]朱敏.虚拟实验与教学应用研究[D].上海：华东师范大学，2006.

[3]何克抗.建构主义的教学模式、教学方法与教学设计[J].北京师范大学学报，1999.

[4]陈科.建构主义学习理论指导下的一电工教学[J].宁波大学学报，2003， （4）.