Proteus 仿真软件在单片机并行口扩展中的应用

【摘要】针对采用物理器件进行单片机并行口扩展的硬件成本高、开发周期长、调试不便捷的特点，采用Proteus 仿真软件进行单片机并行输出口的扩展，扩展的并行输出口通过编程可以完成不同的任务，可使硬件制板的开发效率大为提高，不受物理硬件资源、结构和功能的限制，帮助学生很快实现从理论概念到真实仪器的突破。实践经验表明，使用Proteus 仿真软件进行单片机系统扩展可使教学效果大为提高，可使学生迅速掌握系统扩展的要点。

【关键词】Proteus 仿真 ； 系统扩展 ； 并行口

【基金项目】部级大学生创新创业训练计划项目（201210361099）。

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）27-0029-01

单片机系统扩展和应用是一门涉及多个学科门类、综合性、实践性很强的课程[1，2]。学生必须亲自动手设计硬件电路、编制软件程序，经过反复调试才能达到良好的教学效果，这一过程不仅周期较长，而且仪器系统硬件投入成本较大；同时对于初学者来说很难保证硬件设计和软件设计的正确性，出现问题后很难确定故障来源，这给仪器的调试带来困难。“工欲善其事，必先利其器”，如能使用软硬件一体化的仿真软件进行仪器的仿真设计，验证设计的正确性不仅能收到事半功倍的效果，同时硬件成本也大为降低。

1.软件介绍

Proteus是一款电路仿真软件，它由英国Labcenter Electronics公司开发，能够实时仿真包括单片机、ARM在内的多种微处理器系统，是目前世界上比较先进和完整的嵌入式系统硬件和软件仿真平台，可以实现数字电路、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，是目前能够对各种处理器进行实时仿真、调试与测试的EDA工具之一。Proteus软件由两部分组成：一部分是智能原理图输入系统ISIS（Intelligent Schematic Input System）和虚拟模型系统VSM（Virtual Model System）；另一部分是高级布线及编辑软件ARES（Advanced Routing and Editing Software），用于设计印刷线路板（PCB）。

Proteus支持第三方的软件编译和调试环境，比较常用的是Keil C51 uVision 开发软件。Keil C51是美国Keil Software公司出品的针对51系列兼容单片机的C语言软件开发系统，其集成开发环境Keil C μVersion的版本不断更新，现在使用较普遍是Keil C μVision4软件，它支持众多不同公司的微处理器芯片，集编辑、编译和程序仿真于一体，同时还支持PLM、汇编和C语言的程序设计，它的界面友好易学，在调试程序、软件仿真方面具有很好的功能。

2.Proteus软件仿真的优势

在单片机硬件实验教学环节中，通常包含单片机的串口通信、外部中断、并行口扩展、A/D和D/A转换等方面的内容，需要扩展驱动电路、功能芯片和终端设备。对于初学者来说，开始就加工制板，会带来一系列问题，首先电路板加工完后，具有不可逆性，功能固定，很难重复利用；二是器件焊接后难以拆取，不便于更换；三是电路设计的正确性难以保证，不能方便更改设计方案。这些不仅增加了硬件成本，而且开发周期较长，学生的收获也会事倍功半。如果利用实验箱进行教学，在不考虑其价格的情况下，由于硬件实验箱资源、结构、功能都已固定，学生在做实验时虽然可以直观的看到一些物理元器件，并动手进行端子连接、操作按钮等实践活动，但对仪器系统的接口电路设计很难有全面的概念，无法将所学的知识融会贯通，不会实现从理论到实践的突破[4，5]。采用Proteus 软件仿真给初学者进行硬件设计带来了极大方便，首先设计方案可以随时改变，元器件可以随意更换，不受固定板子的限制，可以反复纠正错误、改进设计方案，没有硬件成本的顾虑；二是整个仪器的设计过程都需要学生自己规划方案、选择器件、进行接口连接，很容易帮助学生建立起整体系统的概念，达到融会贯通的目的；三是不同硬件系统的电路有共性特征，可以把已有的设计方便的改造成其它系统；最后Proteus 提供了丰富的仿真工具，包括探针、多种激励源、可视化显示器件等，具备硬件实验箱所没有的功能，给学生进行单片机系统扩展提供了便利手段。

3.并行输出口扩展实例

当单片机输出口数量不够时，微处理器输出口数量不够时，可以采用74LS（HC）373或74LS（HC）377等芯片进行简单的扩展。

3.1功能要求

（1）采用两片74LS（HC）373扩展单片机P0口，每片74LS（HC）373完成不同的显示任务，一片显示偶数，另一片显示奇数。

（2）采用74LS139作为地址译码器进行两片74LS（HC）373的选择。

3.2 74LS373与单片机的扩展连接

Proteus 进行硬件原理电路设计十分方便，可以省略一些公用电路部分，如单片机上电复位电路、晶振电路和一些限流电阻，主要绘制那些必要的接口连线以及确定控制信号逻辑。

3.3软件设计

在系统中扩展的中，74LS373芯片相当于系统中扩展的一个存储单元，因此，通过74LS373向数码管显示器输出数据的过程与向扩展的数据存储器写入数据的过程是一致的。

3.4仿真效果

在Keil μVision4下编辑程序，将生成的HEX加载到Proteus的单片机中，然后进行仿真运行，可以看到在两个数码管上分别显示奇数和偶数。

4.结论

利用Proteus 仿真软件进行单片机硬件系统的扩展不存在硬件材料消耗和元器件质量影响、损坏等问题，所做设计具有重构性，它丰富的器件库和强大的仿真功能可以帮助学生更快、更好地学习、掌握硬件接口电路的精髓，较快实现从理论抽象到具体仪器跨越，预先看到“真实的系统”，为学生实践创新能力的培养提供了捷径，对单片机硬件课程的教学起到事半功倍的效果。

参考文献

[1] 贾振国. 智能化仪器仪表原理及应用[M]. 北京：中国水利水电出版社，2011.

[2] 史键芳. 智能仪器设计基础[M]. 北京：电子工业出版社，2007.

[3] 李群芳. 单片微型计算机与接口技术[M]. 北京：电子工业出版社，2009.

[4] 胡景春，叶水生，韩旭等. 计算机科学与技术专业硬件教学实践环节的综合研究与建设[J]. 实验技术与管理， 2010.3：12-14.

[5] 陈卉. 单片机原理及其教学创新技术研究[J].科技创新导报. 2011.32：144-145.