Proteus和TKStudio在毕业设计中的应用

摘要：针对安徽工程大学本科毕业设计中存在的问题，引入CAD技术，利用proteus和tkstudio对毕业设计进行综合仿真和联合调试，通过实例阐述了其设计流程，降低了开发难度，提升了学生完成毕业设计的信心和兴趣，为保障毕业设计的质量做出了有益的探索。

关键词：Proteus；TKStudio；联合调试；毕业设计

作者简介：俞晓峰（1978-），男，安徽淮南人，安徽工程大学电气工程学院，讲师；江娟娟（1981-），女，安徽芜湖人，安徽工程大学电气工程学院，讲师。（安徽?芜湖?241000）

基金项目：本文系2010年安徽省教育厅质量工程一般项目（项目编号：20100733）、2010年安徽工程大学质量工程重点项目（项目编号：2010xjy05）的研究成果。

中图分类号：G642.477?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）25-0102-02

毕业设计是本科教育中非常重要的实践教学环节，着重培养学生综合运用知识与解决实际问题的能力。学生在毕业设计中可以受到一次提升其专业素质与实践能力的综合训练。单片机开发技术是电子信息、电气、通信、自动化等专业的学生必须掌握的技术之一，在完善学生专业知识技能结构上占有重要地位，对学生技能的提高和就业有着很大的作用。安徽工程大学电气工程学院（以下简称“我院”）共有自动化、电子信息工程、电子信息科学与技术、通信工程、电气工程及其自动化专业五个专业，根据以往的统计结果来看：涉及单片机类的毕业设计课题占了课题总数的相当部分，其中2009年为18.6％，2010为21.2％，2011为20.6％。涉及单片机类的毕业设计一般要求学生首先要搭建相应的硬件平台，然后完成软件设计，最后进行系统调试。设计方案在软、硬件系统最后调试之前是较难确定其成功率有多大，一旦出现严重问题，很多情况下需要重新进行系统设计和电路搭建，会影响毕业设计的进度。同时单片机开发需要购买仿真器、编程器及各类元器件，耗费经费较多。而且学生在完成毕业设计的同时，还需要直接面对日趋激烈的考研复试、就业压力等情况，势必对毕业设计工作带来很大的影响。为了解决上述问题，经过认真调研和实践验证，提出了一种完成单片机类毕业设计的新方法：利用Proteus软件搭建虚拟的硬件平台，并结合致远电子推出的嵌入式集成开发环境TKStudio，综合利用两者的仿真和联合调试功能，尝试在毕业设计中使学生摆脱实际电路进行软硬件调试，从而减少系统设计与开发难度，提升学生完成毕业设计的信心和兴趣。

一、Proteus与TKStudio介绍

Proteus软件是由英国LabCenter Electronics公司开发的EDA工具软件，由ISIS和ARES两个软件构成，其中ISIS是一款便捷的电子系统仿真平台软件，ARES是一款高级的布线编辑软件。Proteus是目前世界上最先进、最完整的多种型号微控制器系统的设计与仿真平台之一。Proteus能够实现单片机与外设的混合电路系统、软件系统的设计与仿真。在仿真过程中，用户可以使用鼠标点击开关、键盘、电位器等动态外设模型，使单片机系统根据输入信号作出相应响应，并将响应处理结果实时地显示在LED、LCD等动态显示器件上，实现了实时交互式仿真。

TKStudio集成开发环境是广州致远电子股份有限公司开发的一款嵌入式芯片级、系统级软件开发平台，是一款内置强大编辑器的多内核编译调试环境，支持Keil C51、SDCC、GCC ARM等编译工具链，支持8051、ARM7/ARM9/ARM11等内核调试，支持Linux程序调试，可以完成从工程建立和管理，编译，链接，目标代码的生成，到软件仿真，硬件仿真等完整的开发流程。和Keil相比，TKStudio的全中文界面更加友好，且操作方式和Keil相似，学生上手简单。但在实际应用中，TKStudio的软件仿真功能不能满足系统调试的要求，而硬件仿真功能又需要挂载仿真器和实际硬件电路。因此，在毕业设计过程中将TKStudio与Proteus 结合起来，充分利用各自优越的仿真和调试功能，使毕业设计的软硬件调试便捷和直观。

二、应用Proteus和TKStudio 毕业设计的实施

1.毕业设计的选题和学生培训

首先对安徽工程大学电气工程学院申报的毕业设计课题进行审核，将适合于应用Proteus和TKStudio进行仿真的毕业设计进行汇总归类，再结合指导教师和选题学生的实际情况，最后确定适用范围。在进行毕业设计之前，对学生做6个学时的培训。培训的内容涉及Proteus软件的交互式仿真技术和TKStudio软件使用。基于Proteus的仿真电路绘制在设计理念和操作方法上和Protel及MultiSim有诸多相似之处，经过实践证明，在6个学时的培训之后，大多数学生能够较好地掌握Proteus和TKStudio的基本操作。

2.资料的收集、毕业设计方案确定及开题报告提交

选题工作结束后，学生在教师的指导下，充分利用图书馆、网络、数据库等资源，进行资料的收集和整理工作，提出毕业设计的总体方案。指导教师对学生提出的方案进行检查和修正，确定最后方案，并协助学生完成器件选型、硬件框图和软件流程图设计、开题报告撰写等毕业设计初期工作。

3.系统的设计和仿真

第一步根据开题报告中确定的方案进行硬件设计。首先将系统分解成若干功能相对独立的子模块，确定各子模块所用的芯片型号、元件参数和连接方式，预留和其他模块的接口及通信端口。接下来，在完成各子模块设计的基础上，完成整体电路的设计。在器件选型过程中，学生需要在教师的指导下，优先选取Proteus自带仿真模型的元件，对于少数未带有仿真模型的元件，可以通过修改设计方案选取其他替代元件或在Proteus中自行建立器件的仿真模型。硬件设计完成后，在Proteus中绘制原理图，完成系统的硬件设计。第二步完成硬件设计后，根据毕业设计任务书的要求，完成主程序流程的设计，并根据器件选型划分软件模块，在主程序中调用各器件的功能模块。具体将在随后的“实例分析”中具体阐述。软件代码的编写工作在TKStudio中完成，首先将其设置为“软件仿真”状态，排除代码中的语法错误并验证部分简单功能。第三步在代码编写完成后，将TKStudio设置为Proteus联合调试方式，验证系统设计正确性，在调试过程中，还需要根据实际情况，对系统进行调整和优化，以达到毕业设计任务书的要求。