聯合仿真在單片機教學中的應用

摘要：文章描述了使用Proteus軟件與Keil uVision3軟件建立聯合仿真的方法，并用實例說明聯合仿真的方法和過程。

關鍵詞：Proteus軟件；Keil uVision3軟件

目前，單片機技術在實際工程中得到了廣泛應用，Proteus軟件與Keil uVision3軟件的聯合仿真在實際的單片機系統開發中被普遍應用。為此，在單片機課程教學過程中，教師一定要結合工程實際做到軟件和硬件相結合，實現理論教學與工程實踐緊密結合，在傳授理論知識的同時，教會學生如何使用實際工程所應用的相關軟件進行單片機系統開發。

Proteus軟件與Keil uVision3軟件簡介

Proteus軟件的介紹Proteus軟件是英國LabcenterElectronics公司開發的電子設計自動化（EDA）工具軟件。該軟件主要由實現原理圖編輯及仿真的ISIS模塊和實現PCB板設計及自動布線的ARES模塊組成。Proteus不但具有其他EDA軟件的模擬電子和數字電子仿真功能，而且還具有其他EDA軟件所沒有的單片機系統硬件仿真功能。它可以仿真MS51系列單片機、AVR單片機、PIC單片機和ARM7微處理器，可以直接在電路原理圖上實現硬件的虛擬仿真，實現程序的調試，并提供進行測試與分析的虛擬示波器、邏輯分析儀等虛擬儀器及仿真圖表。

Keil uVision3軟件的介紹Keil uVision3軟件是德國的嵌入式開發工具專業制造商Keil公司開發的單片機開發軟件平臺。首先，該軟件不但可以進行軟件仿真，而且還可以通過其內嵌模塊Keil-Monitor-51，實現在不需要連接硬件仿真器的條件下，通過下載線連接硬件系統對項目進行實時仿真。其次，可以與Proteus單片機仿真軟件聯合實現虛擬硬件仿真。再次，Keil uVision3軟件具有良好的調試界面，操作不復雜，具有優秀的編譯效果，豐富的學習資料。目前，Keil uVision3軟件的用戶非常龐大，幾乎所有的嵌入式開發工程師都使用該軟件。

Proteus軟件與Keil uVision3軟件聯合仿真的建立

Proteus軟件與Keil uVision3軟件之間可有相互獨立和相互聯合兩種方式進行單片機系統的虛擬仿真。如用Proteus軟件獨立進行虛擬仿真，就是用Keil uVision3軟件的編輯控制程序，在Keil uVision3軟件的Option for Target “Target1”選項卡Output中選擇Create HEX File選項，然后進行編譯，生成*.HEX文件。然后，將該文件轉到Proteus的ISIS模塊中，在所仿真的電路中打開單片機的編輯對話框Edit Component，在此窗口中的Program File欄中，選擇通過編譯生成的*.HEX文件，并在Clock Frequency欄中設置單片機的晶振頻率，點擊OK完成Edit Component窗口的設置。最后，點擊Proteus軟件的仿真啟動按鈕實現電路的仿真。

Proteus軟件與Keil uVision3軟件之間的聯合虛擬仿真，指Keil uVision3軟件將Proteus軟件打開的單片機系統看成一個虛擬的硬件電路，使用Keil uVision3軟件對程序進行編譯、調試時自動連接Proteus軟件中的虛擬單片機系統，虛擬單片機系統的狀態隨Keil uVision3軟件對程序調試實時變化。這樣，可實現用Proteus軟件與Keil uVision3軟件聯合虛擬硬件仿真。要實現聯合虛擬硬件仿真就必須對Proteus軟件與Keil uVision3軟件進行如下設置：

1.安裝好Proteus軟件和Keil uVision3軟件后，安裝壓縮包中的vdmagdi.exe文件，此時在路徑為Keilc51in的文件夾里有VDM51.DLL文件。

2.將壓縮包中的Prospice.dll文件復制到Proteus6.9根目錄的BIN文件夾中，并將原來的文件覆蓋。

3.在Proteus軟件中打開要仿真的單片機系統原理圖，并在Debug菜單中選擇Use remote debug monitor。

4.在Keil uVision3軟件中打開要進行聯合仿真的項目和程序，點擊Project并在Option for Target“Target1”選項卡Debug中選擇Use Proteus VSM Simulator。然后，點擊Setting按鈕進入Host IP和端口Port的設置，如果在同一臺計算機上進行聯合仿真，則Host IP地址為127.0.0.1，端口設置為8000。如果兩臺計算機通過互聯網進行聯合仿真，則Host IP地址為這臺計算機的網上IP地址，端口也為8000，這樣，就可以實現一臺計算機的Keil uVision3軟件平臺通過互聯網去連接遠程的另一臺計算機，并遠程控制另一臺計算機的Proteus軟件實現虛擬仿真。

按上述的步驟進行設置后，Proteus軟件和Keil uVision3軟件之間即可進行聯合仿真。

Proteus軟件與Keil uVision3軟件聯合仿真實例

下面通過一個實例來進一步說明用Proteus軟件與Keil uVision3軟件聯合仿真來調試程序的過程。該實例是用一個8×8的LED點陣塊來顯示字符。啟動Proteus軟件的ISIS模塊設計如圖所示的仿真電路原理圖。

用單片機的串行口輸出顯示數據，用74HC595芯片將單片機發出的串行數據轉換成并行數據，并送給LED顯示屏；單片機的P1.0~P1.2管腳輸出LED顯示屏的行選編碼，并通過74HC138芯片譯碼產生行選信號，實現LED顯示屏行掃描顯示。用設計好的仿真電路原理圖實現顯示字符“↑”。根據電路實現的功能要求用Keil uVision3編輯軟件編寫如下源程序：

ORG 0000H

MOV SCON，#00H；串行口工作方式0

START：MOVR1，#00H

MOVR2，#00H

MOVR3，#8

MOVDPTR，#TABLE；顯示字符的數據表首地址送DPTR

E1：MOVA，R1；查表索引值送R1

MOVCA，@A+DPTR；查字符數據表

MOVSBUF，A；串行發送

JNBTI，$；一幀發送完畢嗎？

0CLRTI

SETBP2.1；關閉顯示器，消隱

MOVA，R2

MOVP1，A；送行選信號

CLRP2.0；產生74HC595的數據鎖存信號（上升沿）

NOP；保證數據鎖存信號有一定的脈沖寬度

NOP

SETBP2.0

CLRP2.1；74HC595數據輸出給顯示器

INCR1；準備讀取字符的下一行數據

INCR2；準備掃描下一行

MOVR4，#250；每行的顯示時間

DJNZR4，$；

DJNZR3，E1

AJMPSTART

TABLE：DB 10H，20H，40H，0FFH，40H，20H，10H，00H；

END

完成源程序的編寫后，用Proteus軟件打開要仿真的電路，在Keil uVision3編輯平臺下選擇主菜單Project下的Build target命令對源程序進行編譯，如果程序沒有語法錯誤，繼續選擇主菜單Debug下的Start/stop debug session命令運行源程序，此時，Proteus軟件中的仿真電路圖已處在單步執行的運行狀態。然后，可以在Keil uVision3軟件或在Proteus軟件中Debug菜單下的命令對源程序進行調試，同時在Proteus軟件中可以很直觀地查看結果，這樣即可像使用仿真器一樣調試程序。

Proteus軟件與Keil uVision軟件聯合仿真教學的效果

近年，筆者將Proteus軟件與Keil uVision軟件聯合仿真應用于單片機接口技術的課程教學，收到了良好的教學效果，教學質量得到明顯提高，喜歡學習單片機的學生明顯增多。在教學過程中，每個實例都采用Proteus軟件與Keil uVision軟件聯合仿真對程序都像仿真器一樣調試，同時在屏幕上學生可以直觀地看到電路輸出狀態，比較容易讀懂并理解所調試的程序。這在一定程度上降低了學生學習單片機的難度，也提高了學生學習單片機的興趣。學生可以只用一部電腦完成一個單片機系統設計、調試等操作，解決了學生想學好單片機但又缺乏硬件條件的問題；用Proteus軟件與Keil uVision軟件聯合仿真技術進行單片機課堂實驗演示極大地提高了課堂效率，克服了用傳統仿真器進行實驗演示時教師要準備很多硬件設備、要進行接線等操作的缺點。在實際工程中，Proteus軟件與Keil uVision軟件聯合仿真技術也被廣泛應用，用仿真器仿真調試電路程序將逐漸被淘汰。這樣，使用Proteus軟件與Keil uVision軟件聯合仿真技術進行教學可充分做到教學與實際工作需要不脫節，使學生在校學習期間就掌握了實際工作中需要的知識，培養了實際工作需要的單片機開發技能，可提高學生就業成功率，并能夠縮短畢業生適應相關工作崗位的時間。

參考文獻：

[1]張曉峰. Keil與Proteus聯合虛擬仿真技術在單片機教學中的應用[J].林區教學，2007，（12）.

[2]馬剛.Proteus與Keil整合構建單片機虛擬仿真平臺[J].現代電子技術，2006，（24）.

作者簡介：

侯繼紅（1975—），男，碩士，廣州科技貿易職業學院講師，研究方向為單片機應用及電子EDA技術應用。