軟件與硬件結(jié)合的單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)

摘要：本文分析了建設(shè)軟硬件結(jié)合的單片機(jī)仿真平臺(tái)的必要性，在此基礎(chǔ)上提出了軟件加硬件的仿真平臺(tái)的建設(shè)意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：軟硬件；單片機(jī)；仿真；平臺(tái)；建設(shè)

在電工電子類專業(yè)教學(xué)中，單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)大多采用硬件仿真器配目標(biāo)實(shí)驗(yàn)板方式，不僅需采購(gòu)大量的硬件設(shè)備，而且設(shè)備維護(hù)工作量也非常巨大。本文提出一種基于軟件仿真的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案。該方案配置有限的硬件設(shè)備，很好地解決了資金和設(shè)備維護(hù)問(wèn)題：大量的仿真工作是在軟件環(huán)境中實(shí)現(xiàn)，大大增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)室向?qū)W生開(kāi)放的便利性。在實(shí)際運(yùn)行中，取得了良好的教學(xué)效果。該方案目前在國(guó)內(nèi)高校具有較高的推廣利用價(jià)值。

1、開(kāi)發(fā)單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的必要性分析

在全國(guó)高等院校電子信息類專業(yè)中，已普遍開(kāi)設(shè)單片機(jī)及其相關(guān)課程。《單片機(jī)原理及應(yīng)用》、《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》等課程是大中專院校電子類專業(yè)實(shí)踐性、應(yīng)用性和工程性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)選修課。從加強(qiáng)學(xué)生能力培養(yǎng)的要求來(lái)看，這類課程僅在課堂上講授基本原理是不夠的，必須在教學(xué)中加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，開(kāi)出一定數(shù)量的高質(zhì)量的配套實(shí)驗(yàn)課或獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)課程，讓學(xué)生有足夠的實(shí)踐機(jī)會(huì)。

2、Proteus軟件的特點(diǎn)

Proteus與其它單片機(jī)仿真軟件相比較具有很多優(yōu)點(diǎn)，它不僅能仿真單片機(jī)CPU的工作情況，而且能仿真單片機(jī)外圍電路或沒(méi)有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。在仿真和程序調(diào)試時(shí)，只需將相關(guān)的十六進(jìn)制文件載入微機(jī)處理器，就可從實(shí)踐、工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作過(guò)程與結(jié)果。對(duì)于這樣的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，從教學(xué)和實(shí)踐的角度上講，彌補(bǔ)了理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐和工程應(yīng)用間脫節(jié)的缺陷。

3、軟硬件結(jié)合的單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)

仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由兩部分構(gòu)成，即由Proteus與keil軟件整合的軟件仿真和周立功公司開(kāi)發(fā)的DP-51PRO.NET單片機(jī)仿真器、編程器、實(shí)驗(yàn)儀三合一綜合開(kāi)發(fā)的硬件仿真平臺(tái)。

3.1 軟件仿真平臺(tái)

（1）采用Keil軟件進(jìn)行程序的編譯。對(duì)于剛剛使用Keil的用戶來(lái)說(shuō)，一般是按照下面的流程來(lái)完成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)任務(wù)的。

1）建立工程；2）為工程選擇目標(biāo)器件，例如選擇Atmel公司生產(chǎn)的AT89C51單片機(jī)；3）設(shè)置工程的配置參數(shù)；打開(kāi)/建立程序文件；4）編譯和連接工程；糾正程序中的書寫和語(yǔ)法錯(cuò)誤并重新編譯連接；5）對(duì)程序中某些純軟件的部分使用軟件仿真驗(yàn)證；6）使用硬件仿真器對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行硬件仿真：7）將生成的Hex文件燒寫到單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器ROM中運(yùn)行測(cè)試。

上面的流程只是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)流程，實(shí)際使用中，用戶可能反復(fù)重復(fù)其中的一個(gè)或幾個(gè)步驟。

（2）采用Proteus進(jìn)行軟件仿真。Protel/s功能模塊一部分是智能原理圖輸入系統(tǒng)ISIS和虛擬系統(tǒng)模型VSM，組合了混合模式的PROSPICE電路仿真、動(dòng)畫器件和微控制器模型。

另一部分是高級(jí)布線及編輯軟件ARES也就是PCB.ARESPCB設(shè)計(jì)具有32位數(shù)據(jù)庫(kù)、元件自動(dòng)布置、撤消和重試的自動(dòng)布線功能。

3.2 硬件仿真平臺(tái)

DP-51PRO.NET單片機(jī)仿真器、編程器、實(shí)驗(yàn)儀三合一綜合開(kāi)發(fā)平臺(tái)集成有強(qiáng)大的硬件資源，并且為用戶提供了多種選擇，使用戶可以進(jìn)行各種相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。

1）自帶5V、12V、12V電源，其中5V電源可提供2A電流，12V可提供500mA，-12V可提供300mA，含瞬時(shí)短路保護(hù)和過(guò)流保護(hù)；配備TKStudyICE獨(dú)立的實(shí)時(shí)硬件仿真器；2）帶有EasyPR051編程器用于燒寫51序列單片機(jī)和串行E2PROM～DIP40腳圓孔座即可用于插放仿真頭又可用于插放在EasyPR051上燒寫好的單片機(jī)；3）靈活簡(jiǎn)單138譯碼和573鎖存電路，方便用戶隨意設(shè)置；集成1路完全能的CAN-bus現(xiàn)場(chǎng)總線接口：4）集成1路USB1.1接口；集成1路USBI.2接口（可供用戶選配）；5）集成1路TCP/IP以太網(wǎng)接口（可供用戶選配）；6）支持CPLD實(shí)驗(yàn)，可選擇使用XILINX公司的XC95108系列的CPLD或ALTERA公司的EPM7128S系列的CPLD（可供用戶任意選擇，需要或不需要）；7）帶有128X64的點(diǎn)陣液晶模塊及接口，和一個(gè)16X2字符液晶模塊的接口（可供用戶任意選擇）；8XSLED～陣模塊；步進(jìn)電機(jī).直流電機(jī)實(shí)驗(yàn)；8）ADC0809并行AD、DAC0832并行DA實(shí)驗(yàn)，串行AD實(shí)驗(yàn)；555實(shí)驗(yàn)電路；9）由鍵盤顯示芯片ZLG7290控制的8個(gè)8段數(shù)碼管和16個(gè)按鍵；10）8個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)、8+LED、8個(gè)獨(dú)立的按鍵：接觸式Ic卡實(shí)驗(yàn)；11）非接觸式Ic卡讀卡模塊實(shí)驗(yàn)（可供用戶選配）；LM324四運(yùn)放，可以搭建各種運(yùn)放電路，做運(yùn)放實(shí)驗(yàn)：12）繼電器驅(qū)動(dòng)及控制電路，可做各種繼電器控制實(shí)驗(yàn)；12C接口的EEPROM和RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路；RS232～RS485接口電路；13）交流蜂鳴器驅(qū)動(dòng)控制電路；PWM脈寬調(diào)制輸出接口；電位器電壓調(diào)節(jié)電路。