基于Proteus虛擬實驗室構建

李寧+尤喜

摘要：根據電子系統設計，特別是單片機應用系統開發設計不能充分利用現代技術手段，開發周期長，嚴重影響產品生命周期，滯后工程應用需求的問題，同時根據高等教育中，電子技術和單片機應用技術課程實驗教學不能滿足應用型，創新型人才培養需求的問題。為有效解決上述問題，本文闡述了以Proteus為基礎虛擬實驗室的構建，為相關教科研工作提供了理論參考。

關鍵詞：虛擬實驗室；Proteus；單片機應用

1Proteus簡介

Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風標電子技術有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是比較好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然國內推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發應用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現了從概念到產品的完整設計。是現今世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持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（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。

Proteus軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是：

（1）原理布圖；（2）PCB自動或人工布線；（3）SPICE電路仿真。

革命性的特點：

（1）互動的電路仿真

用戶甚至可以實時采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。

（2）仿真處理器及其外圍電路

可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設計開發環境。

2虛擬實驗室構建

LabcenterElectronics公司開發的Protues軟件，是唯一一種能進行各種處理其實時仿真、調試和測試的EDA工具。其具有實現數字電路、模擬電路及微控制器系統與外設的混合電路系統的電路仿真、軟件仿真、系統協同仿真和PCB設計等功能。是目前世界上最先進、最完整的嵌入式系統設計與仿真平臺。KeiL Vision2軟件。該軟件支持眾多不同公司的芯片及編輯、編譯和程序仿真等于一體，還支持PLM、匯編和C語言的程序設計。選用Proteus來構建虛擬電子實驗室，只需建立一個計算機局域網，由一臺服務器，一臺教師機和若干臺學生機（可根據班級學生數確定）組成。在服務器上安裝Proteus+Keil并進行相關設置，還可根據需要開發實驗教學指導系統。一旦建立起局域網Proteus虛擬實驗系統，就無需添置任儀器儀表和耗材，達到無損耗的實驗系統。

建立Proteus虛擬實驗室具有極大的可行性和現實意義。現有高等學校都擁有相當數量的公用計算機，具有校園網和實驗室局域網平臺資源。Proteus可在Windows98/NT/2000/XP/2003等操作系統環境下進行，其操作界面與Windows下的軟件很相似，學生己具備學習和使用Proteus的基礎技能。

在Proteus虛擬實驗系統中可開發各類電子及單片機應用系統實驗。包含模擬電路、數字電路和微處理器系統在內的仿真實驗，并且不受任何元器件及工具條件的限制。可以說，能使教學進入到一個無約束，可隨意進行創新開發設計的虛擬世界。

虛擬實驗室可以采用局域網進行多媒體教學，通過教師機對學生機方式教師可以同步演示電路圖，并講解其原理。根據電路原理圖的元件需求，學生可以在元件庫中找到相應的虛擬元件。整個實驗結束后，學生將數據輸入到電子實驗報告系統中，系統會自動生成實驗報告，然后將實驗報告發送到主機，整個實驗教學結束。同傳統的實驗教學相比，采用虛擬實驗室教學，效率更高，教師同學生的互動性更好。

3在Proteus虛擬實驗室進行實驗項目的過程

在Proteus虛擬實驗系統進行實驗或綜合性、設計性實驗項目，可以使原理圖設計、元器件選擇，性能測試，系統功能動態仿真，實驗結果的分析與實驗報告生成一個工程項目完整過程一氣呵成，使學生真正感受到生動、創新的樂趣，激發學生自動創新的興趣。徹底改變了傳統電子系統設計迷茫，反復，甚至全盤失敗的枯燥過程。基于Proteus虛擬實驗系統實驗過程，可按圖1所示流程進行。

有很多的電子設計與仿真軟件，如Orcad， Protel， Mutisim， Pspice等。這些軟件可以做頻率響應、噪聲分析等工作，但在做元件實時行為分析時效果卻不夠理想。而Proteus不僅具有上述軟件的仿真功能，還可以對各類單片機、ARM7進行實物模型的行為仿真，仿真圖形逼真清晰，并可以將實時仿真的結果以各種格式輸出。

參考文獻：

[1]單美賢.虛擬實驗系統在教學中的應用探析[D].南京：南京師范大學，2002.

[2]朱敏.虛擬實驗與教學應用研究[D].上海：華東師范大學，2006.

[3]何克抗.建構主義的教學模式、教學方法與教學設計[J].北京師范大學學報，1999.

[4]陳科.建構主義學習理論指導下的一電工教學[J].寧波大學學報，2003， （4）.