Proteus与单片机实时动态仿真课件.PDFVIP

Proteus 与单片机实时动态仿真 施柏鑫 北京邮电大学信息工程学院 （100876 ） E-mail ：boxin.shi@ 摘 要：Proteus 是一款功能强大的EDA 仿真软件。它拥有丰富的库元件，尤其是动态外设 的仿真极大地补充了其他仿真软件的不足；虚拟工具箱的引入为仿真测试提供了方便。本文 以AVR 单片机为例具体分析了该软件在仿真微处理器方面的独到之处，展示了其广阔的应 用前景。 关键词:Proteus 仿真 实时动态 AVR 单片机 0.引言 Proteus 是由英国Labcenter electronics 公司开发的EDA 工具软件。它从1989 年出现到 现在已经有十多年的历史，在全球广泛使用。Proteus 安装以后，主要由两个程序组成：Ares 和Isis 。前者主要用于PCB 自动或人工布线及其电路仿真，后者主要采用原理布图的方法绘 制电路并进行相应的仿真。除了上述基本应用之外，Proteus 革命性的功能在于它的电路仿 真是互动的，针对微处理器的应用，可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件 代码级的调试，还可以直接实时动态地模拟按钮、键盘的输入，LED 、液晶显示的输出，同 时配合虚拟工具如示波器、逻辑分析仪等进行相应的测量和观测。 Proteus 软件的应用范围十分广泛，涉及PCB 制版、spice 电路仿真、单片机仿真，在最 新的 6.9 版本中又加入了对ARM7/LPC2000 的仿真。本文主要以单片机的仿真为例，使大 家初步了解该软件的强大功能及其在工程实践和实验教学中的重要作用。 1.Proteus 仿真功能简介 作为一款EDA 仿真软件，Proteus 与同类软件有着很多的相似之处。相比之下，其主要 的特点有两个：一是对动态元件的实时仿真，它对“人机对话”的模拟增强了系统的真实性； 二是虚拟工具箱的功能，它能与仿真同时进行，测量方便而准确。下面着重介绍一下该软件 的这两个突出特点。 1.1.实时动态仿真 与多数仿真软件相似，Proteus 有着数量庞大的元件库。Labcenter 公司与相关的第三方 软件阵容共同开发了6000 多个模拟和数字电路中常用的spice 模型以及各种动态元件，基本 元件如电阻、电容、各种二极管、三极管、MOS 管、555 定时器等；74 系列 TTL 元件和 4000 系列CMOS 元件；存储芯片包括各种常用的ROM, RAM ，EEPROM, 还有常见I2C 器 件等。在丰富的库元件的支持下，原理布图时只要进行相应的调用和连线，通过对每个元件 的属性设置完成绘图，然后即可进行仿真和虚拟测量。关于原理图的具体绘制方法不是本文 讨论的重点，请参考软件提供的帮助教程。 与Multisim 等仿真软件的一大不同，在于Proteus 支持微处理器的仿真。这些仿真的实 现是基于Labcenter 公司提出的VSM 的概念。 VSM ，Virtual System Modelling，直接译作“虚拟系统模型”，官方的定义是：将spice - 1 - 电路模型、动态外设以及微处理器的仿真结合起来，在物理原型调试之前用于仿真整个单片 机系统的一种设计方法[1] 。对动态外设的支持是Proteus在区别于其他等仿真软件最直接的地 方。VSM为用户提供了一个实时交互的环境，在仿真的过程中，你可以用鼠标去点击开关 和按钮，微处理器根据输入的信号做出相应的中断响应，同时输出运算的结果到显示终端。 整个过程与真实的硬件调是极其相似的，在动态外设支持下的实时输入和输出为实验者呈现 了一个最接近现实的调试环境。官方资料显示，一个300 MHz Pentium II CPU可以以12MHz 的时钟频率仿真一个基本的8051 系统。 1.2 虚拟工具箱 Proteus 的虚拟工具箱提供了电路测试中的常用工具和仪器，主要用于在实时仿真同时 的电路参数观