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摘要 针对单片机实验装置教学的缺陷，提出一种基于Proteus与Keil结合的单片机实验仿真平台。以设计一个电脑时钟实验为例，详细介绍单片机实验仿真平台的构建及使用方法，并给出完整的原理图及编程思路。最后分析该平台的教学优势——可为实验室开展开放性、综合性、创新性实验，加深学生单片机理论知识和培养创新思维能力，提供灵活、完备、系统的实验环境。
关键词Proteus；单片机实验；仿真平台
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1671-489X（2009）04-0067-02
Simulation Platform of Single Chip Computer Experiment based on Proteus and Keil//Li Fang, Li Jiaqing
Abstract In allusion to the limitation of teaching with single-chip computer laboratory equipment, a kind of simulation platform of single-chip computer experiment based on Proteus and Keil is introduced in this paper. Taking designing electronic-clock experiment for example, the construction and application method of the simulation platform for single-chip computer experiment is recommended in detail. This article also presents the complete principle circuit and programming measures. Finally, the advantage of teaching with the simulation platform, which is providing a flexible, complete, systemic experimental environment for laboratory running openly, comprehensively and innovatively, and for enhancing single-chip computer theory and training innovative mental vitality, is analyzed.
Key words Proteus；single-chip computer experiment；simulation platform
Author’s address Chongqing University of Science and Technology, Chongqing 401331
目前，许多学校在单片机实验教学中，都配置有不同厂家不同类型的装置。但单片机装置在实验教学中存在许多缺陷。首先，教学资源不足。随着生源的不断扩大，许多学校出现多人共用一台实验装置的现象。其次，学生硬件设计能力得不到培养。系统装置的硬件电路是固定的，学生无法进行硬件电路的设计，也难以有动手练习硬件的机会。再次，实验教师对教学装置的维护工作不断增加。由于装置使用时间不断加长，其寿命也不断减少，学生的误操作也易造成许多器件在使用过程中经常损坏，等等这些都为教学装置的维护增加了难度。另外，单片机装置实验教学中还存在其他局限性，如装置本身资金投入、学生实验内容固定、使用单片机类型固定、维护成本不断增加等。
Proteus和Keil的完美结合，可为单片机系统资源、软件技术、硬件接口电路、软件和硬件相结合的应用系统等单片机理论和实验教学提供一个很好的实验仿真平台。
1 单片机实验仿真平台的建立
1.1 Proteus软件Proteus是由英国Labcenter electronics公司开发的EDA工具软件，是模拟单片机及其外围器件的很好的工具。它的最大特点就是，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU及其外围电路，如LCD、LED、RAM、ROM、键盘、马达、AD/DA、部分SPI器件、部分I2C器件等[1]。
1.2 Keil uVision3Kei1是美国Keil Software公司开发的，是目前广为应用的51单片机软件开发工具之一。它支持汇编、C语言以及混合编程，同时具备功能强大的软件仿真功能，在软件模拟仿真方式下不需要任何单片机硬件即可完成用户程序仿真调试，同时也提供多种硬件仿真功能。
1.3 Proteus与Keil的完美结合将Proteus与Keil整合起来，充分利用各自的仿真功能，建立一套完整的单片机系统仿真平台，可为单片机的实验教学工作带来极大方便。
下面是Proteus与Keil的整合过程。
1）在单片机实验室每台电脑上安装Proteus6.7SP3和KEIL uVision3软件。
2）把Proteus安装目录下VDM51.dll（C:\Program Files\Labcenter Electronics\Proteus6 Professional\MODELS\）文件复制到Keil安装目录下的\C51\BIN目录中。
3）编辑Keil目录下tools.ini文件，在[C51]项下，加入TDRV5=BIN\VDM51.DLL("PROTEUS MONITOR-51 DRIVER") （注意：TDRVX为单片机软件仿真的硬件配置设置，在本实验室中，设为TDRV5）。
4）确定单片机实验目的。
5）打开Proteus ISIS软件。设计单片机实验硬件组成框图，建立硬件连接原理图。
6）打开Keil uVison3软件。建立单片机系统软件工程，针对实验要求编制程序。
7）在Keil uVison3软件中选择菜单“Project”->“Options for Target‘Target1’”，在出现的对话框中选择“Output”页面，选中“Creat Hex File”选项；选择“Debug”页面，选中“Use”-PROTEUS VSM MONITOR-51 DRIVER，进入“Settings”，Host设为127.0.0.1，Port设为8000。
8）在Proteus ISIS软件中，选择菜单“Source”->“Add/Remove Source Code Files”，在出现的对话框中点击“Chang”按钮，选择从Keil uVison3软件工程中所生成的HEX文件，点击“OK”。在Debug菜单下选中“Use Remote Debug Monitor”。
9）在Keil uVison3软件中直接进行仿真，连续运行或单步运行，即可在Proteus ISIS软件中看到单片机硬件仿真运行结果。
在整合过程中，单片机实验教学平台建立过程为1）～3）项，实验过程为4）～9）项。
2 电脑时钟设计实例
以电脑时钟为例，介绍基于Proteus与Keil的单片机实验仿真平台的具体实验方法。
2.1 实验要求在“单片机原理及其应用”课程中，最基本的实验要求是独立完成一个电脑时钟：1）设计电脑时钟实现方案；2）具有显示北京时间（时分秒）的功能；3）具有修改时、分功能；4）其他发挥。
2.2 电路设计与实现实验分析：由实验要求决定，能够显示时分秒，可以选用单片机课程授课中所熟悉的6位数码管显示；能够修改北京时间，则需设有按键；附加功能可加上指示灯或声光提示等；单片机芯片选用普通的8031即可满足要求。
电路实现过程：打开Proteus ISIS软件，出现程序主窗口界面；鼠标左键单击窗口左侧元器件工具栏的P按钮；在出现的窗口中选择所需要的器件，点击OK按钮，器件被添加到主窗口左侧的元器件列表区；将所需器件都添加到元件列表区之后，再依次点击各器件，左键放到绘图区，右键选中元件，左键编辑其属性，合理布局后进行连线[2-3］，最后加上电源和接地符号，原理图即可绘制完成（图1）；保存设计文件。
2.3 软件设计与实现
1）功能设计，分为显示设计与按键设计。显示设计：设计2种显示模式——北京时间显示模式与修改时分模式。按键设计：3个按键分别定义为MODE、UP、DOWN，MODE键切换显示模式；UP与DOWN键在修改时分模式时有效，UP键修改时，DOWN键修改分。
从电脑时钟实例来看，基于Proteus与Keil的单片机仿真平台可完全达到实验教学的目的。
3 单片机仿真教学优势
针对单片机课程实验相关的教学，可以采取硬件给定、软件及功能由学生自行完成的教学方法。针对单片机课程设计相关的教学，可采取根据课程设计内容、硬件与软件均由学生自行设计的教学方法，这正好满足课程设计的教学需求[4]。
基于Proteus与Keil的单片机仿真实验教学具有比较明显的优势，如涉及到的实验实习内容全面、硬件投入少、学生可自行设计、实验过程中损耗小、与工程实践最为接近、维护量少等。它可为实验室开展开放性、综合性、创新性实验，提供灵活、完备、系统的实验环境。这些优点是传统单片机实验装置无法比拟的[5]。
4 结束语
单片机实验仿真平台虽然可以为实验教学带来很大方便，但也存在其缺点，如无法代替对硬件的直观认识和培养实践动手能力。而对于如全国电子设计竞赛和毕业设计的辅导，均需要培养学生的整体系统设计、分析问题和解决问题的能力，单靠实验仿真平台是无法达到这种教学要求的。但无论是单片机实验教学或是单片机课程设计或毕业设计，该实验教学平台均为加深学生单片机理论知识和培养学生创新能力提供了完备的单片机系统实验环境。
参考文献
[1]赵义强,康静,郭向亮.Proteus仿真软件在单片机设计中的应用[J].中国集成电路,2007,16(2):58-61
[2]蔡希彪,曹洪奎,芳琳.单片机电子时钟系统的设计与仿真[J].中国科技信息,2007(4):61-63
[3]刘心红,郭福田,孙振兴,等.Proteus仿真技术在单片机教学中的应用[J].实验技术与管理,2007,24(3):96-98
[4]田丰.虚拟实验与真实实验的整合研究[J].实验技术与管理,2005,22(11):89-92
[5]秦晓梅,陈育斌,杨建华.单片机综合设计实验课程的建设与开发[J].实验技术与管理,2004,21(2):114-118
关键词Proteus；单片机实验；仿真平台
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1671-489X（2009）04-0067-02
Simulation Platform of Single Chip Computer Experiment based on Proteus and Keil//Li Fang, Li Jiaqing
Abstract In allusion to the limitation of teaching with single-chip computer laboratory equipment, a kind of simulation platform of single-chip computer experiment based on Proteus and Keil is introduced in this paper. Taking designing electronic-clock experiment for example, the construction and application method of the simulation platform for single-chip computer experiment is recommended in detail. This article also presents the complete principle circuit and programming measures. Finally, the advantage of teaching with the simulation platform, which is providing a flexible, complete, systemic experimental environment for laboratory running openly, comprehensively and innovatively, and for enhancing single-chip computer theory and training innovative mental vitality, is analyzed.
Key words Proteus；single-chip computer experiment；simulation platform
Author’s address Chongqing University of Science and Technology, Chongqing 401331
目前，许多学校在单片机实验教学中，都配置有不同厂家不同类型的装置。但单片机装置在实验教学中存在许多缺陷。首先，教学资源不足。随着生源的不断扩大，许多学校出现多人共用一台实验装置的现象。其次，学生硬件设计能力得不到培养。系统装置的硬件电路是固定的，学生无法进行硬件电路的设计，也难以有动手练习硬件的机会。再次，实验教师对教学装置的维护工作不断增加。由于装置使用时间不断加长，其寿命也不断减少，学生的误操作也易造成许多器件在使用过程中经常损坏，等等这些都为教学装置的维护增加了难度。另外，单片机装置实验教学中还存在其他局限性，如装置本身资金投入、学生实验内容固定、使用单片机类型固定、维护成本不断增加等。
Proteus和Keil的完美结合，可为单片机系统资源、软件技术、硬件接口电路、软件和硬件相结合的应用系统等单片机理论和实验教学提供一个很好的实验仿真平台。
1 单片机实验仿真平台的建立
1.1 Proteus软件Proteus是由英国Labcenter electronics公司开发的EDA工具软件，是模拟单片机及其外围器件的很好的工具。它的最大特点就是，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU及其外围电路，如LCD、LED、RAM、ROM、键盘、马达、AD/DA、部分SPI器件、部分I2C器件等[1]。
1.2 Keil uVision3Kei1是美国Keil Software公司开发的，是目前广为应用的51单片机软件开发工具之一。它支持汇编、C语言以及混合编程，同时具备功能强大的软件仿真功能，在软件模拟仿真方式下不需要任何单片机硬件即可完成用户程序仿真调试，同时也提供多种硬件仿真功能。
1.3 Proteus与Keil的完美结合将Proteus与Keil整合起来，充分利用各自的仿真功能，建立一套完整的单片机系统仿真平台，可为单片机的实验教学工作带来极大方便。
下面是Proteus与Keil的整合过程。
1）在单片机实验室每台电脑上安装Proteus6.7SP3和KEIL uVision3软件。
2）把Proteus安装目录下VDM51.dll（C:\Program Files\Labcenter Electronics\Proteus6 Professional\MODELS\）文件复制到Keil安装目录下的\C51\BIN目录中。
3）编辑Keil目录下tools.ini文件，在[C51]项下，加入TDRV5=BIN\VDM51.DLL("PROTEUS MONITOR-51 DRIVER") （注意：TDRVX为单片机软件仿真的硬件配置设置，在本实验室中，设为TDRV5）。
4）确定单片机实验目的。
5）打开Proteus ISIS软件。设计单片机实验硬件组成框图，建立硬件连接原理图。
6）打开Keil uVison3软件。建立单片机系统软件工程，针对实验要求编制程序。
7）在Keil uVison3软件中选择菜单“Project”->“Options for Target‘Target1’”，在出现的对话框中选择“Output”页面，选中“Creat Hex File”选项；选择“Debug”页面，选中“Use”-PROTEUS VSM MONITOR-51 DRIVER，进入“Settings”，Host设为127.0.0.1，Port设为8000。
8）在Proteus ISIS软件中，选择菜单“Source”->“Add/Remove Source Code Files”，在出现的对话框中点击“Chang”按钮，选择从Keil uVison3软件工程中所生成的HEX文件，点击“OK”。在Debug菜单下选中“Use Remote Debug Monitor”。
9）在Keil uVison3软件中直接进行仿真，连续运行或单步运行，即可在Proteus ISIS软件中看到单片机硬件仿真运行结果。
在整合过程中，单片机实验教学平台建立过程为1）～3）项，实验过程为4）～9）项。
2 电脑时钟设计实例
以电脑时钟为例，介绍基于Proteus与Keil的单片机实验仿真平台的具体实验方法。
2.1 实验要求在“单片机原理及其应用”课程中，最基本的实验要求是独立完成一个电脑时钟：1）设计电脑时钟实现方案；2）具有显示北京时间（时分秒）的功能；3）具有修改时、分功能；4）其他发挥。
2.2 电路设计与实现实验分析：由实验要求决定，能够显示时分秒，可以选用单片机课程授课中所熟悉的6位数码管显示；能够修改北京时间，则需设有按键；附加功能可加上指示灯或声光提示等；单片机芯片选用普通的8031即可满足要求。
电路实现过程：打开Proteus ISIS软件，出现程序主窗口界面；鼠标左键单击窗口左侧元器件工具栏的P按钮；在出现的窗口中选择所需要的器件，点击OK按钮，器件被添加到主窗口左侧的元器件列表区；将所需器件都添加到元件列表区之后，再依次点击各器件，左键放到绘图区，右键选中元件，左键编辑其属性，合理布局后进行连线[2-3］，最后加上电源和接地符号，原理图即可绘制完成（图1）；保存设计文件。
2.3 软件设计与实现
1）功能设计，分为显示设计与按键设计。显示设计：设计2种显示模式——北京时间显示模式与修改时分模式。按键设计：3个按键分别定义为MODE、UP、DOWN，MODE键切换显示模式；UP与DOWN键在修改时分模式时有效，UP键修改时，DOWN键修改分。
从电脑时钟实例来看，基于Proteus与Keil的单片机仿真平台可完全达到实验教学的目的。
3 单片机仿真教学优势
针对单片机课程实验相关的教学，可以采取硬件给定、软件及功能由学生自行完成的教学方法。针对单片机课程设计相关的教学，可采取根据课程设计内容、硬件与软件均由学生自行设计的教学方法，这正好满足课程设计的教学需求[4]。
基于Proteus与Keil的单片机仿真实验教学具有比较明显的优势，如涉及到的实验实习内容全面、硬件投入少、学生可自行设计、实验过程中损耗小、与工程实践最为接近、维护量少等。它可为实验室开展开放性、综合性、创新性实验，提供灵活、完备、系统的实验环境。这些优点是传统单片机实验装置无法比拟的[5]。
4 结束语
单片机实验仿真平台虽然可以为实验教学带来很大方便，但也存在其缺点，如无法代替对硬件的直观认识和培养实践动手能力。而对于如全国电子设计竞赛和毕业设计的辅导，均需要培养学生的整体系统设计、分析问题和解决问题的能力，单靠实验仿真平台是无法达到这种教学要求的。但无论是单片机实验教学或是单片机课程设计或毕业设计，该实验教学平台均为加深学生单片机理论知识和培养学生创新能力提供了完备的单片机系统实验环境。
参考文献
[1]赵义强,康静,郭向亮.Proteus仿真软件在单片机设计中的应用[J].中国集成电路,2007,16(2):58-61
[2]蔡希彪,曹洪奎,芳琳.单片机电子时钟系统的设计与仿真[J].中国科技信息,2007(4):61-63
[3]刘心红,郭福田,孙振兴,等.Proteus仿真技术在单片机教学中的应用[J].实验技术与管理,2007,24(3):96-98
[4]田丰.虚拟实验与真实实验的整合研究[J].实验技术与管理,2005,22(11):89-92
[5]秦晓梅,陈育斌,杨建华.单片机综合设计实验课程的建设与开发[J].实验技术与管理,2004,21(2):114-118