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摘 要：传统的单片机实验是在专门的实验室中进行的，其硬件设备昂贵和设备维护工作量大，而且实验内容存在更新慢、与工程实际应用脱节等问题。本文提出一种基于Proteus软件构建单片机虚拟实验平台的方案，并通过应用实例的分析，详细阐述采用Proteus软件仿真的特点，结合单片机开发程序，建立仿真环境，通过合理地设置，虚拟单片机实验过程，验证单片机系统的可靠性。从而解决实验教学中硬件条件不足的问题，大大提高了实验教学的效果，缩短了实验教学与工程实际应用之间的差距。
关键词：单片机实验；Proteus软件；仿真
“单片机原理与应用”这门课是机电一体化、自动化等专业的一门重要课程，具有理论性强、实践性更强等特点。目前大多数高校都建立了单片机实验室，基本上配备了实验箱等硬件仿真设备。但实验箱硬件电路固定、实验内容较难改动，很难适应单片机技术的快速发展以及培养学生的单片机开发能力、创新能力等需求。利用Proteus软件进行单片机虚拟仿真实验，可以在一定程度上弥补上述不足。随着多媒体教学手段的不断发展，仿真软件得到了广泛的应用，Proteus软件是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行在Windows操作系统上，可以仿真、分析（SPICE）各种模拟器件和集成电路。
1 基于Proteus的单片机虚拟实验平台的优势
⑴实验内容广泛：利用Proteus软件丰富的系统资源，可完成验证性、设计性和综合性实验内容。验证性实验项目：①输入输出口实验；②中断实验；③定时器实验等。设计性实验项目：①设计时钟电路，完成时间的实时显示；②设计16×16LED点阵的显示电路；完成汉子的循环显示等。综合性实验项目：①温度控制系统设计；②步进电机控制系统设计等。设计灵活，克服了单片机实验箱中实验内容固定不变等方面的局限性，增强学生的学习兴趣。
⑵硬件投入少：在实际教学中，如果微控制器涉及到 51系列、PIC系列、AVR系列等，为保证教学的需要，必然要投入各种实验设备；在实验过程中若需示波器、逻辑分析仪、信号发生器等设备，也必然要投入资金。若采用Proteus软件则可仿真多种单片机，并可利用系统提供的虚拟仪表进行分析，避免了上述问题。
⑶实验过程中损耗小：在传统的实验过程中，都涉及到因操作不当而造成的元器件和仪器仪表的损毁，也涉及到仪器仪表等在工作时所造成的能源消耗。采用仿真软件进行的实验，基本没有元器的损耗问题，在实验的过程中是比较安全的。
（4）Proteus软件进行仿真实验，学生可在计算机上自行设计所需实验，画原理图、编写源代码、反复调试，观察结果，直到最终满意为止。这样可以节省开发时间和开发费用，并且可大大提高学生的单片机应用能力以及创新能力。
2 基于Proteus的单片机虚拟实验平台的配置方案
⑴虚拟仿真软件的配置：选Proteus软件仿真系统，在单片机实验室为每台计算机安装一套该软件，可弥补硬件设备的不足。
⑵编译调试环境选用Keil C51 uVision3软件：Keil C51 uVision3软件集编辑、编译和程序仿真于一体， 是当前较为流行的软件之一，该软件支持多种汇编和C语言的编程，Proteus软件支持Keil C51 uVision3联合调试。
⑶基于Proteus的单片机虚拟实验平台学习网站：学生可在该网站上自主学习Keil C51 uVision3软件的详细使用方法，以及二者联合调试的方法，并且给出了大量的实例，以视频录像的方式展现，便于学生学习。
3 应用实例
下面介绍一个集中断、七段码显示和时钟日历芯片DS1302的综合实验平台设计以及调试方法。
3.1 绘制仿真电路的原理图
启动Proteus软件，在主窗口界面点击窗口左侧的元器件选择区的P按钮，接下来会弹出Pick Devices窗口，接着Category栏里点击，在Results 栏里会出现多类型的CPU器件，找到80C51后雙击，80C51就被添加到当前窗口左侧的元器件列表区。再用同样的方法依次把DS1302、7SEG-MPX8-CA-BLUE、74LS373、74LS138、Switch以及多个电阻也添加到器件列表区里。然后再依次点击列表区的器件，把他们放到绘图区并编辑其属性，接着进行合理的布局后，就可以进行连线。绘制出电路原理图如图1所示。
3.2 应用实验平台完成实验项目
该仿真实验平台可设置多个基本实验和扩展实验项目。
基本实验：
①外部中断1实验：外部中断1（P3.3引脚）接一个开关，P0口通过两片74LS273锁存器连接16个发光二极管，可利用开关产生低电平或下跳沿触发中断来控制 16个发光二极管的亮灭；②多个外部中断实验：外部中断0（P3.2引脚）接两个开关，作为两个外部中断源，若有一个开关产生低电平或下跳沿触发中断，可利用查询P1.3、P1.4引脚判断是哪个外部中断源引起中断，并可控制16个发光二极管的亮灭；③七段码显示实验：P2.0、P2.1、P2.2三个引脚通过74LS138译码器作为8个七段码的位选线，通过P0口送出段码，可完成动态扫描显示。④时钟芯片DS1302实验：P1.0、P1.1、P1.2三个引脚作为DS1302的复位端、脉冲输入端以及数据输入输出端，通过 8个七段码显示器显示，可实现小时、分、秒的实时显示。
扩展实验：
①根据时间控制16个发光二极管的亮灭；②若P3.3口接光敏电阻，可根据光的强弱控制16个发光二极管的亮灭；③若P3.2引脚接热式红外传感器，可根据是否有人来控制16个发光二极管的亮灭。
根据该实验平台还可设计其他实验，可让学生自行开发。 3.3 编写程序
利用Keil C51 uVision软件编写C语言程序，由于篇幅限制，下面只给出利用外部中断1控制16个发光二极管的亮灭程序，DS1302程序略。
#include
#include
#define uchar unsigned char
sbit ME_RST=P1^0；
sbit ME_SLCK=P1^1；
sbit ME_IO=P1^2；
sbit_1_in=P1^3；
sbit_1_out=P1^4；
sbit_273_1_clk=P2^4；
sbit_273_2_clk=P2^5；
uchar dis_code[10]= ﹛0X3F， 0X06， 0X5B， 0X4F， 0X66， 0X6D， 0X7D， 0X07， 0X7F， 0X6F﹜；
void main （void）
﹛
dsinit（ ）；
w_init（ ）；
dswrprt（ ）；
IT1=1；
EX1=1；
EA=1；
Do
﹛time（ ）；﹜
While（1）；
﹜
/*int1中*/
Void extern1_ISR（ ）interrupt2
﹛P0=0x55；
_273_1_clk=0；
_273_1_clk=1；
_273_1_clk=0；
P0=0x55；
_273_2_clk=0；
_273_2_clk=1；
_273_2_clk=0；
﹜
在文件Keil C51 uVision2中，将上述程序编译成16进制文件IntTimedLed.HEX。
3.4 系統仿真
⑴Proteus ISIS与Keil 连接
⑵在ISIS中，选中单片机80C51，再右键点击80C51，出现相应的对话框，在Program File中填入“IntTimedLed.HEX”文件，然后点击“OK”。此时，完成了程序的载入。
⑶在ISIS窗口的下方有4个模拟调试控制按钮：运行、步进、暂停和停止按钮，点击运行按钮，即可仿真。
4 结束语
基于Proteus的单片机虚拟实验平台的应用，既可充分利用学校计算机房的现有设备，减少了实验设备的硬件投入及维护工作量，又实现了形象化教学，为单片机的软硬件结合虚拟仿真提出了一个新的思路，同时可提高学生的单片机应用以及开发能力。
作者简介：张文（1983.1-），女，汉族，江苏徐州人，职称：讲师，学位：工程硕士，大学本科，研究方向：控制工程。
关键词：单片机实验；Proteus软件；仿真
“单片机原理与应用”这门课是机电一体化、自动化等专业的一门重要课程，具有理论性强、实践性更强等特点。目前大多数高校都建立了单片机实验室，基本上配备了实验箱等硬件仿真设备。但实验箱硬件电路固定、实验内容较难改动，很难适应单片机技术的快速发展以及培养学生的单片机开发能力、创新能力等需求。利用Proteus软件进行单片机虚拟仿真实验，可以在一定程度上弥补上述不足。随着多媒体教学手段的不断发展，仿真软件得到了广泛的应用，Proteus软件是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行在Windows操作系统上，可以仿真、分析（SPICE）各种模拟器件和集成电路。
1 基于Proteus的单片机虚拟实验平台的优势
⑴实验内容广泛：利用Proteus软件丰富的系统资源，可完成验证性、设计性和综合性实验内容。验证性实验项目：①输入输出口实验；②中断实验；③定时器实验等。设计性实验项目：①设计时钟电路，完成时间的实时显示；②设计16×16LED点阵的显示电路；完成汉子的循环显示等。综合性实验项目：①温度控制系统设计；②步进电机控制系统设计等。设计灵活，克服了单片机实验箱中实验内容固定不变等方面的局限性，增强学生的学习兴趣。
⑵硬件投入少：在实际教学中，如果微控制器涉及到 51系列、PIC系列、AVR系列等，为保证教学的需要，必然要投入各种实验设备；在实验过程中若需示波器、逻辑分析仪、信号发生器等设备，也必然要投入资金。若采用Proteus软件则可仿真多种单片机，并可利用系统提供的虚拟仪表进行分析，避免了上述问题。
⑶实验过程中损耗小：在传统的实验过程中，都涉及到因操作不当而造成的元器件和仪器仪表的损毁，也涉及到仪器仪表等在工作时所造成的能源消耗。采用仿真软件进行的实验，基本没有元器的损耗问题，在实验的过程中是比较安全的。
（4）Proteus软件进行仿真实验，学生可在计算机上自行设计所需实验，画原理图、编写源代码、反复调试，观察结果，直到最终满意为止。这样可以节省开发时间和开发费用，并且可大大提高学生的单片机应用能力以及创新能力。
2 基于Proteus的单片机虚拟实验平台的配置方案
⑴虚拟仿真软件的配置：选Proteus软件仿真系统，在单片机实验室为每台计算机安装一套该软件，可弥补硬件设备的不足。
⑵编译调试环境选用Keil C51 uVision3软件：Keil C51 uVision3软件集编辑、编译和程序仿真于一体， 是当前较为流行的软件之一，该软件支持多种汇编和C语言的编程，Proteus软件支持Keil C51 uVision3联合调试。
⑶基于Proteus的单片机虚拟实验平台学习网站：学生可在该网站上自主学习Keil C51 uVision3软件的详细使用方法，以及二者联合调试的方法，并且给出了大量的实例，以视频录像的方式展现，便于学生学习。
3 应用实例
下面介绍一个集中断、七段码显示和时钟日历芯片DS1302的综合实验平台设计以及调试方法。
3.1 绘制仿真电路的原理图
启动Proteus软件，在主窗口界面点击窗口左侧的元器件选择区的P按钮，接下来会弹出Pick Devices窗口，接着Category栏里点击，在Results 栏里会出现多类型的CPU器件，找到80C51后雙击，80C51就被添加到当前窗口左侧的元器件列表区。再用同样的方法依次把DS1302、7SEG-MPX8-CA-BLUE、74LS373、74LS138、Switch以及多个电阻也添加到器件列表区里。然后再依次点击列表区的器件，把他们放到绘图区并编辑其属性，接着进行合理的布局后，就可以进行连线。绘制出电路原理图如图1所示。
3.2 应用实验平台完成实验项目
该仿真实验平台可设置多个基本实验和扩展实验项目。
基本实验：
①外部中断1实验：外部中断1（P3.3引脚）接一个开关，P0口通过两片74LS273锁存器连接16个发光二极管，可利用开关产生低电平或下跳沿触发中断来控制 16个发光二极管的亮灭；②多个外部中断实验：外部中断0（P3.2引脚）接两个开关，作为两个外部中断源，若有一个开关产生低电平或下跳沿触发中断，可利用查询P1.3、P1.4引脚判断是哪个外部中断源引起中断，并可控制16个发光二极管的亮灭；③七段码显示实验：P2.0、P2.1、P2.2三个引脚通过74LS138译码器作为8个七段码的位选线，通过P0口送出段码，可完成动态扫描显示。④时钟芯片DS1302实验：P1.0、P1.1、P1.2三个引脚作为DS1302的复位端、脉冲输入端以及数据输入输出端，通过 8个七段码显示器显示，可实现小时、分、秒的实时显示。
扩展实验：
①根据时间控制16个发光二极管的亮灭；②若P3.3口接光敏电阻，可根据光的强弱控制16个发光二极管的亮灭；③若P3.2引脚接热式红外传感器，可根据是否有人来控制16个发光二极管的亮灭。
根据该实验平台还可设计其他实验，可让学生自行开发。 3.3 编写程序
利用Keil C51 uVision软件编写C语言程序，由于篇幅限制，下面只给出利用外部中断1控制16个发光二极管的亮灭程序，DS1302程序略。
#include
#include
#define uchar unsigned char
sbit ME_RST=P1^0；
sbit ME_SLCK=P1^1；
sbit ME_IO=P1^2；
sbit_1_in=P1^3；
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sbit_273_1_clk=P2^4；
sbit_273_2_clk=P2^5；
uchar dis_code[10]= ﹛0X3F， 0X06， 0X5B， 0X4F， 0X66， 0X6D， 0X7D， 0X07， 0X7F， 0X6F﹜；
void main （void）
﹛
dsinit（ ）；
w_init（ ）；
dswrprt（ ）；
IT1=1；
EX1=1；
EA=1；
Do
﹛time（ ）；﹜
While（1）；
﹜
/*int1中*/
Void extern1_ISR（ ）interrupt2
﹛P0=0x55；
_273_1_clk=0；
_273_1_clk=1；
_273_1_clk=0；
P0=0x55；
_273_2_clk=0；
_273_2_clk=1；
_273_2_clk=0；
﹜
在文件Keil C51 uVision2中，将上述程序编译成16进制文件IntTimedLed.HEX。
3.4 系統仿真
⑴Proteus ISIS与Keil 连接
⑵在ISIS中，选中单片机80C51，再右键点击80C51，出现相应的对话框，在Program File中填入“IntTimedLed.HEX”文件，然后点击“OK”。此时，完成了程序的载入。
⑶在ISIS窗口的下方有4个模拟调试控制按钮：运行、步进、暂停和停止按钮，点击运行按钮，即可仿真。
4 结束语
基于Proteus的单片机虚拟实验平台的应用，既可充分利用学校计算机房的现有设备，减少了实验设备的硬件投入及维护工作量，又实现了形象化教学，为单片机的软硬件结合虚拟仿真提出了一个新的思路，同时可提高学生的单片机应用以及开发能力。
作者简介：张文（1983.1-），女，汉族，江苏徐州人，职称：讲师，学位：工程硕士，大学本科，研究方向：控制工程。