仿真软件proteus在单片机系统设计中的应用 第3页
的示波器完全一样。当波形稳定时可以观测到一个占空比可调的PWM方波，如图所示。
（4）主要研究问题：
1.了解Proteus仿真软件在单片机系统设计中的应用。
2.能够运用Proteus仿真软件。
包括：（1）Proteus对AVR单片机的仿真；
（2）Proteus与其他单片机仿真软件的比较；
（3）Proteus仿真实例分析。
二、实验部分
（1）实验课题：Proteus在单片机仿真中的应用
（2）课题内容及步骤
Proteus在单片机仿真中的应用
基于VSM的理论，Proteus可以仿真很多常用的微处理器。具体来讲，它支持PIC, 8051, AVR, HC11, ARM7/LPC2000等系列多种型号的微处理器、微控制器，仿真时只需在设定元件属性时指定下载程序的路径即可进行实时动态仿真。
1.Proteus对AVR单片机的仿真
电源上。具体可以仿真的功能有：支持所有的I/O操作，内部的定时器、计数器的模拟（包括输入捕获、输出比较、PWM模式），看门狗定时器，串行UART接口，主、从模式串行SPI接口，支持内置数模转换ADC，支持Atmel 的TWI（Two Wire Interface）通信方式，存贮器方面支持外部SRAM扩展以及内置EEPROM 的模拟，支持多个微控制器的协同工作仿真等等。仿真时，首先绘制原理图，然后将任何AVR源程序编译器（WinAVR等）生成的下载文件（*.hex格式）路径指定给原理图中的芯片，就可以观察程序的运行。另外值得一提的是，实时仿真运行的过程中，每个管脚的旁边会出现一个小正方形的指示，红色代表高电平，蓝色带表低电平，从这个小正方形我们可以不用虚拟工具的测量很直观的看到每个管脚的电平变化，对程序的运行做出最基本的判断，对于简单的分析可以节省很多的时间。在本文图1.2和图2.2的例子中，ATmega16的19管脚输出的是方波，所以旁边可以看到一个红蓝交替、以一定频率闪烁的小正方形。
2.Proteus与其他单片机仿真软件的比较
AVR系列单片机可以可用很多的软件进行仿真。常用的有AVR Studio和Vmlab。AVR Studio、Vmlab和Proteus都属于代码级的仿真软件，与芯片级仿真不同，代码级仿真完全在计算机上完成，不需要硬件的参与，主要用于查看代码的执行过程和参数变化。在具体功能上，这三款软件各有千秋。
AVR Studio是一款完全免费的AVR单片机集成开发环境，包括AVR Assembler编译器和AVR Studio调试功能，AVR Prog串行、并行下载功能和Jtag ICE仿真功能。它最主要的功能是观察代码执行过程中单片机内部各个寄存器值的变化，尤其是一些寄存器关键位的置位、复位操作与代码的关系。利用单步调试功能可以更细致的检查代码的执行过程。对于内部的定时中断也可以较好的仿真，使实验者清楚了解中断对于整个程序流程的影响。但是对于外部中断和输入捕获等需要动态外设配合的功能，AVR Studio就显得无能为力了。同时该软件使用黑色、白色的方块来表示1和0，用以反映寄存器值的变化，当需要观察某些波形时，这样的仿真结果显得很不直观。Vmlab在这方面要做得好一些。
VMLAB的全称为：Visual Micro Lab。它针对于AVR以及ST62系列单片机设计，是一个单片机的虚拟原型框架。它具有强大的多窗口、多文件的编辑器，微控制器的集成开发环境，拥有一系列的集成开发工具，图形界面调试器，混合模式的模拟-数字电路仿真器，代码质量检查器等等。硬件和应用软件能进行并发仿真。与Proteus最为相似的一点是它可以以单片机为核心仿真出包括模拟元器件在内的一些动态外设（按键，LED，液晶显示器等），具有图形显示和波形显示的功能。
如果就单片机及一些简单的动态外设而言，Vmlab和Proteus有着很大的相似，最多只是软件本身的操作方法有着很大的不同。但是Proteus不仅仅是一个AVR单片机的仿真软件，它所支持的大量常用芯片模型为单片机和其他芯片协同仿真复杂的完整系统提供了极大的方便。请看下面的例子，如图2.2所示。
图2.2 步进电机驱动
这是一个完整的步进电机驱动电路，L297和L298是常用的步进电机驱动芯片，前者用于产生符合电机各个相位正确时序的方波，后者主要用于电流放大，为电机产生合适的驱动电流。单片机EXAMPLE02在本例中只相当于一个信号源，提供L297的时钟信号。这样完整的系统仿真是其他单片机仿真软件所不能独立完成的。这时，Proteus为我们提供的不仅仅是一个单片机的仿真环境，称其为一个虚拟的单片机实验室是完全合适的，只要我们能充分的利用Proteus提供的实验器件就可以完成一个比较完整的单片机系统。
3.Proteus仿真实例分析
单片机、矩阵键盘和字符型液晶的组合是单片机实验中最常用的简单系统之一，是很多最小系统板的核心部分。在开发实际的单片机系统时，“人机对话”部分主要靠这个系统来实现。在编写这部分程序时要进行频繁的测试从而更改一些参数使系统达到良好的工作状态，常见的问题有：显示界面的布局、菜单层次的设置、按键灵敏度和防抖的参数等。有了下面介绍的Proteus仿真，这些测试和一些经验值的调整就可以不需要进行频繁的硬件测试了，而只需要改动源程序中的一些函数调用。这个系统可以稍加改动轻松应用于其他各类系统的输入和输
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