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单片机中的 Proteus 虚拟仿真
计算机系 王旭辉
1.引言
单片机体积小重量轻具有很强的灵活性而且价格便宜,具有逻辑判断,定时计数等多种
功能,广泛应用于仪器仪表,家用电器,医用设备的智能化管理和过程控制等领域。以单片机
为核心的嵌入式系统已经成为目前电子设计最活跃的领域之一。在嵌入式系统的中,开发板成
本高,特别是对于大量的初学者而言,还可能由于设计的错误导致开发板损坏。利用
我们可以很好地解决这个问题,由此我们可以快速地建立一个仿真系统。
2.Proteus 介绍
是英国 公司开发的一款电路仿真软件,软件由两部分
组成:一部分是智能原理图输入系统 ()和虚拟
系统模型 ();另一部分是高级布线及编辑软件 (
!)也就是 "#$
2.1 Proteus VSM 的仿真
可以仿真模拟电路及数字电路,也可以仿真模拟数字混合电路。 可提供
%& 多种元件库,超过 '&&& 种模拟、数字元器件。可以按照设计的要求选择不同生产厂家的元
器件。此外,对于元器件库中没有的元件,设计者也可以通过软件自己创建。
除拥有丰富的元器件外, 还提供了各种虚拟仪器,如常用的电流表,电压表,示
波器,计数(定时(频率计, 调试器等虚拟终端。支持图形化的分析功能等。
2.2 Proteus PCB
的 "# 设计除了有自动布线仿真功能外,还集成了 "# 设计,支持多达 )* 个
布线层,可以任意角度放置元件和焊接连线;集成了高智能的布线算法,可以方便地进行 "#
设计。
3. 基于 的简单数据采集系统。
3.1 软件的编写
本例题采用可调电阻调节电压值作为模拟信号的输入量,通过 (+ 转换芯片 +&'&' 把
模拟信号转换为数字量传送到单片机的 ) 口,并在 & 口把转换的结果显示出来。
软件的编写可以在 ,"-)环境下进行,芯片的型号选择 .'/"-)编写 $ 文件
利用 ,"-) 进行编译,编译成功后生成 $0 文件。
3.2 绘制电路图
相关链接:
" 库存 %1/%" 库存 **11" 库存 2''1" 库存 --2)
运行 的 ,进入仿真软件的主界面,如图 ) 所示。主界面分为菜单栏,工具栏,
模型显示窗口,模型选择区,元件列表区等。
表 )元器件清单
选择元器件后连接图 1 所示电路。
" 类的芯片的引脚与实际的芯片基本相同, 唯一的差别是隐去了
34+ 和 "" 引脚,系统默认的是把它们分别连接到地和5- 直流电源。故在电路连线时可以
不考虑电源和地的连接。为了快速进行仿真,系统所需的时钟电路,复位电路可以省略。
电路连接完成后,选中 .'/"-) 单击鼠标左键,打开“"6对话窗口如图
% 所示,可以直接在“"7896后进行频率设定,设定单片机的时钟频率为
)1:;。在“86栏中选择已经生成的 $0 文件,把在 , 编写的程序导入
,然后单击“<,6按钮保存设计。至此,就可以进行单片机的仿真。
3.3 Proteus 仿真结果
单片机的仿真结果图如图 2,模拟信号经 (+ 转换后结果送入单片机,再在数码管上显示;
通过调节可调电阻的阻值,可以得到不同的显示结果。仿真结果表明,系统达到了预先的设计
要求。
在仿真的过程中每个管脚旁边会出现一个小方块,红色的方快表示高电平,蓝色的表示低
电平。 通过方快颜色的变化可以很方便地知道每个管脚电平的变化,从而能对系统的运行有更
直观的了解,这对程序的调试有很大的帮助。
相关链接:
" 库存 2-/%
" 库存 *'%&
" 库存 -'=/
" 库存 1'12
4.结束语
本文结合一个简单的数据采集系统详细说明了 在单片机开发中的应用。可以看出,
功能十分强大,能仿真各种数字模拟电路,且操作简单,使用方便。能快速地进行单
片机仿真,加快系统开发的过程,降低开发成本。
Proteus 软件调试实现的数字式指针温度计
本文主要叙述利用 软件实现的数字式指针温度计的一种调试方法,采用
"-) 单片机作为指针温度计的数字信号处理器,其中,温度采集传感器选用 + 公
司的 +)'1& 单总线式数字温度传感器,该温度计的温度值通过四个数码管显示,同时还
可以通过刻盘指针指示。
硬件设计
硬件设计包括温度采集模块、单片系统及温度显示模块等模块,其中,刻度盘上指针
的控制是设计中的一个重点。在设计数字电路的角位移控制时,一般选用步进电机或伺服
电机,选用步进电机时,其步进角固定,同时,对于角位移的控制,会产生控制角度的动
作位置不够精确的问题>选用伺服电机也就是舵机时,其控制原理是通过 "-) 单片机产
生脉宽调制?@A信号的占空比来改变舵机摇臂旋转的位置,以达到控制伺服电机的目的,
最后在刻度盘上指示温度值。
系统硬件电路原理图如图 ) 所示。
)$舵机的工作原理
系统中指针的驱动由舵机实现,为使指针在刻度盘上的初始指示精确,文中采用 2 个
独立按键实现指针刻盘上的粗、微调节。 舵机是一个简单的闭环系统,其内部硬件电路、
微型电机及减速器封装在一个部件内,实物图如图 1 所示,输出轴可在一 /&B~/&B范围
内旋转到任意角度。舵机包含控制信号线、电源线和地线 % 根引线,其反馈元件为一个与
输出轴同轴的精密电位器,通过电位器的反馈信号得到舵机输出轴转动的位置,然后将相
应的电压值反馈回控制芯片,最后将反馈的输出轴位置与控制引线设定的位置进行比较,
得到输出轴位置的偏差,从而驱动微型电机转动,使输出轴转到预定控制的角度。舵机的
控制信号为一列 @ 波,周期为 )'~1&,舵机输出轴转动的角度位置与 @ 信号
占空比呈线性关系,当控制信号的高电平宽度为 &$- 时,舵机输出轴位置为/&B>当信
号高电平宽度为 1$- 时,输出轴位置为5/&B。
软件设计
单片机软件的设计包括 +'1& 的读写、模拟 @ 输出、单片机温度取值、按键扫
描、数码管显示等程序设计。
)$ +)'1& 的读写
+)'1& 采用单总线协议,能够实现数据的双向传输,在进行 +)'1& 读写操作前应
先对 +)'1& 进行复位,同时,必须严格遵守 +)'1& 的读写时序,尽量精简中断程序,
以减少对 +)'1& 的读写时序的影响,提高温度采集的准确性。
+)'1& 读、写子程序如下:
1$@ 的输出
利用 "-) 单片机的定时器中断产生 @ 信号,.< 每产生一次中断,@ 输出逻辑
电平翻转一次,@ 控制信号的输出周期为 1&。
定时器中断服务程序如下:
其中C 为中断计数的中间变量。
%$按键扫描程序
文中采用 2 个独立按键完成指针刻度盘上的粗、微调节,按键扫描程序如下:
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