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第２６卷第５期 ２００ ８年９月 西安航空技术高等专科学校学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｘｉ’ａｎ Ａｅｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｖ＿０１．２６Ｎｏ．５ Ｓｅｐｔ．２ ０ ０ ８ Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真软件在构建单片机实验室中的应用 高启明 （西安航空技术高等专科学校学校办公室，陕西西安７１００７７） 摘要：通过采用一种软件仿真单片机实验实训的新思路，对于解决单片机实践教学需要大量投入更新实验仪器设 备，减轻学校或学生经费压力具有一定的现实意义。 关键词：Ｐｒｏｔｅｕｓ；Ｋｅｉｌ；单片机实验 中图分类号：ＴＰ３９３．０９文献标识码：Ａ文章编号：１００８。９２３３（２００８）０５．００５９．０３ １ 引言 无论是５ｌ系列、ＡＶＲ、还是ＰＩＣ系列单片机，在工业领 域都得到了非常广泛的应用。许多高校开设单片机课程，但 在学习开发过程中，由于实验实训开支较大，单片机的理论 或没有单片机参与的其它电路的工作情况。因此在仿真和 程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和 存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电 路工作的过程和结果。这种仿真实验，弥补了实验和工程应 用间脱节的矛盾，对于简单的开发和单片机教学无疑是理想 的选择。 ． Ｐｒｏｔｅｕｓ软件提供了可仿真数字和模拟、交流、直流等数 与实践教学存在诸多问题。作为一门实践性很强的学科，单 片机教学需要很多硬件设备，如ＰＣ、仿真机、实验电路、编程 器等。具体教学中，理论课的演示教学和实践课的验证实验 千种元器件，３０多个元件库。Ｐｒｏｔｅｕｓ还可仿真仪表资源，理 由于存在场地和时间问题，效果很难保证。加之高校使用的 单片机实验箱属于成品，学生很难参与到其中的细节设计， 论上同一种仪器可以在一个电路中随意调用。除了现实存 在的仪器外，Ｐｒｏｔｅｕｓ还提供了一个图形显示功能，可以将线 路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与 示波器相似但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参 数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。另外，Ｐｒｏ－ ｔｅｌｌｓ还提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些 测试信号包括模拟信号和数字信号。 ２．２ Ｋｅｎ软件介绍 动手能力得不到更深的训练与提高。学生个人配备单片机 实验开发系统，因成本较高，很多学生无法承受。单片机技 术的迅速更新和发展，使许多高校设备落后老化，而不断的 购买仪器设备重建实验室又带来资金耗费严重等问题。为 此，如果利用软件如Ｐｒｏｔｅｕｓ与Ｋｅｉｌ整合构建单片机虚拟实 验室，不仅节省时间，而且降低费用，为解决这个问题提供了 新的思路。 Ｋｅｉｌ是德国开发的一个５１单片机开发软件平台，最初 ２ Ｐｒｏｔｕｅｓ与Ｋｅｉｌ软件介绍 ２．１ Ｐｒｏｔｕｅｓ软件介绍 是一个支持Ｃ语言和汇编语言的编译器软件。随着开发人 员的不断努力，版本不断升级，已经成为了一个重要的单片 机开发平台。Ｋｅｉｌ的界面和操作简单易学，使用比较广泛。 Ｋｄｌ的ｕＶｉｓｉｏｎ２可以进行纯粹的软件仿真（仿真软件程序， Ｐｒｏｔｅｕｓ是目前最好的模拟单片机外围器件的工具，它可 以仿真５１系列、ＡＶＲ、ＰＩＣ等常用的ＭＣＵ及其外围电路，如 ＬＣＤ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、键盘、马达、ＬＥＤ、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ，部分ＳＰＩ、ＩＩＣ 器件等。Ｐｒｏｔｅｕｓ与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅 不接硬件电路）；也可以利用硬件仿真器，搭接上单片机硬件 系统，在仿真器中载入项目程序后进行实时仿真；还可以使 用ｕＶｉｓｉｏｎ２的内嵌模块Ｋｅｉｌ Ｍｏｎｉｔｏｒ一５１，在不需要额外的 能仿真单片机ＣＰＵ的工作情况，还能仿真单片机外围电路 收稿日期：２００８—０５—０５ 硬件仿真器的条件下，搭接单片机硬件系统对项目程序进行 作者简介：高启明（１９６９一），男，陕西省南郑县人，西北大学工商管理硕士研究生毕业，现供职于西安航空技术高等专科学校办 公室，实验师，主要从事教学与行政管理工作。 维普资讯 http://www.cqvip.com
西安航空技术高等专科学校学报 实时仿真。ｕＶｉｓｉｏｎ２调试器具备所有常规源极调试、符号调 试特性以及历史跟踪、代码覆盖、复杂断点等功能。 ２．３ Ｐｍｔｕｅｓ软件与Ｋｅｉｌ ｕＶｉｓｉｏｎ的结合 设置。 第２６卷 （２）用Ｃ语言或汇编语言创建源程序。 （３）用项目管理器生成应用。 初次使用Ｐｒｏｔｕｅｓ软件，可按如下设置步骤进行设置：① 把ｐｒｏｔｅｕｓ安装目录下ＶＤＭ５１．ｄｌｌ（Ｃ：＼ＰｒｏｇｒａｍＦｉｌｅｓ＼Ｌａｂ— ｃｅｎｔｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＼Ｐｒｏｔｅｕｓ６＼Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ＼Ｍ０ＤＥＬＳ）文件复 制到Ｋｅｉｌ安装目录的＼Ｃ５１＼ＢＩＮ目录中。②编辑Ｃ５１里 （４）修改源程序中的错误。 （５）测试，连接应用。 学生通过使用Ｋｅｉｌ软件工具编制、调试应用软件，可以 学到单片机各种指令，也可以学到单片机软件开发的步骤、 ｔｏｏｌｓ．ｉｎｉ文件，加入：ＴＤＲＶ１＝ＢＩＮ＼ＶＤＭ５１．ＤＬＬ（“ＰＲＯ一 删ＳⅥ、Ｍ ＭＯＮＩＴ０Ｒ一５１ ＤＲＩⅥ、Ｒ”）。③Ｋｅｉｌ ｕＶｉｓｉｏｎ里 设置：ｐｒｏｊｅｃｔ一一＞ｏｐｔｉｏｎｓ ｆｏｒｐｍｊｅｃｔ一一＞ｄｅｂｕｇ ｔａｂ。④选 中ｕｓａ ｐｒｏｔｅｕｓＶＳＭｍｏｎｉｔｏｒ ５１（如果想用两台电脑仿真，双 击ｓｅｔｔｉｎｇ，输入ＩＰ地址或者ＤＮＳ ｎａｍｅ）。⑤载入ｐｒｏｔｅｕｓ文 件ｏ⑥ｐｒｏｔｅｕｓ里选择ＤＥＢＵＧ一一＞ｕｓｅ ｒｅｍｏｔｅ ｄｅｂｕｇ ｍｏｎｉ— ｔｏｒ。进入ＫＥＩＬ的ｐｒｏｊｅｃｔ菜单ｏｐｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔａｒｇｅｔ‘工程名’。 在ＤＥＢＵＧ选项中右栏上部的下拉菜选中ＰｒｏｔｅｕｓＶＳＭＭｏｎ— ｉｔｏｒ一５１ Ｄｒｉｖｅｒ。在进入ｓｅｔｉｎｇ，如果同一台机ＩＲ名为１２７．０． ０．１，如不是同一台机则填另一台的ＩＰ地址。端口号一定为 ８０００。注意：可以在一台机器上运行ｋｅｉｌ，另一台中运行ｐｒｏ— ｔｅｌｌｓ进行远程仿真。⑦打开ｋｅｉｌ ｕＶｉｓｉｏｎ，按Ｆ５开始仿真。 ３虚拟实验的构建 单片机的教学内容一般包括了四方面：单片机系统资 源；硬件电路的设计、组装、调试；应用软件的编制、调试；总 调，即应用软件的链接调试，程序固化的过程，是一个软、硬 件结合的应用系统。因此教师在进行教学时，应该充分考虑 课程的特点并做合理的模块划分，突出教学重点、难点。 ３．１系统资源的实验教学 任何一种单片机均提供了一定的系统资源。对于５１系 列单片机来讲，其所提供的资源是以寄存器和存储器的方式 体现出来的。对于寄存器内容的查看，可以采用多种可模拟 仿真５１单片机的软件来实现。对于Ｋｄｌ软件来讲，Ｃ５１编 译器可以实现对５１系列单片机所有资源的操作。 ３．２硬件电路的设计、组装、调试 硬件电路的设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单 片机自身的功能单元如ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ口、定时器／计数器 等容量不能满足应用系统的需要时，必须在片外进行扩展， 选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统配置，即按照 系统的要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、Ａ／Ｄ转 换器、Ｄ／Ａ转换器等，要设计合适的接口电路。 很多常用的硬件电路的设计可在Ｐｒｏｔｅｕｓ软件中实现。 学生通过Ｐｒｏｔｅｕｓ软件的使用，不仅可以完成教学大纲要求 的大部分实验，而且可以学到硬件电路设计的方法。 ３．３应用软件的编制、调试 使用Ｋｅｉｌ软件工具时，项目开发流程和其它软件开发项 目的流程极其相似。 （１）创建一个项目，从器件库中选择目标器件，配置工具 方法和技巧。 ３．４总调 总调是应用软件的链接调试、程序固化的过程，是一个 软、硬件结合的应用系统。、软硬件联合仿真系统由一个硬件 执行环境和一个软件执行环境组成，通常软件环境和硬件环 境都有自己的除错和控制界面，Ｋｅｉｌ与Ｐｒｏｔｅｕｓ的整合调试 可以实现系统的总调，在该系统中，Ｋｅｉｌ作为软件调试界面， Ｐｒｏｔｅｕｓ作为硬件仿真和调试界面。 ４应用举例 以基于５ｌ单片机的“数字电压表”为例，说明使用Ｐｒｏ— ｔｅｕｓ和Ｋｅｉｌ软件进行单片机系统设计和仿真的过程。首先， 用Ｐｒｏｔｅｕｓ ＩＳＩＳ画好电路图（注意ＭＣＵ的最小系统的外围电 路在仿真时可以省略）。并用Ｋｅｉｌ Ｃ５Ｉ编写相应程序，编译 无误后生成．ｈｅｘ文件。其次，将生成的．ｈｅｘ文件“下载”到 ５１芯片中，先是鼠标右击ＡＴ８９Ｃ５ｌ，然后左击，出现相应元 件的属性对话框，如图１所示。在该对话框的“Ｐｒｏｇｒａｍ Ｆｉｌｅ” 一项中选择要加入的．ｈｅｘ文件。最后，点击Ｐｌａｙ键可看到 电路仿真结果，如图２所示。调节滑动变阻器的大小，对应 电压值随之而呈现线性变化，仿真结果完全正确。 图１元件属性对话框 图２ Ｐｒｏｔｅｓｕ电路仿真效果图 Ｐｒｏｔｅｕｓ和Ｋｅｉｌ联调设置步骤如下： （１）把安装目录Ｐｒｏｔｅｕｓ＼ＭＯＤＥＬＳ下的ＶＤＭＳ１．ｄｌｌ文 维普资讯 http://www.cqvip.com 第５期 高启明：Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真软件在构建单片机实验室中的应用 ６１ 件复制到Ｋｅｉｌ安装目录的＼Ｃ５１＼ＢＩＮ目录中。 单片机实验室硬件投入不足和设备维护困难等问题，克服实 （２）修改Ｋｅｉｌ安装目录下Ｔｏｏｌｓ．ｉｎｉ文件，在Ｃ５１字段加 验箱硬件电路固定、实验内容难于改动等局限，有利于促成 入ＴＤＲＶ５＝ＢＩＮ＼ＶＣｌＭ５１．ＤＬＬ（‘‘ＰＲ ７Ｓ ６ ＥＭＩ兀Ａ— 课程和教学改革，有利于人才的培养。实践证明，使用Ｐｒｏ－ ＴＯＲ”）并保存。 ｔｅｕｓ进行系统仿真开，提高了单片机系统设计效率，具有一 （３）打开Ｐｒｏｔｅｕｓ，画出相应电路，在Ｐｒｏｔｅｕｓ的“Ｄｅｂｕｇ”菜 定的推广价值。 单中选中“ＵｓｅＲｅｍｏｔｅＤｅｂｕｇＭｏｎｉｔｏｒ＇’。 （４）进入Ｋｅｉｌ的Ｐｒｏｊｅｃｔ菜单ＯｐｔｉｏｎｆｏｒＴａｒｇｅｔ‘工程名’。 参考文献 在Ｄｅｂｕｇ选项中右栏上都的下拉菜单选中Ｐｒｏｔｅｕｓ Ｄｒｉｖｅｒ。 ［１］陈思明，卞玺，孙宝娟．电脑仿真技术的应用与研究 再进入Ｓｅｔｔｉｎｇｓ，机子ＩＰ设为１２７．０．０．１，端口号为８０００。 ［Ｊ］．福建电脑，２０Ｏ６（４）：３３．３６． （５）在Ｋｅｉｌ中进行ｄｅｂｕｇ，同时在Ｐｒｏｔｅｕｓ中查看直观的 ［２］林志琦，郎建军等．基于Ｐｒｏｔｅｕｓ的单片机可视化软硬 结果。这样即可像使用仿真器一样调试程序。 件仿真［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社。２００６：６７． 由上述例子可以看出，Ｐｒｏｔｅｕｓ可以很方便地与Ｋｅｉｌ Ｃ５１ ８８． 集成开发环境连接。程序编译好后，立即可以进行软、硬件 ［３］李海鲲．Ｐｒｏｔｅｕｓ在单片机课程设计中的应用［Ｊ］．电脑 结合的系统仿真。利用Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真只需很少硬件设备，就 知识与技术。２０ｏ６（１２）：２０８． 可以完成如电子钟、电机控制系统等单片机控制系统设计， ［４］王卫东，孙福玉．浅谈计算机仿真技术［Ｊ］．赤峰学院学 具有明显的经济优势。对于学生，由于使用方便，费用低廉， 报（自然科学版），２００６（１）：２４．２９． 可以提高学习兴趣和应用技能。 ［责任编辑、校对：梁海虹】 ５结语 使用Ｐｒｏｔｅｕｓ进行单片机系统设计利大于弊，可以解决 Ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｏｔｅｕｓ ｉｎ ＭＣＵ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ＧＡＯ Ｑｉ—ｍｉｎｇ （Ｏｆｉｆｃｅ ｏｆ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｘｉ’ａｎ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ ｏＣｌｌｅｇｅ，７１００７７，Ｘｉ’缸，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ａｄｏｐｔｉｎｇ ａ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ ＭＣＵ ｆｏｒ ａ ｎｅｗ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｒａｉｎｉｎｇ，ｔｈｅ ｅｓｓａｙ ｐｒｏｖｅｄ ｒｅａｌｉｓｔｉｃ ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｓｏｌｖｉｎｇ ＭＣＵ’Ｓ ｐｒａｃｔｉｃｉｎｇ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｃａｌｌｓ ｆｏｒ ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｎｐｏｗｅｒ ｉｎｖｅｓｔ— ｍｅｎｔ ｔｏ ｒｅｎｅｗ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｎａｄ ｒｅｄｕｃｉｇｎ ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｒ ｓｔｕｄｅｎｔｓ’ｆｕｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：Ｐｒｏｔｅｕｓ；Ｋｅｉｌ；ＭＣＵ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
