基于Proteus虛擬串口通信的設計與仿真

王 超

（昌吉學院物理系 新疆 昌吉 831100）

0 引言

串口通信是指外設和計算機間，通過數據信號線、地線、控制線等，按位進行傳輸數據的一種通訊方式。就單片機來說，這種通信方式是實現與PC機、智能儀器儀表連接的重要手段，常見的通信標準有RS232和RS485，其中RS232有三線制接法和九線制接法，RS-485接口則是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾性好，這兩種方式因接線簡單，通信協議靈活而得到廣泛的應用[1-2]。

1 Proteus虛擬串口

Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件，它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機及外圍器件的工具，是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺[3-4]。

通常情況下，虛擬仿真系統是不能與物理環(huán)境交互通信的，但是Proteus虛擬系統模擬了這種功能，它使Proteus仿真環(huán)境下的系統能與實際的物理環(huán)境直接交互，Proteus的COMPIM組件是一種串行接口組件，當由CPU或UART軟件生成的數字信號出現在PC物理COM接口時，它能緩沖所接收的數據，并將它們以數字信號的形式發(fā)送給Proteus仿真電路，如果不使用物理串口而使用虛擬串口，使用串口調試助手軟件能與Proteus單片機串口直接交互，此時需要安裝虛擬串口驅動軟件VSPD。

2 仿真實例

選用AT89C52型號單片機，運行在PC機中的串口調試軟件，實現單片機與PC機雙向通信。

2.1 硬件電路設計

2.1.1 安裝虛擬串口驅動程序VSPD并運行

在First port中選擇COM3，在Second port中選擇COM4，單擊“Add Pair”按鈕，這兩個端口立即出現在左邊的Virtual Ports分支下，且用藍色虛線將它們連接起來，在PC的設備管理器中，也會出現兩個串口的顯示[5-6]。如圖1所示。

圖1 虛擬串口驅動軟件

2.1.2 單片機與PC機串口通信硬件電路

在Proteus中，在元件庫中選取AT89C52、數碼管、COMPIM組件和虛擬終端等，將串口中的COM3分配給COMPIM使用，COM4分配給串口助手使用，COM3和COM4已經通過虛擬串口驅動程序VSPD連接，第一個虛擬終端的RXD端接單片機的P3.0引腳，第二個虛擬終端的RXD端接單片機的P3.1TXD引腳，數碼管ABCDEFGDP口連接單片機的段選P0.0-0.7，1234口連接單片機的位選P2.0-P2.3，用按鈕K1模擬外部中斷，向PC機發(fā)送字符串，單片機時鐘頻率為11.0592MHz，如圖2所示。

圖2 單片機與PC機通信硬件電路

2.2 軟件程序設計

軟件部分由主程序和中斷程序組成，用C51程序編寫，中斷部分包括串口接收中斷函數和外部中斷發(fā)送字符串函數。采用定時器T1，工作在方式2（8位自動裝載），串口工作在方式1。

2.3 軟硬件聯合調試

2.3.1 C51代碼級調試

在源代碼級調試C51程序，需要先把C51語言編譯成OMF51格式的可執(zhí)行文件，也就是絕對目標文件，OMF51格式的文件包含所有的指令和調試信息，允許實現全速、單步、設置斷點、觀察變量等調試功能，OM51格式是Keil所支持的。

2.3.2 Keil C與Proteus聯合調試

這種調試方式，可實現邊調試，邊修改程序，需要安裝Keil C和Proteus的連接文件vdmagdi.exe，進行相關的軟件設置后，切換到源代碼窗口，如圖3所示。

圖3 聯合調試窗口

聯合調試常見的方法有如下幾種：

（1）按F10和F11可單步運行，F11是單步運行鍵，F10是跳出函數鍵，兩者配合使用可有選擇性的進入函數，便于觀察函數的執(zhí)行過程。

（3）打開寄存器窗口、特殊寄存器窗口和內部存儲器窗口，可觀察的連續(xù)的數據變化，便于整體分析程序結果。

（4）斷點調試，該調試手段用于分析程序進入中斷函數的情況，這對調試含有中斷函數的程序非常重要，首先在中斷函數中設置斷點，打開外圍設備窗口，可以顯示I/O、定時器、中斷、串口等外圍設備的狀態(tài)，在串口中斷函數receive_4_digit()interrupt 4中設置斷點，打開串行口狀態(tài)窗口，全速運行后，程序在主程序中循環(huán)，通過串口助手工具發(fā)送“5678”時，主程序立刻轉入中斷服務程序，在串口狀態(tài)窗口中顯示出RI=1，SBUF=0x35，SCON=0x55，RB8=1，REN=1等數值，通過這些數據可直觀、準確觀察到串口中斷的執(zhí)行過程，非常方便的調試串口中斷程序。如圖4所示。

圖4 串口中斷調試過程

2.3.3 運行結果

打開仿真電路，全速運行后，在串口助手中發(fā)送數據“5678”，即PC機發(fā)送數據給單片機，按下K1，即單片機發(fā)送數據給PC機，運行結果的顯示采用了兩種方式，一是借助串口助手發(fā)送數據和接收數據，二是通過虛擬終端顯示發(fā)送的數據和接收數據，結果表明：兩者是一致的。如圖5所示。

圖5 調試運行結果

3 結束語

借助虛擬串口實現單片機與PC的雙向通信，傳輸可靠，成本低，仿真成功的電路可直接應用實際電路，有助于縮短開發(fā)周期，提高效率。

［1］杜樹春.基于Proteus和KeilC51的單片機設計與仿真［M］.電子工業(yè)出版社，2012.

［2］路明,張海波.利用PC及RS_232串口實現遠程數據采集［J］.微計算機信息,2011,27（2）:107-108.

［3］劉磊.基于Proteus軟件仿真的單片機教學改革探索［J］.大眾科技，2013,15（8）：110-112.

［4］唐雨紅.基于Proteus的《單片機原理及應用》教學應用研究［J］.江蘇教育學院學報,2013,29（1）:33-34.

［5］陳海霞，徐智.基于PROTEUS的單片機串口通信的實例設計與仿真［J］.科技信息，2011，（9）:458-459.

［6］陳軍.基于proteus的串口通信系統仿真設計［J］.自動化與儀器儀表，2012，（4）:51-53.