基于Proteus虛擬實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建

李寧+尤喜

摘要：根據(jù)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，特別是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)不能充分利用現(xiàn)代技術(shù)手段，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，嚴(yán)重影響產(chǎn)品生命周期，滯后工程應(yīng)用需求的問(wèn)題，同時(shí)根據(jù)高等教育中，電子技術(shù)和單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)不能滿(mǎn)足應(yīng)用型，創(chuàng)新型人才培養(yǎng)需求的問(wèn)題。為有效解決上述問(wèn)題，本文闡述了以Proteus為基礎(chǔ)虛擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建，為相關(guān)教科研工作提供了理論參考。

關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn)室；Proteus；單片機(jī)應(yīng)用

1Proteus簡(jiǎn)介

Proteus軟件是英國(guó)Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國(guó)總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是比較好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是現(xiàn)今世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等。

Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。

Proteus軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是：

（1）原理布圖；（2）PCB自動(dòng)或人工布線；（3）SPICE電路仿真。

革命性的特點(diǎn)：

（1）互動(dòng)的電路仿真

用戶(hù)甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如RAM，ROM，鍵盤(pán)，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。

（2）仿真處理器及其外圍電路

可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境。

2虛擬實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建

LabcenterElectronics公司開(kāi)發(fā)的Protues軟件，是唯一一種能進(jìn)行各種處理其實(shí)時(shí)仿真、調(diào)試和測(cè)試的EDA工具。其具有實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路及微控制器系統(tǒng)與外設(shè)的混合電路系統(tǒng)的電路仿真、軟件仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真和PCB設(shè)計(jì)等功能。是目前世界上最先進(jìn)、最完整的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)。KeiL Vision2軟件。該軟件支持眾多不同公司的芯片及編輯、編譯和程序仿真等于一體，還支持PLM、匯編和C語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)。選用Proteus來(lái)構(gòu)建虛擬電子實(shí)驗(yàn)室，只需建立一個(gè)計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)，由一臺(tái)服務(wù)器，一臺(tái)教師機(jī)和若干臺(tái)學(xué)生機(jī)（可根據(jù)班級(jí)學(xué)生數(shù)確定）組成。在服務(wù)器上安裝Proteus+Keil并進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，還可根據(jù)需要開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)系統(tǒng)。一旦建立起局域網(wǎng)Proteus虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，就無(wú)需添置任儀器儀表和耗材，達(dá)到無(wú)損耗的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

建立Proteus虛擬實(shí)驗(yàn)室具有極大的可行性和現(xiàn)實(shí)意義?，F(xiàn)有高等學(xué)校都擁有相當(dāng)數(shù)量的公用計(jì)算機(jī)，具有校園網(wǎng)和實(shí)驗(yàn)室局域網(wǎng)平臺(tái)資源。Proteus可在Windows98/NT/2000/XP/2003等操作系統(tǒng)環(huán)境下進(jìn)行，其操作界面與Windows下的軟件很相似，學(xué)生己具備學(xué)習(xí)和使用Proteus的基礎(chǔ)技能。

在Proteus虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中可開(kāi)發(fā)各類(lèi)電子及單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。包含模擬電路、數(shù)字電路和微處理器系統(tǒng)在內(nèi)的仿真實(shí)驗(yàn)，并且不受任何元器件及工具條件的限制?？梢哉f(shuō)，能使教學(xué)進(jìn)入到一個(gè)無(wú)約束，可隨意進(jìn)行創(chuàng)新開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的虛擬世界。

虛擬實(shí)驗(yàn)室可以采用局域網(wǎng)進(jìn)行多媒體教學(xué)，通過(guò)教師機(jī)對(duì)學(xué)生機(jī)方式教師可以同步演示電路圖，并講解其原理。根據(jù)電路原理圖的元件需求，學(xué)生可以在元件庫(kù)中找到相應(yīng)的虛擬元件。整個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生將數(shù)據(jù)輸入到電子實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng)中，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，然后將實(shí)驗(yàn)報(bào)告發(fā)送到主機(jī)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)束。同傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比，采用虛擬實(shí)驗(yàn)室教學(xué)，效率更高，教師同學(xué)生的互動(dòng)性更好。

3在Proteus虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的過(guò)程

在Proteus虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可以使原理圖設(shè)計(jì)、元器件選擇，性能測(cè)試，系統(tǒng)功能動(dòng)態(tài)仿真，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與實(shí)驗(yàn)報(bào)告生成一個(gè)工程項(xiàng)目完整過(guò)程一氣呵成，使學(xué)生真正感受到生動(dòng)、創(chuàng)新的樂(lè)趣，激發(fā)學(xué)生自動(dòng)創(chuàng)新的興趣。徹底改變了傳統(tǒng)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)迷茫，反復(fù)，甚至全盤(pán)失敗的枯燥過(guò)程?；赑roteus虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，可按圖1所示流程進(jìn)行。

有很多的電子設(shè)計(jì)與仿真軟件，如Orcad， Protel， Mutisim， Pspice等。這些軟件可以做頻率響應(yīng)、噪聲分析等工作，但在做元件實(shí)時(shí)行為分析時(shí)效果卻不夠理想。而Proteus不僅具有上述軟件的仿真功能，還可以對(duì)各類(lèi)單片機(jī)、ARM7進(jìn)行實(shí)物模型的行為仿真，仿真圖形逼真清晰，并可以將實(shí)時(shí)仿真的結(jié)果以各種格式輸出。

參考文獻(xiàn)：

[1]單美賢.虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用探析[D].南京：南京師范大學(xué)，2002.

[2]朱敏.虛擬實(shí)驗(yàn)與教學(xué)應(yīng)用研究[D].上海：華東師范大學(xué)，2006.

[3]何克抗.建構(gòu)主義的教學(xué)模式、教學(xué)方法與教學(xué)設(shè)計(jì)[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)，1999.

[4]陳科.建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下的一電工教學(xué)[J].寧波大學(xué)學(xué)報(bào)，2003， （4）.