1、 專題特寫:設(shè)計工具 今日電子2008年1月64單片機應(yīng)用產(chǎn)品的PROTEUS 設(shè)計與仿真紹興托普信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院周靈彬張靖武P R O T E U S 是單片機系統(tǒng)的設(shè)計與仿真平臺P R O T E U S 是英國L a b c e n t e r electronics 公司研發(fā)的多功能EDA軟件,它具有功能很強的ISIS智能原理圖輸入系統(tǒng),有非常友好的人機互動窗口界面;有豐富的操作菜單與工具。在ISIS 編輯區(qū)中,能方便地完成單片機系統(tǒng)的硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、單片機源代碼級調(diào)試與仿真。P R O T E U S 有三十多個元器件庫,擁有數(shù)千種元器件仿真模型;有形象生動的動態(tài)器件庫、外設(shè)庫。

2、特別是有從8051系列8位單片機直至ARM732位單片機的多種單片機類型庫。它們是單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真的基礎(chǔ)。P R O T E U S 有多達(dá)十余種的信號激勵源,十余種虛擬儀器。還有用來精確測量與分析的PROTEUS 高級圖表仿真(ASF。它們構(gòu)成了單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真的完整的虛擬實驗室。P R O T E U S 還有使用極方便的印刷電路板高級布線編輯軟件(PCB。特別指出,P R O T E U S 庫中數(shù)千種仿真模型是依據(jù)生產(chǎn)企業(yè)提供的數(shù)據(jù)來建模的。因此,P R O T E U S 設(shè)計與仿真極其接近實際。目前,P R O T E U S 已成為流行的單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真平臺,應(yīng)用于各

3、種領(lǐng)域。筆者就利用PROTEUS 完成了多種產(chǎn)品的開發(fā),例如:“微電腦(單片機防盜報警器”、“純水機微電腦控制板”、“LED 漢字顯示屏”、“雙單片機控制的萬年歷倒計時牌”等。實踐證明:P R O T E U S 是單片機應(yīng)用產(chǎn)品研發(fā)的靈活、高效、正確的設(shè)計與仿真平臺,它明顯提高了研發(fā)效率、縮短了研發(fā)周期,節(jié)約了研發(fā)成本。P R O T E U S 改革了單片機應(yīng)用產(chǎn)品的研發(fā)過程單片機系統(tǒng)的傳統(tǒng)開發(fā)過程一般可分為三步:單片機系統(tǒng)原理圖設(shè)計,選擇、購買元器件和接插件,安裝和電氣檢測等(簡稱硬件設(shè)計;進(jìn)行單片機系統(tǒng)程序設(shè)計,調(diào)試、匯編編譯等(簡稱軟件設(shè)計;單片機系統(tǒng)在線調(diào)試、檢測,實時運行直至完成

4、(簡稱單片機系統(tǒng)綜合調(diào)試。P R O T E U S 促進(jìn)了單片機產(chǎn)品研發(fā)過程的改革,有P R O T E U S 參與的單片機系統(tǒng)開發(fā)過程一般分為四步:在PROTEUS平臺上進(jìn)行單片機系統(tǒng)電路設(shè)計、選擇元器件、接插件、連接電路和電氣檢測等(簡稱P R O T E U S 電路設(shè)計;在PROTEUS 平臺上進(jìn)行單片機系統(tǒng)源程序設(shè)計、編輯、匯編編譯、調(diào)試,最后生成目標(biāo)代碼文件(*.hex(簡稱PROTEUS軟件設(shè)計;在PROTEUS 平臺上將目標(biāo)代碼文件加載到單片機系統(tǒng)中,并實現(xiàn)單片機系統(tǒng)的實時交互、協(xié)同仿真(簡稱PROTEUS仿真;仿真正確后,安裝實際單片機系統(tǒng)電路,并將目標(biāo)代碼文件(*.he

5、x下載到實際單片機中運行、調(diào)試。若出現(xiàn)問題,可與P R O T E U S 設(shè)計與仿真相互配合調(diào)試,直至運行成功(簡稱實際產(chǎn)品安裝、運行與調(diào)試。筆者的實踐證明:按照P R O T E U S 仿真通過的設(shè)計來安裝的實本文從單片機應(yīng)用產(chǎn)品研發(fā)實例出發(fā),介紹了如何利用PROTEUS 高效、正確地完成單片機應(yīng)用產(chǎn)品的設(shè)計與仿真圖1“倒計時牌”的PROTEUS設(shè)計與仿真片斷 專題特寫:設(shè)計工具 65今日電子2008年1月際系統(tǒng),只要安裝正確、元器件無誤,焊接牢靠,基本都能順利通過。下面以筆者研發(fā)的“雙單片機控制的萬年歷倒計時牌”(簡稱“倒計時牌”為例,論述PROTEUS 在單片機應(yīng)用產(chǎn)品研發(fā)中的開發(fā)過

6、程、實際操作。該“倒計時牌”已在部分中學(xué)用來作為高考日期倒計時警示牌。為精減論述,本文省去了農(nóng)歷、時溫等部分。它由兩塊AT89S51、DS1302時鐘芯片、16塊LED 數(shù)碼管、3個倒計時初值設(shè)置撥碼盤等構(gòu)成。圖1是它的PROTEUS 設(shè)計與實時仿真片斷。右邊為雙單片機控制的電路部分。電路連接除采用直接連線外還采用了PROTEUS 提供的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號連接方法。左上方為顯示部分,左下方分別為設(shè)置倒計時初置的3個撥碼盤、音樂警示喇叭及3個調(diào)整開關(guān)。單片機U1、U 6的晶振頻率分別設(shè)置為12M H z 、6MHz。該“倒計時牌”調(diào)整方便、性能穩(wěn)定、性價比高。“倒計時牌”的P R O T E U S 電路

7、設(shè)計這是產(chǎn)品研發(fā)過程的第一步。啟動P R O T E U S 后,將出現(xiàn)用于設(shè)計與仿真的ISIS 窗口。圖2是“倒計時牌”P R O T E U S 設(shè)計時的ISIS 界面情況。采用鼠標(biāo)操作,非常方便。設(shè)計好圖紙尺寸定義好文件名后,即可按設(shè)計需要從P R O T E U S 庫中提取設(shè)計所需要的元器件,放置到ISIS編輯區(qū)中,進(jìn)行電路連接等電路設(shè)計。設(shè)計好電路后可使用PROTEUS 提供的電氣檢測工具對電路進(jìn)行電氣檢測。若電路出現(xiàn)電氣錯誤,會彈出信息報告。可根據(jù)報告排除電氣錯誤,直至成功。“倒計時牌”的P R O T E U S 軟件設(shè)計這是產(chǎn)品研發(fā)過程的第二步。P R O T E U S 設(shè)

8、計好硬件電路后,要進(jìn)行單片機的軟件設(shè)計。因是雙單片機控制,所以要設(shè)計對應(yīng)U1單片機的軟件和U 6單片機的軟件。P R O T E U S 提供了在ISIS窗口界面中進(jìn)行編寫源程序、編譯生成目標(biāo)代碼文件(*.HEX 的手段,可進(jìn)行編寫、編輯等各種操作。可通過在ISIS中點擊菜單項Source 的多級子菜單來實現(xiàn)。編寫好源程序后,可左鍵單擊菜單“Source”,在彈出子菜單中左鍵單擊“BuildAll”選項,則將兩個源程序編譯生成各自的目標(biāo)代碼文件(W N L 01.H E X 和C N T D A F .H E X 。若源程序有錯,則彈出出錯報告,可根據(jù)報告排錯直至生成目標(biāo)代碼為止。圖3是在IS

9、IS 中編輯源程序的現(xiàn)場情況,圖中只顯示出兩個源程序的部分程序條。因篇幅關(guān)系不列完整程序了,若需要,可發(fā)郵件給zlb163com 索取。“倒計時牌”的P R O T E U S 仿真這是產(chǎn)品研發(fā)過程的第三步。首先要進(jìn)行目標(biāo)代碼加載和設(shè)置晶振頻率。將鼠標(biāo)指向單片機U1,右鍵單擊,再左鍵單擊,則彈出如圖4所示的“E d i t C o m p o n e n t ”對話框,在“ProgramFile”框中輸入它的目標(biāo)代碼文件“WNL01.HEX ”,在“C l o c kF r e q u e n c y ”框中輸入晶振頻率12M H z,左鍵單擊“O K ”按鈕即完成操作。再將鼠標(biāo)指向單片機U6

10、,同樣操作可將它的目標(biāo)代碼文件C N T D A F .HEX 加載到單片機U6中。再在“Clock Frequency”框中輸入晶振頻率6MHz。左鍵單擊仿真按鈕則可實現(xiàn)交互圖2“倒計時牌”PROTEUS 設(shè)計時的ISIS 界面情況圖3“倒計時牌”的PROTEUS 的軟件設(shè)計(下轉(zhuǎn)第68頁 專題特寫:設(shè)計工具 今日電子2008年1月68方案相對比的面積差值。我們從表2中可以明顯看出,在更低的采樣率且允許共享硬件的情況下,DSP 綜合技術(shù)能自動縮減面積占用。此外,強大的ESL 功能則能通過利用更高的時鐘頻率更方便地在各種技術(shù)上實現(xiàn)。同時,由于我們可在統(tǒng)一的算法模型基礎(chǔ)上開展工作,因此無須改變模

11、型或重新驗證模型。結(jié)論上述簡單FIR范例反映出,DSP 綜合技術(shù)有助于我們快速高效地根據(jù)相關(guān)性能與占用面積的準(zhǔn)確仿真進(jìn)行架構(gòu)權(quán)衡。這樣,用戶就有了實現(xiàn)多種架構(gòu)的可能性,其中包括定點設(shè)計考慮事項等重要實施細(xì)節(jié),同時還能高效獲取有用的性價比數(shù)據(jù)。這樣,我們就能在高級算法基礎(chǔ)上實現(xiàn)最佳FPGA與ASIC實施方案,同時盡可能縮短設(shè)計時間。E D A 行業(yè)似乎正向著實現(xiàn)初期ESL設(shè)計優(yōu)勢的方向發(fā)展,既要發(fā)揮針對硬件原型設(shè)計的集成式設(shè)計流程的優(yōu)勢,又要充分利用發(fā)貨系統(tǒng)。E P CE P C式、實時仿真。仿真片段如圖1所示。仿真中,可用鼠標(biāo)分別調(diào)節(jié)三個撥碼盤設(shè)置倒記時初值(圖1中初值設(shè)置為“096”;通過分別調(diào)節(jié)“調(diào)日歷”、“調(diào)時”、“加一”3個按鈕可校正萬年歷。當(dāng)?shù)褂洉r值減至0時,則喇叭中發(fā)出警示音樂聲。“倒計時牌”實際產(chǎn)品的安裝、運行與調(diào)試這是產(chǎn)品研發(fā)過程的第四步。“倒計時牌”交互式實時仿真通過后,可轉(zhuǎn)到P R O T E U S P C B D E S I G N 中,根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計PCB 電路板,設(shè)計中要注意布線的科學(xué)性。購買符合設(shè)計要求的元器件、接插件。細(xì)心安裝實際的“倒計時牌”硬件電路。并將目標(biāo)代碼文件圖4對U1加載目標(biāo)代碼文件、設(shè)置晶振頻率W N L 01.h e x 、C N T D A F .H E X 分別下載到實際的單片機