李文顺 尚廷义 席桂清

摘 要：Proteus进行硬件仿真是学习模电、数电和单片机课程比较快捷、有效的方法，而且可以很好的去理解和掌握硬件特征。构建了以此软件为中心的虚拟实验室，通过该软件仿真实例来进一步说明该实验室很方便性和高效性。

关键词：Proteus；仿真；虚拟实验室

Proteus是英国的Labcenter Electronics公司开发的软件，主要功能是仿真各种模拟和数字、交流和直流的电路软件。Proteus软件把单片机仿真与电路仿真相结合，直接在基电路原理图的元器件上调试和编写单片机程序。仿真库里有51系列、PIC系列、AVR系列、摩托罗拉68MH1系列、MSP430系列以及ARM7等常用的嵌入式控制器和嵌入式处理器[1]。Proteus能够很好的对单片机外围扩展芯片进行仿真，如数码管显示器、LCD显示模块、总线驱动器、各种可编程外围接口芯片、矩阵式键盘、实时的时钟芯片以及各种D/A和A/D转换器等。现在许多开发环境都是软、硬件结合，那幺此款软件可视化的相互仿真[2]。该软件平台既可以模拟仿真的硬件系统，而且还可以把编译好的程序装入仿真芯片。通过仿真系统的运行，可以与焊接好的硬件系统的电路板一样看到运行的效果。

1 虚拟实验室的构建

虚拟实验室的概念是由美国的University of Virginia的William Wolf教授于1989年提出的。它是利用计算机网络化的虚拟实验室环境，借助于图像仿真与虚拟现实等技术在计算机上创建一个可视化的虚拟实验环境[5]。

结合实际情况虚拟实验室的构建主要是以Proteus软件为核心，是以建立电子技术基础实验、单片机实验的虚拟实验室。学院购买了正版的Proteus软件，以及实验室里面配备相应的微型计算机。学院共五个专业，模电、数电和单片机课程基本上都开设，这样不仅可以为学生提供便利，而且让学生按照自己的思路去进行电路的设计，可以很方便为开设更多的综合性与设计性试验打下基础。

在教学的过程中，教师利用多媒体资源，给学生演示例题、试验仿真效果。使学生增加对本门课程的兴趣，从而更好的掌握学习内容。特别是对单片机课程，完全可以在虚拟实验室进行授课。另外一个的优势是可以为学生省下很多资金去购买电子元器件，这样不仅学生可以很好的去学习这门课程，而且教师可以用此软件去做一些项目的仿真，这样大大可以节省时间和一些不必要的项目开销。

2 教学实例

2.1 利用555多谐振荡器设计一个输出为10Hz的方波

在电容的C1一端和555的输出端3分别连接示波器的A，B端，如图1。单击仿真按钮，自动弹出示波器界面。通过选择和调整相应按钮和按钮，把电容的充放电波形图和输出方波显示出来。单击仿真停止按钮，示波器自动关闭，最好不要在示波器上关闭示波器，否则下次仿真运行时示波器不会再出现，需要从主菜单的“Debug”→“Digital Oscilloscope”中调出[3]。而在实际电路中，需要很多电子元器件和示波器。学生很快的就可以看到仿真的结果。

2.2 利用软件仿真超声波测距

2.2.1 超声波测距原理

2.2.2 系统仿真

系统是由单片机与超声波模块构成，以发射接收信号实现测距，如图2。使用单片机来实现对程序的控制，超声波模块主要负责接收信号和发射信号。仿真过程中，通过给P2.7加一个开关，模拟测距返回的Echo信号。这在一定程度上突破仿真软件没有系统所使用器件模型的局限性。仿真主要用于测试系统其他部分，连接上测距模块后，可以一步检测距离计算与显示的准确性。

实验室建立主要实验有：（1）单片机最小系统的设计；（2）用P0口点亮二极管与流水灯实验；（3）用二极管灯显示加、减、乘、除法结果；（4）利用定时器显示秒表；（5）独立键盘与矩阵键盘控制数码管显示数字；（6）串行口通信方式1的单工通信控制流水灯显示；（7）电子钟的设计（综合性实验）；（8）多机通信实验（综合性实验）。结合实际情况进行仿真实验室内容的扩展，不断的更新和提高仿真的深度，从而培养更多的学生。

3 结束语

通过Proteus仿真软件可以看出，用这种纯软件的方法来取代传统的单片机开发硬件电路和软件仿真相结合的方法，从而避免了因焊接电路板带来的一些不确定性的因素。大大的缩短了程序开发的周期。投资少，有明显的经济优势，而且不受必须到实验室才能做实验条件限制。从而为学校培养综合型的电子信息类学生创造了良好的基础环境。

参考文献

[1]张毅刚.基于Proteus的单片机课程的基础实验与课程设计[M].北京：人民邮电出版社，2012.

[2]赵广元.Proteus辅助的单片机原理实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2013.

[3]朱清慧.Proteus教程-电子线路设计、制版与仿真（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2011.

[4]丁平，马晓明.基于Proteus的单片机虚拟实验室的建立[J].电子质量，2011，5：72-74.

[5]肖令禄，朱志平.基于Proteus和Keil C的MCS-51单片机虚拟实验室的建立[J].科技信息，2009，31：101.

作者简介：李文顺（1980-），男，江苏铜山人，黑龙江八一农垦大学电子信息工程系，讲师，硕士学位，本课题为校级教改课题。