仿真Proteus（精选10篇）
仿真Proteus 篇1
1 缺少下拉电阻引起的仿真失败
在教学过程中仿真一款具有校时功能的LED显示的电子时钟时，设计采用单片机89C2051，采用了四位共阳极LED数码管，时、分各用两位数码管显示，不设秒显示。数码管显示采用动态扫描方式实现。仿真时用PN4249作为数码管驱动，实际使用可采用三极管A1015或9012,Proteus中4位数码管LED驱动模型如图1所示。
在计算机上仿真却不能得到正确结果，具体表现为MCU位控输出各引脚电平是变化的，但LED的公共端电平始终不变，有时虽然有数字显示，但有些字段不显示。
为验证软件与硬件电路和正确性，通过SmartPRO编程器将仿真软件Proteus生成的目标代码HEX文件，写入实际89C2051芯片。在实验板上运行结果显示是正常的，证明软件与硬件是完全正确的。
重新检查Proteus模型，在就数码管驱动硬件电路连接而言，是完全正确的，程序本身也无错误。为什么会出现这种现象呢?
仿真失败分析与解决方法：
为找出仿真出错原因，试着将仿真原理图位控部分改为经反相器驱动后，接至共阳极LED公共端，此时系统仿真工作正常。这也充分说明程序是正确的，确定是仿真模型有问题。考虑到图1中当位控信号输出P3X为高电平时，对共阳极LED而言是电位不确定的高阻状态，为此对图1电路进行修改，在4个三极管集电极端各加一下拉电阻10K，仿真正确。
2 ALE引脚信号引起的仿真失败
教学过程中在Proteus仿真ADC0808进行模数转换时，按教材或一般参考资料建立仿真模型，用单片机的ALE信号直接作模数转换器的clock时钟信号时仿真失败。进一步采用双4位BCD码芯片74LS393对ALE信号进行4分频输出，作为模数转换的时钟信号，仿真仍是失败的。
仿真失败分析与解决方法：
在采用ADC0809等逐次逼近型模数转换芯片的场合，时钟信号clock是它内部转换电路工作必须的，内部需要不停的比较才能完成转换，如果没有clock信号，转换永远不会结束。一般当晶振频率为12MHz时，ALE端为晶振频率的1/6，即为2MHz，将此信号4分频得500KHz，可满足ADC0809转换要求(ADC0809典型值为640KHz)，也有很多资料将此信号与MCU的ALE信号直接相连。
为找出仿真失败原因，在Proteus仿真系统中，MCU晶振频率为12MHz，在ALE引脚上添加电压探针，为便于比较，再在仿真系统中加上频率为500KHz的数字时钟激励源DCLK，仿真后两脉冲波形如图2所示。
从对比图中明显可看出ALE引脚信号是不满足ADC转换要求的，即使分频后也不能满足ADC转换时钟要求。
解决Proteus中仿真失败的方法有两种：
(1)采用激劢源中的数字时钟，并设其频率为500KHz左右，作为ADC时钟信号。
(2)用定时计数器T0/T1作为频率信号发生器用，频率信号的输出作为ADC时钟信号发生器用。这种方式的优点是即使是实际电路应用时也并不会增加额外的硬件。
下面程序是T0作为频率发生器，频率信号由P1.1输出，作为ADC时钟信号发生器：
3 结束语
应该指出，Proteus在单片机仿真领域，就目前而言，功能是最为强大的，可以仿真51系列、AVR,PIC等常用的MCU及其外围电路，而且不需要在原理图中绘制时钟外围电路，甚至于复位电路也可不绘，系统仍能正确地仿真。然而要正确地认识到软件功能上的一些局限性，软件本身还有待完善，上面的二个例子只是一个缩影，所以在系统仿真实践中不要片面追求完全的仿真，只有这样，才能提高仿真效率，少走弯路。
参考文献
[1]徐爱钧,彭秀华.Keil Cx51 V7.0单片机高级语言编程与NV-ision2应用实践(第二版)[M].北京:电子工业出版社,2008.
[2]周润景,张丽娜.基于Proteus的电路及单片机系统设计与仿真[M].北京:北京航天航空大学出版社,2006.
[3]侯玉宝,陈忠平,李成群,等.基于Proteus的51系列单片机设计与仿真[M].北京:电子工业出版社,2008.
仿真Proteus 篇2
关键词：ARM；嵌入式系统；虚拟仿真；Proteus；Keill μVision3
中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)16-31098-02
The ARM Virtual Development Based on the Combination of Proteus and Keil
GENG Wen-bo1, QI Xiao-hui2
(1.Dept. of Physics and Electronic Engineering, Zhoukou Normal University,Zhoukou 466000,China;2.Jinan Institute of Semiconductor,Jinan 250014,China)
Abstract:The development of embedded system based on microprocessor needs excellent software and hardware environment. Nowadays, the development tool ADS, RealView and Keil of the ARM Company have a good support for ARM processor, but the hardware is expensive. The problem can be resolved by using software Proteus: We can build a virtual hardware workbench to simulate peripheral digital circuit and analog circuit together with microprocessor depending on our requirement. Combining Keil for ARM IDE and software Proteus, introduce how to build ARM embedded system virtual workbench to debug source code, which is new way to study embedded system.
Key words:ARM;Embedded System;Virtual Simulation;Proteus; Keil μVision3
1 引言
不管是基于单片机的嵌入式开发还是基于ARM的嵌入式开发，嵌入式系统设计是一门实践性很强的学科，没有大量的实践操作是不可能学好这门课的。因此在传统的嵌入式系统学习中，嵌入式开发平台是必不可少的。其中资源少的开发平台便宜但功能较少，资源多的开发平台有价格不菲，很多人无法承受。比起51单片机开发板和实验箱，ARM开发板和实验箱要昂贵得多。而且一般的开发板和实验箱是成品，学习者很难参与到其中的细节中去，动手能力就难以得到训练和提高。英国Labcenter公司推出了适合嵌入式设计仿真的开发平台——Proteus软件。利用它，我们可以随时搭建一个嵌入式应用系统，并对其进行仿真，这样就很很好解决了上述矛盾。
2 Keil与Proteus简介
2.1 Keill μVision3简介
Keil软件公司（现为ARM子公司）是嵌入式开发工具的专业制造商。其产品包括C编译器、宏汇编器、实时内核、调试器、模拟器、集成开发环境以及8051、251、ARM7/ARM9/Cortex-M3和XC16x/C16x/ST10系列微控制器仿真开发工具。Keil μVision2已称为目前国内流行的嵌入式集成开发环境（IDE）。为了更好地支持32位微处理器的开发，Keil又推出了Keil μVision3 IDE。UV3平台的人机交互界面非常友好，而且编译器性能优异，编译出代码的大小、执行速率及系统的稳定性均领先于市场上同类产品。
Keill μVision3针对不同的处理器，包括不同的软件产品，有ARM开发工具、C51开发工具和XC16x/C16x/ST10开发工具和C251开发工具，用户可以根据需要选择。
Keil μVision3具有高效的工程管理的集成开发环境，高速ARM指令/外设模拟器，多种流行编译工具的选择（如C编译器、ADS/RealView编译器和GNU GCC编译器等）和JTAG仿真器ULINK。
2.2 Proteus简介
Proteus是来自英国Labcenter Electronics公司的EDA工具软件。它提供原理图绘制，SPICE仿真与PCB设计功能，这一点与EWB的Multisim和Ultiboard类似，不过它可以仿真微处理器和外围电路，可以仿真ARM7、PIC、Atmel AVR、Motorola HCXX以及8051/8052系列等常用的微处理器。与Keil和Mplab不同的是它还提供了外围电路的仿真，例如74系列、40系列、LED、示波器、逻辑分析仪等各种常用的元器件及测试设备；它还提供了大量的元件库，有RAM、ROM、键盘、马达、LED、LCD、A/D、D/A，部分SPI器件、部分I2C器件等；支持Keil和MPLAB集成开发环境，里面附带有大量范例。
3 Keil与Proteus的整合与联调
Proteus与Keil之间是通过TCP/IP协议进行通行的，要确保PC机上安装有TCP/IP协议。Proteus VSM AGDI驱动程序（包括8051驱动程序VDM51.dll和ARM驱动程序VDMARM.dll）支持将Proteus VSM作为Keil集成开发环境的一个调试器插件。驱动程序必须安装运行在IDE的机器上，而Proteus可以安装在IDE运行的机器上，也可安装在另一台机器上。需要注意的是，8051驱动程序应当工作在Keil μVision2和Proteus6.7及其以下版本，否则用Keil uVision 2和Proteus6.9联调,会出现错误提示。
3.1 Proteus6.7版本与Keil的接口（以8051驱动程序安装为例）
(1)假如Proteus和Keil均已正确安装。把C:Program FilesLabcenter ElectronicsProteus6 ProfessionalMODELS目录下的VDM51.dll文件复制到C:KeilC51BIN目录中。
(2)用记事本打开Keil目录下的TOOLS.INI文件，在键[C51]下加入TDRV5=BINVDM51.DLL ("Proteus VSM Simulator")，其中“TDRV5”中的“5”要根据实际情况写，不要和原来的重复就可以了。
(3)Keil的设置。启动Keil μVision3并打开一个工程，选择Project菜单的Option for Target‘工程名’，在Debug标签的右栏上部下拉列表框中选中Proteus VSM Simulator，如图1所示。然后单击右侧的Settings按钮，如果Proteus运行在另一台PC机上，则在弹出的对话框中填入另一台PC机的IP地址，如果是在同一台PC机上运行，IP地址选默认的Localhost或填入127.0.0.1，端口号都选择默认的8000。
(4)Proteus的设置。启动ISIS，在Debug菜单中选中Use Romote Debug Monitor。
图1 Debug标签下Proteus VSM Simulator的选择与IP设置
(5)在ISIS中画好相应的仿真电路图，或者打开一个设计好的文件，然后打开Keil，编写好程序，编译通过后（为方便起见，可把Keil的工程和Proteus的文件放到同一个目录下），单击Debug菜单下的Start/Stop Debug Session菜单项或按Ctrl+F5进入调试界面。此时可单步，全速运行程序，并进行调试，同时可以观察Proteus中目标板的运行情况。
3.2 Proteus6.9版本与Keil的接口
Proteus6.9版本安装目录下的MODELS子目录没有VDM51.dll和VDMARM.dll，需要执行安装程序vdmadi.exe（下载网址为http://downloads.labcenter.co.uk/vdmagdi.exe），双击之后会自动在Keil安装目录下的ARM子目录和C51子目录下的BIN子目录，分别安装VDMARM.dll和VDM51.dll，同时会在Keil目录下的TOOLS.INI文件相应位置添加相关键值，不需要用户进行修改。然后按照3.1中的第（3）步开始依次进行设置即可。
4 实例分析
下面以ARM7处理器LPC2124的通用输入/输出口GPIO来控制LED流水灯为例，介绍如何通过Proteus和Keil μVision3构建ARM嵌入式开发平台进行源代码级调试的方法。例子虽然很简单，但其调试方法和过程却具有代表性，旨在抛砖引玉。
4.1硬件电路绘制
启动Proteus ISIS 6 Professional，通过选择相应的元器件，绘制硬件电路图如图2所示。绘制电路图的操作和Protel、EWB等软件不太一样，初学者可能不太适应，熟悉之后操作很简单，同时限于篇幅，这里不介绍电路图绘制方法，读者可以参阅相关文献。
图2 LED流水灯的硬件电路图
4.2 程序编译与电路仿真
启动Keil μVision3，首先选定编译器（使用GNU编译器，Keil本身不带需要另外安装），方法是在工作空间（Project Workspace）空白处右击，从弹出的菜单中选择Manage Components命令，勾选Use GNU Compiler选项，在GNU-Tool-Prefix框中输入arm-uclibc-，单击确定。
接着新建一个工程，命名为Blinky.uv2并保存，在弹出的Select Device for Target ‘工程名’对话框中选择目标CPU，这里选Philips公司的LPC2124芯片，确定并添加启动代码，建立New Group并将源文件Time.c和Blinky.c添加到工程中去。源文件用C语言编写，在此从略。
然后进行工程配置，选择Project菜单的Option for Target‘工程名’，在弹出的对话框中，单击Target标签设置晶振频率为12MHz，单击Output标签勾选Create Hex File复选框，单击Linker标签，去掉Do not use Standard System Startup Files的对勾，并设置Linker Script文件Flash.ld，单击Debug标签的右栏上部下拉列表框中选中Proteus VSM Simulator，其他选项卡为默认，单击确定。
最后单击执行Project菜单下的Build Target命令或单击工具栏Build Target按钮进行编译链接，生成目标代码，通过后就可以进行仿真了。
单击执行Debug菜单下的Start/Stop Debug Session命令，加载程序到LPC2124中，这时切换至Proteus界面会发现，LED流水灯电路已经启动仿真（处于仿真暂停状态）。此时在Keil的调试界面下单击执行Debug菜单下的Run命令或按F5键全速运行程序，再切换至Proteus界面，会发现LED流水灯电路已经开始仿真运行了。结果如图3所示。
图3 Proteus和Keil联调时的仿真结果
5 结束语
本文以ARM处理器LPC2124为例，介绍了一种基于Proteus软件和Keil for ARM编译器接口的ARM电路仿真并进行源代码级调试的实现方法，为嵌入式系统学习提出了一种新的思路和方法，该方法具有普遍意义。对于ARM学习者，没有ARM实验箱也可以学习ARM嵌入式系统开发；对于ARM开发设计人员，可以使用该方法进行虚拟开发成功之后再进行实际制作，无疑可以提高开发效率，降低开发风险。
参考文献：
[1]http://www.labcenters.co.uk.
[2]http://www.keil.com.
[3]周润景,袁伟亭.基于PROTEUS的ARM虚拟开发技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.
仿真Proteus 篇3
红外遥控在家电、玩具、工控、智能仪表中是使用最广泛的一种通信和遥控手段[1,2,3]。Proteus仿真能大大加快该遥控系统的开发周期和提高其性能,但是当前版本的Proteus中尚没有红外发射器的仿真元器件,只有一个IRLINK模块可以用于接收并解调红外信号,给红外系统仿真带来了较大的难度。目前学者对红外遥控系统的接收部分仿真已经有较多的研究,但是还很少有针对红外遥控发射部分的典型仿真研究[1,2,3,4]。可以设计一种典型的红外发射器仿真模块,该模块在仿真中相当于实际的遥控器。进行红外遥控系统开发仿真时,可以将此模块用于红外遥控接收电路以及其软件的快速验证,加快产品开发周期。
1 红外遥控发射器调制解调过程简介
红外遥控发射器发射的一帧数据一般由引导码、低8位用户编码、8位数据码、8位数据码的反码等4部分组成。其中用户识别码能区别不同的红外遥控设备,防止不同机种遥控码互相干扰。后16位为8位数据码和8位数据码的反码,每次8位的数据码被传送之后,它的反码也随即被传送,用于确保接收数据准确。这种遥控码是采用脉冲宽度调制方式,它的特征是:采用脉宽调制的串行码,以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”;以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”[5]。
红外数据帧经编码后,还要用38k Hz的方波进行脉冲幅度调制。如图1所示,最上面一行为待发射数据的波形,第二行为38k载波,第三行为经载波调制后的红外发射信号波形,第四行是经过一种专门的红外接收滤波后的数据还原。可以看出,最后通过解码还原出来的数据波形与红外遥控器发射的数据波形相位刚好反向。
2 红外遥控仿真硬件电路设计
图2所示是红外发射接收一体化仿真电路。单片机U2部分为红外接收,并显示接收到的红外编码,显示部分可采用数码管,LCD等显示器件,学者已经对红外接收及显示有较详细的研究,在此不作论述,只用作验证红外遥控发射器模块的有效性。
单片机U1部分为模拟红外遥控器发射。因Proteus仿真软件里面没有常见的红外遥控发射器处理芯片,这里用8051单片机U1来实现,其P3.4口输出待发射数据,该数据经与门U3和38k载波信号调制后发射到接收电路,接收电路再通过Proteus软件自带的IRLINK模块解调后送到U2的外部中断INT0。遥控发射器按键输入采用4×4矩阵键盘,当按下某一个键后会发出对应的编码。例如按下键K6,按照红外发射数据帧结构,将通过P3.4口串行发送“00,00,0x06,0xf9”,其中,前面的“00,00”为用户码,对于不同的设备需作相应的修改;“0x06”是代表6号键,“0xf9”是“0x06”的反码,用于校验,提高传输准确性。只要在单片机的程序中对用户码和按键编码作相应的修改,就能使该遥控发射器在各类红外遥控系统仿真中通用。
3 红外遥控发射器程序设计
3.1 软件功能概述
根据仿真硬件电路设计,单片机的软件程序需要完成以下2个功能:1)按键扫描:实时对4×4矩阵键盘扫描,得到按键码,并根据按键码查找出对应的红外发射编码。2)编码发射:根据前述2.1和2.2的编码协议通过P3.4口发射红外编码。
单片机程序功能较简单,但是对于按键扫描和编码发射的时序要求较高,既要保证实时扫描到按键,又要保证红外编码的实时发射。
3.2 程序设计
程序流程图如图3所示,在时序上,整个程序基本上所有的时间都是在调用键盘扫描子程序,因此能检测到任何时候的按键。只有在扫描到有按键时才会调用发射红外编码程序,发射一次红外编码程序耗时为58.5ms至76.5ms,该时间很短,对于按键时序不会产生任何影响。
发射红外编码采用定时器中断的方式来实现,设定时值为38k,也就是每隔26μs中断一次。这样,要发送9ms的引导码,只需要将P3.4置为1,并控制定时器中断次数为346次即可。同样,要发送4.5ms的起始码,只需要将P3.4清0,并控制定时器中断次数为173次即可。其它部分类似。得到的红外编码数据发送子程序如下:
在红外编码数据发送子程序中,“IR_data[]”数组里存放的是一帧数据的4个编码,每个编码8位,共32位;“endcount”用于控制定时时间,例如“endcount=346;”指令将控制发送9ms的起始码。
4 仿真及实物验证
4.1 仿真结果
红外遥控发射数据时的仿真波形图如图4所示:第一个波形为由单片机U1的P3.4口发送出来的数据,第二个波形为38k载波,第三个波形为调制后的红外发射信号,第四个波形为红外接收滤波后的数据还原。可以看出还原后的数据波形与发射出的数据波形相位刚好反向。这种红外遥控码波形与前述遥控器厂家提供的如图1所示的数据完全吻合。
图4发射数据时的仿真波形图(参见右栏)
4.2 实物验证结果
图5所示为用实物验证模拟红外发射接收。其中(b)部分为接收红外遥控信号,解调并用两位数码管来显示接收到的红外编码。(b)部分的解调和显示程序是事先经海信电视CN-22601遥控器、开博尔电视盒遥控器、志高空调ZH/JT-06遥控器等三款红外遥控器测试通过的,可以确保解调和显示程序是正确的。(a)部分为模拟红外遥控发射数据。(a)和(b)两部分通过两根线相连,白色的一根是地线,使两块电路板共地;红色的一根连接(a)部分的P3.4口和(b)部分的外部中断INT0。图5中显示的是当(a)部分按下按键“K14”时,(b)部分显示“14”。
实验结果证明,仿真结果在实物电路板上同样是正确的,说明此发射模块就等同于一个实际的遥控器。
5 结论
红外遥控发射器Proteus仿真模块具有结构简单、可靠性高、可移植性强等优点。本模块填补了Proteus仿真软件对于红外遥控发射器件的空白。借助本模块,红外遥控系统开发者能大幅度地缩短产品的开发时间,大大提高工作效率。
摘要：Proteus仿真软件中缺少红外遥控器件,给红外遥控系统开发造成了一定的阻碍。通过设计一种通用的红外遥控发射器Proteus仿真模块能解决这一问题。该仿真模块由单片机做控制核心,包含矩阵键盘扫描、数据调制和红外发射三部分外围电路,整个模块相当于红外遥控器。在红外遥控系统仿真时,可以直接复制该模块,填补了Proteus仿真软件对于红外遥控发射器件的这一缺口,能大大缩短红外遥控系统开发周期。
仿真Proteus 篇4
关键词：初中信息技术；机器人教学；机器人教育；仿真Proteus
近年来，机器人作为一个融合多学科内容的学习领域，在培养学生创新、实践能力方面，得到了学校以及信息教师的重视，特别是2003年颁布的普通高中新课程标准将“简易机器人制作”列入中小学选修内容，使得我国机器人教育在大众化、普及化层面上跃上了一个新台阶。很多学校开展了机器人教学，并且在常规课堂中进行了智能机器人的教学尝试。
一、机器人教育的价值
1.增加了信息技术教学的“技术”含量
基于机器人技术的教学内容，包括了数学、电子、程序、机械、自动控制等相关领域的内容，通过机器人技术的学习，可以让学生了解硬件及软件协调工作的基本原理，认识基本的电子元器件、简单电路设计、程序设计、基本算法等方面知识，了解智能机器人处理信息的全过程，这样的内容设置，有利于整合信息技术中的科技含量，普及机器人科学与技术知识，消除学生与现代科技的隔膜。
2.有利于培养学生的科学素养、创新精神、实践能力
学生在机器人的学习过程中，通过完成任务，探究问题、激发创造的欲望，享受创造的乐趣。通过机器人培养学生的想象力、批判思维能力以及在实践中不断创新的能力。机器人制作强调心智与动作技能的结合，强调理论与实践的统一。学生通过动手操作，能充分地提高自己的设计与制作能力、技术探究能力以及利用技术解决实际问题的能力。教育机器人是科学教育与现代信息化教育中重要的教学载体，对培养学生的创新精神、实践能力及研究性学习能力发挥着十分重要的作用。
3.引导学生进入技术世界，增强其社会适应性
机器人课程引导学生关注社会，提高了学生学习技术的兴趣与责任感，学生在学习中，能够更深切地感受到信息时代技术发展给社会带来的变化，感受到日常生活中技术的存在，更理性地看待技术，并利用技术更广泛地参与社会生活，提高对未来社会的适应性。
二、对机器人教育的认识
彭绍东①教授认为机器人教育是指学习、利用机器人，优化教育效果及师生劳动方式的理论与实践。智能机器人的本质是单片机技术，是指在程序控制下，控制外部电路以及机械装置，并利用传感器检测外部数据，自动完成一定操作的智能设备。智能机器人技术融合了机械造型、电子传感器、计算机软硬件和人工智能等众多先进技术，综合了多学科的发展成果，代表了高新技术的发展前沿。作为信息技术与通用技术的交集，智能机器人教育已经成为促进学生动手与动脑相结合、培养学生创新精神和实践能力的智能平台，对学生理解技术、使用技术、应用技术解决实际问题等技术素养的提高具有奠基、引领的作用。
我校从2007年开始机器人教育，但是由于设备、场地等原因，只能有少数的同学参与到机器人项目的学习。2013～2014学年上学期，我在初二的三个班级中进行了“智能机器人教育走进常规课堂”的教学实验，尝试将智能机器人引入到信息技术的常规教学中，让更多的学生接触到智能机器人的内容。
三、虚拟技术为机器人教学提供支持
虚拟技术是利用计算机多媒体技术，通过计算机软硬件的支持下生成一个逼真的、三维的、具有一定的视、听、触、嗅等多种感官参与的环境。在教学过程中，我们使用了Proteus仿真软件，它是著名的EDA（Electronic Design Automation）工具，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真、PCB设计，是目前唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件合为一体的设计平台，Proteus虚拟技术为程序设计与智能机器人的硬件控制系统架起了一座桥梁。在机器人教学中应用仿真软件，有很多优点：
1.为学生提供了更多实验、探究的机会
虚拟系统中所创设的实验环境，可以更多地给学生提供尝试、探索的机会，不用担心会损坏设备、造成人员伤害，摆脱了对硬件设备的依赖，同时也避免了意外因素干扰影响实验结果的不利现象，更符合学生自主建构的学习方式。
2.为程序设计与算法教学找到了更有生命力的契合点
信息技术学科需要加强程序与算法内容的教学。程序与算法是解决问题的一种方法、一种思维，在中学阶段进行相应的教学，对培养学生的逻辑思维、创新能力是极为有益的。在机器人的教学过程中，通过仿真系统，将抽象的程序直观化，提高了学生对程序设计学习的兴趣。
四、教学实例分析——创意“心”型彩灯
任务：在下图所示的仿真环境中，编程实现“心”型小灯创意闪烁。
教学目标：能够独立编程，实现“心型”小灯的创意闪烁。掌握程序的编译方法；掌握仿真系统的调试，能够理解“心”型小灯的电路原理。
教学重点：程序的编写与调试是重点，难点是程序与电路之间关系的理解。
教学策略：为降低学生编程的难度，老师提供了程序的主体框架，学生可在此基础上修改和补充；虚拟结合：将学生编译生成的文件，下载到实际的电路中，进行演示，让学生理解仿真系统与实物之间的关系；鼓励学生尝试，通过仿真效果检验所写的程序是否正确。
教学过程：（略）
五、来自学生的教学反馈
学期末，我让学生同时提交一份Word文档，谈一下这学期的课堂收获与教学建议。在此，摘录部分同学的反馈内容与大家分享。
冯××：我对这个学期的这门单片机课程很感兴趣，它能用电脑中C语言控制现实中的电路，这让我很感兴趣。
耿××：这学期的微机课我收获很大，学会了编程序，课余的时间也变得丰富起来，希望下学期有更精彩的内容。
王××：我觉得金老师的这个课很有意思。它不仅开启了我们的物理电学思维，而且对我们今后的各科学习会有许多好处，回归学生爱创造的天性。
魏××：老师，我想这一学期的信息课是我收获最多的信息课，您带我们走进了真正的科技世界，学习了真正的信息语言。希望老师能够将仿真系统的课程要领继续传授给我们，很期待接下来更神奇的计算机语言！
于××：本学期教学内容很让人感兴趣，内容丰富，引人深思，不过希望老师能多进行指导，希望下学期还能继续做这类程序。
赵××：希望期末过后展开兴趣小组，在程序上可以教一些更难的、比较贴近生活的，兴趣小组可以教一些自己动手做的。
周××：老师，我很喜欢你在课堂上所教的东西，很实用，我很愿意学您的课程。老师，下学期还要你教哦。
王××：学习单片机课程让我体会到了一个全新的计算机世界。看到自己的劳动成果，甚是欣慰。希望在以后的学习过程中，能更深入地了解单片机技术，制作出自己的作品。
学生对这一学期的学习内容很感兴趣，下一步需要做的工作是继续完善相应校本教材的开发，调整教学内容与方法，和同学们一起收获学习与创造的乐趣。
参考文献：
[1]王改霞，朴姬顺.国内机器人教育研究发展综述[J].中国教育信息化，2012（12）：14-18.
[2]王益.融入STS教育理念的机器人教学探索[J].中国电化教育，2009（3）：90-92.
[3]葛文双，傅钢善，史婷.我国中小学机器人教育发展中的若干问题分析[J].中国教育信息化，2008（08）：4-7.
[4]钟启泉.国外“科学素养”说与理科课程改革[J].比较教育研究，1997（1）：16-21.
[5]彭绍东.论机器人教育（上）（下）[J].电化教育研究，2002（6）：3-7，2002（7）：16-19.
作者简介：金书辉，男，1971年4月出生，博士，就职学校：吉林省长春市东北师大附中，研究方向：教育技术。
摘 要：机器人教育是培养学生创新与实践能力的优秀平台，但是在机器人教育的普及方面，受场地及实验器材等原因制约，效果不理想。尝试应用Proteus仿真系统，将程序设计的学习与智能机器人硬件系统建立联系，在初中信息技术常规课堂中开展机器人教学实验，尝试通过机器人教学，解决信息技术教学中存在的一些问题。
关键词：初中信息技术；机器人教学；机器人教育；仿真Proteus
近年来，机器人作为一个融合多学科内容的学习领域，在培养学生创新、实践能力方面，得到了学校以及信息教师的重视，特别是2003年颁布的普通高中新课程标准将“简易机器人制作”列入中小学选修内容，使得我国机器人教育在大众化、普及化层面上跃上了一个新台阶。很多学校开展了机器人教学，并且在常规课堂中进行了智能机器人的教学尝试。
一、机器人教育的价值
1.增加了信息技术教学的“技术”含量
基于机器人技术的教学内容，包括了数学、电子、程序、机械、自动控制等相关领域的内容，通过机器人技术的学习，可以让学生了解硬件及软件协调工作的基本原理，认识基本的电子元器件、简单电路设计、程序设计、基本算法等方面知识，了解智能机器人处理信息的全过程，这样的内容设置，有利于整合信息技术中的科技含量，普及机器人科学与技术知识，消除学生与现代科技的隔膜。
2.有利于培养学生的科学素养、创新精神、实践能力
学生在机器人的学习过程中，通过完成任务，探究问题、激发创造的欲望，享受创造的乐趣。通过机器人培养学生的想象力、批判思维能力以及在实践中不断创新的能力。机器人制作强调心智与动作技能的结合，强调理论与实践的统一。学生通过动手操作，能充分地提高自己的设计与制作能力、技术探究能力以及利用技术解决实际问题的能力。教育机器人是科学教育与现代信息化教育中重要的教学载体，对培养学生的创新精神、实践能力及研究性学习能力发挥着十分重要的作用。
3.引导学生进入技术世界，增强其社会适应性
机器人课程引导学生关注社会，提高了学生学习技术的兴趣与责任感，学生在学习中，能够更深切地感受到信息时代技术发展给社会带来的变化，感受到日常生活中技术的存在，更理性地看待技术，并利用技术更广泛地参与社会生活，提高对未来社会的适应性。
二、对机器人教育的认识
彭绍东①教授认为机器人教育是指学习、利用机器人，优化教育效果及师生劳动方式的理论与实践。智能机器人的本质是单片机技术，是指在程序控制下，控制外部电路以及机械装置，并利用传感器检测外部数据，自动完成一定操作的智能设备。智能机器人技术融合了机械造型、电子传感器、计算机软硬件和人工智能等众多先进技术，综合了多学科的发展成果，代表了高新技术的发展前沿。作为信息技术与通用技术的交集，智能机器人教育已经成为促进学生动手与动脑相结合、培养学生创新精神和实践能力的智能平台，对学生理解技术、使用技术、应用技术解决实际问题等技术素养的提高具有奠基、引领的作用。
我校从2007年开始机器人教育，但是由于设备、场地等原因，只能有少数的同学参与到机器人项目的学习。2013～2014学年上学期，我在初二的三个班级中进行了“智能机器人教育走进常规课堂”的教学实验，尝试将智能机器人引入到信息技术的常规教学中，让更多的学生接触到智能机器人的内容。
三、虚拟技术为机器人教学提供支持
虚拟技术是利用计算机多媒体技术，通过计算机软硬件的支持下生成一个逼真的、三维的、具有一定的视、听、触、嗅等多种感官参与的环境。在教学过程中，我们使用了Proteus仿真软件，它是著名的EDA（Electronic Design Automation）工具，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真、PCB设计，是目前唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件合为一体的设计平台，Proteus虚拟技术为程序设计与智能机器人的硬件控制系统架起了一座桥梁。在机器人教学中应用仿真软件，有很多优点：
1.为学生提供了更多实验、探究的机会
虚拟系统中所创设的实验环境，可以更多地给学生提供尝试、探索的机会，不用担心会损坏设备、造成人员伤害，摆脱了对硬件设备的依赖，同时也避免了意外因素干扰影响实验结果的不利现象，更符合学生自主建构的学习方式。
2.为程序设计与算法教学找到了更有生命力的契合点
信息技术学科需要加强程序与算法内容的教学。程序与算法是解决问题的一种方法、一种思维，在中学阶段进行相应的教学，对培养学生的逻辑思维、创新能力是极为有益的。在机器人的教学过程中，通过仿真系统，将抽象的程序直观化，提高了学生对程序设计学习的兴趣。
四、教学实例分析——创意“心”型彩灯
任务：在下图所示的仿真环境中，编程实现“心”型小灯创意闪烁。
教学目标：能够独立编程，实现“心型”小灯的创意闪烁。掌握程序的编译方法；掌握仿真系统的调试，能够理解“心”型小灯的电路原理。
教学重点：程序的编写与调试是重点，难点是程序与电路之间关系的理解。
教学策略：为降低学生编程的难度，老师提供了程序的主体框架，学生可在此基础上修改和补充；虚拟结合：将学生编译生成的文件，下载到实际的电路中，进行演示，让学生理解仿真系统与实物之间的关系；鼓励学生尝试，通过仿真效果检验所写的程序是否正确。
教学过程：（略）
五、来自学生的教学反馈
学期末，我让学生同时提交一份Word文档，谈一下这学期的课堂收获与教学建议。在此，摘录部分同学的反馈内容与大家分享。
冯××：我对这个学期的这门单片机课程很感兴趣，它能用电脑中C语言控制现实中的电路，这让我很感兴趣。
耿××：这学期的微机课我收获很大，学会了编程序，课余的时间也变得丰富起来，希望下学期有更精彩的内容。
王××：我觉得金老师的这个课很有意思。它不仅开启了我们的物理电学思维，而且对我们今后的各科学习会有许多好处，回归学生爱创造的天性。
魏××：老师，我想这一学期的信息课是我收获最多的信息课，您带我们走进了真正的科技世界，学习了真正的信息语言。希望老师能够将仿真系统的课程要领继续传授给我们，很期待接下来更神奇的计算机语言！
于××：本学期教学内容很让人感兴趣，内容丰富，引人深思，不过希望老师能多进行指导，希望下学期还能继续做这类程序。
赵××：希望期末过后展开兴趣小组，在程序上可以教一些更难的、比较贴近生活的，兴趣小组可以教一些自己动手做的。
周××：老师，我很喜欢你在课堂上所教的东西，很实用，我很愿意学您的课程。老师，下学期还要你教哦。
王××：学习单片机课程让我体会到了一个全新的计算机世界。看到自己的劳动成果，甚是欣慰。希望在以后的学习过程中，能更深入地了解单片机技术，制作出自己的作品。
学生对这一学期的学习内容很感兴趣，下一步需要做的工作是继续完善相应校本教材的开发，调整教学内容与方法，和同学们一起收获学习与创造的乐趣。
参考文献：
[1]王改霞，朴姬顺.国内机器人教育研究发展综述[J].中国教育信息化，2012（12）：14-18.
[2]王益.融入STS教育理念的机器人教学探索[J].中国电化教育，2009（3）：90-92.
[3]葛文双，傅钢善，史婷.我国中小学机器人教育发展中的若干问题分析[J].中国教育信息化，2008（08）：4-7.
[4]钟启泉.国外“科学素养”说与理科课程改革[J].比较教育研究，1997（1）：16-21.
[5]彭绍东.论机器人教育（上）（下）[J].电化教育研究，2002（6）：3-7，2002（7）：16-19.
作者简介：金书辉，男，1971年4月出生，博士，就职学校：吉林省长春市东北师大附中，研究方向：教育技术。
摘 要：机器人教育是培养学生创新与实践能力的优秀平台，但是在机器人教育的普及方面，受场地及实验器材等原因制约，效果不理想。尝试应用Proteus仿真系统，将程序设计的学习与智能机器人硬件系统建立联系，在初中信息技术常规课堂中开展机器人教学实验，尝试通过机器人教学，解决信息技术教学中存在的一些问题。
关键词：初中信息技术；机器人教学；机器人教育；仿真Proteus
近年来，机器人作为一个融合多学科内容的学习领域，在培养学生创新、实践能力方面，得到了学校以及信息教师的重视，特别是2003年颁布的普通高中新课程标准将“简易机器人制作”列入中小学选修内容，使得我国机器人教育在大众化、普及化层面上跃上了一个新台阶。很多学校开展了机器人教学，并且在常规课堂中进行了智能机器人的教学尝试。
一、机器人教育的价值
1.增加了信息技术教学的“技术”含量
基于机器人技术的教学内容，包括了数学、电子、程序、机械、自动控制等相关领域的内容，通过机器人技术的学习，可以让学生了解硬件及软件协调工作的基本原理，认识基本的电子元器件、简单电路设计、程序设计、基本算法等方面知识，了解智能机器人处理信息的全过程，这样的内容设置，有利于整合信息技术中的科技含量，普及机器人科学与技术知识，消除学生与现代科技的隔膜。
2.有利于培养学生的科学素养、创新精神、实践能力
学生在机器人的学习过程中，通过完成任务，探究问题、激发创造的欲望，享受创造的乐趣。通过机器人培养学生的想象力、批判思维能力以及在实践中不断创新的能力。机器人制作强调心智与动作技能的结合，强调理论与实践的统一。学生通过动手操作，能充分地提高自己的设计与制作能力、技术探究能力以及利用技术解决实际问题的能力。教育机器人是科学教育与现代信息化教育中重要的教学载体，对培养学生的创新精神、实践能力及研究性学习能力发挥着十分重要的作用。
3.引导学生进入技术世界，增强其社会适应性
机器人课程引导学生关注社会，提高了学生学习技术的兴趣与责任感，学生在学习中，能够更深切地感受到信息时代技术发展给社会带来的变化，感受到日常生活中技术的存在，更理性地看待技术，并利用技术更广泛地参与社会生活，提高对未来社会的适应性。
二、对机器人教育的认识
彭绍东①教授认为机器人教育是指学习、利用机器人，优化教育效果及师生劳动方式的理论与实践。智能机器人的本质是单片机技术，是指在程序控制下，控制外部电路以及机械装置，并利用传感器检测外部数据，自动完成一定操作的智能设备。智能机器人技术融合了机械造型、电子传感器、计算机软硬件和人工智能等众多先进技术，综合了多学科的发展成果，代表了高新技术的发展前沿。作为信息技术与通用技术的交集，智能机器人教育已经成为促进学生动手与动脑相结合、培养学生创新精神和实践能力的智能平台，对学生理解技术、使用技术、应用技术解决实际问题等技术素养的提高具有奠基、引领的作用。
我校从2007年开始机器人教育，但是由于设备、场地等原因，只能有少数的同学参与到机器人项目的学习。2013～2014学年上学期，我在初二的三个班级中进行了“智能机器人教育走进常规课堂”的教学实验，尝试将智能机器人引入到信息技术的常规教学中，让更多的学生接触到智能机器人的内容。
三、虚拟技术为机器人教学提供支持
虚拟技术是利用计算机多媒体技术，通过计算机软硬件的支持下生成一个逼真的、三维的、具有一定的视、听、触、嗅等多种感官参与的环境。在教学过程中，我们使用了Proteus仿真软件，它是著名的EDA（Electronic Design Automation）工具，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真、PCB设计，是目前唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件合为一体的设计平台，Proteus虚拟技术为程序设计与智能机器人的硬件控制系统架起了一座桥梁。在机器人教学中应用仿真软件，有很多优点：
1.为学生提供了更多实验、探究的机会
虚拟系统中所创设的实验环境，可以更多地给学生提供尝试、探索的机会，不用担心会损坏设备、造成人员伤害，摆脱了对硬件设备的依赖，同时也避免了意外因素干扰影响实验结果的不利现象，更符合学生自主建构的学习方式。
2.为程序设计与算法教学找到了更有生命力的契合点
信息技术学科需要加强程序与算法内容的教学。程序与算法是解决问题的一种方法、一种思维，在中学阶段进行相应的教学，对培养学生的逻辑思维、创新能力是极为有益的。在机器人的教学过程中，通过仿真系统，将抽象的程序直观化，提高了学生对程序设计学习的兴趣。
四、教学实例分析——创意“心”型彩灯
任务：在下图所示的仿真环境中，编程实现“心”型小灯创意闪烁。
教学目标：能够独立编程，实现“心型”小灯的创意闪烁。掌握程序的编译方法；掌握仿真系统的调试，能够理解“心”型小灯的电路原理。
教学重点：程序的编写与调试是重点，难点是程序与电路之间关系的理解。
教学策略：为降低学生编程的难度，老师提供了程序的主体框架，学生可在此基础上修改和补充；虚拟结合：将学生编译生成的文件，下载到实际的电路中，进行演示，让学生理解仿真系统与实物之间的关系；鼓励学生尝试，通过仿真效果检验所写的程序是否正确。
教学过程：（略）
五、来自学生的教学反馈
学期末，我让学生同时提交一份Word文档，谈一下这学期的课堂收获与教学建议。在此，摘录部分同学的反馈内容与大家分享。
冯××：我对这个学期的这门单片机课程很感兴趣，它能用电脑中C语言控制现实中的电路，这让我很感兴趣。
耿××：这学期的微机课我收获很大，学会了编程序，课余的时间也变得丰富起来，希望下学期有更精彩的内容。
王××：我觉得金老师的这个课很有意思。它不仅开启了我们的物理电学思维，而且对我们今后的各科学习会有许多好处，回归学生爱创造的天性。
魏××：老师，我想这一学期的信息课是我收获最多的信息课，您带我们走进了真正的科技世界，学习了真正的信息语言。希望老师能够将仿真系统的课程要领继续传授给我们，很期待接下来更神奇的计算机语言！
于××：本学期教学内容很让人感兴趣，内容丰富，引人深思，不过希望老师能多进行指导，希望下学期还能继续做这类程序。
赵××：希望期末过后展开兴趣小组，在程序上可以教一些更难的、比较贴近生活的，兴趣小组可以教一些自己动手做的。
周××：老师，我很喜欢你在课堂上所教的东西，很实用，我很愿意学您的课程。老师，下学期还要你教哦。
王××：学习单片机课程让我体会到了一个全新的计算机世界。看到自己的劳动成果，甚是欣慰。希望在以后的学习过程中，能更深入地了解单片机技术，制作出自己的作品。
学生对这一学期的学习内容很感兴趣，下一步需要做的工作是继续完善相应校本教材的开发，调整教学内容与方法，和同学们一起收获学习与创造的乐趣。
参考文献：
[1]王改霞，朴姬顺.国内机器人教育研究发展综述[J].中国教育信息化，2012（12）：14-18.
[2]王益.融入STS教育理念的机器人教学探索[J].中国电化教育，2009（3）：90-92.
[3]葛文双，傅钢善，史婷.我国中小学机器人教育发展中的若干问题分析[J].中国教育信息化，2008（08）：4-7.
[4]钟启泉.国外“科学素养”说与理科课程改革[J].比较教育研究，1997（1）：16-21.
[5]彭绍东.论机器人教育（上）（下）[J].电化教育研究，2002（6）：3-7，2002（7）：16-19.
仿真Proteus 篇5
1 Proteus软件简介
Proteus软件是英国Labcenter Electronics公司的EDA工具软件,Proteus软件除了具有和其它EDA工具一样的功能外,其革命性的功能是它的电路仿真是互动的,针对微处理器的应用,还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程,并实现软件源码级的实时调试,配合系统配置的虚拟仪器,如示波器、逻辑分析仪等,可实时看到运行后输入输出的效果,很容易构建一个完备的电子设计开发环境。
Proteus的ISIS是一款便捷的电路分析实物仿真系统,其虚拟系统模型使用了混合式的SPICE电路仿真、动态器件和策控制器模型,实现了完整的基于微控制器设计协同仿真。Proteus软件第一次真正使在物理原型出来之前对电子设计的开发和测试成为可能。
2 仿真教学与电子设计
2.1 辅助课程教学,加深理论理解
在电子技术基础课程中,有很多内容晦涩抽象,难以用语言准确地表达或解释。有了Proteus仿真工作平台,在多媒体教室里结合PPT课件,老师就可以方便地进行教学演示,使学生能清楚地观察到电路工作情况,了解不同结构的电路功能、元件参数改变对电路工作性能的影响及方便地改变测试点。例如,一个简单的RC桥式振荡电路如图1所示,电路振荡的条件无外乎两个:一要保证相位平衡;二要保证幅值平衡。其中第一个条件容易满足,只要电路构成正反馈即可,电路直观,学生较易理解。但是第二个条件(AF≥1,即电路要求电阻RV1和R4的取值应满足RV1≥2R4的关系)要想解释清楚,必须要进行繁琐的公式推导,也很难从理论上讲清楚振荡电路中放大器的要求、电路参数的变化对输出振荡信号的性能的影响。如果RV1太大,输出信号削顶失真,如果RV1大小,电路不能振荡,只有RV1选择合适,才能满足电路要求,正弦波信号波形如图2所示,将这些不易理解的内容形象地展现在学生面前,教学效果大大增强。
2.2 立足仿真验证,提升实践能力
在实际教学中,为了提升学生的综合实践能力,,常常有开放性综合实验或课程设计,要求学生根据课题的要求自行设计电路,再进行实际制作和调试,最后给出设计报告或提交物化作品。按照传统设计方式,学生设计出自己的电路后,只有制作出电路板后才能知道自己设计的电路是否可行。甚至要经过多次调试才有可能成功,既浪费了时间,又浪费了材料。如果运用Proteus软件进行课程设计,理论阶段的一切设计全在计算机上进行,直到方案合理为止,然后再制作出物化作品,即使结果有误,也可在仿真验证的基础上快速判断出问题在哪里。例如要求出用热敏电阻做温度感应元件,设计出一个温度控制的开关电路,当温度高于某一设定值时,电路自动切断加热源,否则,自动合上加热源。通过仿真平台Proteus来搭建电路,由于温度的变化无法用元件模拟,但热敏电阻的变化可以反映温度的变化,而用一个电位器就可模拟热敏电阻的变化,通过调整电位器就要快速确立电路的工作点与温度的关系,设计电路如图3所示。通过差动放大电路和电压比较电路将温度变化转化为逻辑信号,去驱动晶体开关管的开关,二极管的亮灭表示温度的高低,继电器作为加热器的电源开关(图中未画出加热器,实际制作中用功率电阻代替)。这样的训练有助于提高学生的动手、观察、思维、创新等诸多方面的能力。
2.3 搞好毕业设计,培养创新能力
随着电子技术的高速发展,各种新器件、新电路不断涌现,现有的实验设备无法满足各种电路的设计与调测,学生要想证明自己的一些创新设计,唯一的手段只有借助于仿真工作平台,尤其是学生走上实习岗位,更是没有机会接触实验仪器设备,那么毕业论文设计就不可能完成。但是若拥有一台笔记本电脑,一切工作就可以进行了,我们在毕业论文的选题上特别针对了利用Proteus软件平台来完成设计工作,包括电路的软、硬件设计、系统调试和仿真结果等。例如,简易步进电机控制系统设计,要求用单片机控制系统实现对步进电机的简单控制,要求能够实现步进电机正反转控制、通过键盘可以控制电机的转速、电机的工作状态可用LCD液晶显示。而Proteus系统资源丰富、硬件投入少,和工程实践最为接近的优点,给学生们足够的发挥空间,更能让学生体验到电子设计的魅力,极大地提高了学生的理论基础、电路设计和工程应用的创新能力。先在Proteus中建立硬件电路,接着在Keil中建立工程项目,编写MCU的程序并编译成十六进制(HEX)文件,最后进行Proteus和Keil的联合调试。当然这中间肯定会出现很多错误,包括硬件和软件的,在软件平台上反复设计修改就可以了,最终系统设计和运行结果如图4所示。
3 结束语
Proteus软件提供了电工、电子和微处理器在内的虚拟实验平台,一定程度上节约了大量的实验仪器设备资源,缓解了经费短缺、维护跟不上使用的实验室窘境。其开放、高效、灵活、安全、方便的优点,避免了真实实验中的故障和危险,减少了学生实验过程的挫折感,大大激发了学生的自主学习兴趣。但是虚拟仿真的更多的作用是提高设计者的理论设计能力,为实践工作提供正确的理论指导,不能代替和培养学生真正的实践活动。真实实验的元件特性、电路特点和实验现象还要靠学生亲自去实践和体会。实践证明只有将现代化的虚拟仿真技术和传统的实践教学有机结合起来,互为补充,才能真正提高子类课程的教学质量和学生电子综合开发设计能力。
参考文献
[1]周润景,张丽娜.基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.
[2]岳东海.基于PROTEUS的虚拟实验田在实践性教学中的应用[J].常州信息职业技术学院学报,2007(6):47-49.
仿真Proteus 篇6
用于显示数字及字符的七段LED数码管因其价格低廉、亮度较高得到了广泛的应用。数码管的显示方式分为静态显示及动态显示两种,因动态显示占用资源较少,控制灵活而得到广泛应用。根据动态显示原理,所有位的段码线相应段并接在一起,由一个8位I/O口控制,形成段码线的多路复用,各位的公共端分别由相应的I/O线控制,或称位控,形成各位的分时选通。利用人的视觉残留,得到各位数字连续显示效果。然而,在采用Proteus进行LED数码管动态显示仿真时,常会出现一些问题,虽然实际电路运行正常,但Proteus仿真却得不到正确结果。本文就应用Proteus7.4中出现的仿真中遇到的问题进行分析与探讨,提出解决办法。
2 LED数码管动态显示仿真
2.1 动态显示仿真模型
采用8位共阳极数码管,要求数码管结果显示“12345678”,因不影响仿真,模型中略去了复位及晶振电路,RP1为排阻,如图1所示。
2.2 数码管动态显示程序
在Keil u Vision中建立工程,相应LED数码管动态显示汇编语言程序如表1所示。
然而仿真结果为全部显示字符“8”!
3 仿真失败原因分析与解决方法
3.1 仿真电路模型研究
仔细观察仿真结果,发现仿真时,P0引脚上代表逻辑电平的红绿颜色不断发生交替变化,说明字形编码(段码)输出基本没有问题,P1引脚上逻辑电平也呈红绿色交替变化,说明位控信号也是正常的,但各驱动PNP三极管集电极引脚上电平始终是红色,这是不正确的。根据LED数码管动态显示工作原理,驱动三极管集电极引脚上电平也应该是红绿交替变化。
为找出仿真出错原因,试着将仿真原理图位控部分改为如图2所示电路,即各位控信号经反相器74LS04驱动后,接至LED数码公共端。仿真结果显示,代表各LED数码管位控信号逻辑电平颜色出现了红蓝色交替变化,虽然还存在所显数字出现缺笔划现象,但说明段码显示及位控信号都是本正常的,应该是图1仿真模型有问题。
3.2 修改仿真电路模型解决位控信号问题
分析图1模型,当P1引脚信号P1.X为高电平时,对共阳极数码管呈现高阻状态,为此对图1电路进行修改,在8个三极管集电极加排阻10K,如图3所示。
从仿真结果看,P1口引脚上数码管位控信号逻辑电平是变化了,但驱动三极管集电极引脚上电平始终是蓝色,当然各LED数码管也不显示。这是由于排阻RP2属性设置引起的,将RP2属性“Model Type”改为“ANALOG”后,驱动三极管集电极引脚上电平交替变化正常,但显示出来的各位数字出现不同程度的缺笔划现象。
3.3 修改源程序解决缺笔划问题
根据动态显示原理,为仔细观察数码管逐位显示过程,加长延时时间,由原延时子程序延时约1ms(晶振频率12MHZ),延时约50 ms,故将指令“DL0:MOV R3,#03H”,改为“DL0:MOV R3,#0FFH”,从仿真结果来看,各数码管依次显示相应数字,结果完全正确,并未出现缺笔划现象。但为何延时时间短了就会出现显示的数字缺笔划现象呢?
缺笔划现象应该是LED数码管仿真模型因时序配合问题导致显示来不及作出反应所致,即前一位数字的显示会对后一位造成影响。为克服这一现象,可在显示完一位数字后关闭显示。为此在原程序“LCALL DELAY”后增加关显示指令“MOV P1,#0FFH”,并恢复“DL0:MOV R3,#03H”,这样仿真结果完全正确。
4 结语
将图1的实物模型及表一的相应程序写入单片机开发板进行验证,发现结果是完全正确的。因此尽管Proteus软件仿真已得到了广泛使用,但仍要注意仿真模型的具体特点,完善仿真模型,否则会导致仿真失败。
此外,仿真时观察引脚上逻辑电平变化十分重要,如果看不到代表高低电平的红蓝色方块,可通过软件的“系统”菜单下的“设置动画选项……”,勾选“在引脚上显示逻辑状态”来实现。
摘要：Proteus因其强大的功能,在电路仿真领域中得到了广泛的应用,然而在实际仿真调试时,如不注意仿真模型的特点,往往会导致仿真失败。该文就单片机控制数码管动态显示过程,分析了仿真过程中出现的问题,并提出了相应解决方法。
关键词：Proteus,仿真,数码管,动态显示
参考文献
[1]侯玉宝,陈忠平,李成群.基于Proteus的51系列单片机设计与仿真[M].电子工业出版社,2008.
[2]林立,张俊亮.单片机原理及应用——基于Proteus和Keil C(第2版)[M].电子工业出版社,2013.
仿真Proteus 篇7
直流电机的测速系统通过LCD可视化地显示电机的转速,便于操作人员观察,使其能够更加有效地对电机进行控制。Proteus软件提供了大量的单片机仿真元器件,相当于虚拟实验室,节省了直流电机的研制成本,缩短了研制周期。从科学的研究角度来看,基于Proteus的直流电机仿真是必要的、合理的。
1直流电机测速系统的硬件总体设计
本设计实现的是通过LCD显示电机的转速信息。 系统采用AT89C51单片机,通过键盘控制电机并进行可控转速显示,该系统的总体结构框图如图1所示。
2直流电机测速系统的软件设计
直流电机测速系统软件编程时采用了模块化的设计思想,主要功能模块被编成独立的函数,由主程序调用。其主要的程序模块包括初始化程序、键盘信号采集及处理程序、液晶显示程序、可控调速程序、信息显示程序和超限报警程序。系统的软件主要采用C语言编制,对单片机程序进行调试,最终实现仿真的相应功能。
3仿真主要过程
在keilc中编译程序并运行,运行结果说明程序调试成功。程序调试图见图2。
由于单片机读不懂C语言程序,故需要将其转变成单片机能读懂的十六进制代码,生成hex文件的过程如图3所示。在f盘中生成motor.hex文件,如图4所示。
在Proteus中调用单片机AT89C51、LCD、键盘、 直流电机模块,连接端口,得到直流电机测速系统仿真电路,如图5所示。
点击单片机,把在f盘中生成的motor.hex文件添加到单片机中,然后点击ok。在单片机中添加motor.hex文件图的具体情况如图6所示。
到此完成了直流电机测速系统的建立。
4可控调速结果显示及总结
由键盘输入不同的转速,可以通过单片机处理键盘输入的信息来控制直流电机的转速,并通过LCD来显示直流电机的控制信息。
显示顺时针1 500r/min、顺时针3 000r/min、逆时针3 000r/min的仿真结果,如图7、图8和图9所示。
仿真结果表明,通过Proteus软件实现直流电机的测速系统仿真是可行,仿真模型是合理的、科学的, 在功能上基本实现了可控调速和转速显示。
本文主要对顺时针1 500r/min、顺时针3 000r/ min和逆时针3 000r/min的转速进行了显示,目的是实现直流电机的多段速运行;通过仿真不同转速电机顺时针和逆时针运行,可以精确控制电机的传动系统。 软件仿真可以 降低研究 成本、缩短研究 周期,通过Proteus仿真,基本实现了直流电机测速系统的加减速运行、转速及方向控制以及转速显示。
摘要：介绍了由AT89C51、LCD和L256组成的直流电机测速系统,详细介绍了系统的设计框图,并通过Proteus软件实现仿真。仿真结果表明该系统具有可控调速、显示直观等特点。
仿真Proteus 篇8
舵机也称伺服电机, 其特点是结构紧凑、易安装调试、控制简单、大扭力、成本较低等, 是一种位置伺服的驱动器, 适用于那些需要角度不断变化并能够保持的控制系统, 广泛应用于电气自动化工业控制系统特别是机器人机电控制系统中, 作为微机电系统和航模基本的输出执行机构。舵机的主要性能取决于最大力矩和工作速度 (一般是以秒/60度为单位) , 而且简单的控制和输出使得单片机系统很容易与之接口。运用Proteus软件结合Keil开发工具对设计进行联合实时仿真调试, 不但可以减少实验过程损耗, 并能尽快排查系统的软硬件错误提高设计效率[1,2,3]。
1 系统设计
系统以AT89C52单片机为主控制芯片实现对舵机输出转角的控制, 产生周期为20 ms的PWM控制信号, 设置两个按键进行角度从0°到180°步进为45°的可增可减的角度调节, 并且通过LM032L液晶显示模块进行舵机角度显示。
单片机作为舵机的控制部分, 能使PWM信号的脉冲宽度实现微秒级的变化, 从而提高舵机的转角精度。单片机完成控制算法, 再将计算结果转化为PWM信号输出到舵机, 由于单片机系统是一个数字系统, 其控制信号的变化完全依靠硬件技术, 所以受外界干扰小, 整个系统工作可靠。系统运用Proteus软件进行仿真调试。系统结构框图如图1。
2 系统硬件电路设计
2.1 舵机
标准的舵机有三条引线, 分别为电源线VCC、地线GND和控制信号线, 如图2所示。
舵机的内部有一个基准电路, 产生周期为20 ms、宽度为1.5ms的基准信号, 并将获得的直流偏置电压和电位器的电压比较, 获得电压输出。最后, 将电压差的正、负输出到电机芯片决定电机的正、反转。当电机转速一定时, 通过级联减速齿轮带动电位器旋转, 使电压差为0, 电机停止转动。舵机的控制信号也是PWM信号, 利用占空比的变化改变舵机的位置[4,5,6,7]。
2.2 主控电路
系统选用AT89C52单片机作为主控芯片, AT89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器, 具有8 K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储技术制造, 与工艺80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程, 亦适于常规编程器。在单芯片上, 拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash, 使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提高灵活、超有效的解决方案。
2.3 角度设定和液晶显示
本实验利用AT89S52控制单个舵机, 开始时舵机角度自转为0°, 通过实现两个独立按键实现对舵机角度在0°、45°、90°、135°、180°五种角度上的加减, 并在20×2的LM032L液晶显示模块上显示舵机转角角度。
LM032L液晶显示模块集成LCD显示屏、背景光源、线路板和驱动集成电路等部件, 引脚可与单片机通用I/O口, 使用十分方便。
2.4 Proteus软件仿真电路
Proteus ISIS是目前最好的模拟单片机外围器件的工具可以仿真51系列、AVR, PIC等常用的MCU及其外围电路。将系统在仿真软件中搭建, 如图3所示。单片机P3.0为PWM信号输出端接软件自带的虚拟示波器便于观察PWM信号, 按键分别接P3.6和P3.7, LM032L经上拉电阻接单片机通用I/O口。
3 系统的软件设计
单片机控制单个舵机比较简单, 利用一个定时器即可。假设仅控制舵机5个角度转动, 其控制思路如下:只利用一个定时器T0, 定时时间为0.5 ms;定义一个角度标识, 数值可以为1, 2, 3, 4, 5, 实0.5, 1, 1.5, 2, 2.5 ms高电平的输出;再定义一个变量, 数值最大为40, 实现周期为20 ms。每次进入定时中断, 判断此时的角度标识, 进行相应的操作。比如此时为5, 则进入前5次中断期间, 信号输出为高电平, 即2.5 ms的高电平;剩下的35次中断期间, 信号输出为低电平, 即17.5 ms的低电平。这样总的时间是20 ms, 为一个周期。图4为舵机输出转角与输入信号脉冲宽度的关系, 其脉冲宽度在0.5到2.5 ms变化时, 舵机输出轴转角在0°到180°变化[8,9]。
利用Proteus与Keil软件对系统进行软硬件联合仿真调试。Keil软件是一个支持汇编语言和C语言等高级语言的软件开发平台, 本设计的系统程序在此平台上进行开发编译, 并与Proteus结合对系统实时仿真。实验程序流程图如图5所示。
4 系统仿真结果
Proteus软件与Keil软件联合对系统进行实时仿真, 通过按键增加或减少舵机角度, 仿真结果如图6, 7, 8, 9, 10。虚拟示波器中显示的是单片机输出驱动舵机的PWM波一个周期内的波形, 对应的角度显示在液晶显示模块上。
5 结束语
本设计采用PWM信号控制舵机, 实现了角度可设定, 角度可显示, 电路简单可靠, 控制灵活, 成本低, 可移植性强。系统经实物硬件搭建进行调试, 效果良好。通过Proteus和Keil对系统的联合仿真提高了设计效率和可靠性, 降低了设计的硬件损耗, 为今后舵机的广泛精确地应用提供了一种良好的设计模式。
参考文献
仿真Proteus 篇9
关键词：Proteus；高职；单片机；课程设计
中图分类号：G640文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 03-0000-02
The Application of Proteus Simulation Software on SCM Course Design
Zhou Xudan，Wei Wangdong
(Shaoxing Polytechnical College,Shaoxing312000,China)
Abstract:Course design is one of the important content of SCM course in higher vocational colleges.With the application of proteus simulation software,It greatly enhances the learning initiative and gets a good teaching result.
Keywords:Proteus;Higher vocational;SCM;Course design
一、傳统单片机课程设计存在的问题
《单片机原理及应用》课程理论和实践结合性很强的课程性质和高职“高素质技能型人才”的培养目标，决定了单片机课程设计环节具有不可替代的地位和作用。目前，单片机课程设计往往采用单片机实验箱和实物设计两种形式，而这两种方式均存在不可避免的问题。
（一）采用单片机实验箱，建造单片机实验室成本高，投入大，一般的高职院校很难达到学生人手一套实验开发系统，并且随着科学技术的不断发展，实验设备老化、落后、被淘汰，需要不断更新，要解决此问题就需要不断重建单片机实验室，因此必将带来资金耗费严重等问题。
（二）采用实物设计，因受到实训元器件的选用、准备以及实训室时间、场地的限制，使得学生在规定的教学时间内很难完成。
二、引入Proteus的意义与可行性
（一）Proteus仿真技术是高职电子类专业学生必须掌握的重要技术。随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，仿真技术“已成为了认识客观世界的除理论、实验之外的第三种方法”。仿真技术的应用，对于及时推出新产品、缩短开发周期、节约成本、提高质量具有举足轻重的作用，是企业竞争能力持续增长的关键。而Proteus作为目前世界上最先进的单片机（MCU）应用系统的设计与仿真平台，其单片机应用系统仿真能力强，元件模型丰富，虚拟仪器齐全且功能强大，因而Proteus仿真技术是高职电类学生必须掌握的重要技术。
（二）利用Proteus仿真技术，使课程设计周期缩短、设计成本减小。Proteus真正实现了在计算机上完成从原理图与电路设计、电路分析与仿真、单片机代码调试与仿真、系统测试与功能验证到形成PCB制板图的完整的电子设计过程，其强大的仿真能力，革新了电子产品设计过程，通过Proteus仿真设计后安装的实际产品调试成功率大大提高，从而使课程设计周期缩短，设计成本减小。
（三）利用Proteus软件，拓宽了课程设计的场地，延长了课程设计的时间，给予学生更大的自主性。采用Proteus仿真软件后，仅需一台电脑就可以进行单片机课程设计，拓宽了课程设计的空间和时间，其直观、形象的仿真显示更能激发90后电脑一代的学习兴趣和激情。
（四）众多教学实践证明，在单片机课程设计中引入Proteus软件是可行且必要的。我院于2005年5月率先建成了国内第一个Proteus仿真虚拟实验室，之后，国内众多高职院校也纷纷建立。经过6年的教学实践证明，引入Proteus仿真虚拟实验室，大大提高了学生的学习积极性，极大地增强了学生的学习效果。
三、引入Proteus仿真软件后的单片机课程设计的实施
根据Proteus软件的特点以及单片机课程学习规律与高职学生的特点，我们制定出一套基于Proteus的课程设计实施方案。主有以下几部分：
（一）课程设计项目选择。设计项目的选择成功与否，将很大程度上决定课程设计效果的好坏。它既要考虑到不同学生的不同需求，要能够吸引基础差、求知欲不足、学习积极性不高的学生学习兴趣，但又不至于太难而导致其信心不足放弃学习，还要能够照顾到学习积极性高，动手实践能力强，学有余力的学生能够让他们“吃饱”。另外，课程设计项目要能够涵盖课程所学的基本知识，并注重知识的深化和扩展，且还要考虑到设计项目应具有一定的实用价值。
综合考虑后，我们把课程设计项目分成三个进阶，第一进阶是入门训练，从考虑激发学生的学习兴趣为主，让不同层次的学生都能从这个阶段的课程设计中收获成功的喜悦，并得以下一进阶的顺利开展。这一阶段主要是完成仿真调试。第二进阶项目则注重的是知识的掌握和巩固，是学生进行课程设计的重点内容。这一阶段，学生要通过Proteus仿真软件所运行正确结果，进行实物焊接和硬件调试。第三进阶项目主要是为学有余力的学生准备的，它侧重知识的深化与拓展。学生可根据自身情况有选择的进行。我们选择了如下项目：第一进阶：流水灯设计、交通灯设计等；第二进阶：计时器、密码锁、点阵、数字电压表等；第三进阶：数字频率计、电子时钟、万年历等。
（二）任务驱动与分组教学相结合的实施过程组织。在课程设计的实施过程中，我们将学生分成2人一小组，10人一大组，分组充分考虑学生的成绩优劣和寝室划块。课程设计中完全运用任务驱动教学法，开始这个进阶项目的设计前，教师首先布置好这个阶段的任务，详细分析任务要求，给出明确的任务目标。学生在任务的驱动下，主动发现问题、解决问题，从而完成任务，最终成为学习的主人。教师在这个过程中，是主导者、组织者、指导者和促进者，授学生以“渔”，而不是授以“鱼”。学生学习的积极性和主动性得到了极大提高，在这个过程中学生学会了学习，培养了自学能力、创新能力和实践操作能力。
（三）课程设计考核标准。课程设计考核，从五个方面进行。一是考核学生资料收集与方案设计的能力，约占15%。二是考核Proteus仿真平台中电路设计与连接合理性与否，程序编制与调试成功与否，约占30%。三是硬件电路焊接与调试，约占30%。四是课程设计报告，约占15%。五是学生在课程设计中的出勤与平时表现，约占10%。考核结果采用四级制，即优秀、良好、合格和不合格。
四、教学效果分析
经过笔者的实践发现，在单片机课程设计中引入Proteus仿真软件，运用任务驱动教学法，能收到良好的教学效果：很大程度上激发了学生的学习积极性，班级学习氛围浓厚了，学生两极分化现象得到了非常大的缓解，100%的学生都通过了课程考核。
参考文献：
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[2]周灵彬,张靖武.基于仿真技术的电子产品设计变革[J].系统仿真技术,2009,2
[3]曹晖,徐春辉,易结,彭小军.采用Proteus提高单片机课程设计教学效果[J].华东交通大学学报,2006,23
[4]潘绍明,罗功坤,蔡启仲.单片机课程设计教学改革探索[J].中国科技信息,2008,20
[5]郭宗莲.高职院校单片机课程设计的探讨[J].科技创新导报,2008,31
[6]王进.浅谈高职院校中基于PROTEUS的单片机教学[J].科技风,2008,6
本文是绍兴市教科规划课题《基于Proteus的高职单片机课程设计教学的探究（编号sgj10053）》的研究成果。
[作者简介]
周旭丹（1977-），女，浙江宁波北仑人，绍兴职业技术学院讲师，教务处副处长，主要研究方向：单片机教学改革与教学管理。
仿真Proteus 篇10
随着计算机在人们日常生活和工作中的日益普及, 计算机辅助教学是当今教育领域的重要内容, 是实现教育现代化的重要手段。计算机仿真技术应用于教学是教育技术发展的一个飞跃。如何将现代先进科学技术应用于教育教学, 以达到优化教学过程, 增强教学效果, 提高教学效率和质量是教育技术学研究的重要内容之一。计算机仿真软件Proteus的出现和发展为先进教育理念与电子电路课堂教学的结合提供了良好的条件。
本文以设计了一个稳压电源为例, 并利用Porteus软件进行了仿真调试。通过稳压电源的设计过程, 充分体现Proteus软件在模拟电子电路设计和调试中的实用性。
(二) 利用Proteus构建虚拟实验室
Proteus嵌入式系统仿真与开发平台是由英国Labcenter公司开发的, 是目前世界上最先进最完善的电路设计与仿真平台之一。Proteus软件可以对模拟电路、数字电路、模数混合电路、单片机及外围元器件进行系统仿真。
Proteus软件提供了丰富的测试信号用于电路测试。对电路系统的教学, 学生的实验、课程设计、毕业设计、电子设计竞赛等都有很大的帮助。通过动态器件如电机、LED、LCD开关等, 配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等, 可以实时看到运行后的输入输出的效果。
(三) 利用Proteus设计电路与仿真实例
下面通过三端可调稳压电源电路来简要说明Proteus在应用电子技术教学中的应用。
1. 三端可调输出稳压电路工作原理
三端可调输出稳压电路如图1所示, D1~D4为桥式整流二极管, 19V的交流电经过整流滤波后, 得到稳定的直流电压送到三端稳压集成电路LM317L的Vi端子 (3脚) 。
由于LM317L具有这样的特性:电压送到Vi端子后, 便可保持其输出Vo端子 (2脚) 比ADJ端子 (1脚) 的电压高1.25V。因此, 只需要用很小的电流来调节ADJ端子的电压, 便可在输出Vo端子得到比较大的电流, 并且电压比ADJ端子高出恒定值1.25V。可以通过改变电位器抽头位置来改变输出电压。
理论分析:
由于其基准电流IREF≈50uA, 可以忽略, 基准电压UREF≈1.25V, 所以有
当电位器的抽头滑到最上端时, RV1=0ΩRV2=200Ω输出电压为最大值:
当电位器的抽头滑到最下端时, RV1=200ΩRV2=0Ω输出电压为最小值:
2. 电路原理图的绘制
(1) 查找元器件:打开proteus的元器件查询窗口, 查找实验所需元器件, 该软件含有丰富的元件库, 在选中Component图标后, 点击工具栏中的字母P模样的控件, 通过输入关键词的方式就可以查找各类元器件了。如果不知道所需的这个元件的英文名称, 可用分类查找的方式进行查找, 即在元器件分类窗口中选择元器件的类型, 如图2所示。对所查找的元器件的参数可以通过属性进行修改。
(2) 连接电路图:找到所需要的元器件后, 在元器件窗口中用鼠标左键双击元件名, 把元件加到元件列表窗口, 再在元件列表窗口中用鼠标左键单击选中这个元器件。放在图2中所要放的位置, Proteus具有自动捕捉节点和自动布线的功能。连线时当鼠标的指针靠近一个对象的引脚时, 跟着鼠标的指针就会出现一个”×”提示符号, 点击鼠标左键即可进行连线了, 完成原理图的绘制, 如图1所示。
3. 仿真结果
改变电位器RV2抽头的位置, 可以改变分压电阻的大小, 最后在Proteus中点击运行按钮可观察仿真结果。
(1) 当电位器的抽头滑到最上端时, 仿真电压的输出V=7.52011V, 图3所示。
理论分析:
(2) 当电位器的抽头滑到最下端时, 仿真电压的输出V=2.52266V, 图4所示。
理论分析:
由此可见:仿真结果与理论计算完全一致。
(四) 结束语
Proteus不仅可以作为学校实验的模拟仿真平台, 也可以作为个人工作室的仿真实验平台。作为电子信息类相关专业的学生和工程技术人员, 在学习了该软件后, 可以充分地利用它所提供的资源, 帮助自己提高工程应用能力。在教学中利用该软件, 可使得原来枯燥无味的理论知识变得生动起来, 有助于培养学生的创新素质和创造能力。
参考文献
[1]周润景, 张丽娜, 刘印群.PROTEUS入门实用教程[M].北京:机械工业出版社, 2007.
[2]黄跃华张钰玲.模拟电子技术[M].北京:北京理工大学出版社, 2009.