單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品的PROTEUS設(shè)計(jì)與仿真 - 圖文-

1、 專題特寫(xiě):設(shè)計(jì)工具 今日電子2008年1月64單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品的PROTEUS 設(shè)計(jì)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(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)P R O T E U S 是英國(guó)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(qiáng)的ISIS智能原理圖輸入系統(tǒng),有非常友好的人機(jī)互動(dòng)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(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、單片機(jī)源代碼級(jí)調(diào)試與仿真。P R O T E U S 有三十多個(gè)元器件庫(kù),擁有數(shù)千種元器件仿真模型;有形象生動(dòng)的動(dòng)態(tài)器件庫(kù)、外設(shè)庫(kù)。

2、特別是有從8051系列8位單片機(jī)直至ARM732位單片機(jī)的多種單片機(jī)類型庫(kù)。它們是單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真的基礎(chǔ)。P R O T E U S 有多達(dá)十余種的信號(hào)激勵(lì)源,十余種虛擬儀器。還有用來(lái)精確測(cè)量與分析的PROTEUS 高級(jí)圖表仿真(ASF。它們構(gòu)成了單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真的完整的虛擬實(shí)驗(yàn)室。P R O T E U S 還有使用極方便的印刷電路板高級(jí)布線編輯軟件(PCB。特別指出,P R O T E U S 庫(kù)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(lái)建模的。因此,P R O T E U S 設(shè)計(jì)與仿真極其接近實(shí)際。目前,P R O T E U S 已成為流行的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái),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(kāi)發(fā),例如:“微電腦(單片機(jī)防盜報(bào)警器”、“純水機(jī)微電腦控制板”、“LED 漢字顯示屏”、“雙單片機(jī)控制的萬(wàn)年歷倒計(jì)時(shí)牌”等。實(shí)踐證明:P R O T E U S 是單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品研發(fā)的靈活、高效、正確的設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái),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(jī)應(yīng)用產(chǎn)品的研發(fā)過(guò)程單片機(jī)系統(tǒng)的傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程一般可分為三步:單片機(jī)系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì),選擇、購(gòu)買元器件和接插件,安裝和電氣檢測(cè)等(簡(jiǎn)稱硬件設(shè)計(jì);進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì),調(diào)試、匯編編譯等(簡(jiǎn)稱軟件設(shè)計(jì);單片機(jī)系統(tǒng)在線調(diào)試、檢測(cè),實(shí)時(shí)運(yùn)行直至完成

4、(簡(jiǎn)稱單片機(jī)系統(tǒng)綜合調(diào)試。P R O T E U S 促進(jìn)了單片機(jī)產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程的改革,有P R O T E U S 參與的單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程一般分為四步:在PROTEUS平臺(tái)上進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)、選擇元器件、接插件、連接電路和電氣檢測(cè)等(簡(jiǎn)稱P R O T E U S 電路設(shè)計(jì);在PROTEUS 平臺(tái)上進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)源程序設(shè)計(jì)、編輯、匯編編譯、調(diào)試,最后生成目標(biāo)代碼文件(*.hex(簡(jiǎn)稱PROTEUS軟件設(shè)計(jì);在PROTEUS 平臺(tái)上將目標(biāo)代碼文件加載到單片機(jī)系統(tǒng)中,并實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)交互、協(xié)同仿真(簡(jiǎn)稱PROTEUS仿真;仿真正確后,安裝實(shí)際單片機(jī)系統(tǒng)電路,并將目標(biāo)代碼文件(*.he

5、x下載到實(shí)際單片機(jī)中運(yùn)行、調(diào)試。若出現(xiàn)問(wèn)題,可與P R O T E U S 設(shè)計(jì)與仿真相互配合調(diào)試,直至運(yùn)行成功(簡(jiǎn)稱實(shí)際產(chǎn)品安裝、運(yùn)行與調(diào)試。筆者的實(shí)踐證明:按照P R O T E U S 仿真通過(guò)的設(shè)計(jì)來(lái)安裝的實(shí)本文從單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品研發(fā)實(shí)例出發(fā),介紹了如何利用PROTEUS 高效、正確地完成單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與仿真圖1“倒計(jì)時(shí)牌”的PROTEUS設(shè)計(jì)與仿真片斷 專題特寫(xiě):設(shè)計(jì)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(wú)誤,焊接牢靠,基本都能順利通過(guò)。下面以筆者研發(fā)的“雙單片機(jī)控制的萬(wàn)年歷倒計(jì)時(shí)牌”(簡(jiǎn)稱“倒計(jì)時(shí)牌”為例,論述PROTEUS 在單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品研發(fā)中的開(kāi)發(fā)過(guò)

6、程、實(shí)際操作。該“倒計(jì)時(shí)牌”已在部分中學(xué)用來(lái)作為高考日期倒計(jì)時(shí)警示牌。為精減論述,本文省去了農(nóng)歷、時(shí)溫等部分。它由兩塊AT89S51、DS1302時(shí)鐘芯片、16塊LED 數(shù)碼管、3個(gè)倒計(jì)時(shí)初值設(shè)置撥碼盤(pán)等構(gòu)成。圖1是它的PROTEUS 設(shè)計(jì)與實(shí)時(shí)仿真片斷。右邊為雙單片機(jī)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(hào)連接方法。左上方為顯示部分,左下方分別為設(shè)置倒計(jì)時(shí)初置的3個(gè)撥碼盤(pán)、音樂(lè)警示喇叭及3個(gè)調(diào)整開(kāi)關(guān)。單片機(jī)U1、U 6的晶振頻率分別設(shè)置為12M H z 、6MHz。該“倒計(jì)時(shí)牌”調(diào)整方便、性能穩(wěn)定、性價(jià)比高?！暗褂?jì)時(shí)牌”的P R O T E U S 電路

7、設(shè)計(jì)這是產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程的第一步。啟動(dòng)P R O T E U S 后,將出現(xiàn)用于設(shè)計(jì)與仿真的ISIS 窗口。圖2是“倒計(jì)時(shí)牌”P(pán) R O T E U S 設(shè)計(jì)時(shí)的ISIS 界面情況。采用鼠標(biāo)操作,非常方便。設(shè)計(jì)好圖紙尺寸定義好文件名后,即可按設(shè)計(jì)需要從P R O T E U S 庫(kù)中提取設(shè)計(jì)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(jì)。設(shè)計(jì)好電路后可使用PROTEUS 提供的電氣檢測(cè)工具對(duì)電路進(jìn)行電氣檢測(cè)。若電路出現(xiàn)電氣錯(cuò)誤,會(huì)彈出信息報(bào)告?？筛鶕?jù)報(bào)告排除電氣錯(cuò)誤,直至成功。“倒計(jì)時(shí)牌”的P R O T E U S 軟件設(shè)計(jì)這是產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程的第二步。P R O T E U S 設(shè)

8、計(jì)好硬件電路后,要進(jìn)行單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)。因是雙單片機(jī)控制,所以要設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)U1單片機(jī)的軟件和U 6單片機(jī)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(xiě)源程序、編譯生成目標(biāo)代碼文件(*.HEX 的手段,可進(jìn)行編寫(xiě)、編輯等各種操作?？赏ㄟ^(guò)在ISIS中點(diǎn)擊菜單項(xiàng)Source 的多級(jí)子菜單來(lái)實(shí)現(xiàn)。編寫(xiě)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(xiàng),則將兩個(gè)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(cuò),則彈出出錯(cuò)報(bào)告,可根據(jù)報(bào)告排錯(cuò)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(chǎng)情況,圖中只顯示出兩個(gè)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(jì)時(shí)牌”的P R O T E U S 仿真這是產(chǎn)品研發(fā)過(guò)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(jī)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(duì)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(jī)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(jī)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(shí)現(xiàn)交互圖2“倒計(jì)時(shí)牌”P(pán)ROTEUS 設(shè)計(jì)時(shí)的ISIS 界面情況圖3“倒計(jì)時(shí)牌”的PROTEUS 的軟件設(shè)計(jì)(下轉(zhuǎn)第68頁(yè) 專題特寫(xiě):設(shè)計(jì)工具 今日電子2008年1月68方案相對(duì)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(dòng)縮減面積占用。此外,強(qiáng)大的ESL 功能則能通過(guò)利用更高的時(shí)鐘頻率更方便地在各種技術(shù)上實(shí)現(xiàn)。同時(shí),由于我們可在統(tǒng)一的算法模型基礎(chǔ)上開(kāi)展工作,因此無(wú)須改變模

11、型或重新驗(yàn)證模型。結(jié)論上述簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)多種架構(gòu)的可能性,其中包括定點(diǎn)設(shè)計(jì)考慮事項(xiàng)等重要實(shí)施細(xì)節(jié),同時(shí)還能高效獲取有用的性價(jià)比數(shù)據(jù)。這樣,我們就能在高級(jí)算法基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)最佳FPGA與ASIC實(shí)施方案,同時(shí)盡可能縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。E D A 行業(yè)似乎正向著實(shí)現(xiàn)初期ESL設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)的方向發(fā)展,既要發(fā)揮針對(duì)硬件原型設(shè)計(jì)的集成式設(shè)計(jì)流程的優(yōu)勢(shì),又要充分利用發(fā)貨系統(tǒng)。E P CE P C式、實(shí)時(shí)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(gè)撥碼盤(pán)設(shè)置倒記時(shí)初值(圖1中初值設(shè)置為“096”;通過(guò)分別調(diào)節(jié)“調(diào)日歷”、“調(diào)時(shí)”、“加一”3個(gè)按鈕可校正萬(wàn)年歷。當(dāng)?shù)褂洉r(shí)值減至0時(shí),則喇叭中發(fā)出警示音樂(lè)聲。“倒計(jì)時(shí)牌”實(shí)際產(chǎn)品的安裝、運(yùn)行與調(diào)試這是產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程的第四步?！暗褂?jì)時(shí)牌”交互式實(shí)時(shí)仿真通過(guò)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(jì)要求設(shè)計(jì)PCB 電路板,設(shè)計(jì)中要注意布線的科學(xué)性。購(gòu)買符合設(shè)計(jì)要求的元器件、接插件。細(xì)心安裝實(shí)際的“倒計(jì)時(shí)牌”硬件電路。并將目標(biāo)代碼文件圖4對(duì)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(shí)際的單片機(jī)