VR虛擬現(xiàn)實(shí)基于的虛擬實(shí)驗(yàn)室建立

VR虛擬現(xiàn)實(shí)基于的虛擬實(shí)驗(yàn)室建立報(bào)告編碼：安陽(yáng)師范學(xué)院本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告基于Proteus的虛擬實(shí)驗(yàn)室建立作者齊軍芳系（院）物理與電氣工程學(xué)院專業(yè)電子信息工程年級(jí)2007級(jí)專升本學(xué)號(hào)071851057指導(dǎo)教師丁電寬日期2009.06.15學(xué)生誠(chéng)信承諾書本人鄭重承諾：所呈交的設(shè)計(jì)報(bào)告是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，報(bào)告中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果，也不包含為獲得安陽(yáng)師范學(xué)院或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在報(bào)告中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。簽名：日期：報(bào)告使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解安陽(yáng)師范學(xué)院有關(guān)保留、使用學(xué)位報(bào)告的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留送交報(bào)告的復(fù)印件，允許報(bào)告被查閱和借閱；學(xué)校可以公布報(bào)告的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存報(bào)告。簽名：導(dǎo)師簽名：日期：基于Proteus的虛擬實(shí)驗(yàn)室建立齊軍芳(安陽(yáng)師范學(xué)院物理與電氣工程學(xué)院，河南安陽(yáng)455002)本文以學(xué)校單片機(jī)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為背景,較為全面地闡述基于Proteus軟件仿真的單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室只需配置有限的硬件設(shè)備，就能夠很好地解決資金和設(shè)備維護(hù)問題的建設(shè)方案，為精品課程的建立、教改項(xiàng)目打下基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)所采用的大量仿真實(shí)驗(yàn)是在軟件環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的，利用Proteus與Keil整合構(gòu)建單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室，解決了傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)中以理論為主、實(shí)踐少的問題，使得每個(gè)學(xué)生都可以擁有自己的“實(shí)驗(yàn)室”。關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn)室；Proteus；Keil；單片機(jī)；仿真1.概述1.1虛擬實(shí)驗(yàn)室的介紹虛擬實(shí)驗(yàn)室(Virtuallaboratory)，亦稱為“合作實(shí)驗(yàn)室(Collaboratory)”，最早在1989年由美國(guó)UniversityofVirginia的WilliamWulf教授提出，用來(lái)描述一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。所謂的虛擬實(shí)驗(yàn)室就是以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為核心，利用鼠標(biāo)的點(diǎn)擊、拖動(dòng)，將微機(jī)上各種虛擬儀器，按實(shí)驗(yàn)要求、過程組裝成一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，同時(shí)在這個(gè)分析。虛擬實(shí)驗(yàn)室是一種特別的、分布式解決問題的環(huán)境，是提供給用戶的一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)、技術(shù)交流、共同研究、協(xié)同工作的平臺(tái)，是一種基于計(jì)算機(jī)虛擬原型系統(tǒng)的全新的科學(xué)研究與工程設(shè)計(jì)方法，是除理論與實(shí)物實(shí)驗(yàn)之外的第三種研究設(shè)計(jì)手段和形式。目前，有關(guān)虛擬實(shí)驗(yàn)室的定義主要有兩種：(1)指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的各種虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)者可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣完成各種預(yù)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，所取得的學(xué)習(xí)或訓(xùn)練效果等值于甚至優(yōu)于在真實(shí)環(huán)境中所取得的效果。(2)指一個(gè)創(chuàng)造和引導(dǎo)模擬實(shí)驗(yàn)的交互環(huán)境，即實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所。它由實(shí)驗(yàn)所依賴的模擬程序、實(shí)驗(yàn)單元、工具和參考資料組成。用戶可以通過增加新的物體，建立新的實(shí)驗(yàn)并把它們轉(zhuǎn)換成超文本文件來(lái)擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)室。這兩種定義側(cè)重不同方向，但都指出了虛擬實(shí)驗(yàn)室本質(zhì)是一個(gè)無(wú)墻實(shí)驗(yàn)室，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制與交互系統(tǒng)，研究人員或?qū)W生將不受時(shí)空限制，能隨時(shí)隨地進(jìn)行擬實(shí)驗(yàn)操作，共享儀器設(shè)備，共享數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)資源，進(jìn)行協(xié)作或得到遠(yuǎn)程指導(dǎo)等。連接到網(wǎng)絡(luò)上的科學(xué)設(shè)備、互相合作的工具，基于模擬、數(shù)據(jù)的分析、發(fā)現(xiàn)和簡(jiǎn)化以及數(shù)據(jù)可視化等軟件和對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求。虛擬實(shí)驗(yàn)室有驗(yàn)證型、測(cè)試型、設(shè)計(jì)型、糾錯(cuò)型、創(chuàng)新型等多種類型，本文主要介紹基于Proteus單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立。第1頁(yè)1.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀虛擬實(shí)驗(yàn)室的研究和應(yīng)用得到許多研究機(jī)構(gòu)及軟件供應(yīng)商的重視，國(guó)內(nèi)外有代表性的有[3～5]：(1)虛擬工程/科學(xué)實(shí)驗(yàn)室。該虛擬實(shí)驗(yàn)室是由JohnsHop2kins大學(xué)建立,基于WWW(WorldWideWeb)面向教育的工程/科學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，可完成邏輯電路、兩節(jié)機(jī)器手控制熱傳遞過程、聲波傳播過程、橋梁設(shè)計(jì)等多種實(shí)驗(yàn)。(2)(NMR)頻譜儀。(3)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)環(huán)境。實(shí)時(shí)參與在GeneralAtomics的DIIID托卡馬克進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。(4)醫(yī)學(xué)協(xié)作機(jī)構(gòu)。通過X射線照片及超聲影像進(jìn)行的同步或異步遠(yuǎn)程咨詢。(5)德國(guó)Ruhr大學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)有關(guān)控制工程的學(xué)習(xí)系統(tǒng)，它通過直觀的三維實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景視覺效果，依賴各虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備的仿真特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)的交互式操作。國(guó)內(nèi)虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)這幾年也得到了迅速的發(fā)展，最具代表性的是一些著名大學(xué)開發(fā)出的遠(yuǎn)程教學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室，涉及物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等多門學(xué)科。1.3虛擬實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)(1)成本低虛擬實(shí)驗(yàn)室基于虛擬原型技術(shù)，即利用VR在可視化方面的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)以及可交互地探索虛擬物體的功能，對(duì)對(duì)象進(jìn)行幾何、功能、制造等方面交互的建模與分析。(2)效率高虛擬實(shí)驗(yàn)室省去了大量的基于物理原型實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)單勞動(dòng)，使用者集中精力研究實(shí)驗(yàn)對(duì)象本身的特性和規(guī)律，還可充分利用計(jì)算機(jī)優(yōu)勢(shì)，使虛擬實(shí)驗(yàn)室具有良好的在線幫助和學(xué)習(xí)功能，從而可幫助使用者迅速掌握實(shí)驗(yàn)研究本身和達(dá)到實(shí)驗(yàn)研究的具體目標(biāo)和要求，大大提高了學(xué)習(xí)和研究效率。(3)功能全虛擬實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)庫(kù)可做到規(guī)格品種齊全，并易于升級(jí)換代和增加新品種，從根本上解決了因?qū)嶒?yàn)元器件和儀器儀表不全而影響實(shí)驗(yàn)的問題。(4)協(xié)作性在協(xié)同虛擬環(huán)境技術(shù)下，可實(shí)現(xiàn)合作實(shí)驗(yàn)、遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)、協(xié)同研究等。1.4虛擬實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展趨勢(shì)虛擬實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下三個(gè)[1～3]:(1)虛擬實(shí)驗(yàn)室的人—機(jī)界面目前多采用WIMP技術(shù)，即以窗口、圖符、菜單、指向?yàn)樘攸c(diǎn)的人—機(jī)界面技術(shù)。引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和自然人工場(chǎng)景技術(shù)，使用數(shù)字化仿真工具，可使操作者與虛擬仿真環(huán)境有著全面的感官接觸與交融，使操作者有身臨其境之感，用戶使用虛擬原型交互仿真界面對(duì)虛擬原型進(jìn)行操作。(2)提高虛擬實(shí)驗(yàn)室“自適應(yīng)性”?！白赃m應(yīng)”是指生物變更自己的習(xí)性以適應(yīng)新的環(huán)境的一種特征。直觀地說(shuō)，“自適應(yīng)實(shí)驗(yàn)即指能修正自己的特征以響應(yīng)規(guī)則原理的變化，并根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程生成一個(gè)反饋回路，為學(xué)習(xí)者提供一個(gè)自適應(yīng)的獲取知識(shí)和技能的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)環(huán)境。該系統(tǒng)的基本特征是能從環(huán)境中獲取信息，并能自動(dòng)改善其性能。(3)增加協(xié)作性?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)常常是一種協(xié)作性的活動(dòng)，與同伴合作是實(shí)驗(yàn)過程中一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，因此基于協(xié)作虛擬原型的協(xié)同設(shè)計(jì)方法將成為協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的一種重要思路。2.Proteus平臺(tái)簡(jiǎn)介2.1Proteus介紹Proteus軟件是英國(guó)Labcenterelectronics公司的EDAISIS和ARES兩個(gè)軟件構(gòu)成，是一個(gè)電子設(shè)計(jì)的教學(xué)平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和創(chuàng)新平臺(tái)，涵蓋了電工電子實(shí)驗(yàn)室、電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、單片機(jī)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室等的全部功能。其功能是將電路仿真和微處理器仿真進(jìn)行協(xié)調(diào)，直接在基于原理圖的虛擬原型上進(jìn)行處理器編程調(diào)試，并進(jìn)行功能驗(yàn)證，通過動(dòng)態(tài)器件(如電機(jī)、LED、開關(guān)等)，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器(如示波器、信號(hào)發(fā)生器等)，可實(shí)時(shí)看到運(yùn)行后的輸入輸出的效果，其主要特點(diǎn)如下[1～4]：(1)可以仿真、分析各種模擬器件和集成電路，其支持Pillips公司系列的ARM(LPC系列)，Proteus的仿真是基于SPICE3F5EDA模擬分析、數(shù)字分析、混合信號(hào)分析、頻率分析等等；(2)VirtualTerminal等虛擬儀器儀表供選擇；(3)能夠進(jìn)行SCH(原理圖)和PCB(印刷板)電路的設(shè)計(jì)；(4)其自身只帶匯編編譯器，不支持C語(yǔ)言。但可以將它與Keil、ADS集成開發(fā)環(huán)境C達(dá)到很好的仿真效果。Proteus與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī)CPU的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試

時(shí)，關(guān)心的不再是某些語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過程和結(jié)果。對(duì)于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)，從某種意義上講，是彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。2.2Proteus軟件所提供的資源（1）Proteus軟件所提供的元件資源Proteus軟件所提供了30直流等，具體情況如表1所示。表1主要元件庫(kù)庫(kù)名元件類型或系列74std74系列有AS、F、HC、HCT、LS、S、ALS等8個(gè)庫(kù)Analog電源電路、555、常規(guī)D/A、A/D轉(zhuǎn)換器等Bipolar三極管有2N、BX、MJ、TIP、2Tx等系列CmosCMOS集成電路Device常規(guī)元件，如電阻、電容、電感等Diode穩(wěn)壓二極管，有IN、3EZ、BAZ、BZx、MMBZ、MZD等系列EclECL集成電路Fairchld三極管，有2N、J、MP、PN、U、TIS等系列FetFET管，有2N、2SJ、2SK、BF、BUK、IRF、UN等系列Lintec運(yùn)算放大器，有LF、LT、LTC、OP等Memory存儲(chǔ)器(EPROM、EEPROM、RAM)Micro處理器，有51系列、6800系列、PIC16系列、z80和相關(guān)總線等NatdacA/D、D/A轉(zhuǎn)換器，有LF、LM、MF等系列Natoa運(yùn)算放大器，有LF、LM、LPC等系列Opamp運(yùn)算放大器，有AD、CA、EL、MC、NE、OPA、TL等系列PldPLD集成電路，有AM16、AM20、AM22、AM29等系列Teccor可控硅，有2N、EC、L、Q、S、T、TCR等系列Texoac運(yùn)算放大器，有LF、LM、LP、TL、TLC、TLE、TLV等系列Values電子管Zetex三極管、二極管、變?nèi)荻O管等I2cmems涉及到24系列、fm24系列m24系列、nm24系列等Resistors電阻元件，涉及的系列較多Capacitors電容元件，涉及的系列較多Display顯示器件，數(shù)碼管有7seg系列，液晶有LM、MD、PG等系列Active常規(guī)元件和儀器儀表Asimmdls數(shù)字基本邏輯門電路等(2)Proteus軟件所提供的儀表資源對(duì)于一個(gè)仿真軟件或?qū)嶒?yàn)室，測(cè)試的儀器儀表的數(shù)量、質(zhì)量和類型，是衡量實(shí)驗(yàn)室是否合格的一個(gè)關(guān)鍵因素。在Proteus軟件包中，不存在同類儀表使用數(shù)量的問題，其提供的儀表如表2所示。表2所提供的儀表名稱備注Oscilloscope示波器Logicanalyzer邏輯分析儀Countertimer時(shí)間計(jì)數(shù)器Virtualterminal串口虛擬終端Signalgenerator信號(hào)發(fā)生器Patterngenerator圖形信號(hào)發(fā)生器DCvoltmeter直流電壓表DCammeter直流電流表ACvoltmeter交流電壓表DCammeter交流電流表除了表2所列的測(cè)試儀表外，Proteus還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)，其作用與示波器相似但功能更多。圖形顯示功能如表3所示。表3提供的圖形顯示模塊名稱備注Analogue模擬信號(hào)顯示Digital數(shù)字信號(hào)顯示Mixed混合信號(hào)顯示Frequency頻譜信號(hào)顯示Transfer傳遞信號(hào)顯示Noise噪聲信號(hào)顯示Distortion失真(變形)信號(hào)顯示Fourier傅氏變換信號(hào)顯示Audio音頻信號(hào)顯示Interactive交互信號(hào)顯示Conformance性能試驗(yàn)DCsweep直流掃描信號(hào)顯示ACsweep交流掃描信號(hào)顯示(3)Proteus軟件所提供的調(diào)試手段Proteus提供了比較豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，如表4所示。表4調(diào)試信號(hào)信號(hào)名稱信號(hào)描述DC直流信號(hào)，參數(shù)：電壓值Sine交流信號(hào)，參數(shù)：三要素、阻尼因素和幅值偏移Pulse脈沖信號(hào)，參數(shù)：初始值、最大值、開始時(shí)間、上升時(shí)間、下降時(shí)間、占空比和頻率(周期)EXP指數(shù)信號(hào)，參數(shù)：初始值、最大值、上升開始時(shí)間、上升時(shí)間、下降開始時(shí)間、下降時(shí)間SFFM調(diào)制信號(hào)，參數(shù)：偏移量、幅值、載波頻率、調(diào)制指數(shù)、信號(hào)頻率Pwlin自定義v-t特性信號(hào)，參數(shù)：自定義輸入File來(lái)自文件的信號(hào)，參數(shù)：文件的位置Audio來(lái)自音頻文件的信號(hào)，參數(shù)：wav文件的位置Dstate數(shù)字狀態(tài)信號(hào)，參數(shù)：提供了7種狀態(tài)供選擇Dedge數(shù)字邊沿觸發(fā)信號(hào)，參數(shù)：L-H/H-L選擇、邊沿時(shí)間Dpulse數(shù)字脈沖信號(hào)(單)，參數(shù)：LHL/HLH選擇、開始時(shí)間、寬度Dclock數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)，參數(shù)：LHL/HLH選擇、第一個(gè)邊沿時(shí)間、周期Dpattem數(shù)字模型信號(hào)，參數(shù)：初態(tài)、第一個(gè)邊沿時(shí)間、脈沖寬度、信號(hào)連續(xù)的類型等對(duì)于單片機(jī)硬件電路和軟件的調(diào)試，Proteus提供了兩種方法：一種是系統(tǒng)總體執(zhí)行效果；另一種是對(duì)軟件的分步調(diào)試以看具體的執(zhí)行情況。對(duì)于總體執(zhí)行效果的調(diào)試方法，只需要執(zhí)行debug菜單下的execute菜單項(xiàng)或F12快捷鍵啟動(dòng)執(zhí)行，用debug菜單下的pauseanimation菜單項(xiàng)或pause鍵暫停系統(tǒng)的運(yùn)行；或用debug菜單下的stopanimation菜單項(xiàng)或shift-break組合鍵停止系統(tǒng)的運(yùn)行。其運(yùn)行方式也可以選擇工具欄中的相應(yīng)工具進(jìn)行。對(duì)于軟件的分步調(diào)試，應(yīng)先執(zhí)行debug菜單下的start/restartdebugging菜單項(xiàng)命stepoverstepinto和stepout命令執(zhí)行程序(可以用快捷鍵F10F11和ctrl+F11)，執(zhí)行的效果是單句執(zhí)行、進(jìn)入子程序執(zhí)行和跳出子程序執(zhí)行。在執(zhí)行了start/restartdebuggingdebug菜單的下面要出現(xiàn)仿真中所涉及到的軟件列表和單片機(jī)的系統(tǒng)資源等，可供調(diào)試時(shí)分析和查看。2.3Proteus的工作過程運(yùn)行Proteus的ISIS程序后，進(jìn)入該仿真軟件的主界面。在工作前，要設(shè)置view菜單下的捕捉對(duì)齊和system下的顏色、圖形界面大小等項(xiàng)目。通過工具欄中的P(從庫(kù)中選擇元件命令)命令，在pickdevices窗口中選擇電路所需的元件，放置元件并調(diào)整其相對(duì)位置，元件參數(shù)設(shè)置，元器件間連線，編寫程序；在source菜單的Definecodegenerationtools菜單命令下，選擇程序編譯的工具、路徑、擴(kuò)展名等項(xiàng)目；在source菜單的Add/removesourcefiles命令下，加入單片機(jī)硬件電路的對(duì)應(yīng)程序；通過debug菜單的相應(yīng)命令仿真程序和電路的運(yùn)行情況。3.Proteus與KeilC的連接3.1Keil的介紹Keil是德國(guó)開發(fā)的一個(gè)51單片機(jī)開發(fā)軟件平臺(tái)，最開始只是一個(gè)支持C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的編譯器軟件，后來(lái)隨著開發(fā)人員的不斷努力以及版本的不斷升級(jí)，使它已經(jīng)成為了一個(gè)重要的單片機(jī)開發(fā)平臺(tái)，其界面友好，操作也不復(fù)雜，用戶極為龐大。KeilC與Proteus在各自的環(huán)境下都可以進(jìn)行一定程度仿真調(diào)試。然而KeilC只能對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試，不能看到硬件的運(yùn)行結(jié)果，因此并不直觀；而Proteus軟件在對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行仿真調(diào)試的時(shí)候只能對(duì)硬件做出改動(dòng)，不能直觀的了解程序運(yùn)行的情況，難以對(duì)程序中存在的不足和錯(cuò)誤進(jìn)行修改。如果能把這兩者結(jié)合起來(lái)，同時(shí)觀察程序的運(yùn)行情況和當(dāng)時(shí)硬件系統(tǒng)所處的狀態(tài)，則可以方便地找出系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的軟、硬件錯(cuò)誤。利用Proteus與Keil整合構(gòu)建單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室，解決了傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)中以理論為主，實(shí)踐少且實(shí)踐以驗(yàn)證實(shí)踐為主的問題，使得每個(gè)學(xué)單片機(jī)的人，都可以擁有自己的“實(shí)驗(yàn)室”。3.2Proteus軟件與KeiluVision2軟件聯(lián)合仿真的建立(1)首先，安裝Proteus和Keil軟件。(2)把Proteus\MODEL目錄下VDM51.DLL文件復(fù)制到Keil安裝目錄的\c51\bin目錄中。(3)修改Keil安裝目錄下的TOOLS.INI文件，在c51字段中加入TDRV5=BIN\VDM51.DLL(“ProteusVSMMONITOR-51DRIVER”)，并保存。注：不一定要用TDRV5，根據(jù)原來(lái)字段選用一個(gè)不重復(fù)的數(shù)值就可以了，引號(hào)中的名字可隨意寫。(4)運(yùn)行ProteusDebug菜單中選擇UseRemoteDebugMonitor選項(xiàng)。(5)在Keil中編寫相應(yīng)的程序代碼。(6)在Keil中Project菜單中選擇Optionsfortarget‘target1’選項(xiàng)。(7)在彈出的對(duì)話框中單擊Debug選項(xiàng)卡，選擇用硬件仿真，在右上方的下三角按鈕選擇KeilMONITOR-51DRIVER。(8)單擊SETRING按鈕在Baudrate中選擇38400；在PORT中選擇COM1；單擊OK按鈕。(9)在Keil中調(diào)試程序，在Proteus中觀察結(jié)果。3.3Proteus軟件與KeiluVision2軟件聯(lián)合仿真實(shí)例Proteus軟件和KeiluVision2軟件之間即可進(jìn)行聯(lián)合仿真。下面通過一個(gè)實(shí)例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明用Proteus軟件與KeiluVision2軟件聯(lián)合仿真來(lái)調(diào)試程序的過程。(1)硬件電路的實(shí)現(xiàn)運(yùn)行ProteusISIS，通過選擇相應(yīng)的元器件，繪制硬件電路原理圖如圖1所示：圖1數(shù)字鐘顯示電路(2)軟件的實(shí)現(xiàn)打開KeiluVision2，新建一個(gè)項(xiàng)目：數(shù)字鐘.uv2。選擇Project菜單下的SelectDeviceforTarget為這一項(xiàng)目選擇目標(biāo)CPUATMEL公司的AT89C51擊Project菜單下的OptionforTarget‘工程名’菜單項(xiàng)，選擇Debug選項(xiàng)卡，進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，然后新建一個(gè)源文件：數(shù)字鐘.ASM，寫入源程序(源程序如附錄所示)，如圖2所示。注意：必須生成*.hex文件才能實(shí)現(xiàn)軟件對(duì)硬件電路的控制。*.hex文件的生成方法：在Project窗口中右擊Target1，選“OptionsforTarget‘target1’”，在“OUTPUT”中勾選“CreatHEXFile”，再點(diǎn)OK選擇按鈕就可以了。單擊Debug菜單下的Start/StopDebugSession菜單項(xiàng)，這時(shí)切換到Proteus路圖中的單片機(jī)芯片AT89C51，在彈出的窗口中的ProgramFile中加入數(shù)字鐘.hex后單擊圖1中的playLEDP1鍵，時(shí)鐘顯示清零；按下P2鍵，小時(shí)加1；按下P3鍵，分鐘加1。圖2用KeilC編譯數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的.ASM格式的文件3.4用Proteus軟件虛擬單片機(jī)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)采用Proteus仿真軟件進(jìn)行虛擬單片機(jī)實(shí)驗(yàn)，具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)，如涉及到的實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)內(nèi)容全面、硬件投入少、學(xué)生可自行實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)過程中損耗小、與工程實(shí)踐最為接近等，當(dāng)然其存在的缺點(diǎn)也是有的。下面主要介紹一下其優(yōu)點(diǎn)[1～7]：(1)內(nèi)容全面內(nèi)容全面包括其能實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容包括軟件部分的匯編、C51等語(yǔ)言的調(diào)試過程，也包括硬件接口電路中的大部分類型。對(duì)同一類功能的接口電路，可以采用不同的硬件來(lái)搭建完成，因此采用Proteus仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，克服了用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)板教學(xué)中硬件電路固定、學(xué)生不能更改、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容固定等方面的局限性，可以擴(kuò)展學(xué)生的思路和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。(2)硬件投入少，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯對(duì)于傳統(tǒng)的采用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)板的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，由于硬件電路的固定，也就將單片機(jī)的CPU和具體的接口電路固定了下來(lái)。在單片機(jī)的實(shí)際教學(xué)中，如果要涉及到C51要涉及到PIC16系列，那么為了教學(xué)必然要投入兩種單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)板；同時(shí)在教學(xué)過程中所涉及到的接口電路，也需要有較大的投入和儲(chǔ)備，以利于實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行和在實(shí)驗(yàn)過程中元件損毀后的更換。Proteus所提供的元件庫(kù)中，大部分可以直接用于接口電路的搭建，同時(shí)該軟件所提供的儀表，不管在質(zhì)量還是數(shù)量上，都是可靠和經(jīng)濟(jì)的。如果在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中投入這樣的真實(shí)的儀器儀表，僅儀表的維護(hù)來(lái)講，其工作量也是比較大的。因此采用軟件的方式進(jìn)行教學(xué)，其經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)是比較明顯的。(3)學(xué)生可自行實(shí)驗(yàn)，鍛煉解決實(shí)際工程問題的能力實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛯?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，是工科學(xué)生解決實(shí)際工程問題能力中較為重要的。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，忽視了學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，則很少涉及學(xué)生畢業(yè)后想對(duì)單片機(jī)控制技術(shù)或智能儀表等有較深的研究和學(xué)習(xí)，如果采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，則學(xué)生需要購(gòu)置的設(shè)備比較多，增加了他們學(xué)習(xí)和研究的投入。采用仿真軟件再進(jìn)行硬件的投入，這樣處理，不僅省時(shí)省力也可以節(jié)省因方案不正確所造成的硬件投入的浪費(fèi)。(4)實(shí)驗(yàn)過程中損耗小，基本沒有元器件的損耗問題在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，都涉及到因操作不當(dāng)而造成的元器件和儀器儀表的損毀，

也涉及到儀器儀表等工作時(shí)所造成的能源消耗。采用Proteus仿真軟件進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，

則不存在上述的問題，其在實(shí)驗(yàn)的過程中是比較安全的。(5)與工程實(shí)踐最為接近，可以了解實(shí)際問題的解決過程在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)或進(jìn)行大實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，可以具體的在Proteus中做一個(gè)工程項(xiàng)目，并將其最后移植到一個(gè)具體的硬件電路中，讓學(xué)生了解將仿真軟件和具體的工程實(shí)踐如何結(jié)合起來(lái)，利于學(xué)生對(duì)工程實(shí)踐過程的了解和學(xué)習(xí)。(6)大量的范例，可供學(xué)生參考處理在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，存在對(duì)已有資源的借鑒和引用處理，而該仿真系統(tǒng)所提供的較多的比較完善的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)范例，可供學(xué)生參考和借鑒。同時(shí)也可以在原設(shè)計(jì)上進(jìn)行修改處理。(7)協(xié)作能力的培養(yǎng)和鍛煉一個(gè)比較大的工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目，是由一個(gè)開發(fā)小組協(xié)作完成的。了解和把握別人的設(shè)計(jì)意圖和思維模式，是團(tuán)結(jié)協(xié)作的基礎(chǔ)。在Proteus中進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，所涉及到的內(nèi)容并不全是學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)完成的，因此對(duì)于鍛煉學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作意識(shí)，是有好處的。4.數(shù)據(jù)庫(kù)的建立通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們建立了基于Proteus與Keil軟件構(gòu)建的虛擬單片機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，里面存儲(chǔ)了大量的單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)，可以在上課時(shí)方便使用。TransferProteus大量的范例，可供學(xué)生參考處理，實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)步驟的演示可以在實(shí)驗(yàn)室以外的地方完成，實(shí)現(xiàn)演示和重復(fù)分析的弊端，使老師有更多的時(shí)間進(jìn)行課堂管理，有更多的時(shí)間觀察學(xué)生的反應(yīng)，檢查課堂教學(xué)結(jié)果，再作相應(yīng)的教學(xué)調(diào)整，增加必要的教學(xué)過程，施加必要的教學(xué)手段；從而更出色地完成教學(xué)任務(wù)。5.結(jié)論P(yáng)roteus不僅可以作為學(xué)校單片機(jī)(電子等類)實(shí)驗(yàn)的模擬仿真，也可以作為個(gè)人工作室的仿真實(shí)驗(yàn)。作為電子技術(shù)或控制類相關(guān)專業(yè)的學(xué)生和工程技術(shù)人員，在學(xué)習(xí)了該軟件后，可以充分地利用它所提供的資源，幫助自己提高工程應(yīng)用能力。在教學(xué)中利用該軟件，除了能教單片機(jī)的具體課程內(nèi)容外，還可以教會(huì)學(xué)生應(yīng)用該工具的能力，為今后的工作打下基礎(chǔ)。利用Proteus與Keil相結(jié)合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)全部的軟件實(shí)驗(yàn)和極大多數(shù)的硬件系統(tǒng)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室因?yàn)橥度肆撕苌儆布越?jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯，不僅可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)儀器和元器件缺乏帶來(lái)的不足，而且排除了原材料消耗和儀器損壞等因素還可以幫助學(xué)生更快、更好地掌握課堂講述的內(nèi)容，加深對(duì)概念、原理的理解，彌補(bǔ)課堂理論教學(xué)的不足。學(xué)生通過仿真實(shí)驗(yàn)，可以熟悉單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)方法，這對(duì)進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力、排除故障能力和開發(fā)、創(chuàng)新能力具有重要的意義。結(jié)合一個(gè)實(shí)際例子，說(shuō)明了用Proteus和Keil軟件構(gòu)建虛擬單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室不僅簡(jiǎn)單可行，而且非常經(jīng)濟(jì)解決了傳統(tǒng)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備資金短缺和維護(hù)難的問題。不過，仿真軟件不可能完全模擬出實(shí)際的硬件環(huán)境，另外要注意，虛擬實(shí)驗(yàn)室跟實(shí)際的基于開發(fā)板和仿真器的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)有很多不同之處，如Proteus軟件仿真時(shí)基本上沒考慮其晶振的，因?yàn)樗J(rèn)芯片上自帶有晶振電路的，而實(shí)際開發(fā)板電路必須接晶振電路的。一定要在理解單片機(jī)的基礎(chǔ)上多做硬件調(diào)試，只有這樣才能真正學(xué)好單片機(jī)。6.體會(huì)通過對(duì)本課題的研究，自己從中取得了一些成績(jī)，理論水平和操作技術(shù)也得到了一定的提高，同時(shí)也暴露了自身的一些問題：首先，對(duì)一個(gè)課題必須要閱讀大量的文獻(xiàn)和書籍來(lái)獲得一定的感性認(rèn)識(shí)，然后才能有自己的想法，這是一條必經(jīng)之路。其次，操作技術(shù)很重要，論文涉及了幾種軟件，會(huì)用到很多操作技巧，如果用的時(shí)候再去學(xué)會(huì)浪費(fèi)時(shí)間，因此要在平時(shí)注意多練習(xí)，多學(xué)一些實(shí)用的技術(shù)，這樣在以后的學(xué)習(xí)和工作中才能夠做到游刃有余。最后，要有信心，遇到困難要向別人請(qǐng)教，這樣可以大大加快研究進(jìn)程。以上是我做論文的一些心得體會(huì)，這些對(duì)我以后的學(xué)習(xí)會(huì)有很大的幫助。7.致謝在此要特別感謝尊敬的丁電寬老師，本設(shè)計(jì)是在他的精心指導(dǎo)和關(guān)懷下完成的。丁老師在學(xué)術(shù)上給予我大力幫助和指導(dǎo)，為我提供學(xué)習(xí)軟件的條件和創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍，正是在這種環(huán)境下我才能夠順利完成本次設(shè)計(jì)。從丁老師身上，我懂得了做事要嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、腳踏實(shí)地、勤于動(dòng)腦、勤于動(dòng)手，這些在以后的工作和生活中將是我所要努力做到的。特此向丁電寬老師致以最誠(chéng)摯的謝意！由于本人的時(shí)間和能力有限，本次的研究還存在一些不足之處，整個(gè)過程還需要進(jìn)一學(xué)者表示衷心的感謝！參考文獻(xiàn)[1]李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.9.[2]李全利.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2009.1.[3]陸婷.基于Proteus的單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建[J].應(yīng)用天地,2007.8.[4]李學(xué)禮,林海峰.基于Proteus[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，2005.[5]周潤(rùn)景,張麗娜.基于PROTEUS的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真[M]天大學(xué)出版社，2006．[6]周潤(rùn)景,張麗娜,劉映群.PROTEUS入門使用教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2007.9.[7]天煌教儀.THDPJ-1型、THDPJ-2型單片機(jī)開發(fā)綜合試驗(yàn)箱試驗(yàn)指導(dǎo)書.第二版.[8]程興國(guó).單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建[J].襄樊學(xué)院學(xué)報(bào),2008,29(2)：72-74.[9]PROTEUSVSMhelp[Z].LabcenterElectronicsLtd,2002.[10]AFerrero,V.Piuri.ASimulationToolforVirtualLaboratoryExperimentsinaWWWEnvironment.IEEETransactoinONInstrumentationandMeasuerment,1999,48(3):741～746.EstablishmentofVirtualLaboratoryBasedonProteusQIJun-fang(SchoolofPhysicsandElectricalEngineering,AnyangNormalUniversity,Anyang,Henan455002)Abstract:Inthispaper,MCUmicrocomputerschoolteachingcoursesinthecontextoftheexperiment,amorecomprehensivemannertheProteussoftware-basedvirtuallaboratorysimulationofthesinglechipislimitedonlytoconfigurethehardwareequipment,willbeabletosolvetheissueoffundingandbuildingmaintenanceprogramsfortheestablishmentofqualityprograms,laythefoundationforeducationreformproject.Thedesignofalargenumberofsimulationsusedinthesoftwareenvironment,theuseofProteusandKeilConstructionofMCUintegrationofavirtuallaboratory,single-chipsolutiontothetraditionaltheory-basedteaching,thepracticeofsmallissues,makeeachstudentscanhavetheirown"laboratory".Keywords:virtuallaboratory;Proteus;Keil;MCU;simulation附錄1：設(shè)計(jì)數(shù)字鐘顯示的源程序源程序：ORG0000HMOV40H,#0FEHMOV30H,#1MOVDPTR,#TABMOV31H,#2MOVP2,40HMOV32H,#0MOVA,30HMOV33H,#0MOVCA,@A+DPTRMOV34H,#0MOVP0,AMOV35H,#0LCALLYS1MSMOVTMOD,#01MOVP0,#0FFHXS0:SETBTR0MOVA,40HMOVTH0,#00HRLAMOVTL0,#00HMOV40H,AXS:MOVP2,40HMOVA,33HMOVA,31HADDA,#10ADDA,#10MOVCA,@A+DPTRMOVCA,@A+DPTRMOVP0,AMOVP0,ALCALLYS1MSLCALLYS1MSMOVP0,#0FFHMOVP0,#0FFHMOVA,40HMOVA,40HRLARLAMOV40H,AMOV40H,AMOVP2,40HMOVP2,40HMOVA,34HMOVA,32HMOVCA,@A+DPTRMOVCA,@A+DPTRMOVP0,AMOVP0,ALCALLYS1MSLCALLYS1MSMOVP0,#0FFHMOVP0,#0FFHMOVA,40HMOVA,40HRLARLAMOV40H,AMOV40H,AMOVP2,40HMOVP2,40HMOVA,35HMOVCA,@A+DPTRMOVA,35HMOVP0,ACJNEA,#9,JIA1LCALLYS1MSMOV35H,0MOVP0,#0FFHMOVA,40HMOVA,34HRLACJNEA,#5,JIA10MOV40H,AMOV34H,#0JBTF0,JIAP10000:JNBP1.2,P10000JNBP1.0,P100MOVA,33HJNBP1.1,P1000CJNEA,#9,JIA100JNBP1.2,P10000MOV33H,#0AJM