單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)（C51編程+Proteus仿真）（第4版） 課件 第4章 開發(fā)與仿真工具

第4章開發(fā)與仿真工具

1【內(nèi)容概要】

本章介紹軟件開發(fā)工具KeilC51與虛擬仿真工具Proteus的基本特性與使用方法。通過本章學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)初步了解如何運(yùn)用Keil軟件進(jìn)行軟件調(diào)試，掌握使用Proteus來進(jìn)行硬件線路搭建和單片機(jī)系統(tǒng)虛擬仿真以及軟硬件聯(lián)調(diào)的基本方法。KeilC51是用于8051單片機(jī)的C51語言編程的集成開發(fā)環(huán)境，它是目前8051單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)中的最優(yōu)秀的軟件開發(fā)工具之一。4.1KeilC51的使用4.1.1KeilC51簡介KeilC51（以KeiluVision5為例）由德國Keilsoftware公司開發(fā)，它集編輯、編譯、仿真等功能于一體，具有強(qiáng)大的軟件調(diào)試功能，生成的程序代碼運(yùn)行速度快，所需的存儲(chǔ)器空間小，完全可與匯編語言相媲美，是目前8051單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)中的最受歡迎的軟件開發(fā)工具之一。KeilC51集成了文件編輯處理、編譯鏈接、項(xiàng)目（Project）管理窗口、工具引用、仿真軟件模擬器以及Monitor51硬件目標(biāo)調(diào)試器等多種功能，可在KeilC51開發(fā)環(huán)境中極為簡便地進(jìn)行操作。4.1.2基本操作1．軟件安裝與啟動(dòng)KeilC51的安裝，同大多數(shù)軟件的安裝一樣，根據(jù)提示進(jìn)行。安裝完畢后，在桌面上會(huì)出現(xiàn)KeilC51軟件的快捷圖標(biāo)。單擊該快捷圖標(biāo)，則啟動(dòng)該軟件，出現(xiàn)如圖4-1所示的KeilC51界面，圖4-1中標(biāo)出了KeilC51界面各窗口的名稱。圖4-1Keil軟件開發(fā)環(huán)境界面2.創(chuàng)建項(xiàng)目

編寫一個(gè)新的應(yīng)用程序前，首先要建立項(xiàng)目。KeilC51用項(xiàng)目管理的方法把一個(gè)程序設(shè)計(jì)中所需要用到的、互相關(guān)聯(lián)的程序鏈接到同一項(xiàng)目中。這樣，打開一個(gè)項(xiàng)目時(shí)，所需要的關(guān)聯(lián)程序也都跟著進(jìn)入了調(diào)試窗口，從而方便用戶對(duì)項(xiàng)目中各個(gè)程序的編寫、調(diào)試和存儲(chǔ)。項(xiàng)目管理便于區(qū)分不同項(xiàng)目中用到的程序文件和庫文件，非常容易管理。因此，編寫程序前，需要首先創(chuàng)建一個(gè)新的項(xiàng)目，操作如下（1）在圖4-1所示的編輯界面下，單擊菜單欄中的【Project】，出現(xiàn)下拉菜單，再單擊選中的“NewuVisionProject…”，如圖4-2所示。圖4-2新建項(xiàng)目菜單（2）單擊“NewuVisionProject…”選項(xiàng)后，就會(huì)彈出“CreateNewProject”對(duì)話框，如圖4-3所示。在“文件名（N）”中輸入一個(gè)項(xiàng)目的名稱，保存后的文件擴(kuò)展名為“.uvproj”，即項(xiàng)目文件的擴(kuò)展名，以后直接單擊此文件就可打開先前建立的項(xiàng)目。圖4-3“CreateNewProject”窗口在“文件名（N）”窗口中輸入新建項(xiàng)目文件的名字后，單擊“保存”按鈕即可。（3）選擇單片機(jī)，單擊“保存”按鈕后，會(huì)彈出圖4-4所示“SelectDeviceforTarget‘Target1’”（選擇單片機(jī)）窗口，按照提示選擇相應(yīng)的單片機(jī)。這里選擇的是“AT89C51”（對(duì)于AT89S51，也是選擇AT89C51）。（4）單擊“確定”按鈕后，會(huì)出現(xiàn)如圖4-5所示的對(duì)話框。如果需要復(fù)制啟動(dòng)代碼到新建的項(xiàng)目，選擇單擊“是”按鈕，會(huì)出現(xiàn)圖4-6所示的界面，如選擇單擊“否”按鈕，圖4-6中的啟動(dòng)代碼項(xiàng)“SARTUP.A51”不會(huì)出現(xiàn)，這時(shí)新的項(xiàng)目已經(jīng)創(chuàng)建完畢。圖4-4“SelectDeviceforTarget1”窗口圖4-5

是否復(fù)制啟動(dòng)代碼到工程對(duì)話框圖4-6

完成項(xiàng)目創(chuàng)建的界面4.1.3添加用戶源程序文件新的項(xiàng)目文件創(chuàng)建完成后，就需要將用戶源程序文件添加到這個(gè)項(xiàng)目中。添加用戶源程序文件通常有兩種方式：一種是新建文件，另一種是添加到已創(chuàng)建的文件中。1.新建文件（1）單擊圖4-1中快捷按鈕，這時(shí)會(huì)出現(xiàn)新建文件的窗口，如圖4-7所示。在這個(gè)窗口中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)空白的文件編輯畫面，用戶可在這里輸入編寫的程序源代碼。圖4-7創(chuàng)建新文件界面（2）單擊圖4-1中快捷按鈕

，保存用戶程序文件，這時(shí)會(huì)彈出“SaveAs”對(duì)話框，如圖4-8所示。（3）在圖4-8所示的“SaveAs”對(duì)話框中，在“保存”下拉框中選擇新文件的保存目錄，這樣就將這個(gè)新文件與剛才建立的項(xiàng)目保存在同一個(gè)文件夾下，然后在“文件名（N）”窗口中輸入新建文件的名字“流水燈”，則文件名的擴(kuò)展名應(yīng)為“.c”。完成上述步驟后單擊“保存（S）”按鈕，此時(shí)新文件就創(chuàng)建完成了。這個(gè)新文件還需添加到剛才創(chuàng)建的項(xiàng)目中，操作步驟與下面的“添加已創(chuàng)建文件”步驟相同。圖4-8“SaveAs”對(duì)話框2.添加已創(chuàng)建文件（1）在項(xiàng)目窗口（圖4-1）中，右鍵單擊“SourceGroup1”，在彈出的列表中選擇“AddnewitemtoGroup‘SourceGroup1’”選項(xiàng)。（2）完成上述操作后，在該窗口中選擇要添加的文件，這里只有剛剛建立的文件“流水燈.c”，選中這個(gè)文件后，單擊“Add”按鈕，再單擊“Close”按鈕，文件就添加完成了，這時(shí)用戶程序文件“流水燈.c”已經(jīng)出現(xiàn)在“SourceGroup1”目錄下了，如圖4-9所示。圖4-9

添加文件界面4.1.4程序的編譯與調(diào)試上文中在文件編輯窗口中建立了文件“流水燈.c，并且將該文件添加到了項(xiàng)目中，此時(shí)還需對(duì)程序進(jìn)行編譯和調(diào)試，最終生成可執(zhí)行的.hex文件，具體步驟如下。1.程序編譯單擊快捷按鈕中的

，對(duì)“流水燈.c”文件編譯，在圖4-10中的輸出窗口會(huì)出現(xiàn)提示信息。從輸出窗口中的提示信息可以看到，程序中有錯(cuò)誤，認(rèn)真檢查程序錯(cuò)誤并改正（將程序中的tep改為temp），改正后再次單擊

按鈕進(jìn)行編譯，直至提示信息顯示沒有錯(cuò)誤為止，如圖4-11所示。圖4-10

文件編譯提示信息圖4-13

提示信息顯示沒有錯(cuò)誤2.程序調(diào)試程序編譯沒有錯(cuò)誤后，就可進(jìn)行調(diào)試與仿真。單擊“開始/停止”調(diào)試的快捷按鈕（或在主界面單擊【Debug】菜單中的“Start/StopDebugSession”選項(xiàng)），進(jìn)入程序調(diào)試狀態(tài)，如圖4-12所示。圖4-12左面的寄存器窗口給出了常用的寄存器r0～r7和A、B、SP、DPTR、PC、PSW等特殊功能寄存器的值，這些值會(huì)隨著程序的執(zhí)行發(fā)生相應(yīng)的變化。在圖4-12存儲(chǔ)器窗口（右下角）的地址欄處輸入“0000”后回車，則可以查看單片機(jī)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容，單元地址前有“C：”，它表示程序存儲(chǔ)器。如要查看單片機(jī)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的內(nèi)容，就在存儲(chǔ)器窗口的地址欄處輸入“d：00”后回車，這樣就可以看到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的內(nèi)容了。圖4-12

程序調(diào)試界面在圖4-12中出現(xiàn)了一行新增加的用于調(diào)試的快捷命令圖標(biāo)，見圖4-13。還有幾個(gè)原來就有的用于調(diào)試的快捷圖標(biāo)，見圖4-14。

圖4-13

調(diào)試狀態(tài)下的新增加的快捷命令按鈕圖標(biāo)

圖4-14

用于調(diào)試的其他幾個(gè)快捷命令按鈕圖標(biāo)在程序調(diào)試狀態(tài)下，可運(yùn)用快捷按鈕進(jìn)行單步、跟蹤、斷點(diǎn)、全速運(yùn)行等方式進(jìn)行調(diào)試，也可觀察單片機(jī)資源的狀態(tài)，例如程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、特殊功能寄存器、變量寄存器及I/O端口的狀態(tài)。這些圖標(biāo)大多數(shù)是與菜單欄命令【Debug】下拉菜單中的各項(xiàng)子命令是一一對(duì)應(yīng)的，只是快捷按鈕圖標(biāo)要比下拉菜單使用起來更加方便快捷。在程序調(diào)試狀態(tài)下，可運(yùn)用快捷按鈕進(jìn)行單步、跟蹤、斷點(diǎn)、全速運(yùn)行等方式進(jìn)行調(diào)試，也可觀察單片機(jī)資源的狀態(tài)，例如程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、特殊功能寄存器、變量寄存器及I/O端口的狀態(tài)。這些圖標(biāo)大多數(shù)是與菜單欄命令【Debug】下拉菜單中的各項(xiàng)子命令是一一對(duì)應(yīng)的，只是快捷按鈕圖標(biāo)要比下拉菜單使用起來更加方便快捷。圖4-13和圖4-14常用的快捷按鈕圖標(biāo)的功能簡介如下：4.1.5項(xiàng)目的設(shè)置項(xiàng)目創(chuàng)建后，還需對(duì)項(xiàng)目進(jìn)一步設(shè)置。右鍵單擊項(xiàng)目窗口的“Target1”，選擇“OptionsforTarget‘Target1”，見圖4-15，即出現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)置對(duì)話框，見圖4-16。該對(duì)話框下有多個(gè)頁面，通常需要設(shè)置的有兩個(gè)，一個(gè)是Target頁面，另一個(gè)是Output頁面，其余設(shè)置取默認(rèn)值就可。圖4-15

項(xiàng)目調(diào)試的選擇圖4-16“OptionsforTarget‘Target1’”窗口Target頁面（1）Xtal(MHz)：設(shè)置晶體振蕩器頻率，默認(rèn)值是所選目標(biāo)CPU的最高可用頻率值，可根據(jù)需要重新設(shè)置。該設(shè)置與最終產(chǎn)生的目標(biāo)代碼無關(guān)，僅用于軟件模擬調(diào)試時(shí)顯示程序執(zhí)行時(shí)間。

正確設(shè)置該數(shù)值，可使得顯示時(shí)間與實(shí)際所用時(shí)間一致，一般將其值設(shè)置成與目標(biāo)樣機(jī)所用的頻率相同的值。如果沒必要了解程序執(zhí)行的時(shí)間，也可不設(shè)置。（2）MemoryModel下拉列表：設(shè)置RAM的存儲(chǔ)器模式，有3個(gè)選項(xiàng)。①Small—所有變量都在單片機(jī)的內(nèi)部RAM中。②Compact—可以使用1頁外部RAM。③Large—可以使用全部外部的擴(kuò)展RAM。（3）CodeRomSize下拉列表：設(shè)置ROM空間的使用，有3個(gè)選項(xiàng)。①Small—只使用低于2K的程序空間。②Compact—單個(gè)函數(shù)的代碼量不超過2K，整個(gè)程序可以使用64K程序空間。③Large—可以使用全部64K程序空間。（4）Useon-chipROM—是否僅使用片內(nèi)ROM選項(xiàng)。注意，選中該項(xiàng)并不會(huì)影響最終生成的目標(biāo)代碼量。（5）Operation—操作系統(tǒng)選項(xiàng)。Keil提供了兩種操作系統(tǒng)：Rtxtiny和Rtxfull。通常不選操作系統(tǒng)，所以選用默認(rèn)項(xiàng)None。（6）off-chipCodMemory—用以確定系統(tǒng)擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器地址范圍。（7）off-chipXdataMemory—用以確定系統(tǒng)擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址范圍。上述3個(gè)選項(xiàng)必須根據(jù)所用硬件來決定，如果是最小應(yīng)用系統(tǒng)，不進(jìn)行任何擴(kuò)展，則按默認(rèn)值設(shè)置。2.Output頁面點(diǎn)擊“OptionsforTarget‘Target1’”窗口的“Output”選項(xiàng)，會(huì)出現(xiàn)Output頁面，如圖4-17所示。（1）CreateHEXFile—生成可執(zhí)行文件代碼文件。選擇此項(xiàng)后即可生成單片機(jī)可以運(yùn)行的二進(jìn)制文件（.hex格式文件），文件的擴(kuò)展名為.hex。（2）SelectFolderforobjects—選擇最終的目標(biāo)文件所在的文件夾，默認(rèn)與項(xiàng)目文件在同一文件夾中，通常選默認(rèn)。（3）NameofExecutable—用于指定最終生成的目標(biāo)文件的名字，默認(rèn)與項(xiàng)目文件相同，通常選默認(rèn)。圖4-17Output頁面（4）Debuginformation—將會(huì)產(chǎn)生調(diào)試信息，這些信息用于調(diào)試，如果需要對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試，應(yīng)選中該項(xiàng)。其他選項(xiàng)選默認(rèn)即可。完成上述設(shè)置后，就可在程序編譯時(shí)，單擊快捷按鈕，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生如圖4-18的提示信息。該信息中說明程序占用片內(nèi)RAM共71字節(jié)，片外RAM共0字節(jié)，圖4-20hex文件生成的提示信息占用程序存儲(chǔ)器共71字節(jié)。最后生成的.hex文件名為“流水燈.hex”，至此，整個(gè)程序編譯過程就結(jié)束了，生成的.hex文件就可在后面介紹的Proteus環(huán)境下進(jìn)行虛擬仿真時(shí)，裝入單片機(jī)運(yùn)行。下面對(duì)用于編譯、連接時(shí)的3個(gè)快捷按鈕、與作簡要說明：（1）按鈕，用于編譯正在操作的文件。（2）用于編譯修改過的文件，并生成相應(yīng)的目標(biāo)程序（.hex文件），供單片機(jī)直接下載。（3）按鈕：用于重新編譯當(dāng)前項(xiàng)目中的所有文件，并生成相應(yīng)的目標(biāo)程序（.hex文件），供單片機(jī)直接下載。主要用在當(dāng)項(xiàng)目文件有改動(dòng)時(shí)，來重建整個(gè)項(xiàng)目。因?yàn)橐粋€(gè)項(xiàng)目不止一個(gè)文件，當(dāng)有多個(gè)文件時(shí)，可用本按鈕進(jìn)行編譯。

上述介紹的對(duì)C51語言源程序操作方法與過程，也同樣適用于匯編語言源程序。

注意，如果使用Proteus虛擬仿真，無論使用C51語言編寫，還是匯編語言編寫的源程序都不能直接來用，一定要對(duì)該源程序進(jìn)行編譯，最終生成可執(zhí)行的目標(biāo)代碼.hex文件，并加載到Proteus環(huán)境下的虛擬單片機(jī)中，才能進(jìn)行虛擬仿真。4.2

Proteus虛擬仿真工具介紹Proteus是英國LabcenterElectronics公司在1989年推出的完全使用軟件手段來對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行虛擬仿真的軟件工具。4.2.1Proteus簡介

Proteus是目前世界上唯一的支持嵌入式處理器的虛擬仿真平臺(tái)，它除了可仿真模擬電路、數(shù)字電路外，還可仿真8051、PIC12/16/18系列、AVR系列、MSP430等各主流系列單片機(jī)，以及各種外圍可編程接口芯片。此外，它還支持ARM7、ARM9等型號(hào)的嵌入式微處理器的仿真。

有了Proteus的虛擬仿真平臺(tái)，因此用戶不需要用戶硬件樣機(jī)，就可直接在PC上對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行虛擬仿真，將系統(tǒng)的功能及運(yùn)行過程形象化，可以像焊接好的電路板一樣看到單片機(jī)系統(tǒng)的執(zhí)行效果。

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Proteus元件庫中具有幾萬種元件模型，因此它可直接對(duì)單片機(jī)的各種外圍元件及電路進(jìn)行仿真，如RAM、ROM、總線驅(qū)動(dòng)器、各種可編程外圍接口芯片、LED數(shù)碼管顯示器、LCD顯示模塊、矩陣式鍵盤以及多種D/A和A/D轉(zhuǎn)換器等。此外還可對(duì)RS232總線、I2C總線、SPI總線進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。Proteus提供了各種信號(hào)源、虛擬仿真儀器，并能對(duì)電路原理圖的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行虛擬測試。

Proteus提供了豐富的調(diào)試功能。在虛擬仿真中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)，它還可觀察各變量、寄存器的當(dāng)前狀態(tài)。目前，Proteus已在包括劍橋大學(xué)、斯坦福大學(xué)、牛津大學(xué)、加州大學(xué)在內(nèi)的全球數(shù)千所高校以及世界各大研發(fā)公司中得到廣泛應(yīng)用。

盡管Proteus具有開發(fā)效率高，不需要附加的硬件開發(fā)裝置成本等優(yōu)點(diǎn)，但是不能進(jìn)行用戶樣機(jī)硬件的診斷。所以在單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)中，一般是先在Proteus環(huán)境下繪出系統(tǒng)的硬件原理電路圖，在KeilC51環(huán)境下書寫并編譯程序，然后在Proteus環(huán)境下仿真調(diào)試通過。依照仿真結(jié)果，來完成實(shí)際的硬件設(shè)計(jì)，把仿真通過的程序代碼通過編程器或在線燒錄到單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器中，然后運(yùn)行程序并觀察用戶樣機(jī)的運(yùn)行結(jié)果，如有問題，再連接硬件仿真器或直接在線修改程序去分析、調(diào)試。4.2.2ProteusISIS的虛擬仿真

ProteusISIS（智能原理圖輸入）界面是用來繪制單片機(jī)系統(tǒng)的電路原理圖，它還可直接實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的虛擬仿真，可產(chǎn)生聲、光及各種動(dòng)作等逼真的效果。當(dāng)電路連接無誤后，單擊單片機(jī)芯片載入經(jīng)調(diào)試編譯后生成的.hex文件，單擊仿真運(yùn)行按鈕，即可檢驗(yàn)電路硬件及軟件的設(shè)計(jì)正確與否。Proteus軟件在PC上安裝完后，打開Proteus8.x軟件，可以看到一個(gè)主界面，如圖4-19所示。在主界面的菜單欄中，點(diǎn)擊"NewProject"，然后輸入項(xiàng)目名稱、儲(chǔ)存路徑以及進(jìn)行單片機(jī)選擇，還有編譯程序的選擇，從而建立一個(gè)新項(xiàng)目（具體過程將在本小節(jié)的最后介紹）?；蛘唿c(diǎn)擊4142圖4-19

Proteus的主界面"OpenProject"打開一個(gè)已經(jīng)建立的項(xiàng)目，就會(huì)出現(xiàn)ProteusISIS原理電路圖繪制界面，如圖4-20所示。整個(gè)ISIS界面由原理圖編輯窗口、預(yù)覽窗口、對(duì)象選擇窗口、工具箱、主菜單欄、主工具欄等區(qū)域組成。1.ISIS界面的窗口簡介ISIS界面主要有3個(gè)窗口：原理圖編輯窗口、預(yù)覽窗口和對(duì)象選擇窗口。（1）原理圖編輯窗口原理圖編輯窗口是用來繪制電路原理圖、設(shè)計(jì)電路、設(shè)計(jì)各種符號(hào)模型的區(qū)域，圖4-20所示的方框內(nèi)為可編輯區(qū)，器件放置、電路設(shè)置都在此框中完成。43圖4-20Proteus的ISIS界面（2）預(yù)覽窗口

預(yù)覽窗口用來對(duì)選中的器件對(duì)象進(jìn)行預(yù)覽，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)原理圖編輯窗口的預(yù)覽，如圖4-21所示。它可顯示兩部分內(nèi)容。

①

如果單擊某個(gè)元件列表中的元件時(shí)，預(yù)覽窗口會(huì)顯示該元件的符號(hào)。

②

當(dāng)鼠標(biāo)指針落在原理圖窗口時(shí)（即放置器件到原理圖編輯窗口后或在原理圖編輯窗口中單擊鼠標(biāo)后），它會(huì)顯示整張?jiān)韴D的縮略圖，并會(huì)顯示一個(gè)綠色的方框，方框里面的內(nèi)容就是當(dāng)前原理圖窗口中顯示的內(nèi)容。單擊綠色方框中的某一點(diǎn)，就可拖動(dòng)鼠標(biāo)來改變綠色方框的位置，從而改變?cè)韴D的可視范圍，最后在綠色方框內(nèi)單擊鼠標(biāo)，綠色方框就不再移動(dòng)，從而將原理圖的可視范圍固定。圖4-20

預(yù)覽窗口調(diào)整原理圖的可視范圍2.主菜單欄

圖4-20最上面一行為主菜單欄，包含如下命令：文件、查看、編輯、工具、設(shè)計(jì)、繪圖、源代碼、調(diào)試、庫、模板、系統(tǒng)和幫助。單擊任意菜單命令后，都將彈出其下拉的子菜單命令列表。（1）

文件（File）菜單

文件菜單包括項(xiàng)目的新建設(shè)計(jì)、打開設(shè)計(jì)和打印等操作，如圖4-23所示。ISIS下的文件主要是設(shè)計(jì)文件（DesignFiles），其文件類型為ProteusProject。它包括一個(gè)單片機(jī)硬件系統(tǒng)的原理電路圖及其所有信息，用于虛擬仿真。

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下面介紹文件菜單下的“NewProject(新建設(shè)計(jì))”命令。

單擊【File】→“NewProject”，會(huì)出現(xiàn)一張空的A4紙模板。新設(shè)計(jì)的文件默認(rèn)名為“UNTITLED.DSN”，本命令會(huì)把該設(shè)計(jì)以這個(gè)名字存入磁盤文件中，文件的其他選項(xiàng)也會(huì)使用它作為默認(rèn)名。如果想進(jìn)行新的設(shè)計(jì)，需要給該設(shè)計(jì)命名，可單擊NewProject.pdsprj→“保存設(shè)計(jì)”，輸入新的文件名保存即可。如果想進(jìn)行新的設(shè)計(jì)，需要給這個(gè)設(shè)計(jì)命名，可單擊【文件】→“保存設(shè)計(jì)”，輸入新的文件名保存即可。圖4-22器件列表圖4-23文件菜單2．工具（Tools）菜單

工具菜單如圖4-24所示。本菜單中的“自動(dòng)連線（W）”命令文字前的快捷圖標(biāo)

，在繪制電路原理圖時(shí)出現(xiàn)，按下該圖標(biāo)即進(jìn)入電路原理圖的自動(dòng)連線狀態(tài)。3．調(diào)試（Debug）菜單

調(diào)試菜單如圖4-25所示，它主要完成單步運(yùn)行、斷點(diǎn)設(shè)置等功能。51圖4-24

工具菜單圖4-25

調(diào)試菜單3.主工具欄主工具欄位于主菜單下面，以圖標(biāo)形式給出，欄中共有42個(gè)快捷圖標(biāo)按鈕：52每一個(gè)圖標(biāo)按鈕都對(duì)應(yīng)一個(gè)具體的菜單命令，主要目的是為了快捷方便地使用這些命令。圖標(biāo)分為4組，簡要介紹快捷圖標(biāo)命令的功能。535455564.工具箱圖4-20中的左側(cè)為工具箱，選擇相應(yīng)的工具箱圖標(biāo)按鈕，系統(tǒng)將提供不同的操作工具。下面介紹工具箱中各圖標(biāo)按鈕對(duì)應(yīng)的功能。（1）模型工具欄各圖標(biāo)的功能。5758595.元件列表如圖4-26所示，器件列表用于挑選器件、終端接口、信號(hào)發(fā)生器、仿真圖表等。挑選器件時(shí)，單擊“P”快捷圖標(biāo)，這時(shí)會(huì)打開挑選器件的對(duì)話框，在對(duì)話框中的“關(guān)鍵字”里面輸入要檢索的器件的關(guān)鍵詞，例如要選擇使用AT89C51，就可以直接輸入。輸入后能夠在中間的“結(jié)果”欄里面看到搜索的器件的結(jié)果。在對(duì)話框的右側(cè)，還能夠看到選擇的器件的仿真模型和PCB參數(shù)。選擇了器件AT89C51后，雙擊AT89C51，該器件就會(huì)在左側(cè)的器件列表中顯示，以后再用到該器件時(shí)，只需在器件列表中選擇即可。60圖4-26

器件列表界面4.2.3Proteus的各種虛擬仿真調(diào)試工具Proteus提供了多種虛擬仿真工具，以檢查設(shè)計(jì)的正確性，為單片機(jī)系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)、分析以及軟硬件聯(lián)調(diào)測試帶來極大的方便。1.虛擬信號(hào)源ProteusISIS為用戶提供了各種類型的虛擬激勵(lì)信號(hào)源，并允許用戶對(duì)其參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。單擊工具箱中的快捷圖標(biāo)

，就會(huì)出現(xiàn)如圖4-27所示的各種類型的激勵(lì)信號(hào)源的名稱列表以及選擇的正弦波信號(hào)源，在預(yù)覽窗口中顯示的是正弦波信號(hào)源符號(hào)。圖4-27名稱列表中各符號(hào)所對(duì)應(yīng)的激勵(lì)信號(hào)源，如表4-1所示。圖4-27

各種激勵(lì)信號(hào)源表4-1 各種激勵(lì)信號(hào)源2.

虛擬儀器單擊工具箱中的快捷按鈕

，可列出Proteus所有的虛擬儀器名稱，如圖4-28所示。65圖4-28

虛擬儀器名稱列表圖4-28中的名稱列表中所對(duì)應(yīng)的虛擬儀器名稱，如表4-2所示。表4-2各種符號(hào)對(duì)應(yīng)的虛擬儀器下面簡要介紹在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試中常用的幾種虛擬儀器。1．虛擬終端虛擬終端的原理圖符號(hào)如圖4-29所示。在調(diào)試異步串行通信時(shí)使用。虛擬終端共有4個(gè)接線端，其中RXD為數(shù)據(jù)接收端，TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送端，RTS為請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)，CTS為清除傳送，是對(duì)RTS的響應(yīng)信號(hào)。圖4-29虛擬終端的原理圖符號(hào)

圖4-30為單片機(jī)與上位機(jī)（PC）之間進(jìn)行串行通信，使用虛擬終端就可免去PC的仿真模型，直接由虛擬終端VT1、VT2顯示出經(jīng)RS232串行接口模型與單片機(jī)之間異步發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的情況。

VT1顯示的數(shù)據(jù)表示了單片機(jī)經(jīng)串口發(fā)給PC的數(shù)據(jù)，VT2顯示的數(shù)據(jù)表示了PC經(jīng)RS232接口模型接收到的數(shù)據(jù)，從而省去了PC的串口模型。圖4-30

單片機(jī)與PC之間串行通信的虛擬終端

虛擬終端在運(yùn)行仿真時(shí)會(huì)彈出一個(gè)仿真界面，當(dāng)PC向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，可以和虛擬鍵盤關(guān)聯(lián)，用戶可從虛擬鍵盤經(jīng)虛擬終端輸入數(shù)據(jù)；當(dāng)PC接收到單片機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)后，虛擬終端相當(dāng)于一個(gè)顯示屏，會(huì)顯示相應(yīng)信息。（2）I2C調(diào)試器圖4-28中的虛擬儀器名稱列表中的“I2CDEBUGGER”就是I2C調(diào)試器，原理圖符號(hào)如圖4-31所示。I2C調(diào)試器允許用戶監(jiān)測I2C接口總線，可以查看I2C總線發(fā)送的數(shù)據(jù)，同時(shí)也可作為從器件向I2C總線發(fā)送數(shù)據(jù)。I2C調(diào)試器有3個(gè)接線端。SDA：雙向數(shù)據(jù)線。SCL：時(shí)鐘線，雙向。TRIG：觸發(fā)輸入，能使存儲(chǔ)序列被連續(xù)地放置到輸出隊(duì)列中。圖4-31I2C調(diào)試器的原理圖符號(hào)圖4-32所示為單片機(jī)通過控制I2C總線向帶有I2C接口的存儲(chǔ)器芯片AT24C02（即圖中的FM24C02F）進(jìn)行讀寫，可利用I2C調(diào)試器來觀察I2C總線數(shù)據(jù)傳送的過程。啟動(dòng)仿真，鼠標(biāo)右鍵單擊I2C調(diào)試器，出現(xiàn)I2C調(diào)試窗口，如圖4-34所示。單擊其中的“+”符號(hào)，還能把I2C總線傳送數(shù)據(jù)的細(xì)節(jié)展現(xiàn)出來。I2C總線傳送數(shù)據(jù)時(shí)，采用了特別的序列語句，出現(xiàn)在數(shù)據(jù)監(jiān)測窗口中。圖4-32單片機(jī)讀寫帶有I2C接口的存儲(chǔ)器AT24C02的電路原理圖

由圖4-33可見，使用I2C調(diào)試器可非常方便地觀察I2C總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，非常容易手動(dòng)控制I2C總線發(fā)送的數(shù)據(jù)，為I2C總線的單片機(jī)系統(tǒng)提供了十分有效的仿真調(diào)試手段。圖4-33I2C調(diào)試窗口及單片機(jī)向AT24C02寫入和讀出的數(shù)據(jù)（3）SPI調(diào)試器SPI調(diào)試器允許用戶查看沿SPI總線發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)。圖4-34所示為SPI調(diào)試器的原理圖符號(hào)。SPI調(diào)試器共有5個(gè)接線端：DIN：接收數(shù)據(jù)端。DOUT：輸出數(shù)據(jù)端。SCK：時(shí)鐘端。 ：從模式選擇端，從模式時(shí)此端必須為低電平才能使終端響應(yīng)；當(dāng)工作在主模式下，而且數(shù)據(jù)正在傳輸時(shí)此端才為低電平。TRIG：輸入端，能把下一個(gè)存儲(chǔ)序列放到SPI的輸出序列中。

SPI調(diào)試器的窗口如圖4-34所示，它與I2C調(diào)試窗口是相似的。圖4-34SPI調(diào)試器的原理圖符號(hào)圖4-35SPI調(diào)試器的窗口4．電壓表和電流表ProteusVSM提供了4種電表，如圖4-36所示，分別是DCVoltmeter（直流電壓表）、DCAmmeter（直流電流表）、ACVoltmeter（交流電壓表）和ACAmmeter（交流電流表）?？煞謩e把4種電表放置到原理圖編輯窗口中。圖4-364種電表的原理圖符號(hào)4.2.4虛擬設(shè)計(jì)仿真舉例

Proteus環(huán)境下的一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的原理電路虛擬設(shè)計(jì)與仿真需要3個(gè)步驟。（1）ProteusISIS環(huán)境下的電路原理圖設(shè)計(jì)。（2）在KeilC51平臺(tái)上進(jìn)行源程序的輸入、編譯與調(diào)試，并最終生成目標(biāo)代碼文件（*.hex文件）。（3）調(diào)試與仿真，在Proteus環(huán)境下將目標(biāo)代碼文件（*.hex文件）加載到單片機(jī)中，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行虛擬仿真。下面以“流水燈”的設(shè)計(jì)為例，介紹如何使用Proteus。771．新建或打開一個(gè)設(shè)計(jì)文件（1）建立新設(shè)計(jì)文件單擊主菜單的“NewProject”選項(xiàng)新建一個(gè)項(xiàng)目，會(huì)彈出圖4-37所示的“新建項(xiàng)目”窗口。點(diǎn)擊“Next”，出現(xiàn)一個(gè)新的界面后，單擊要選的“DEFAULT”選項(xiàng)，再單擊“NEXT”按鈕，選用系統(tǒng)默認(rèn)的模板，即建立一個(gè)該模板的空白文件。（2）保存文件。建立了一個(gè)新的文件后，第一次保存該文件時(shí)，選擇【File】→“SaveProjectAs”選項(xiàng)，這樣就會(huì)以新的文件名保存該設(shè)計(jì)文件。如果不是第一次保存，可直接單擊“保存”快捷按鈕即可。圖4-37

“新建項(xiàng)目”窗口2.選擇需要的元件到元件列表

電路設(shè)計(jì)前，要把設(shè)計(jì)“流水燈”電路原理圖中需要的器件列出，如表4-3所示。然后根據(jù)表4-3選擇器件到器件列表中。觀察圖4-21，左側(cè)的器件列表中沒有一個(gè)器件，單擊左側(cè)工具欄中的按鈕，再單擊器件選擇按鈕就會(huì)出現(xiàn)“PickDevices”窗口，在窗口的“關(guān)鍵字”欄中，輸入“AT89C51”，此時(shí)在“結(jié)果”欄中出現(xiàn)“器件搜索結(jié)果列表”，并在右側(cè)出現(xiàn)“器件預(yù)覽”和“器件PCB預(yù)覽”，如圖4-41所示。在“器件搜索結(jié)果列表”中雙擊所需要的器件“AT89C51”，這時(shí)在主窗口的器件列表中就會(huì)添加該器件。用同樣的方法可將表4-3中所需要選擇的其他器件也添加到器件列表中。

所有器件選取完畢后，單擊窗口右下方的“確定”按鈕，即可關(guān)閉“PickDevices”窗口，回到主界面進(jìn)行原理圖繪制。8081表4-3

流水燈所需元件列表3.放置元件并連接電路1．器件的放置、調(diào)整與編輯

①元件的放置。單擊元件列表中所需要放置的元件，然后將鼠標(biāo)移至原理圖編輯窗口中單擊一下，此時(shí)就會(huì)在鼠標(biāo)指針處有一個(gè)紅顏色的元件，移動(dòng)鼠標(biāo)選擇合適的位置，單擊一下左鍵，此時(shí)該元件就被放置在原理圖窗口了。例如選擇放置單片機(jī)AT89C51到原理圖編輯窗口，具體步驟如圖4-38所示。若要?jiǎng)h除已放置的元件，用鼠標(biāo)左鍵單擊該元件，然后按Delete鍵即可刪除。如果進(jìn)行了誤刪除操作，可以單擊恢復(fù)快捷按鈕恢復(fù)。一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)電路原理圖設(shè)計(jì)，除了元件還需要各種終端，如電源、地等，單擊主工具欄中的快捷按鈕，就會(huì)出現(xiàn)各種終端列表。單擊元件終端中的某一項(xiàng)，上方的窗口中就會(huì)出現(xiàn)該終端的符號(hào)，如圖4-39（a）所示。圖4-38

元件放置的操作步驟此時(shí)可選擇合適的終端放置到電路原理圖編輯窗口中去，放置的方法與元件放置的方法相同。圖4-39（b）為圖4-39（a）列表中各項(xiàng)對(duì)應(yīng)的終端符號(hào)。根據(jù)上述介紹，設(shè)計(jì)者可將所有的元件和終端放置到原理圖編輯窗口中去。圖4-39

終端列表及終端符號(hào)②

元件位置的調(diào)整。

改變?cè)谠韴D中的位置，用鼠標(biāo)左鍵單擊需調(diào)整位置的元件，元件變?yōu)榧t顏色，移動(dòng)鼠標(biāo)指針到合適的位置，再釋放鼠標(biāo)即可。

調(diào)整元件的角度，用右鍵單擊需調(diào)整的元件，會(huì)出現(xiàn)圖4-40所示的菜單，操作菜單中的命令選項(xiàng)即可。③

元件參數(shù)設(shè)置。在需要設(shè)置參數(shù)的元件雙擊鼠標(biāo)左鍵，就會(huì)出現(xiàn)“編輯元件”窗口。下面以單片機(jī)AT89C51為例，此時(shí)雙擊AT89C51，出現(xiàn)“編輯元件”窗口。設(shè)計(jì)者可根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，在需要設(shè)置參數(shù)的元件雙擊鼠標(biāo)左鍵，進(jìn)入“編輯元件”窗口自行完成原理圖中各元件的參數(shù)設(shè)置。圖4-40調(diào)整元件角度的命令選項(xiàng)（2）電路元件的連接

①

兩元件間繪制導(dǎo)線。在元件模式快捷按鈕與自動(dòng)布線器快捷按鈕按下時(shí)，兩個(gè)元件導(dǎo)線的連接方法是：先單擊第一個(gè)元件的連接點(diǎn)，移動(dòng)鼠標(biāo)，此時(shí)會(huì)在連接點(diǎn)引出一根導(dǎo)線。如果想要自動(dòng)繪出直線路徑，只需單擊另一個(gè)連接點(diǎn)。如果設(shè)計(jì)者想自己決定走線路徑，只需在希望的拐點(diǎn)處單擊鼠標(biāo)左鍵。需要注意的是，拐點(diǎn)處導(dǎo)線的走線只能是直角。在自動(dòng)布線器快捷按鈕松開時(shí)，導(dǎo)線可按任意角度走線，只需要在希望的拐點(diǎn)處單擊鼠標(biāo)左鍵，把鼠標(biāo)指針拉向目標(biāo)點(diǎn)，拐點(diǎn)處導(dǎo)線的走向只取決于鼠標(biāo)指針的拖動(dòng)。

②

連接導(dǎo)線連接的圓點(diǎn)。單擊連接點(diǎn)按鈕，會(huì)在兩根導(dǎo)線連接處或兩根導(dǎo)線交叉處添加一個(gè)圓點(diǎn)，表示它們是連接的。

③

導(dǎo)線位置的調(diào)整。對(duì)某一繪制的導(dǎo)線，要想進(jìn)行位置的調(diào)整，可用鼠標(biāo)左鍵單擊導(dǎo)線，導(dǎo)線兩端各有一個(gè)小黑方塊，單擊右鍵出現(xiàn)菜單，單擊“拖曳對(duì)象”，即可拖曳導(dǎo)線到指定的位置，也可進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，然后單擊導(dǎo)線，這就完成了導(dǎo)線位置的調(diào)整。

④

繪制總線與總線分支。

總線繪制：單擊工具欄的圖標(biāo)按鈕，移動(dòng)鼠標(biāo)到繪制總線的起始位置，單擊鼠標(biāo)左鍵，便可繪制出一條總線。如想要總線出現(xiàn)不是90°角的轉(zhuǎn)折，此時(shí)自動(dòng)布線器快捷按鈕應(yīng)當(dāng)松開，總線即可按任意角度走線，只需要在希望的拐點(diǎn)處單擊鼠標(biāo)左鍵，把鼠標(biāo)指針拉向目標(biāo)點(diǎn)，在總線的終點(diǎn)處雙擊鼠標(biāo)左鍵，即結(jié)束總線的繪制。

總線分支繪制：總線繪制完后，有時(shí)還需繪制總線分支。為使電路圖顯得專業(yè)和美觀，通常要把總線分支畫成與總線成45°角的相互平行的斜線，如圖4-41所示。注意，此時(shí)一定要把自動(dòng)布線器快捷按鈕松開，總線分支走向只取決于鼠標(biāo)指針的拖動(dòng)。

對(duì)于圖4-41所示的總線分支的繪制，先在AT89C51的P0口右側(cè)畫一條總線，然后再畫總線分支。在元件模式快捷按鈕

按下且自動(dòng)布線器快捷按鈕

松開時(shí)，導(dǎo)線可按任意角度走線。先單擊第一個(gè)元件的連接點(diǎn)，然后移動(dòng)鼠標(biāo)指針，在希望的拐點(diǎn)處單擊鼠標(biāo)左鍵，最后向上移動(dòng)鼠標(biāo)指針，在與總線成45°角相交時(shí)單擊鼠標(biāo)左鍵確認(rèn)，這樣就完成了一條總線分支的繪制。而其他總線分支的繪制只需在其他總線的起始點(diǎn)雙擊鼠標(biāo)左鍵，不斷復(fù)制即可。例如，繪制P0.1引腳至總線的分支，只要把鼠標(biāo)指針放置在P0.1引腳口的圖4-41

總線與總線分支及線標(biāo)位置，則會(huì)出現(xiàn)一個(gè)紅色小方框，雙擊鼠標(biāo)左鍵，自動(dòng)完成像P0.0引腳到總線的連線，這樣可依次完成所有總線分支的繪制。在繪制多條平行線時(shí)也可采用這種畫法。

⑤

放置線標(biāo)簽。從圖4-41