论文导读：随着电子技术和信息技术的快速发展，嵌入式系统已经在通信、多媒体、工业控制、信息家电等领域得到了广泛的应用。因此结合Proteus和uVision进行联合仿真也十分必要。应用Proteus软件设计和仿真嵌入式系统，这对于提高产品的开发效率、降低开发成本等有着非常重要的作用。
关键词：Proteus软件，嵌入式系统，设计仿真，联合仿真
1、引言
随着电子技术和信息技术的快速发展，嵌入式系统已经在通信、多媒体、工业控制、信息家电等领域得到了广泛的应用。嵌入式系统的设计包括硬件设计和软件设计。按照传统的模式，在整个项目开发程中，先根据要求设计原理图，搭好硬件电路和编写程序，通过仿真器对系统硬件和软件调试, 最后将调试成功的程序固化到单片机中。由于硬件众多可能出现各种故障，整个过程要花费大量的时间与精力。如果采用 Proteus 软件进行系统虚拟开发和仿真，可大大降低开发成本并提高开发速度。
2、proteus软件的体系结构
Proteus是目前世界上最先进最完整的嵌入式系统设计与仿真平台。它是由英国Labcenter Electronics公司开发的EDA工具软件。Proteus除了能实现模拟电路、数字电路、模数电路仿真等功能外，最重要的特点是它能够把用户编写的应用软件作用在微处理器上并和连接在该处理器的外围模拟器件及数字器件协同仿真，就像在真正的嵌入式系统的硬件平台上执行目标代码。还可以直接实时动态地模拟按键、键盘的输入，LED、液晶显示的输出，同时配合虚拟工具如示波器、逻辑分析仪等进行相应的测量和观测。
Proteus软件的体系结构如图1所示。Proteus PCB Design主要用于PCB设计，如自动或人工布线及其硬件电路仿真等。
图1 Proteus体系结构
Proteus VSM主要实现数字电路、模拟电路及数/模混合电路的设计与仿真，特别是能实现嵌入式系统的软硬件设计和仿真。它的核心是ProSPICE，这是一个组合了SPICE3F5模拟仿真器核和基于快速事件驱动的数字仿真器的混合仿真系统，SPICE内核使用众多制造商提供的SPICE模型。PROTEUS VSM包含大量的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪、函数发生器、数字信号图形发生器、时钟计数器、虚拟终端，以及简单的电压计、电流计。仿真过程中，可以用鼠标点击开关、按键、电位计、可调电阻等动态外设模型，使嵌入式系统根据输入信号做出相应的响应，并将响应处理结果实时地显示在LED、LCD的动态显示器件上，实现了实时交互式仿真。整个过程与真实的软件、硬件调试过程相似。
3、Proteus设计和仿真嵌入式系统流程
3.1 硬件系统设计流程
嵌入式系统是一个软硬件紧密结合的系统，首先要进行硬件系统的原理图设计，这是嵌入式系统设计的基础。只有在设计好硬件系统的原理图的基础上才可以进行仿真。硬件系统在Proteus中的设计流程如下：：
1) 创建设计文档和设置工作环境。在进行硬件系统的设计前，首先根据嵌入式系统要实现的功能构思好其硬件系统原理图，即必须知道所设计嵌入式系统需要哪些电路、元器件来完成。工作环境采用默认的，也可以根据实际硬件系统电路的复杂程度来设置图纸的大小及注释的风格等。在硬件系统电路图设计的整个过程中，图纸的大小可以不断地调整。设置合适的图纸大小是完成原理图设计的第一步。
2) 提取和放置元器件。根据构思好的硬件系统电路图从元器件库选取相应的元器件放到图纸适当位置，并对元器件的名称、标注进行设定，再根据元器件之间的走线等联系对元器件在工作平面上的位置进行调整和修改，使得硬件系统电路原理图美观、易懂。
3)元器件间的连线。根据实际电路的需要，利用 Proteus 的各种工具进行布线, 用导线把元器件连接起来。构成一幅完整的硬件系统电路图。
完成上述步骤后, 就构成一幅完整的嵌入式系统硬件电路图。如果要完成印制电路板还要还要进行以下步骤。
4)建立网络表。网格是设计中有电气性连接的电路。
5)对硬件系统原理图进行电气规则检查。当完成布线后，利用Proteus ISIS编辑环境所提供的电气规则检查命令对设计进行检查，并根据系统提供的错误检查报告修改硬件系统原理图。
6)调整。如果硬件系统原理图已经通过电气规则检验，那么硬件系统的设计就完成了，但是对于一般硬件电路设计而言，尤其是较复杂的硬件系统，通常需要对其电路多次修改才能通过电气规则检测。论文参考网。
7)存盘和输出报表。Proteus ISIS提供了多种报表输出格式，同时可以对设计好的硬件系统原理图和报表进行存盘和输出报表。
3.2、软件系统设计
软件系统是嵌入式系统的灵魂。论文参考网。在Proteus中完成硬件系统的设计后，要根据系统功能进行程序设计。论文参考网。在编制和输入的源程序代码时，Proteus 提供了一个简明的源程序文本编辑器 SRCEDIT。它本质上是 NOTPAD的改进版本，可以打开多个源文件。如果要使用像UltraEdit的第三方源程序编辑器，方法是：首先选择菜单的Source→SetupExternal TextEditor，弹出Source Code EditorConfiguration对话框，其次单击对话框中的 Browse按钮，并选择文本编辑器的可执行文件。此时在Executable中显示文件路径，最后单击 OK按钮。
源程序设计完成后，必须生成目标代码。Proteus 提供些代码生成工具。 如果要使用第三方代码生成工具，要进行注册，方法是：首先要大开菜单栏Source→DefineCode GenerationTools，弹出Add /Remove Code GenerationTools对话框， 再单击New按钮，出现Code GenerationTools对话框，选择工具可执行文件，单击“打开“按钮，即可将代码生成工具添到Add /Remove CodeGeneration Tools对话框中Tool下拉列表中。并在SourceExtn、Obj.Extn文本中，分别加入源程序文件和目标代码文件的扩展名，如分别写入ASM、HEX。在Command Line中输入编译器的路径，%1代表源文件，%2代表目标文件。最后为列表文件设置扩展名，并指定调试数据提取路径。
3.3、系统仿真
对所编写的程序进行编译、链接，通过后可以进行系统仿真。首先在硬件系统原理图中选择微处理器，单击左键弹出编辑元器件对话框，在元器件属性Program File中添加目标代码文件。在Clock Frequency中设置晶振频率。点仿真运行按钮，Proteus开始运行仿真过程。图2就是在Proteus中设计和仿真的计算器。可以用鼠标在计算器面板上操作，LCD显示结果，实现了实时交互式仿真。
图2 设计和仿真计算器图
4、Proteus和Keil的联合仿真
uVision是德国Keil公司的开发软件工具。它支持众多与此同时8051兼容的 8位单片机。内部集成C编译器、汇编器、连接器、调试器和软件仿真等基本组件，其界面提供了功能强大的编辑和浏览，非常方便的进行快速开发。它的用户比较多，相关资料也很丰富，而且用C语言开发单片机应用软件也是今后的一种发展趋势。因此结合Proteus和uVis ion进行联合仿真也十分必要。
由于Keil与Proteus之间通信是通过TCP /IP进行的，因此要确保你的计算机安装了TCP /IP协议，否则要安装此协议。KEIL和Proteus可以在同一台计算机上，也可以分别在两台计算机上。Proteus帮助文档通过实例说明其方法，下面给出连接步骤：
1) 把Proteus 的MODEL子目录下的VDM51.DLL复制到Keil安装目录下的 BIN 子目录里。
2) 用文本编辑器打开 KEIL 安装目录下的TOOLS.INI, 并在[C51]下添加 TDRV3=BINVDM51.DLL(“proteus VSM Monitor- 51Driver“)，保存。
3) 在Proteus的debug菜单中选中use remote debug monitor。
4) 打开 uVis ion, 进入到 PROJECT的 OPTION FOR TARGET“ 工程名” ，在弹出的对话框选择 DEBUG 选项卡,选中Use单选按钮, 并且在下三角按钮选择 Proteus VSM Monitor-51Driver。
5) 单击Setting 按钮，弹出对话框如果Keil和Proteus在同一台计算机上，不要改动设置，直接单击 OK按钮。如不在同一台计算机，则 HOST中填写另一台计算机的IP地址，端口号不变。
完成上面的设置后, 就可以联合仿真。
5、结束语
Proteus为嵌入式系统学习者培养研发能力和从事电路设计及嵌入式系统的工程师提高开发效率提供了一个平台。应用Proteus软件设计和仿真嵌入式系统，这对于提高产品的开发效率、 降低开发成本等有着非常重要的作用。也为嵌入式系统实践教学和建立虚拟实验室提供了新方法。
参考文献
[1] www.labcenters.co.uk
[2] www.windway.cn
[3] Proteus帮助文档
[4] 张靖武,周灵彬.单片机系统的PROTEUS设计与仿真[M].北京:电子工业出版社,2007.
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