Proteus在单片机教学中应用举例

杜忠昀

（延边大学工学院,吉林 延吉 133002）

单片机课程具有很强的实践性，一般学校都安排一定的实验学时使学生在实践过程中更好的掌握相关的理论知识。一般情况下理论课和实验课是独立教学，在理论课完成一定学时后，学生再通过实验课加强理解并验证相关操作。结合Proteus软件的特点，在理论课的讲授过程中进行仿真演示，更好的加深学生对相关知识的理解。

1 低频信号发生器Proteus仿真实验的特点和要求

Proteus是近几年在国内应用广泛的一款电子设计自动化软件，它可以仿真 51 系列、AVR、 PIC等常用的MCU和所有常见的外设。提供了大量的元器件，有RAM、ROM、键盘、电动机、LED/LCD显示、AD/DA 等数千种元器件。Proteus还提供了许多虚拟仪器和分析工具，可以实时显示系统的输入和输出状态，使用户在不使用单片机硬件开发板的情况下也可直观地从Proteus界面看到单片机运行和仿真结果[1]。

低频函数信号发生器是一种应用较多的实验室用信号源，应用Proteus仿真设计演示，具有演示功能种类较多，实用性较强等特点，根据设计功能需求，应该可以产生矩形波、锯齿波、三角波和正弦波几种常见波形。应该能搞对信号的幅度和频率进行调节。应用到的单片机知识点主要有：单片机的最小应用系统、D/A转换、键盘及显示电路的应用、电流电压转换等。

在理论课程中应用投影仪将Proteus仿真过程投影到屏幕上，结合信号发生器硬件电路的各部分功能对单片机的引脚功能进行说明。再结合仿真结果，说明应用汇编语言对单片机编程的注意事项。这样的示例可以使得相关知识点的学习更加清晰易懂，也能够一定程度上提高学生的学习兴趣。

2 应用Proteus软件绘制低频函数发生器硬件电路

低频函数发生器要求能够产生输出连续模拟的正弦波、三角波、方波、锯齿波等信号，并且频率和幅度能够做相对简单的变化。采用AT89c51作为系统中心，控制数模转换器件进行数模转换输出，同时，配合中断键盘扫描、LED、滑动变阻器等进行信号选择，信号标示，频率调整，幅度调整，最后在输出端连接电流电压转换，集成放大和滤波电路实现波形处理。系统硬件电路图如图1所示。

图1 系统硬件电路图

系统的D/A转换功能由DAC0832芯片实现，DAC0832是使用广泛的8位DAC芯片之一，由美国半导体公司（national scmiconductor corporation）研制， 8位输入输入寄存器用于存放CPU送来的数字量，使数字量得到缓冲和锁存，由加以控制。8位DAC寄存器用于存放待转换数字量，由控制。8位DA转换电路由8位T型电阻网络和电子开关组成，电子开关受8位DAC寄存器输出控制，T型网络能输出与数字量成正比的模拟电流。因此，DAC外部需要接运算放大器才能得到模拟电压[2]。

运算放大器通常比较小的电压或者电流放大成比较大的方便后续处理的电压信号。对于一个给定的运放，输入失调电压已经确定了，但是由输入失调电流所带来的失调电压与所采用的电路有关，为了不使用调整电路的情况下减小偏置电流所带来的失调电压，应该使同相反相的直流电阻相等，是偏置电流在输入电阻上的压降所带来的失调电压相互抵消。在低频内阻信号源放大器中，运放的输入失调电压将成为失调电压的误差的主要来源，对于高内阻信号源放大器，运放的输入偏置电流在信号源内阻上压降成为误差的主要来源。

在高输入阻抗的情况下，失调电压可以采用R2的电阻来调节，利用输入偏置电流在其上的压降来对输入失调电压做出补偿。也就是用这个压降来抵消输入失调电压。第一级运算放大器的作用是将DAC0832输出的电流信号转化为电压信号V1，第二级运算放大器的作用是将V1通过反向放大电路来达到放大（R2/R1）倍的效果。在第二个运算放大器的输出端连了一个低通滤波器。如果不加低通滤波器，也能够生成波形，但是产生的信号中毛刺很多，加一个低通滤波器不仅起到的滤波的作用，还起到了平滑的作用。

3 系统软件设计

软件设计上，根据功能分了几个模块编程。模块主要有：主程序模块、外部中断0模块，外部中断1模块，正弦波子模块，锯齿波子模块，三角波子模块，方波子模块。首先初始化（外部中断INT0、INT1、标志位20H），然后根据标志位循环执行相应的波形程序，程序中两个外部中断分别起到控制波形和频率的作用，正弦波实现方法是通过查表的方式实现，事先将要输出的正弦波的一个周期按相位分成等分成64分，将各点幅值制作成ROM表，储存在单片机的ROM中，程序运行时按顺序进行输出，具体ROM表可以通过MATLAB来生成。变频是函数发生器的主要功能之一，它是通过软件的方法来实现；具体而言，在延时子程序中加入一个变量参数，来改变延时时间来达到改变频率的目的。例子中工作寄存器R5为延时子程序中的变量参数，同时只有在外部中断响应INT0中才可以改变R5的值。

4 仿真结果

完成Proteus的软硬件联调后，系统的仿真波形如图2所示，从图中可以看出系统可以生产正弦波、锯齿波、三角波、方波。

图2 系统仿真波形

通过Proteus仿真设计低频函数发生器的设计举例，在单片机的理论课教学过程中引入了应用单片机设计实例的整个过程，一方面使学生直观的对应用单片机开发具有特定功能的简单的系统有了一定的了解，另一方面对单片机的几个主要知识点，如D/A转换，I/O口的应用，中断系统的应用都有了十分详细的示例分析，加深学生的理解。将Proteus仿真软件引入到单片机教学的理论课程中，可以更好的衔接单片机实验与理论教学环节，获得较好的教学效果。

[1]马华玲.Proteus+Kei l在单片机教学中的应用[J].高等函授学报（自然科学版），2012(04).

[2]贾莉娜,王燕,刘震.Proteus软件在单片机实践性教学环节中的应用[J]. 辽宁科技学院学报，2010(03).