单片机虚拟实验室的建立
单片机虚拟实验室的建立
文/关越
摘要:随着科技的不断发展，单片机在机电工程与自动化等领域得
到了越来越广泛的应用。然而，由于单片机技术的实践或教学环
节较为复杂，因此对于经费的要求较高；并且，如果设计方案不
合理，更会造成开发经费的进一步浪费。所以基于相关软件建立
单片机虚拟实验室非常必要。本文就是单片机技术的实践教学为
背景，阐述了基于 proteus 软件建立单片机虚拟实验室的基本方法。
【关键词】单片机 虚拟实验室 proteus 仿真
单片机作为机电工程或自动化专业的一门重要课程，具有很强的实践操作性。因此，
在对其具体的学习过程中应充分实践相关技能。然而，完整的实践需要大量经费及合适的
场地的支持，这些都使得单片机实验室的建设受到了很大程度的限制。为解决单片机的实践
教学中存在的经费、场地及时间等问题，本文提出了一种利用 proteus 软件建立虚拟模拟实验室的方法。
1 简介proteus软件
本文建立单片机虚拟实验室所使用的核心软件就是 proteus。它不仅能够对单片机的
CPU 的运行情况进行仿真，而且对于单片机的外电路甚至于不包含单片机的电路，proteus
软件也能对其在一定程度上进行仿真。所以，我们在执行相关程序时，重点考察的对象并不
是存储器的改变，而是直接观察结果，看程序运行后电路的工作情况。只有这样，单片机的
实验操作才能和相应的工程做到有机的统一。
2 简述proteus软件仿真的工作过程
基于 proteus 软件的 ISIS 程序，系统即可进入仿真环境。具体应用 proteus 软件的仿真
过程可以简述为以下几步：首先，选中 view菜单，根据具体情况设置捕捉对其项目的相关
内容，并同时对 system 项中的界面大小、颜色等项进行相关设置。 然后， 运行元件命令后，
打开 pick devices，从中选择并放置仿真电路所需的各种元器件，根据实际电路设计将其连
接，并按要求设定元器件的工作参数，并在软件环境下编程处理。其次，执行 Define code
generation tools命令， 确定编译的路径、 工具等。最后，在执行命令项 Add/remove source files
的环境下，输入相应的电路程序，通过 debug选项进行仿真检测电路工作情况。
3 简述单片机实验的组织
单片机的实践教学中，一般包括以下几点：系统资源、软件技术、硬件的接口电路、
软硬件结合的应用系统。下面以 51 单片机为例，简述单片机实验的组织情况。
3.1 关于软件技术的实验
关于软件技术实验，主要包括以下几个方面：对具体语句的执行、 对具体算法的实现、
对错误语法的检查、对错误逻辑的验证。当然具体实验的操作还需根据具体情况而定。
3.2 关于硬件接口电路的实验
单片机硬件的接口电路理论不仅涉及到电子电路的相关知识，还需要考虑到实际的应
用需要。一般地，硬件的接口电路的相关理论主要包括如何选择或连接元器件、如何设置电
路更好的工作方式、如何保障电路的稳定性以及其空间需求等知识内容。由于仿真情况下的
电路工作环境与实际情况还是存在一定差距的，所以若进行单片机的实际教学，还需要求
学生自己设计电路和电路的工作环境。通常情况下，可以让学生根据相关的条件，使学生对
接口电路及相应的程序自行设计；或者也可以让学生根据程序设计对应的接口电路。
3.3 关于软硬件结合的应用系统的实验
实现软硬件结合，单片机就有一个应用系统了。此时的重点将不再是硬件设施的相关
问题， 而是软件系统如何设计、 做相关的调试，并最终运行。
4 简述虚拟实验室的建立方法
要做好单片机的虚拟实验室的建设工作，一般需要考虑以下几个方面。第一，需要尽可
能地保障虚拟环境与实际情况基本相符，虚拟环境下的硬件设备的供应尽可能完整。另外，
在设计硬件电路时，一方面要考虑到对系统的扩展。也就是说，如果实际的应用系统需求的
容量大于单片机的相关功能单元中的 ROM，RAM，I/O 口以及定时器、计数器等的设备容
纳量时，可以通过选择适当的芯片对单片机进行片外扩展。另一方面，如果实际系统需要
配置如键盘、显示器、打印机、A/D 转换器、D/A 转换器等设备时，系统可以对接口电路进
行合理设计以满足设备调试。学生们通过对proteus软件的科学应用， 以上要求都可以实现。
第二，通过使用 WAVE 软件工具实施对应用软件的编制和调试，学生可以借此学到单片机
软件的开发方法及相应的技巧。第三，在软件的调试界面选用 WAVE 软件，硬件的调试界
面选用 proteus 软件的基础上，通过 WAVE 软件与 Proteus 软件的整合，即可以对虚拟的硬
件和软件进行总调。第四，将 WAVE 软件和proteus 软件所提供的软件和硬件调试进行有
机整合。一般地，我们利用 proteus 软件绘制出所要仿真的硬件的电路图，利用 WAVE 软
件写入相应的程序，进行编译后，系统即会生成一个 *.HEX 文件；并且利用 proteus 软件
打开已绘制完成的硬件的电路图，双击芯片89C51，并打开 Program File 选项，在加载完
成生成的 *.HEX 文件后即可对编译的程序进行仿真了。
5 结语
随着单片机技术在社会、工程中的应用越来越广泛，人们对其信息化、智能化的要求
也会越来越高。因此，熟练掌握 proteus 等软件进行相关的模拟仿真成为了单片机技术发展
的必然。学习 proteus 软件，不仅可以在机电、自动化等相关专业的教学中进行模拟仿真，还
可以建立个人实验室做仿真试验， 在减弱经费、时间、场地等客观条件对单片机实验的限制的
同时，也在一定程度上提高了学生以及相关工程人员的实践操作能力，并且对进一步推动单
片机技术的发展起到了重要的作用。
参考文献
[1] 胡文金 , 钟秉翔 , 杨健 . 单片机应用技术实训教程 [M]. 重庆 : 重庆大学出版社 ,2012:20-35.
[2] 刘 炳 尧 .KeilC+Proteus6.9- 搭 建 自 己的单片机仿真实验室 [J]. 电子制作 ,2013(8):52-54.
[3] 刘荫，郑煊 . 基于 Proteus 的单片机虚拟实验室的构建 [J]. 山东教育学院学报 ,2009(6):41-56.
作者单位长春职业技术学院工程技术分院 吉林省长春市 130033
