1.引言

單片機是將CPU芯片，存儲器芯片，I/O接口芯片和簡單的I/O設備裝配在一塊印刷電路板上，再配上存儲在ROM中的監控程序，這便構成了一臺單板微型計算機。傳統的單片機開發都是采用硬件實驗箱或實驗板方式，硬件投資成本相對較高；這種定式的環境很容易將開發者的思維禁錮在小小的實驗箱里，不利于創新思維實現，對于初學者還會造成認知上的誤區，即所謂的單片機就是在一個箱子里穿針引線，這極不利于后續的開發。

目前，具有電路仿真功能的軟件比較多，性能比較好的有Multisim、Protel、O r C A D等，但這些對單片機的仿真無能為力。到目前為止，只有Proteus軟件能夠提供完善的單片機芯片及嵌入式系統的仿真。

2.單片機仿真所需實驗配置

2.1 選用Proteus軟件作為單片機仿真軟件

Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司開發的EDA工具軟件。它不僅是模擬電路、數字電路、模/數混合電路的設計平臺，更是目前世界上最先進，最完整的多種型號微處理器系統的設計與仿真平臺，真正實現了在計算機上完成原理圖設計，電路分析與仿真，微處理器程序設計與仿真，系統測試與功能驗證，到形成PCB的完整電子設計、研發過程。

Proteus軟件由ISIS和ARES兩個軟件構成，其中ISIS是一款智能原理圖輸入系統軟件，可作為電子系統仿真平臺，ARES是一款高級布線編輯軟件，用于設計PCB.

2.2 選用Keil uVision2軟件對程序進行編譯和調試

Proteus仿真中的單片機芯片，與單片機硬件的 試驗臺中單片機芯片一樣，需要下載編譯好的機器語言文件，這樣就需要匯編語言和C語言的編譯器。KeiluVision2是51系列兼容單片機C語言軟件開發系統，使用接近于傳統C語言的語法來開發，它還能嵌入匯編，您可以在關鍵的位置嵌入，同時可移植性強，使程序達到接近于匯編的工作效率。此外，Keil uVision2軟件還支持眾多不同公司的單片機芯片，集編輯、編譯和程序調試于一體，之后將生成的。HEX文件，下載到單片機芯片里，這就完成了程序的固化。

3.基于Proteus軟件含有AT80C51芯片的流水燈仿真與PCB制作

3.1 Proteus單片機仿與PCB制作的實驗流程（如圖1所示）

3.2 用ISIS軟件繪制含有AT80C51單片機芯片的原理圖

1）打開ISIS Professional 軟件，執行“File”→“New Design”,在彈出窗口中選擇默認模板“DEFAULT”,點擊“OK”,然后保存，命名為“liushuideng.DSN”.

2）“System”→“Set Sheet Sizes…”,彈出“Sheet Size Configuration”對話框，設定圖紙為A4,單擊“OK”.

3）添加元器件。

具體數值見圖3.在工具欄中執行菜單命令“Library”→“Pick Device/Symbol…”,彈出對話框在“Keywords”欄里輸入所需元器件，右側欄將顯示，此時只需選擇自己需要的元器件，點擊“OK”,然后在列表中選中元器件（所用元件如下表1所示），在原理圖編輯窗口合適位置單擊鼠標完成放置，按此方法將列表中的所有元器件添加進去。

4）放置電源和地：單擊左側工具箱中圖標，在對象選擇器中單擊“POWER”,使其出現藍色條，再在原理圖編輯窗口合適位置單擊鼠標，就將“電源”放置在原理圖中；單擊“GROUND”,用同樣方法，將“地”放置在原理圖中。

5）布線：在ISIS原理圖編輯窗口中沒有專門的布線按鈕，但系統默認自動布線有效，因此，可直接畫線，布線如圖2所示。

4.C語言編程

4.1 建立工程文件

1 ）打開K e i l u V i s i o n 2軟件，點擊“Project”→“New Project”,命名為“liushuideng”,然后保存，在彈出的對話框“Data base”欄中選擇“Atmel”→“89C51”→“確定”;然后點擊“File”

→“New File”.

2）點擊“Save”→文件命名為“liushuideng.

c”→“保存”,本程序利用C語言編程后綴必須是“.c”.

3）點擊“Target 1”→“Sour Group1”

→“Add Files to Group”Sour Group 1“”,在彈出的對話框中選擇剛建的文件，然后點擊“Add”,添加完成后點擊“Close”;到此工程建立完畢。

4.2 利用C語言編寫流水燈的程序源代碼

#include #include

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

uchar temp;void delay（uint）；

void main（）

{temp=0xfe;P0=temp;while（1）

{temp=_crol_（temp,1）；delay（600）；

P0=temp;} }

void delay（uint z）

{ u i n t x , y ; f o r （ x = 1 0 0 ; x > 0 ; x - - ）

for（y=z;y>0;y-）；}

4.3 調試程序

經調試本程序，下邊狀態欄顯示“0Errors,0 Warning”,表示“0”錯誤，“0”警告。

4.4 生成。HEX目標文件

選中“Target 1”單擊右鍵→“Optionfor Target 'Target 1‘”,在彈出的對話框中，單擊“Output”→“Create HEX File”打鉤，再次運行程序即可生成。HEX目標文件。

5.原理圖仿真

（1）在Proteus ISIS中，雙擊AT89C51單片機芯片，在彈出的“Edit Component”

對話框的“ P r o g r a m F i l e ” 欄中選擇“liushuideng.hex”,然后點擊“OK”.

（2）在Proteus ISIS編輯窗口左下方點擊播放按鈕，或者在“Debug”菜單下選擇“Execute”,可以看到，首先P0.0點亮LED燈，等待一秒后熄滅，同時P0.1點亮另一只LED燈，同樣等待一秒后熄滅，P0.2點亮LED燈┄┄當P0.7點亮LED燈等待一秒后熄滅后，P0.0點亮LED燈┄┄如此循環，間隔時間可在delay函數中自行設定，在運行結果如圖2所示。

LED燈左側的點呈現藍色時，表示點亮狀態，紅色時，表示熄滅狀態。

6.PCB的制作

6.1 統計電路原理圖中使用的元器件

在ISIS中執行菜單命令“Tools”→“Billof Materials”→“2 ASCII Output”,生成元器件清單，如圖3所示：

6.2 導入網絡表

在I S I S中，雙擊開關“K”,會彈出“Edit Component”對話框，將“Excludefrom PCB Layout”前的“√ ”去掉，點擊“OK”;執行菜單命令“Tools”→“Netlistto ARES”,系統自動打開ARES軟件。在ISIS中有些元器件沒有指定封裝形式，因此系統會自動彈出“Package Selector”對話框，在“Package”欄中輸入相應的封裝形式，對于發光二極管的封裝形式為“LED”,按鈕“K”的封裝形式為“SW-PUSH1”.

6.3 放置元器件

完成元器件封裝后，進入A R E S操作界面，先要點擊主工具箱中圖標，此為2DGroaphics框體模式，在左下角下拉框中選擇當前板層為“Board Edge”（黃色），在工作區內單擊不放，拉出來個黃框，按需要設定大小，那就是PCB編輯板層。在元器件不多的情況下，為了達到自己想要的設計效果，采用手動布置元器件的方法，在主工具箱中單擊元件模式圖標，在元器件列表中選擇某個元器件，然后在編輯區中合適位置單擊鼠標左鍵，即可放置好該元器件；如果元器件比較多，采用自動布置元器件和手動布置元器件相結合的方法，可以大大提高制板效率。元器件放置完畢后，且右下角顯示“No DRC errors”,無設計規則錯誤。

6.4 布線

ARES提供了交互手工布線和自動布線兩種方式，通常結合使用以提高效率，并使PCB具有更好的電氣特性，也更加美觀。執行菜單命令“Tools”→“Auto Router”,彈出“Shape Based Auto Router”對話框，按需要自行設定各參數，然后點擊“OK”,開始自動布線，然后進行手工調整，結果如圖4所示：

6.5 規則檢查

CRC檢查：點擊“Tools”→“ConnectivityChecker”,系統進行連接性檢查，下邊狀態框提示“0 CRC violationsfound”,表示無CRC錯誤且無DRC錯誤。

6.6 敷銅

1）頂層敷銅：點擊“Tools”→“PowerPlane Generator”,彈出“Power PlaneG e n e r a t o r ” 對話框， 在此對話框中的“Net”欄中選擇“GND=POWRE”,“Layer”

欄中選擇“Top Copper”,“Boundary”欄中選擇“T10”,設置好后，點擊“OK”,進行頂層敷銅。

2）底層敷銅：只需在“Layer”欄中選擇“Bottom Copper”,其它操作同頂層敷銅。

6.7 3D效果顯示

點擊“Output”→“3D Visualizati o n ” , 顯示3 D 效果如圖5 所示， 通過“View”的下拉菜單可以顯示不同的3D效果。

6.8 輸出光繪文件

點擊“Output”→“IDF ManufacturingOutput”,按PCB生產要求設置參數，點擊“Generate”,生成相應的光繪文件。將導出的光繪文件和相應鉆孔文件，發送到PCB廠家就可以進行制板了。也可以自己購買原材料，動手制作一塊流水燈的PCB板，這樣更能加深對單片機開發過程和工作原理的理解。

7.結束語

本論文以Proteus軟件為仿真工具，Keil uVision2軟件為程序編輯器，相對完整的論述了單片機的仿真和制作PCB的流程，同時流水燈的制作也是單片機入門典型實例；這將讓廣大單片機初學者對其開發流程有大致了解。利用Proteus軟件進行單片機仿真實驗，不僅減少了原材料的損耗，還彌補了實驗儀器和元器件缺乏帶來的不足。初學者通過仿真實驗，可以了解單片機系統的開發方法，這非常有助于培養其綜合分析能力、排除故障能力和開發、創新能力。