Proteus在电子信息类毕业设计中的应用与研究

王 凡

（首都师范大学 信息工程学院，北京 100048）

毕业设计是高等学校教学过程的重要环节之一，是一种综合性的实践教学手段。通过毕业设计能使学生综合应用所学的理论知识和技能，进行全面、系统、严格的技术及基本能力的训练［1］。电子信息类高校毕业生的培养目标是培养学生具备电子技术和信息系统基础知识，能从事各类电子设备和信息系统的研究、设计、制造、应用和开发的高等工程技术人才。因此对于此类学生毕业设计的要求更应该体现出综合性和实践性相结合的特点。传统的电子信息类毕业设计中存在着若干问题，在毕业设计中引入Proteus仿真软件为解决此类问题提供了良好的渠道。

1 传统毕业设计中存在的若干问题

（1）在电子设计课程中，学生只能得到一些基础的设计训练，且课时较短，设计内容也较简单；由于条件的限制，每个题目一般由2个以上学生共同完成，缺乏独立设计的经验和对整个工程的把握。

（2）在电路实验中常常由于元器件质量的好坏或性能的离散、连线的通断或焊接的虚实等，而难于找到问题的所在［2］；另外，在电路搭建过程中容易造成仪器和元器件的损坏，学生要反复地购置新的元器件，既造成成本的增加又浪费时间和精力；在软件的设计和编写过程中，由于看不到最终的演示结果，学生也很难有的放矢地修改和编辑程序；由于设计中既存在硬件设计又有软件编程，所以在综合调试中如果遇到障碍，学生难以判断问题出自硬件还是软件。

（3）在整个毕业设计过程中，指导教师是影响毕业设计质量的重要因素，由于近些年来学校扩招等原因，导致指导教师与学生人数比例严重失调，指导教师指导学生的数量不断增加。同时，教师一般都有繁重的科研及教学任务，在指导毕业设计时很难投入较大精力，使得指导学生毕业设计的质量不高［3］。

2 Proteus在毕业设计中的应用

2.1 Proteus软件介绍

Proteus软件是英国Labcenter electironics公司的EDA工具软件，其中组合了一款可实现高级原理布图与仿真工具ISIS，以及一款高级的布线编辑软件ARES，从而可以实现完整的电子系统设计。其最大的优势在于它具有系统级仿真器VSM技术，可以对基于微控制器的设计连同周边电子器件一起实施互动式仿真，支持的微处理芯片包括8051系列、AVR系列、PIC系列、HC11系列、ARM 7／LPC2000系列以及Z80等，还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程。

Proteus提供了30多种元件库，共8 000多种元器件模型。Proteus还提供了多种虚拟仪器、仪表。如：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表等。

2.2 Proteus在毕业设计中所展示的优势

2.2.1 减少了毕业设计中的盲目性

针对上述毕业设计中存在的问题，Proteus提供了很好的辅助解决手段。学生在设计电路前，可以用Proteus先设计出原理图，并在仿真成功后，再进行实际硬件的设计、元件的选购、焊接、软硬件的联调等。这样可以尽可能地避免由于前期设计不当带来的元器件和仪器的损坏，减少了元器件费用的支出和时间上的浪费。

2.2.2 增强了学生在毕业设计中解决问题的信心

在实际电路搭建中，由于学生缺乏经验，即使在完成简单的单片机最小系统调试时，一旦遇到问题，就会对自己的设计产生怀疑，使得毕业设计难以向下进行。利用Proteus具有的仿真功能可以暂时抛开实际电路，Proteus与Keil的联合仿真，缩减了调试程序的工作量，只要原理图和编程正确，系统就可以调试成功，学生在看到仿真结果后，会大大增强设计、开发实际电路的信心［4－5］。

2.2.3 起到了指导教师和学生沟通的桥梁作用

Proteus最大的特色是其电路仿真的交互化和可视化，不但能仿真微控制器本身，还能对其外围电路进行仿真。原理图一目了然，指导教师可以在工程建设的层面和学生探讨整体设计问题，而不再受具体电路和程序语句的制约。另外，Proteus中提供了大量的仪器、仪表，能够对电路进行实时仿真分析，使指导教师和学生的沟通变得流畅。

2.3 Proteus在毕业设计中的应用实例

本实例是基于C51单片机的LCD液晶显示屏控制的电子类本科生毕业设计，通过基于C51单片机实现万年历、电子时钟、温度计等功能，以及在LCD上的显示方式的控制，从而达到学习单片机、LCD等软硬件应用的目的。实际硬件系统由主控制器AT89C52、时钟电路DS1302、显示电路、按键电路和复位电路等部分构成（见图1）。

图1 电路总体框图

在设计之初采用Proteus进行电路的整体设计和仿真，在电路设计中充分体现出引入Proteus的优势，主要目的是研究和学习LCD的显示与控制。如图像的显示和屏幕的滚动显示等。因此学生既要熟练掌握C51单片机的工作原理，又要搞清LCD是如何工作的，在常规教材与课程中，由于没有对于LCD的详细介绍，使得学生对LCD的使用比较陌生，都靠自学来掌握LCD的工作原理。

本设计中LCD使用的是128×64点阵液晶显示模块，成本较高，需要的接口线多，控制复杂，而且比较容易损坏，如果直接在面包板上搭建电路或在实验板上直接焊接，由于学生的经验不足，很难在短期内调试成功。12864点阵液晶显示模块（LCD）是由128V12515061164个液晶显示点组成的一个128列×64行的阵列，要显示某个图形或汉字就要将相应的点阵信息写入到相应的存储单元中，因此要搞清显示点在液晶屏上的位置（行和列）及其在存储器中的地址之间的关系。在Proteus中提供了50多种LCD器件，本电路使用的是LGM12641BS1R，它是以KS0108作为控制器的无字库12864点阵液晶LCD，要显示字符或图形就要借助于字模工具软件，并对其中的参数进行相应的设置［6］，通过Proteus与Keil的联合仿真，可以得到和实物器件完全一致的仿真效果，还可以实时显示引脚电平，通过观察及时调整电路和编译程序。

在仿真中使用的是和实际型号相同的单片机AT89C52，由于仿真运行时的时钟频率是以单片机属性设置的频率为准，所以在Proteus ISIS界面设计原理图时，可以略去单片机的时钟电路和复位电路，使得界面变得更加简单、明了。P1口负责对LCD的控制，P2口负责对时钟芯片DS1302和温度传感器DS18B20的控制，P3口用3只发光二极管显示对温度的控制状态，4个按键用于温控和时间的调整。软件采用C语言编写，在Keil C51集成开发环境编写源程 序，并进行编译、调试［7－10］。硬件结构见图2。

图2 硬件结构图

3 结束语

作为一个辅助工具Proteus很适合应用于电子类专业的毕业设计。Keil和Proteus的联合编程，更是在含有微控制器中彰显了其全面、直观、高效的优异特性。学生在教师的指导下，学习和运用了Proteus对系统进行软件仿真调试，进行了制版、做原理样机、硬件调试。这个过程符合目前单片机工程师实际的开发流程，有利于培养学生解决实际工程问题的能力，同时也起到了师生相互交流的桥梁作用。作为一个辅助性工具，Proteus不可能解决毕业设计中所有实际遇到的问题，如电路中高频信号的处理问题，且并非所有的器件型号都能在Proteus原件库中找到，Proteus本身还存在一些缺陷。教师要引导学生把握好软件仿真和实际电路之间的关系，使得Proteus在毕业设计中发挥很好的作用。

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［1］宋永增.机电类毕业设计现状分析及对策研究［J］.北京交通大学学报：社会科学版，2009（4）：105－108.

［2］乔建华，李临生，田启川.Proteus在单片机教学中的应用分析［J］.电气电子教学学报，2008，30（3）：70－73.

［3］田维.本科毕业设计中存在的问题及建议［J］.中国电力教育，2012，（25）：104－107.

［4］袁锋伟，赵立宏，朱慧玲，等.基于Proteus的单片机课程教学与实验改革［J］.实验室研究与探索，2007，26（12）：75－78.

［5］曾燕，贾振国.Proteus仿真技术在单片机教学中的应用［J］.长春工程学院学报：社会科学版，2011，12（1）：132－134.

［6］吴凌燕，王守全，郭伟波.基于Proteus的LCD显示研究［J］.现代电子技术，2011（10）：208－210.

［7］朱清慧，张凤蕊，翟天蒿，等.Proteus教程：电子线路设计、制版与仿真［M］.北京：清华大学出版社，2008.

［8］刘心红，郭福田，孙振兴，等.Proteus仿真技术在单片机教学中的应用［J］.实验技术与管理，2007，24（3）：97－98.

［9］张婧武，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.

［10］周润经，张丽娜.基于Proteus的电路及单片机系统设计与仿真［M］.北京：北京航空航天大学出版杜，2006.