基于Proteus虚拟串口通信的设计与仿真

王 超

（昌吉学院物理系 新疆 昌吉 831100）

0 引言

串口通信是指外设和计算机间，通过数据信号线、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。就单片机来说，这种通信方式是实现与PC机、智能仪器仪表连接的重要手段，常见的通信标准有RS232和RS485，其中RS232有三线制接法和九线制接法，RS-485接口则是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰性好，这两种方式因接线简单，通信协议灵活而得到广泛的应用[1-2]。

1 Proteus虚拟串口

Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件，它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具，是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台[3-4]。

通常情况下，虚拟仿真系统是不能与物理环境交互通信的，但是Proteus虚拟系统模拟了这种功能，它使Proteus仿真环境下的系统能与实际的物理环境直接交互，Proteus的COMPIM组件是一种串行接口组件，当由CPU或UART软件生成的数字信号出现在PC物理COM接口时，它能缓冲所接收的数据，并将它们以数字信号的形式发送给Proteus仿真电路，如果不使用物理串口而使用虚拟串口，使用串口调试助手软件能与Proteus单片机串口直接交互，此时需要安装虚拟串口驱动软件VSPD。

2 仿真实例

选用AT89C52型号单片机，运行在PC机中的串口调试软件，实现单片机与PC机双向通信。

2.1 硬件电路设计

2.1.1 安装虚拟串口驱动程序VSPD并运行

在First port中选择COM3，在Second port中选择COM4，单击“Add Pair”按钮，这两个端口立即出现在左边的Virtual Ports分支下，且用蓝色虚线将它们连接起来，在PC的设备管理器中，也会出现两个串口的显示[5-6]。如图1所示。

图1 虚拟串口驱动软件

2.1.2 单片机与PC机串口通信硬件电路

在Proteus中，在元件库中选取AT89C52、数码管、COMPIM组件和虚拟终端等，将串口中的COM3分配给COMPIM使用，COM4分配给串口助手使用，COM3和COM4已经通过虚拟串口驱动程序VSPD连接，第一个虚拟终端的RXD端接单片机的P3.0引脚，第二个虚拟终端的RXD端接单片机的P3.1TXD引脚，数码管ABCDEFGDP口连接单片机的段选P0.0-0.7，1234口连接单片机的位选P2.0-P2.3，用按钮K1模拟外部中断，向PC机发送字符串，单片机时钟频率为11.0592MHz，如图2所示。

图2 单片机与PC机通信硬件电路

2.2 软件程序设计

软件部分由主程序和中断程序组成，用C51程序编写，中断部分包括串口接收中断函数和外部中断发送字符串函数。采用定时器T1，工作在方式2（8位自动装载），串口工作在方式1。

2.3 软硬件联合调试

2.3.1 C51代码级调试

在源代码级调试C51程序，需要先把C51语言编译成OMF51格式的可执行文件，也就是绝对目标文件，OMF51格式的文件包含所有的指令和调试信息，允许实现全速、单步、设置断点、观察变量等调试功能，OM51格式是Keil所支持的。

2.3.2 Keil C与Proteus联合调试

这种调试方式，可实现边调试，边修改程序，需要安装Keil C和Proteus的连接文件vdmagdi.exe，进行相关的软件设置后，切换到源代码窗口，如图3所示。

图3 联合调试窗口

联合调试常见的方法有如下几种：

（1）按F10和F11可单步运行，F11是单步运行键，F10是跳出函数键，两者配合使用可有选择性的进入函数，便于观察函数的执行过程。

（3）打开寄存器窗口、特殊寄存器窗口和内部存储器窗口，可观察的连续的数据变化，便于整体分析程序结果。

（4）断点调试，该调试手段用于分析程序进入中断函数的情况，这对调试含有中断函数的程序非常重要，首先在中断函数中设置断点，打开外围设备窗口，可以显示I/O、定时器、中断、串口等外围设备的状态，在串口中断函数receive_4_digit()interrupt 4中设置断点，打开串行口状态窗口，全速运行后，程序在主程序中循环，通过串口助手工具发送“5678”时，主程序立刻转入中断服务程序，在串口状态窗口中显示出RI=1，SBUF=0x35，SCON=0x55，RB8=1，REN=1等数值，通过这些数据可直观、准确观察到串口中断的执行过程，非常方便的调试串口中断程序。如图4所示。

图4 串口中断调试过程

2.3.3 运行结果

打开仿真电路，全速运行后，在串口助手中发送数据“5678”，即PC机发送数据给单片机，按下K1，即单片机发送数据给PC机，运行结果的显示采用了两种方式，一是借助串口助手发送数据和接收数据，二是通过虚拟终端显示发送的数据和接收数据，结果表明：两者是一致的。如图5所示。

图5 调试运行结果

3 结束语

借助虚拟串口实现单片机与PC的双向通信，传输可靠，成本低，仿真成功的电路可直接应用实际电路，有助于缩短开发周期，提高效率。

［1］杜树春.基于Proteus和KeilC51的单片机设计与仿真［M］.电子工业出版社，2012.

［2］路明,张海波.利用PC及RS_232串口实现远程数据采集［J］.微计算机信息,2011,27（2）:107-108.

［3］刘磊.基于Proteus软件仿真的单片机教学改革探索［J］.大众科技，2013,15（8）：110-112.

［4］唐雨红.基于Proteus的《单片机原理及应用》教学应用研究［J］.江苏教育学院学报,2013,29（1）:33-34.

［5］陈海霞，徐智.基于PROTEUS的单片机串口通信的实例设计与仿真［J］.科技信息，2011，（9）:458-459.

［6］陈军.基于proteus的串口通信系统仿真设计［J］.自动化与仪器仪表，2012，（4）:51-53.