一种单片机虚拟实验室的建立方法

单片机的学习是一个实践性很强的过程，目前的单片机实验室基本采用硬件仿真设备搭建，受资金和场地的限制，单片机实验室配置的灵活性和完整性受到一定的限制。针对这些问题，在此提出一种建立基于个人PC和各种软件的单片机个人虚拟实验室方案。所谓“虚拟实验室”，就是将计算机上的各种虚拟仪器，按实验要求和设计原理，虚拟出与现实相同的实验系统，进而在这个系统上完成整个实验。与传统实验模式相比，虚拟实验具有比较明显的优势，例如，涉及的实验内容全面，硬件投入少，学生可自行实验，实验过程中损耗小，与工程实践最为接近等。一般的虚拟实验室仅包含单片机系统的调试，本文在此基础上又加入了与上位机的联合调试。

在此，以使用VB通过RS 232串口控制51单片机LED的亮灭为例，介绍基于PC和软件建立单片机虚拟实验室的过程。

1 单片机虚拟实验室的构成

原理框图如图1所示。上位机用于编写监控界面及程序，实现对单片机系统的监控，它可以使用VB，VC，Delphi等软件实现；虚拟串口用来实现上下位机通信的软件模拟，在这里也可以使用自带通信类的LabVIEW来实现上位机软件和虚拟串口两项功能；虚拟调试一般以Proteus为平台，建立单片机系统的硬件系统；联合调试软件可为单片机系统提供软件，Proteus支持Hex，COF，D90类型文件，同时支持第三方的软件编译和调试环境，联合调试软件一般有Keil，ADS，Wave等。



为了更具有代表性和一般性，该方法的上位机软件使用VB 6．O开发，虚拟串口采用Virtual Serial Ports Drivei XP 5．1；虚拟调试平台采用Proteus 6．7 SP3；联合调试软件使用Keil C51 μVision 2。

2 系统硬件的建立

单片机系统的硬件在Proteus中实现，主要完成硬件平台的搭建和仿真效果的观察。

2．1 Proteus简介

Proteus是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件，它能够提供丰富的测试信号用于电路测试，同时还提供Schematic Drawing，Spice仿真与PCB设计功能，可以仿真51系列、AVR，PIC，ARM等常用的MCU，并提供周边设备的仿真。Proteus的强大功能为虚拟实验室的构建提供了基础。

2．2 硬件平台的搭建

在这里，单片机采用AT89C52，在P1口接8个LED，单片机的P3．O，P3．1分别与串口元件COMPIM的RXD，TXD相连，COMPIM已经自带电平转换功能，就不需要MAX232元件，复位、晶振电路也不需要。硬件平台原理图如图2所示。



调出AT89C52属性设置窗口，为了串行通信设置方便，设置晶振Clock Frequeney为11．059 2 MHz，如图3所示，其他参数保留默认即可。打开串口元件COMPIM属性对话框，在Physical port选项选择COM4，即使用串口4，该串口是在后面使用软件虚拟出来的，其他参数设置如图4所示，其代表波特率9 600 b／s，8个数据位，无奇偶校验，1个停止位，其余选项保持默认即可。上位机中的通信设置以及单片机的软件编写都要求与该设置一致。



3 系统软件的建立

系统软件的建立包括单片机系统软件和PC上位机软件的建立。

3．1 单片机系统软件的建立

Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件。在该例中，单片机主要完成串口接收，将接收的数据送到P0口，从而实现上位机控制下位机的简单功能。该程序在。Keil软件中编写。

串口初始化函数如下：



3．2 位机控制程序的建立

上位机使用VB建立界面和通信程序，完成数据的发送。利用VB开发串口通信程序主要有两种方法：一是使用MSComm串口控件；二是调用Windows API函数。在实践中，使用VB串口控件实现通信的方法比调用API动态链接库的方法更加方便快捷，也减少了因编程不当导致的系统不稳定。

建立8个checkbox数组，分别对应控制P0口的8个小灯；8个1abe1数组，分别对应8个编号；2个按钮分别为发送、退出；1个MSComm控件。在这里，使用虚拟串口COM3，串口设置与Proteus中的一致，运行如图5所示，程序如下：



声明全局变量：Dim DataOutValue As Integer DataOutValue为发送值。

初始化程序：主要完成对串口的设置，包括选择串口，设置波特率，设置数据格式，打开串口等。



4 虚拟环境的集成

分别建立系统的软硬件之后，还要在虚拟环境中实现软硬件的联系和上下位机的通信。

4．1 Proteus和Keil的联合调试

使用Proteus和Keil的联合调试，在原理图的设计阶段就可以对设计进行评估，验证所设计电路的软硬件是否达到设计要求的技术指标；还可以通过改变元器件参数使整个电路性能达到最优化，以节省设计时间与经费，提高设计效率与质量。

Proteus可以和Keil联调设置步骤如下：

(1)复制安装目录Proteus＼MODELS下的VDM51．dll文件到Keil安装目录的＼C51＼BIN目录中。

(2)修改Keil安装目录下Tools．ini文件，在C51字段加入TDRV5=BIN＼VDM51．DLL("PROTEUS 6EMULATOR")并保存。在这里，不一定要用TDRV5，根据原来字段选用一个不重复的数值就可以了。引号内的名字随意。

(3)打开Proteus，画出相应电路，在Proteus的“Debug”菜单中选中“Use Remote Debug Monitor”。

(4)进入Keil的Project菜单Option for Target“工程名”，在Debug选项中右栏上部的下拉菜单选中Proteus Driver，再进入Settings，PC的IP设为127．0．0．1，端口号为8000。

(5)在Keil中进行debug，同时在Proteus中查看直观的结果。

通过这样的设置，就可以像使用仿真器一样调试程序。