一種單片機虛擬實驗室的建立方法.doc

樂檔網(wǎng)，我分享,我快樂!/本文檔下載自樂檔網(wǎng)，更多免費文檔請訪問網(wǎng)址/doc/info-bbbd14c72cc58bd63186bdd3.html一種單片機虛擬實驗室的建立方法虛擬儀器與應(yīng)用田建偉等:一種單片機虛擬實驗室的建立方法一種單片機虛擬實驗室的建立方法田建偉,胡德安,陳益平,劉強(南昌航空大學(xué)江西南昌330063)摘要:為了解決傳統(tǒng)基于硬件的單片機實驗室諸多弊端,建立基于PC和軟件的虛擬實驗室,即在Proteus中建立單片機硬件系統(tǒng),通過Keil和Proteus的連接實現(xiàn)單片機系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試,通過虛擬串口實現(xiàn)上下位機的聯(lián)合仿真調(diào)試。與現(xiàn)有基于Proteus的虛擬實驗室相比,不僅實現(xiàn)了下位機的仿真調(diào)試,更實現(xiàn)了包括上位機在內(nèi)的聯(lián)合調(diào)試的虛擬環(huán)境。實驗證明,該方法可用于單片機學(xué)習(xí)和單片機項目開發(fā)的前期工作,具有一定的實用性和工程應(yīng)用價值。關(guān)鍵詞:單片機;虛擬實驗室;Proteus;虛擬串口中圖分類號:TP368.1文獻標(biāo)識碼:A文章編號:10042373X(2009)142176204MethodofConstructingSingleChipComputerVirtualLaboratoryTIANJianwei,HUDean,CHENYiping,LIUQiang(NanchangHangkongUniversity,Nanchang,330063,China)Abstract:Inordertosolvethedefectsoftraditionalsinglechipcomputerhardware2basedlaboratory,virtuallaboratorybasedonPCandsoftwareisconstruct:thesinglechipcomputerhardwareisconstructedinthe,thedebuggingofhard2wareandsoftwareisachievedviatheconnectionofKeilandjointofPCandsinglechipcomputerisrealizedviavirtualserialports.Comparedtothe,notonlythesimula2tiondebuggingofundermachineisrealized,butalsodebuggingincludingPCisrealized.ItprovesthatthissinglechipcomputerandthepreliminaryworkofprojectItofprojects.Keywordslaboratory;Proteus;virtualserialport0引言1單片機虛擬實驗室的構(gòu)成單片機的學(xué)習(xí)是一個實踐性很強的過程,目前的單片機實驗室基本采用硬件仿真設(shè)備搭建,受資金和場地的限制,單片機實驗室配置的靈活性和完整性受到一定的限制1,2。針對這些問題,在此提出一種建立基于個人PC和各種軟件的單片機個人虛擬實驗室方案。所謂“虛擬實驗室”,就是將計算機上的各種虛擬儀器,按實驗要求和設(shè)計原理,虛擬出與現(xiàn)實相同的實驗系統(tǒng),進而在這個系統(tǒng)上完成整個實驗。與傳統(tǒng)實驗?zāi)Ｊ较啾?虛擬實驗具有比較明顯的優(yōu)勢3,例如,涉及的實驗內(nèi)容全面,硬件投入少,學(xué)生可自行實驗,實驗過程中損耗小,與工程實踐最為接近等。一般的虛擬實驗室僅包含單片機系統(tǒng)的調(diào)試,本文在此基礎(chǔ)上又加入了與上位機的聯(lián)合調(diào)試。在此,以使用VB通過RS232串口控制51單片機LED的亮滅為例,介紹基于PC和軟件建立單片機虛擬實驗室的過程。原理框圖如圖1所示。上位機用于編寫監(jiān)控界面及程序,實現(xiàn)對單片機系統(tǒng)的監(jiān)控,它可以使用VB,VC,Delphi等軟件實現(xiàn)4;虛擬串口用來實現(xiàn)上下位機通信的軟件模擬,在這里也可以使用自帶通信類的LabVIEW來實現(xiàn)上位機軟件和虛擬串口兩項功能;虛擬調(diào)試一般以Proteus為平臺,建立單片機系統(tǒng)的硬件系統(tǒng);聯(lián)合調(diào)試軟件可為單片機系統(tǒng)提供軟件,Proteus支持Hex,COF,D90類型文件,同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境,聯(lián)合調(diào)試軟件一般有Keil,ADS,Wave等。圖1虛擬實驗室原理框圖為了更具有代表性和一般性,該方法的上位機軟件使用VB6.0開發(fā),虛擬串口采用VirtualSerialPortsDriverXP5.1;虛擬調(diào)試平臺采用Proteus6.7SP3;聯(lián)收稿日期:2008210216176現(xiàn)代電子技術(shù)2009年第14期總第301期合調(diào)試軟件使用KeilC51Vision2。2系統(tǒng)硬件的建立?新型元器件?的軟件。在該例中,單片機主要完成串口接收,將接收的數(shù)據(jù)送到P0口,從而實現(xiàn)上位機控制下位機的簡單功能。該程序在Keil軟件中編寫。單片機系統(tǒng)的硬件在Proteus中實現(xiàn),主要完成硬件平臺的搭建和仿真效果的觀察。2.1Proteus簡介Proteus是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件,它能夠提供豐富的測試信號用于電路測試,同時還提供SchematicDrawing,Spice仿真與PCB設(shè)計功能,可以仿真51系列、AVR,PIC,ARM等常用的MCU,并提供周邊設(shè)備的仿真5。Proteus的強大功能為虛擬實驗室的構(gòu)建提供了基礎(chǔ)。2.2硬件平臺的搭建圖3單片機屬性設(shè)置圖4COMPIM屬性設(shè)置串口初始化函數(shù)如下:voidUART_init()SCON=0x58;/選擇串口工作方式,打開允許接收TMOD=0x21;/定時器1工作在方式2,定時器0工作在方式1TH1=0xfd;/s(系統(tǒng)時鐘11.0592MHz)TR1;/啟動定時器T1;1;/允許串行口中斷1/設(shè)計串行口中斷優(yōu)先級EA=1;/單片機中斷允許在這里,單片機采用AT89C52,在P1口接8個LED,單片機的P3.0,P3.1分別與串口元件COMPIM的RXD,TXD相連,COMPIM已經(jīng)自帶電平轉(zhuǎn)換功能,就不需要MAX232元件,復(fù)位、晶振電路也不需要。硬件平臺原理圖如圖2所示。串口接收終端處理函數(shù)如下:com_interrupt(void)interrupt4using3if(RI)/處理接收中斷RI=0;/清除中斷標(biāo)志位P0=SBUF;/接收串口數(shù)據(jù),送入P0口圖2硬件平臺原理圖調(diào)出AT89C52屬性設(shè)置窗口,為了串行通信設(shè)置方便,設(shè)置晶振ClockFrequency為11.0592MHz,如圖3所示,其他參數(shù)保留默認即可。打開串口元件COMPIM屬性對話框,在Physicalport選項選擇COM4,即使用串口4,該串口是在后面使用軟件虛擬出來的,其他參數(shù)設(shè)置如圖4所示,其代表波特率9600b/s,8個數(shù)據(jù)位,無奇偶校驗,1個停止位,其余選項保持默認即可。上位機中的通信設(shè)置以及單片機的軟件編寫都要求與該設(shè)置一致。3系統(tǒng)軟件的建立3.2位機控制程序的建立上位機使用VB建立界面和通信程序,完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。利用VB開發(fā)串口通信程序主要有兩種方法:一是使用MSComm串口控件;二是調(diào)用WindowsAPI函數(shù)。在實踐中,使用VB串口控件實現(xiàn)通信的方法比調(diào)用API動態(tài)鏈接庫的方法更加方便快捷,也減少了因編程不當(dāng)導(dǎo)致的系統(tǒng)不穩(wěn)定6。建立8個checkbox數(shù)組,分別對應(yīng)控制P0口的8個小燈;8個label數(shù)組,分別對應(yīng)8個編號;2個按鈕系統(tǒng)軟件的建立包括單片機系統(tǒng)軟件和PC上位機軟件的建立。3.1單片機系統(tǒng)軟件的建立Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS251系列單片機分別為發(fā)送、退出;1個MSComm控件。在這里,使用虛擬串口COM3,串口設(shè)置與Proteus中的一致,運行如圖5所示,程序如下:聲明全局變量:DimDataOutValueAsIntegerDataOutValue為發(fā)送值。初始化程序:主要完成對串口的設(shè)置,包括選擇串177虛擬儀器與應(yīng)用田建偉等:一種單片機虛擬實驗室的建立方法(1)復(fù)制安裝目錄Proteus下的VDM51.dll文件到Keil安裝目錄的目錄中。(2)修改Keil安裝目錄下Tools.ini文件,在C51口,設(shè)置波特率,設(shè)置數(shù)據(jù)格式,打開串口等。PrivateSubForm_Load()DataOutValue=0將發(fā)送變量值預(yù)設(shè)為0MSComm1.Settings="9600,n,8,1"設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸率和發(fā)送字符格式MSComm1.CommPort=3設(shè)置通信串口,使用虛擬串口MSComm1.OutBufferSize=512設(shè)置發(fā)送緩沖區(qū)512BMSComm1.OutBufferCount=0MSComm1.PortOpen=True打開虛擬串口EndSub字段加入TDRV5=BIN.DLL("PROTEUS6EMULATOR")并保存。在這里,不一定要用TDRV5,根據(jù)原來字段選用一個不重復(fù)的數(shù)值就可以了。引號內(nèi)的名字隨意。(3)打開Proteus,畫出相應(yīng)電路,在Proteus的“Debug”菜單中選中“UseRemoteDebugMonitor”。(4)進入Keil的Project菜單OptionforTarget“工程名”,在Debug選項中右欄上部的下拉菜單選中ProteusDriver,再進入Settings,PC的IP設(shè)為,端口號為8000。(5)在Keil中進行debug,同時在Proteus中查看Checkbox控件Click事件代碼,生成控制單片機所需的數(shù)據(jù):PrivateSubCheck1_Click(IndexAsInteger)IfCheck1(Index).Value=1Then該復(fù)選框是否被選中DataOutValue=DataOutValueOr2Index若選中將該位置的輸出變量設(shè)置為1ElseDataOutValue=DataOutValueAnd(25522In2dex)否則設(shè)置為0EndIfEndSub直觀的結(jié)果。通過這樣的設(shè)置,就可以像使用仿真器一樣調(diào)試程序。4.2PC,傳統(tǒng)上是通過物理接發(fā)送按鈕Command1的Click事件代碼,完成控制命令的發(fā)送:PrivateSubtemp(1)=()MSComm1.tempEndSub,由于下位機在PC,上位機與下位機的聯(lián)系與傳統(tǒng)有所。這里使用虛擬串口軟件VirtualSerialPortsDriverXP5.1,其目的是用軟件虛擬出VB上位機和Proteus中建立的單片機系統(tǒng)完成通信的串口。值得關(guān)閉串口,關(guān)閉程序:PrivateSubCommand2_Click()MSComm1.PortOpen=FalseUnloadMeEndSub注意的是,這種通信只能在兩個虛擬串口之間進行,該例子中,上位機和單片機系統(tǒng)各使用一個虛擬串口,從而實現(xiàn)通信。VirtualSerialPortsDriverXP5.1界面如圖6所示,左側(cè)Physicalports代表PC機物理串口。該例子所用計算機為COM1和COM2,點擊Add/Removeports中Addpair左邊First,Second下拉框,分別選中COM3,COM4;然后點擊Addpair按鈕,就加入了虛擬串口COM3,COM4,如圖左側(cè)Virtualports所示。這樣,上位機VB程序以及Proteus中的單片機系統(tǒng)就可以像使用物理串口一樣使用虛擬串口COM3,COM4。如前文所述,Proteus中的COMPIM元件使用虛擬串口COM4,VB中使用虛擬串口COM3。完成這些步驟,就能使用虛擬出的串口COM3,COM4。5上下位機聯(lián)合調(diào)試及結(jié)果圖5VB控制界面4虛擬環(huán)境的集成分別建立系統(tǒng)的軟硬件之后,還要在虛擬環(huán)境中實現(xiàn)軟硬件的聯(lián)系和上下位機的通信。4.1Proteus和Keil的聯(lián)合調(diào)試使用Proteus和Keil的聯(lián)合調(diào)試,在原理圖的設(shè)計階段就可以對設(shè)計進行評估,驗證所設(shè)計電路的軟硬件是否達到設(shè)計要求的技術(shù)指標(biāo);還可以通過改變元器件參數(shù)使整個電路性能達到最優(yōu)化,以節(jié)省設(shè)計時間與經(jīng)費,提高設(shè)計效率與質(zhì)量。Proteus可以和Keil聯(lián)調(diào)設(shè)置步驟如下:178以上步驟完成之后,啟動仿真就可以實現(xiàn)上、下位機的聯(lián)合調(diào)試。運行虛擬串口軟件(vspdXP5.1)點擊Proteus中的運行按鈕,選中或取消選中VB界面中代表LED的checkbox,然后點擊發(fā)送按鈕,Proteus界面中對應(yīng)的LED小燈便實現(xiàn)亮滅。運行效果如圖7所現(xiàn)代電子技術(shù)2009年第14期總第301期示。通過觀察,該方法建立的虛擬實驗室其功能得以實現(xiàn)。?新型元器件?機開發(fā)硬件或軟硬結(jié)合的調(diào)試方法,使得單片機實驗室的建立僅依賴一臺電腦和若干的軟件,實現(xiàn)了包括上位機在內(nèi)的單片機系統(tǒng)的調(diào)試仿真。具有直觀、節(jié)省成本,與實際最為接近等特點。為個人單片機的學(xué)習(xí)提供了經(jīng)濟、高效的實現(xiàn)方案,同時,使得軟、硬件配置更加靈活,縮短了開發(fā)周期,節(jié)省了開發(fā)成本,避免了制版焊接等過程中的不確定因素,為單片機項目的開發(fā)提供了新的方法。參考文獻1馬正強.單片機虛擬實驗室的建立J.單片機與嵌入式系圖6虛擬串口軟件的設(shè)置統(tǒng)應(yīng)用,2005(3):20223.2李學(xué)禮.基于Proteus軟件的單片機實驗室建設(shè)J.單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2005(9):526.3董普松.Proteus在單片機系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用J.現(xiàn)代電子技術(shù),2008,31(14):1532154.4林華,宋世發(fā).一類上下位機控制系統(tǒng)的仿真設(shè)計J.湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報,2008(1):48250,80.5周潤景.基于Proteus真M.:,2006.單M.北京:機械工業(yè)出版,黃惟公.基于LabVIEW與Proteus的教學(xué)測控系統(tǒng)設(shè)計J.上海計量測試,2008(3):14216.圖7上8黃章華,陸華忠,李灌輝,基于LabVIEW和單片機的步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計J.現(xiàn)代電子技術(shù),2007,30(17):1792181.9李長林.VisualBasic串口通信技術(shù)與典型實例M.北京:6結(jié)語清華大學(xué)出版社,2006.10范逸之,陳立元,孫德萱,等.利用VisualBasic實現(xiàn)串并行在此通過一個簡單實例詳細介紹一種虛擬實驗室的建立方法,可以看出使用純軟件的方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)單片通信技術(shù)