Proteus V8的特殊調(diào)試與診斷功能的開發(fā) 專業(yè)綜合實(shí)踐課程論文

ID:334045 · 發(fā)表于 2018-5-22 15:12

專業(yè)綜合實(shí)踐課程（論文）
設(shè)計(jì)題目：Proteus V8 的特殊調(diào)試與診斷功能的開發(fā)

摘要—本文主要以 Proteus8.0 版本的功能及使用為基礎(chǔ)，主要介紹工程的創(chuàng)建、編譯器的配置、基本調(diào)試等一些基本問題，并探討 Proteus8.0 的一些新特點(diǎn)新功能，最后與 Proteus7.0 做出對(duì)比得出結(jié)論。

1.簡介

Proteus 軟件是英國 Lab Center Electronics 公司出版的 EDA 工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。

同時(shí)，Proteus 還是一個(gè)巨大的教學(xué)資源，可以用于模擬電路與數(shù)字電路的教學(xué)實(shí)驗(yàn)、單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)、微控制器系統(tǒng)的綜合實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)與畢業(yè)設(shè)計(jì)等。 Proteus 可以與廣大學(xué)生相結(jié)合，打造成一個(gè)口袋實(shí)驗(yàn)室。

在 Proteus 家族里，Proteus8.0 是目前較新的版本（最新的是 8.1 版），Proteus8.0 版本的出現(xiàn)具有重要的意義，它也與其他版本有著很明顯的不同，再此進(jìn)行詳細(xì)介紹 Proteus8.0 版本的使用過程。

2.使用過程

2.1 創(chuàng)建新工程

假定此時(shí)已安裝了 Proteus8.0 版本。

選擇并點(diǎn)開 Proteus 8 Professional，首先需要新建一個(gè)工程，由于本教程是與 PCB 繪制教程相關(guān)聯(lián)的，所以此時(shí)的工程是一個(gè)帶有原理圖、PCB 和源代碼編譯部分的工程。

點(diǎn)擊 File，如圖，選擇 New Project，將出現(xiàn)新建工程向?qū)Р?分,在此可以設(shè)置文件名（Name）和保存路徑（Path）

點(diǎn)擊 Next，在下一頁的頂部選項(xiàng)卡中，選擇“從選中的模板中創(chuàng)建原理圖”（Create a

Schematic from the selected template），在此可選擇默認(rèn)（DFAULT）。如果不需要繪制原理圖，可直接選擇 Do not create a schematic。

繼續(xù)點(diǎn)擊 Next，選擇“從選擇的模板中創(chuàng)建 PCB 設(shè)計(jì)”（Create a PCB layout from the

selected template），在此可繼續(xù)選擇默認(rèn)（DFAULT）。如果不需要進(jìn)行 PCB 設(shè)計(jì)，可直接選擇 Do not create a PCB layout。

由于本教程需要仿真，所以繼續(xù)點(diǎn)擊 Next，在仿真頁面選擇 Create Firmware Project，并設(shè)置 Family（系列）-8051，Contoller（控制器）-AT89C51，Compiler（編譯器）-ASEM-51，也就是在此設(shè)計(jì)外部代碼編譯器。如果不需要進(jìn)行仿真，則可直接選擇 No Firmware Project 即可。

點(diǎn)擊 Next，新工程便創(chuàng)建完畢。此時(shí)的新工程包含原理圖設(shè)計(jì)部分、PCB 繪制部分和源代碼部分。

2.2 在 Proteus 中進(jìn)行匯編代碼的調(diào)試

Proteus8.0 版本自身支持匯編語言，故先以匯編語言為例。由于前面已經(jīng)設(shè)置過外部代碼編譯器，所以此時(shí)工程包含 Source Code（源代碼），如

果前面沒設(shè)置或者不小心刪除后，也可以在此新建，方法為點(diǎn)擊 Source

，

選擇 Create Project，再次設(shè)置 Family（系列）-8051，Contoller（控制器）-AT89C51， Compiler（編譯器）-ASEM-51 即可。

Proteus8.0 或以上版本自帶源代碼編輯、編譯器，所以不再需要外部文本編輯器。具體操作界面如圖所示，在指定位置(Write your code here)進(jìn)行編碼。

此時(shí)，編譯器、原理圖、源代碼都已準(zhǔn)備好，點(diǎn)擊 Build

，選擇 Build

下的 Build Project 或者 Rebuild Project 編譯固件。如果代碼錯(cuò)誤，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提示哪行代碼出現(xiàn)錯(cuò)誤，比如下圖：

系統(tǒng)在下方 IDE 的底部面板上顯示錯(cuò)誤提示，即 main.asm 的匯編程序第 41 行出現(xiàn)錯(cuò)誤，錯(cuò)誤為“illegal statement syntax”，鼠標(biāo)直接點(diǎn)擊這句錯(cuò)誤提示，系統(tǒng)將自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到出錯(cuò)的代碼處，這對(duì)于查錯(cuò)改錯(cuò)十分方便

如果編譯成功，系統(tǒng)不顯示錯(cuò)誤。其編譯的輸出也顯示在下方 IDE 的底部面板上，最終編譯成功后，能得到一個(gè)編譯成功的信號(hào)。

系統(tǒng)自動(dòng)生成名為 Debug.hex 的文件，并自動(dòng)拷入到前面的原理圖中，點(diǎn)擊按鈕即可仿真運(yùn)行。這也是 Proteus8.0 版本與以往版本的不同之處，該版本不再需要用 Keil 編程后生成.Hex 文件再手動(dòng)拷入到原理圖中，一切都是自動(dòng)完成的，節(jié)約了很多時(shí)間。

同時(shí)，Proteus 8.0 或以上版本支持 C51 語言的編譯和調(diào)試，這需要電腦本身已經(jīng)安裝 Keil 或者 IAR 等可以編譯 C51 語言的軟件。Proteus 自帶匯編語言的編譯器，如果想編譯 C51，則需要找到電腦中安裝的編譯環(huán)境，也可以到網(wǎng)上 Download，具體如圖：

點(diǎn)擊 Config ，在下拉菜單中選擇 Compilers Configuration，自動(dòng)

彈出如下界面：

這個(gè)對(duì)話列出了所有支持的編譯器，并指示是否被安裝和配置。按下對(duì)話框底部的檢查全部按鈕（Check all），Proteus 將掃描你的計(jì)算機(jī)，檢查安裝好的編譯器。如果找到 Proteus 支持的編譯器，Proteus 將自動(dòng)進(jìn)行配置并在 Proteus 中調(diào)用這些編譯器編譯源代碼。

其余的編譯器，Proteus 自動(dòng)給出下載（Download）或者下載鏈接（Goto Website），讀者可根據(jù)自身要求選擇下載。值得注意的是，其中有些編譯器的下載是需要收費(fèi)的。

編譯成功后，如果想觀察代碼的單步運(yùn)行，則需要進(jìn)行如下操作：

首先要確定 Proteus 沒有運(yùn)行仿真，處于停止?fàn)顟B(tài)。通過“仿真控制面板”暫停按鈕啟動(dòng)仿真或暫停。

啟動(dòng)仿真后，源程序頁面自動(dòng)變?yōu)橄聢D格式：

現(xiàn)在說明如何設(shè)置斷點(diǎn)，對(duì)于上圖，要在 0111 處設(shè)置斷點(diǎn)，只需在需要設(shè)置斷點(diǎn)的代碼處雙擊鼠標(biāo)左鍵即可，斷點(diǎn)指示器（一個(gè)小紅點(diǎn)）將出現(xiàn)在代碼的左側(cè)；如果誤設(shè)了斷點(diǎn)，只需在這行再次雙擊（或從代碼窗口中點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選擇取消）即可取消，效果如下圖：

如果現(xiàn)在點(diǎn)擊運(yùn)行程序，程序執(zhí)行到斷點(diǎn)代碼處將自動(dòng)停止。到達(dá)斷點(diǎn)后，可以通過源代碼窗口右上角或 VSM Studio 調(diào)試菜單中的常用命令單步執(zhí)行

代碼。另外可以使用快捷鍵 F10 和 F11 分別進(jìn)行單步跳過調(diào)試和單步進(jìn)入函數(shù)內(nèi)部調(diào)試。

如圖：

此時(shí)，還可以觀看該代碼處的寄存器參數(shù)等，具體設(shè)置為：點(diǎn)擊 Debug，在下拉菜單中選擇所需要觀測的參數(shù)�？梢杂^看 8051 CPU Registers、8051 CPUSFR Memory、8051 CPU

Source code 等等。

其中寄存器的狀態(tài)如下（8051 CPU Registers）：

2.3 在 Proteus 中進(jìn)行 C 代碼的調(diào)試

如果用 C51 編程，則代碼的調(diào)試與匯編語言代碼的調(diào)試十分相似,具體如下：首先，由于本人電腦沒有安裝有關(guān) C51 編譯的軟件，故用 Proteus8.0 版本本身自帶的一

個(gè)例子為例。打開 Proteus8.0 之后，點(diǎn)擊 File，選擇 New Project，這時(shí)彈出如下對(duì)話框

如下圖，選擇 From Development Board（從開發(fā)板），并選擇 PIC16 系列下的 F1 Release

開發(fā)板，點(diǎn)擊 Finish，調(diào)用完畢。

此時(shí)的原理圖如下圖：

源程序如下：

當(dāng) Proteus 沒有進(jìn)行仿真，處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，才可以進(jìn)行調(diào)試，這一點(diǎn)與匯編語言的調(diào)試

完全一樣。

該案例包含很多源文件，所以需要在下拉菜單里選擇具體的文件來進(jìn)行調(diào)試，如下圖：

此時(shí)選擇 main.c 作為例子，點(diǎn)擊后出現(xiàn)下面的 C 程序：

現(xiàn)在設(shè)置斷點(diǎn)，方法同上，只需在需要放置斷點(diǎn)的代碼處雙擊鼠標(biāo)左鍵即可，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)紅點(diǎn)（斷點(diǎn)指示器），如果斷點(diǎn)設(shè)置錯(cuò)誤，則再次雙擊鼠標(biāo)左鍵，斷點(diǎn)即可取消，假設(shè)在 0980 處設(shè)置斷點(diǎn)，如下圖所示：

此時(shí)進(jìn)行仿真，結(jié)果運(yùn)行到斷點(diǎn)處便會(huì)停止。如果需要查看程序執(zhí)行的細(xì)節(jié)，具體到每一條指令的執(zhí)行過程，則可以在反匯編代碼中

進(jìn)行代碼的匯編級(jí)單步調(diào)試。右鍵單擊所設(shè)斷點(diǎn)的代碼，選擇 Dissassembly（反匯編）或者

按 Ctrl+D，如下：

反匯編后會(huì)顯示從當(dāng)前斷點(diǎn)到下一條指令之間所有的操作，對(duì)于上面的 0980 處設(shè)置的斷點(diǎn)，將顯示 0980 到 09A2 之間的所有單步程序：

值得注意的是，反匯編的應(yīng)用是匯編語言和 C51 語言編程的一大區(qū)別。

2.4 Proteus8.0 與 Keil 聯(lián)接調(diào)試

Keil 是德國 Keil 公司（ARM 公司收購）現(xiàn)已被開發(fā)的 8051 單片機(jī)軟件開發(fā)平臺(tái)，經(jīng)過不斷升級(jí)，現(xiàn)已經(jīng)成為一個(gè)重要的單片機(jī)開發(fā)平臺(tái)。Keil 界面不復(fù)雜，操作也不困難，很多優(yōu)秀程序都是在 Keil 的平臺(tái)上編寫出來的。Keil 是一個(gè)重要的單片機(jī)語言開發(fā)軟件平臺(tái)，用戶群極為龐大。

（1）Keil 的μVision3 可進(jìn)行純粹的軟件仿真(仿真軟件程序，不接硬件電路)；也可以利用硬件仿真器，搭接上單片機(jī)硬件系統(tǒng)，在仿真器中載入項(xiàng)目程序后進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真；還可以使用μVision3 的內(nèi)嵌模塊 Keil Monitor-51，在不需要額外的硬件仿真器的條件下，搭接單片機(jī)硬件系統(tǒng)對(duì)項(xiàng)目程序進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真。

（2）μVision3 調(diào)試器具備所有常規(guī)源代碼級(jí)調(diào)試，符號(hào)調(diào)試特性以及歷史跟蹤，代碼覆蓋，復(fù)雜斷點(diǎn)等功能。Keil μVision3 可以編輯、編譯匯編語言、C51 語言，連接定位目標(biāo)文件和庫文件，創(chuàng)建.hex 文件，調(diào)試目標(biāo)程序等。

下面介紹使用 Keil μVision3 來開發(fā)項(xiàng)目、調(diào)試程序并生成*..hex 文件來用于 Proteus

中單片機(jī)程序的開發(fā)和仿真。

前面介紹了 Proteus 下完成原理圖設(shè)計(jì)文件后，再在 keil μVision3 下編寫 C51 程序，經(jīng)過調(diào)試、編譯最終生成.hex 文件后，在 Proteus 下把.hex 文件載入虛擬單片機(jī)中，然后進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。如果要修改程序，需再回到 keilμVision3 下修改，再經(jīng)過調(diào)試、編譯，新生成.hex 文件，重復(fù)上述過程，直至系統(tǒng)正常運(yùn)行為止。但是對(duì)于較為復(fù)雜的程序，如果沒有達(dá)到預(yù)期效果，這時(shí)可能需要 Proteus 與 KeilμVision3 進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。

聯(lián)合調(diào)試之前需要安裝 vudgi.exe 文件，文件可到 Proteus 的官方網(wǎng)站下載。vudgi.exe

文件安裝后，需對(duì) Proteus 與μVision3 中進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。

2.4.1 對(duì) Proteus8.0 的設(shè)置

首先打開 Proteus 需要聯(lián)調(diào)的程序文件，但不要運(yùn)行，然后選中“調(diào)試”菜單中的“使用遠(yuǎn)程調(diào)試監(jiān)控”選項(xiàng)，如下圖所示。使得 KeilμVision3 能與Proteus 進(jìn)行通信。

2.4.2 對(duì) KeilμVision3 的設(shè)置

完成上述設(shè)置后，在 KeilμVision3 中打開工程文件，然后單擊菜單【Project】→ “Options for Target”選項(xiàng)（或單擊工具欄上“Options forTarget”快捷按鈕），打開

如圖所示的工程，即 KeilμVision3 中的設(shè)置選項(xiàng)對(duì)話框

在 Debug 選項(xiàng)卡中選定右邊的“Use”及其中的選項(xiàng)“Proteus VSM Simulator”，如果 Proteus 與 Keil C 安裝在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)中，右邊“Setting”中的Host 與 Port 可保持默認(rèn) 值 127.0.0.1 與 8000 不變，如圖所示。在跨計(jì)算機(jī)調(diào)試時(shí)則需要進(jìn)行相應(yīng)的修改。

完成上述設(shè)置后，在 Keil μVision3 中全速運(yùn)行程序時(shí)，Proteus 中的單片機(jī)系統(tǒng)也

會(huì)自動(dòng)運(yùn)行，出現(xiàn)的聯(lián)調(diào)界面如圖 4-4 所示。左半部分為 Keil μVision3 的調(diào)試界面，右半部分是 Proteus ISIS 的界面。如果希望觀察運(yùn)行過程中某些變量的值或者設(shè)備狀態(tài)，需要在 Keil μVision3 中恰當(dāng)使用各種 Step In/ Step Over/ Step Out/ Run To Cursor Line 及 Breakpoint 進(jìn)行跟蹤，來觀察右面的虛擬硬件系統(tǒng)運(yùn)行的情況�？傊�，需要把 Keil μVision3 中的各種調(diào)試手段，如單步、跳出、運(yùn)行到當(dāng)前行、設(shè)置斷點(diǎn)等恰當(dāng)?shù)嘏浜蟻磉M(jìn) 行單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的軟硬件聯(lián)調(diào)。

需要說明的是，聯(lián)調(diào)方式不支持需要調(diào)試的程序工程的中文名字，因此應(yīng)將中文名字改為英文名字，例如，需將 “流水燈.Uv2”工程文件的名字改為英文字符的名字“LSD.Uv2”。

需要注意的是，這種聯(lián)調(diào)方式在有些場合并不適用。例如鍵盤矩陣掃描時(shí)，就不能用單步跟蹤，因?yàn)槌绦蜻\(yùn)行到某一步驟時(shí)，如果單擊按鍵后，再到 KeilC 中繼續(xù)單步跟蹤，這時(shí)按鍵早已釋放了。又如程序中某些函數(shù)模擬了訪問某個(gè)芯片的程序，如果在內(nèi)部單步跟蹤，這樣也會(huì)失去芯片時(shí)序的仿真模擬，跟蹤也是達(dá)不到效果的。

2.5 硬件斷點(diǎn)的設(shè)置

到目前為止，Proteus8.0 的基本使用已經(jīng)敘述完畢，前面所介紹的是基于軟件條件的仿真中斷，另外也可以使用硬件斷點(diǎn)，以便當(dāng)硬件條件發(fā)生時(shí)檢查代碼。

切換到原理圖部分，在左邊的部分選擇電壓探針圖標(biāo)，選擇 VOLTAGE。接下來在編輯窗口單擊，開始進(jìn)行探針的放置，即移動(dòng)鼠標(biāo)到想要放置探針的位置，左鍵單擊即可，如圖：

現(xiàn)在右鍵單擊探針，從彈出的菜單中選擇編輯屬性(Edit Properties)，如下圖：

實(shí)時(shí)斷點(diǎn)類型選擇數(shù)字的（Digital），如果想在低電平進(jìn)行觸發(fā)，輸入 0 作為觸發(fā)值，即在 Trigger Value（觸發(fā)值）處輸入 0；同時(shí)還可以設(shè)置裝備時(shí)間（Arm at Time）,來跳過斷點(diǎn)等

2.7 .診斷模式的設(shè)定

在 Proteus 中仿真診斷信息是一個(gè)十分有用又容易被人忽略的工具，它提供一個(gè)窗口，允許用戶查看指定外設(shè)上仿真活動(dòng)的文字性報(bào)告。下面介紹一下它的使用。

切換到原理圖界面，選擇 Debug 菜單

，打開后找到 Configure

Diagnostics（配置診斷信息），左鍵單擊，彈出如下對(duì)話框：

展開 ISIS，選擇需要診斷的部分，并點(diǎn)擊 Full Trace（所有信息），即將診斷信息輸出等級(jí)設(shè)置為所有信息。

點(diǎn)擊 OK 后啟動(dòng)仿真，我們會(huì)在 VSM Studio 底部看見診斷信息

3. 結(jié)論

Proteus 是世界上著名的 EDA 工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086 和 MSP430 等，2010 年又增加了 Cortex 和 DSP 系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持 IAR、Keil 和 MATLAB 等多種編譯器。

用 Proteus 軟件進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)，是虛擬仿真技術(shù)和計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)相結(jié)合的綜合運(yùn)用，有利于培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力及仿真軟件的操作能力；在單片機(jī)課程設(shè)計(jì)和全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽中，我們使用 Proteus 開發(fā)環(huán)境對(duì)學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)，在不需要硬件投入的條件下，學(xué)生普遍反映，對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)比單純學(xué)習(xí)書本知識(shí)更容易接受，更容易提高。實(shí)踐證明，在使用 Proteus 進(jìn)行系統(tǒng)仿真開發(fā)成功之后再進(jìn)行實(shí)際制作，能極大提高單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率。因此，Proteus 有較高的推廣利用價(jià)值。

在 Proteus 的家族里，Proteus8.0 是目前比較新的版本（最新的是 Proteus8.1 版本），它與以前其他版本相比，界面變化很大，功能更強(qiáng)，總體結(jié)構(gòu)變化較大，PCB 設(shè)計(jì)和 VSM 設(shè) 計(jì)功能都有所加強(qiáng)，對(duì)于其兼容性，Proteus8.0 所生成的文件在 Proteus7 系列里不能運(yùn)行，而 Proteus7 生成的文件可以在Proteus8.0 里運(yùn)行，說明 Proteus 的更新是向下兼容的。

與 Proteus7.0 相比，8.0 版本可以調(diào)節(jié)字體大小，但是也取消了外部文本編輯器。 Proteus8.0 對(duì)于匯編語言的應(yīng)用要求較高，同時(shí)也在一定程度上支持C51 語言的使用。值得注意的是，Proteus8.0 版本更加偏向于匯編語言的應(yīng)用，對(duì)匯編語言給予里很大便利。

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詳細(xì)的Proteus8.0教程.pdf (1.49 MB, 下載次數(shù): 5)

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