Proteus的定位系統仿真設計

引 言

　　隨著單片機技術在工控領域及社會生活的各個方面得到廣泛應用，對單片機開發成本及速度的要求也越來越高。按照傳統的模式，在整個項目開發過程中，先根據控制系統要求設計原理圖，制作硬件電路；然后進行軟件編程，通過仿真器對系統硬件和軟件調試；最后將調試成功的程序固化到單片機中。這一過程的主要問題是應用程序需要在硬件完成的情況下才能進行調試。雖然有的軟件可以進行模擬調試，但是對于一些復雜的程序(如人機交互程序)，在沒有硬件時，界面沒有真實感，給調試帶來很大困難。在軟硬件的配合中如果需要修改硬件，就必須重新制板。縱觀整個過程，無論是從硬件成本上，還是從調試周期上，傳統開發模式的效率都有待提高。能否只使用一種開發工具，兼顧仿真、調試、制板以及最大限度的軟件模擬來作為單片機的開發平臺，從而取代編程器、仿真器、成品前的硬件測試等。

　　英國Labcenter Electronics公司推出的Proteus 6ISIS是專用于開發單片機的集成軟件，用戶可以在該軟件上簡捷、高效地設計出各種模擬電路、數字系統、專用IC及各種芯片。在仿真過程中Proteus 6 ISIS給我們以最大程度上的視覺感受，為電子產品的開發和電子系統工程提供了一種全新的手段和便捷的途徑。本文用上述軟件對定位系統進行了仿真和設計。

　　1 定位系統原理及構成

　　1．1 定位系統原理

　　定位系統的基本原理是：每顆GPS衛星時刻發布其位置和時間數據信號，用戶接收機測量每顆衛星信號到接收機的時間延遲，根據信號傳輸速度就可以計算出接收機與不同衛星之間的距離。

　　GPS模塊接收衛星的定位信號運算出自身的位置(經度、緯度、高度)，時間和運動狀態(速度、航向)，每秒1次送給單片機并存儲，以便隨時提供定位信息。由單片機控制定位系統的協調工作。

　　1．2 定位系統硬件構成

　　定位系統是基于AT89C52和GARMINGPS25LP的定位測量系統。其基本功能可分為單片機對GPS器件的控制以及顯示采集的信息兩部分。

　　系統由3個功能模塊構成：

　　①單片機系統：采用AT89C52單片機控制GPS的數據讀取和數據傳輸過程，并將數據發送到LCD進行顯示。

　　②外圍電路：一部分是GPS和輔助電路；另一部分是LCD顯示電路。

　　③C51程序：編寫C51程序，實現單片機控制GPS器件完成方位數據的采集，并輸出LCD顯示。

　　本系統采用的GPS器件為美國GARMIN公司的GARMINGPS25LP，采用全密封方式，位置精度<15 m，速度精度<0．1 m／s，外形尺寸為46．5 mm×69．5 mm×11．4 mm。GARMINGPS25LP是同類型的GPS OEM板中最常用的一款，在飛機領域使用很多。GARM-

　　INGPS25LP有其獨特的輸出／輸入語句格式。在調試GPS時，通過串口和GPS板進行數據交換，由于GPS輸出的也是RS232信號，因此可以直接與計算機進行通信。通過串口通信程序進行讀／寫控制，對GPS進行設置和調試。

　　1．3定位系統程序設計

　　該程序主要功能有兩方面：一方面是使用單片機與GPS模塊進行通信，獲得當前的方位數據；另一方面是單片機將所得的數據處理成數值，并發送到液晶顯示模塊進行顯示。

　　此系統的函數分為4類：主程序、GPS的數據通信程 序、液晶驅動程序以及液晶顯示程序。

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　　void show(void)。

　　單片機對GPS模塊的串行數據接收、整理，以及向RAM中寫入數據的基本流程如圖1所示。

　　2 定位系統仿真及設計

　　2．1 定位系統程序調試

　　Proteus是目前最好的模擬單片機外圍器件的工具，它可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的單片機，及其外圍電路(如LCD、RAM、ROM、鍵盤、馬達、LED、ADPDA、部分SPI器件和I2C器件等)。其自身只帶匯編器，不支持C語言，但可以將它與：Keil C51集成開發環境連接。用匯編語言和C語言編寫的程序編譯好之后，可以立即進行軟、硬件結合的系統仿真，像使用仿真器一樣來調試程序。結合Keil C51和Proteus進行單片機系統的軟件設計和硬件仿真調試，既可大大縮短單片機系統的開發周期，又可降低開發調試成本。

Proteus中沒有GARMINGPS25LP，但可以通過鍵盤模擬GARMINGPS25LP輸出的數據格式向單片機發出數據。在單片機AT89C52內部通過程序截取有效信息，然后在LCD(采用HIT公司的LM041L)上循環顯示虛擬終端模擬GARMINGPS25LP輸出的數據，如位置(經度、緯度、高度)，時間和運動狀態(速度、航向等)。本系統中截取了經度(Longitude)=27．34，緯度(Lati-tude)=34．45，速度(Velocity)=120km／h， 航 向(Course)=10．24時的仿真電路原理圖，如圖2所示。

　　2．2 定位系統PCB

　　Proteus軟件本身有PCB設計功能，可以生成多種格式的文件，供相應的專業PCB設計工具調用，從而很方便地進行后續PCB的設計。當仿真調試成功后，可利用Proteus 6 Professional中的ARES 6 Professional進行PCB設計與制作。ISIS和ARES高度集成，PCB封裝可以直接從ARES庫中提取，引腳信息可以通過虛擬封裝工具直接輸入。

　　用Proteus制作PCB通常包括以下步驟：

　　①加載網絡表及元件封裝；

　　②規劃電路板并設置相關參數；

　　③元件布局及調整；

　　④布線并調整；

　　⑤輸出及制作PCB。

　　雖然庫中沒有GARMINGPS25LP的引腳封裝，但可以通過自建庫或選擇相近封裝。

　　結 語

　　本文介紹了一種基于Proteus軟件的單片機系統設計與仿真的實現方法。單片機定位系統的實際開發過程充分說明，采用該方法可以大大簡化硬件電路測試和系統調試過程中，電路板制作、元器件安裝、焊接等過程。使用該方法進行系統虛擬開發、成功之后再進行實際制作，無疑要以提高開發效率，降低開發成本，提升開發速度，對單片機系統開發具有實用意義。