虚拟仿真在普通高校学生电子设计中的应用研究

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  【摘 要】如何在硬件平台暂不具备的条件下设计电子产品预研,特别是普通非重点高校的大学生或者动手能力稍弱的女生。如何将电路设计变为现实,又怎么得知电路参数的合理性,及其程序代码正确性,这将是学生电子设计过程中最为头痛的事情。本文就上述问题通过介绍多种仿真软件设计的特点后用一个实际的键控LCD显示实例说明虚拟仿真的可行性。
  【关键词】虚拟仿真 PROTEUS AVR ICCAVR LCD屏
  一、引言
  虚拟仿真顾名思义是指没有具体的硬件平台下设计出具体的产品模型,这是计算机行业高速发展的产物,在现代社会各行各业都有自己领域相关的仿真软件,电子信息行业也不例外,其仿真软件种类颇多,由于篇幅原因,主要列举几种,如Multisim、Proteus、ProtelDxpt等。本文选用AVR型单片机结合128*64显示屏模拟仿真,然后与实际的硬件电路对比并得出结论。
  二、开发过程
  在如今无论是单片机领域还是DSP、ARM、FPGA、CPLD领域,芯片都在飞速的发展,种类层出不穷特性不一,同时与其相应的硬件仿真和软件仿真技术也得到空前的发展。不同的应用层次选用不同的芯片类型,但总体设计过程分为两部分:硬件设计和软件设计。 下面就单片机系统开发举一个例子加以分析其开发过程。
  (一)需求分析
  根据预研或者用户目的需要,写出需求分析说明书,其内容包括需求分析、功能说明、如有市场调研还需市场调研情况分析;预研周期、可行性分析、新颖点分析、具体研制过程。目的在于培养学生对项目开发过程的学习和理解。
  (二)实施概要
  这里主要是如何实现功能的概要说明,对硬件和软件作出大体的分析过程。
  首先硬件方面分析:即在满足用户功能的前提下,如何选用合适的芯片?
  其次软件设计分析:选用什么编辑器、编译器等,如果能对其之间的区别加以理解更好。
  (三)具体设计
  这里主要是具体的设计过程,涉及硬件原理图、PCB等;软件主要涉及編写程序、黑盒子调试文档等。
  三、应用实例
  以128*64显示屏实现”联系方式”的滚动模拟仿真过程为例,简述仿真过程。
  设计目的:设计仿真电路图和仿真程序,达到对MCU和显示模块寄存器熟练编写的目的从而容易移到其他显示模块的设计。
  硬件软件选型。AVR单片机具有高可靠性、功能强、高速度、低功耗和低价位、有丰富的扩展接口等优点。
  编辑器、编译器、调试器选择:支持AVR单片机的编译器很多,比如ICC AVR和GCC AVR等他们都集成编辑编译功能。表一简述了其主要特点。
  (一)软件编写:在ICCAVR集成环境下实现键控显示程序,程序概图如图4所示,其中包括子程序(延时子程序、显示子程序、128*64屏控制子程序、键控处理子程序、硬件初始化子程序等)和主程序(循环显示)设计,具体代码略。
  程序流程概图
  (二)仿真结果分析:这一过程是对仿真进行对比优化,使其工作状态处于最佳。这一过程对实际的电路的影响很大,只有在软件仿真环境条件下进行各种调试,才能确定实际电路参数,毕竟在软件环境下修改参数容易些,并对各种仿真条件加以记录对比,供以后参考,初学者尤其要了解这一点。
  四、实际硬件平台测试
  将上述仿真结果正确的HEX文件下载到实际的电路板中,注意实际的电路需要与仿真时的电路吻合,如条件不允许的话,这一步可以省略,保存上面仿真分析的结果,以备后用。
  参考文献:
  [1]谭浩强.C程序设计.北京.清华大学出版社,1999
  [2]耿德根等.AVR高速嵌入式单片机原理与应用.北京:北京航空航天大学出版社,2002
  [3]赵强,孙发勤.诊断学仿真实验室的设计与技术选型,《电化教育研究》.2009
  [4]赵强,左娅佳.诊断学仿真实验系统中应用TTS技术创建虚拟问诊功能的研发设计.《电化教育研究》2009
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