單片機(jī)原理及應(yīng)用課程教學(xué)研究及實(shí)踐

樸明波 李文華

遼寧工程技術(shù)大學(xué) 遼寧阜新 123000

單片機(jī)原理及應(yīng)用課程教學(xué)研究及實(shí)踐

樸明波 李文華

遼寧工程技術(shù)大學(xué) 遼寧阜新 123000

針對(duì)傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)方法的缺點(diǎn)，將Multisim仿真軟件引入單片機(jī)教學(xué)中。介紹了該軟件的功能，說明了其特點(diǎn)。利用Multisim軟件設(shè)計(jì)了一個(gè)流水燈顯示電路，說明了系統(tǒng)功能，給出了硬件電路和主要的中斷響應(yīng)程序，并進(jìn)行了仿真運(yùn)行。實(shí)踐結(jié)果表明，將Multisim仿真軟件引入單片機(jī)教學(xué)中可以改善單片機(jī)教學(xué)效果。

單片機(jī)；教學(xué)手段；Multisim軟件；虛擬實(shí)驗(yàn)

單片機(jī)原理及應(yīng)用是熱能與動(dòng)力工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)課，主要講授設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用程序和硬件分析等知識(shí)。單片機(jī)原理及應(yīng)用是一門技術(shù)性和實(shí)踐性均很強(qiáng)的課程，該課程概念多、邏輯性強(qiáng)、連貫性強(qiáng)、內(nèi)容抽象。該課程的特點(diǎn)，尤其是其連貫性極強(qiáng)決定了這門課程對(duì)于初學(xué)者而言較困難，一個(gè)知識(shí)點(diǎn)掌握不好就可能影響到學(xué)習(xí)的效果和興趣，能力也不能得到很好的培養(yǎng)。因此，講授這門課程，必須將課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。

目前，國(guó)內(nèi)各高校在進(jìn)行單片機(jī)教學(xué)方面，大多僅使用板書，其實(shí)驗(yàn)手段是使用單片機(jī)試驗(yàn)箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這種傳統(tǒng)的教學(xué)方式和實(shí)驗(yàn)方式，往往受到諸如硬件資源、時(shí)間和空間等條件的限制，并且由于實(shí)驗(yàn)儀器的某些固有限制，使學(xué)生無法進(jìn)行一些有創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)，容易挫傷學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的積極性。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)軟件的仿真技術(shù)，可以充分地仿真諸如電子電路的工作狀況等實(shí)際工程問題，Multisim軟件便是一種可以進(jìn)行電子電路仿真的軟件。采用Multisim仿真軟件進(jìn)行單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)具有許多優(yōu)點(diǎn)，如實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不再受硬件限制、實(shí)驗(yàn)用時(shí)少、基本沒有硬件損耗等。將Multisim軟件引入教學(xué)中，尤其是使用多媒體教學(xué)時(shí)進(jìn)行程序和電路的實(shí)際運(yùn)行，并作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的重要補(bǔ)充，極大地豐富了教學(xué)手段和實(shí)驗(yàn)手段。

一、Multisim軟件簡(jiǎn)介

Multisim軟件是加拿大Interactive Image Technologies公司(簡(jiǎn)稱IIT公司)推出的一款專門用于電子線路仿真與設(shè)計(jì)的EDA (Electronic Design Automation)工具軟件，其前身為EWB(Electronics Workbench)軟件。該仿真軟件以Windows為基礎(chǔ)，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路行為進(jìn)行仿真。

Multisim的主要特點(diǎn)是：1.直觀的圖形界面，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測(cè)試儀器均可直接拖放到屏幕上；2.豐富的元件庫，包括基本元件、半導(dǎo)體器件、運(yùn)算放大器、TTL和CMOS數(shù)字IC以及MCU模塊等；3.豐富的測(cè)試儀器，具備數(shù)字萬用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、雙通道示波器。

二、Multisim在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用實(shí)例

利用Multisim的元件庫進(jìn)行電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以流水燈顯示電路為例，闡述采用Multisim軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)及仿真的過程。

1.系統(tǒng)功能

該電路以8051單片機(jī)為控制核心，以8個(gè)紅色發(fā)光二極管接PO口為流水燈變換閃爍，以1個(gè)共陰極LED為功能選擇顯示器件，以1個(gè)紅色發(fā)光二極管為上電指示燈，以1個(gè)常開瞬動(dòng)按鈕接外部中斷0為停止按鈕，以4個(gè)常開瞬動(dòng)按鈕接4輸入與門后進(jìn)行與操作后接外部中斷0為功能選擇按鈕，同時(shí)4個(gè)功能按鈕分別接P3.4～P3.7以判斷功能選擇。上電后，上電指示燈亮，所有流水燈全亮，功能選擇顯示LED滅。按下功能選擇按鈕J2后，8個(gè)流水燈以一定時(shí)間間隔依次循環(huán)熄滅—點(diǎn)亮，功能選擇顯示LED顯示1；按下功能選擇按鈕J3后，8個(gè)流水燈分為兩組，每相鄰4個(gè)為一組，兩組燈以一定時(shí)間間隔循環(huán)熄滅—點(diǎn)亮，功能選擇顯示LED顯示2；按下功能選擇按鈕J4后，8個(gè)流水燈分為兩組，奇數(shù)4個(gè)燈為一組，偶數(shù)4個(gè)燈為一組，兩組燈以一定時(shí)間間隔循環(huán)熄滅—點(diǎn)亮，功能選擇顯示LED顯示3；按下功能選擇按鈕J5后，8個(gè)流水燈以一定時(shí)間間隔循環(huán)全滅—全亮，功能選擇顯示LED顯示4。在任何時(shí)刻，按下停止按鈕J1后，8個(gè)流水燈全部熄滅，功能選擇顯示LED顯示0。此時(shí)可重新按下功能選擇按鈕J2～J5，以使流水燈閃動(dòng)。

2.硬件電路

單片機(jī)使用8051，在Multisim元件庫的MCU module組的805x庫中。紅色發(fā)光二極管最大允許電流為5mA，在Diodes組中的LED庫中。共陰極LED的最大允許電流為10mA，在Indicators組中的HEX-DISPLAY庫中。常開瞬動(dòng)按鈕在Electro-Mechanical組中的MOMENTARY-SWITCHES庫中。4輸入與門使用74LS21，在TTL組的74LS庫中。電阻排電阻為500Ω，在Basic組的RPACK中。其電路如圖1所示。

圖1 流水燈仿真電路

因?yàn)镸ultisim的單片仿真模塊仿真時(shí)不需起振電路，也不需上電復(fù)位電路，因此，圖1中沒有晶振電路和上電復(fù)位電路。

3.軟件編程

(1)定義4個(gè)標(biāo)志位，對(duì)應(yīng)4個(gè)功能選擇。

(2)在主程序中，將4個(gè)標(biāo)志位清零，打開外部中斷0，外部中斷1，定時(shí)器中斷0。其中，外部中斷0用于停止按鈕，外部中斷1用以功能選擇按鈕，定時(shí)器中斷0用于產(chǎn)生定時(shí)中斷，在定時(shí)器0的中斷響應(yīng)函數(shù)中進(jìn)行流水燈的閃爍。

(3)編寫外部中斷0，外部中斷1，定時(shí)器中斷0的中斷響應(yīng)函數(shù)。

定時(shí)器0的中斷響應(yīng)函數(shù)如下：

ORG 0400H

SBR_T0: MOV C, SYMBOL_BIT1；如果選擇了功能1，則跳轉(zhuǎn)到功能1

JC SHRINKING1

MOV C, SYMBOL_BIT2；如果選擇了功能2，則跳轉(zhuǎn)到功能2

JC SHRINKING2

MOV C, SYMBOL_BIT3；如果選擇了功能3，則跳轉(zhuǎn)到功能3

JC SHRINKING3

MOV C, SYMBOL_BIT4；如果選擇了功能4，則跳轉(zhuǎn)到功能4

JC SHRINKING4

SHRINKING1: MOV P1, #06H ；功能1

MOV A, R4

MOV P0, A

RL A

MOV R4, A

MOV TH0, #0FCH

MOV TL0, #03H

LJMP T0_END

SHRINKING2: MOV P1, #5BH ；功能2

MOV A, R5

MOV P0, A

SWAP A

MOV R5, A

MOV TH0, #0FCH

MOV TL0, #03H

LJMP T0_END

SHRINKING3: MOV P1, #4FH ；功能3

MOV A, R6

MOV P0, A

CPL A

MOV R6, A

MOV TH0, #0FCH

MOV TL0, #03H

LJMP T0_END

SHRINKING4: MOV P1, #66H ；功能4

MOV A, R7

MOV P0, A

CPL A

MOV R7, A

MOV TH0, #0FCH

MOV TL0, #03H

LJMP T0_END

T0_END: RETI

三、結(jié)束語

本文介紹了Multisim仿真軟件在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用。將Multisim軟件引入單片機(jī)教學(xué)中，無須購置硬件設(shè)備和焊接電路，節(jié)省了大量時(shí)間和資金，而且在課堂上可以實(shí)際運(yùn)行該軟件以仿真某個(gè)實(shí)際電路，使學(xué)生獲得較強(qiáng)的感性認(rèn)識(shí)，可以較好地彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足。同時(shí)，學(xué)生還可以在課外獨(dú)立設(shè)計(jì)、驗(yàn)證自己的系統(tǒng)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)造能力。實(shí)踐證明，這種教學(xué)方法效果顯著，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有利于學(xué)生對(duì)單片機(jī)相關(guān)內(nèi)容的深入理解，培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，提高了單片機(jī)課程的教學(xué)效果。

[1]龍志強(qiáng)，趙東明，李志斌.單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革探討與實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31(6)：12～13

[2]盧彥民.單片機(jī)原理與接口技術(shù)教學(xué)方法探討[J].正德學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，6(1)：24～25

[3]蓋立豐，萬茸.單片機(jī)原理及應(yīng)用課程教學(xué)改革初探[J].中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2009，22：176

[4]朱向慶.單片機(jī)原理及應(yīng)用教學(xué)改革探索[J].高教論壇，2009，5：101～103

[5]美國(guó)國(guó)家儀器公司.NI Multisim[EB/OL]，http://www.ni.com/multisim/zhs，2010-5-2

Teaching research and practice of course of principles and applications of MCU

Piao Mingbo, Li Wenhua
Liaoning technical university, Fuxin, 123000, China

Aiming at the shortages of traditional teaching method of MCU, the software Mul tisim is introduced to the teaching of MCU. The functions of the software is described, the characteristics of it is illustrated. A water lamp display circuit is designed by using Multisim, the function is elaborated, the circuit and the main response program of an interrupt are given, and the virtual circuit runs in Multisim. The result shows that the teaching effect can be improved by introducing Multism to the teaching of MCU.

MCU; teaching method; Multisim software; virtual experiment

2010-05-25

樸明波，博士，講師。李文華，本科，教授。