基于Proteus和Keil的單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)改革探討

武漢軍械士官學(xué)校 高 娟 湯 璇 崔艷萍

一、引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)在智能儀器儀表、智能傳感器、數(shù)據(jù)采集與處理、家電和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，除此之外，單片機(jī)在導(dǎo)彈、無(wú)人機(jī)等裝備中也有廣泛的應(yīng)用，因此，單片機(jī)作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課在我校的10多個(gè)電類相關(guān)的大專專業(yè)中開(kāi)設(shè)。作為一門實(shí)用性比較強(qiáng)的課程，該課程在教學(xué)過(guò)程中需要軟硬件結(jié)合，因此對(duì)講授單片機(jī)課程的教員提出了更高的要求。

如何讓學(xué)生在學(xué)好基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，又能迅速地掌握設(shè)計(jì)應(yīng)用技術(shù)，這是單片機(jī)課程教學(xué)的難點(diǎn)所在。

二、當(dāng)前單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

目前的單片機(jī)課程教學(xué)主要由理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩部分組成。理論教學(xué)已經(jīng)改變了傳統(tǒng)的以知識(shí)為中心的教學(xué)模式，轉(zhuǎn)變成以項(xiàng)目任務(wù)為驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式，每一任務(wù)涵蓋單片機(jī)的一種應(yīng)用資源，學(xué)員在完成任務(wù)的過(guò)程中掌握了知識(shí)點(diǎn)。這種教學(xué)方式極大的激發(fā)了學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣和積極性，經(jīng)過(guò)一年的運(yùn)行，已經(jīng)取得了良好的效果。

在實(shí)踐教學(xué)中，改變了傳統(tǒng)的利用固定的實(shí)驗(yàn)箱，圍繞有限的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的方式，轉(zhuǎn)變成學(xué)員動(dòng)手焊接硬件電路，再編寫(xiě)程序通過(guò)編程器下載至單片機(jī)，最后根據(jù)結(jié)果現(xiàn)象判定軟、硬件是否正確，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，需要分別檢測(cè)軟、硬件，進(jìn)行調(diào)試、糾正，從而得出正確的結(jié)果。這種教學(xué)方式，增強(qiáng)了學(xué)員的動(dòng)手能力和單片機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用能力，但在運(yùn)行中也暴露出了一些問(wèn)題，具體如下：

1.學(xué)員對(duì)硬件焊接比較感興趣，忽略了對(duì)軟件程序的理解和編寫(xiě)，通常只能照書(shū)敲進(jìn)去，最后得出結(jié)果便認(rèn)為萬(wàn)事大吉了，而實(shí)際上對(duì)知識(shí)的領(lǐng)悟與掌握很少，多個(gè)任務(wù)的硬件焊接也只是提高了焊接技能而已，并無(wú)太多的實(shí)際用處。

2.硬件焊接成本過(guò)高，大部分的元器件都是一次焊接就浪費(fèi)了，一個(gè)學(xué)期，400多個(gè)學(xué)員，三塊電路板的焊接成本多達(dá)20000多元。

3.硬件焊接時(shí)間消耗過(guò)多，在實(shí)踐課中，大部分時(shí)間學(xué)員都用來(lái)焊接電路板，實(shí)際對(duì)知識(shí)的理解很少，對(duì)學(xué)習(xí)并無(wú)大益。

將仿真技術(shù)應(yīng)用于單片機(jī)教學(xué)中，通過(guò)仿真的直觀性和可參與性以及生動(dòng)有趣的真實(shí)感，不僅可以激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，提高實(shí)踐教學(xué)效果，還可以節(jié)約時(shí)間與成本，因此本文就是探討基于仿真軟件Proteus的實(shí)踐教學(xué)改革。

圖1 基于Proteus軟件的流水燈實(shí)驗(yàn)原理圖

三、Proteus和Keil仿真軟件介紹

Proteus軟件是英國(guó)Labeenter Electronics公司出版的著名的EDA工具軟件，是世界上目前唯一將電路仿真、PCB設(shè)計(jì)和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)。它從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。Proteus提供的元件庫(kù)，涉及到數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元件，具有豐富的儀表資源，支持8051、8086、PIC、AVR、ARM和MSP430等系列的仿真。

在編譯方面采用keil軟件。該軟件是美國(guó)Keil Software公司出品的兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。它提供了豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，采用全Windows界面，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼容易理解，尤其在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。keil軟件目前已受到單片機(jī)愛(ài)好者、應(yīng)用者和開(kāi)發(fā)者的青睞。Proteus和Keil各自都可以進(jìn)行一定程度仿真調(diào)試，但效果不是很理想。我們采用把兩者結(jié)合起來(lái)，其相互配合發(fā)揮Proteus和Keil的優(yōu)勢(shì)使得在仿真過(guò)程中的軟件調(diào)試和硬件設(shè)計(jì)更加便捷、高效。

四、基于Proteus和Keil的實(shí)踐教學(xué)過(guò)程

首先是要讓學(xué)員熟悉Proteus與Keil軟件環(huán)境，學(xué)會(huì)利用Proteus繪制原理電路圖以及用Keil軟件編寫(xiě)單片機(jī)匯編源程序并生成目標(biāo)程序。下載目標(biāo)程序Proteus原理圖的MCU并仿真。下面以單片機(jī)控制模擬流水燈的顯示為例介紹。

在Proteus軟件中實(shí)現(xiàn)一個(gè)流水燈控制系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)，如圖1所示。再使用匯編語(yǔ)言對(duì)其進(jìn)行程序編寫(xiě)，通過(guò)keil軟件編譯產(chǎn)生HEX文件，加載到Proteus中對(duì)流水燈控制系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件結(jié)合的調(diào)試仿真。其中P1口做輸出口，控制8盞燈(P1口輸出低電平時(shí)燈被點(diǎn)亮)；編程使燈按以下規(guī)律顯示：同一時(shí)間只有一盞燈點(diǎn)亮，從P1.0控制的燈開(kāi)始，每盞燈亮1s后，再移向下一盞燈循環(huán)往復(fù)。

用keil軟件編輯該流水燈的控制系統(tǒng)程序如下：

五、結(jié)束語(yǔ)

本文在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程引入計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，利用Proteus仿真功能，使學(xué)生不需硬件支持也能完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，能降低實(shí)驗(yàn)成本，縮短實(shí)驗(yàn)周期，延伸實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵。

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