Proteus在單片機教學(xué)中理實一體化的應(yīng)用

【摘要】本文主要分析了單片機在傳統(tǒng)教育中的不足，總結(jié)Proteus在實踐教學(xué)中的優(yōu)點，利用以一個模擬交通燈案例來分析了Protues在理實一體化教學(xué)中的應(yīng)用的，實踐證明，不僅能夠提高學(xué)生的興趣，而且提高了學(xué)生的動手能力和獨立思考問題的能力。

【關(guān)鍵詞】Protues仿真軟件;理實一體化;單片機

一、傳統(tǒng)單片機教學(xué)存在的問題

單片機作為一個計算機的分支，從20世紀(jì)70年代誕生以來，廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制、智能儀表、家用電器等各個領(lǐng)域。目前單片機基礎(chǔ)這門課程在各個高職院校的信息、自動化、機電等開設(shè)，由于單片機是具有很強的理論性和實踐性，需要有高質(zhì)量的實踐環(huán)節(jié)來配合教學(xué)，然而傳統(tǒng)的單片機教學(xué)普遍存在以下的問題，制約了單片機教學(xué)的發(fā)展。

1.硬件條件跟不上。通常學(xué)校需要投入一定錢來購買單片機試驗箱，但是在使用的過程中，經(jīng)常出現(xiàn)元器件的損壞，損壞后沒有得到及時的維修，影響后續(xù)學(xué)生的使用。

2.注重理論教學(xué)，實踐跟不上。在筆者讀書時，一般單片機教學(xué)都是從指令教學(xué)開始，需要很多計算機方面的知識，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不僅覺得這門課程難學(xué)，而且失去了興趣，進而對單片機產(chǎn)生了畏懼。

3.有很多學(xué)校購買了試驗箱，試驗箱主要是演示性和驗證性，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺乏動手能力，這樣就不能培養(yǎng)學(xué)生獨立思考問題能力和解決問題能力。

基于這些問題的存在，我們將Proteus軟件引入到單片機教學(xué)中，用以改善上述的問題。

二、Proteus軟件簡介

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)成為我們工作設(shè)計的一個重要輔助工具，市場上也出現(xiàn)了多種單片機仿真軟件，其中最著名的是Proteus仿真軟件。Proteus軟件是英國Labcenter公司1989年開發(fā)的電路分析和仿真軟件。它集原理圖設(shè)計、電路分析、仿真和PCB設(shè)計一體，配有各種信號源和電路分析所需要的虛擬儀表;具有模擬電路、數(shù)字電路、單片機應(yīng)用系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與仿真功能?；赑roteus的電子電路設(shè)計從根本上克服了傳統(tǒng)電子產(chǎn)品沒有物理原型就無法對系統(tǒng)進行測試，沒有系統(tǒng)硬件就很難對軟件進行調(diào)試的缺點。

三、Proteus在理實一體化教學(xué)中的應(yīng)用

現(xiàn)我院每年的第一學(xué)年開設(shè)單片機課程，并且設(shè)為必修課程，足可以見我院對單片機教學(xué)的重視，學(xué)院每一屆都將近一千人，受教學(xué)條件的影響，實驗設(shè)備，實驗場地很難滿足這么大規(guī)模的教學(xué)，而且實踐證明，光學(xué)習(xí)理論，面對一些指令、單片機結(jié)構(gòu)，而沒有實踐， 不僅學(xué)生學(xué)習(xí)沒有興趣，老師教學(xué)也缺乏熱情，嚴(yán)重影響了單片機教學(xué)。目前采用Proteus軟件結(jié)合理論教學(xué)，是實現(xiàn)單片機理實一體化教學(xué)比較理想的模式。

為了激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生動手能力和獨立思考問題的能力，采用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)，從最簡單的點亮流水燈任務(wù)開始，一步步的將學(xué)生帶入單片機的世界。從而避開一上來就講單片機的硬件結(jié)構(gòu)原理，一上來就講指令系統(tǒng)匯編程序，令人枯燥的教學(xué)模式下面以其中一項驅(qū)動任務(wù)為例。

1.任務(wù)要求

要求利用單片機作為核心控制器件，設(shè)計交通燈模擬任務(wù)，要求能夠顯示紅綠黃三種燈的顏色，當(dāng)綠燈亮27秒后，黃燈亮，綠燈滅，黃燈亮3秒后紅燈亮，紅燈亮7秒后熄滅黃燈繼續(xù)亮3秒，接著黃燈熄滅繼續(xù)綠燈亮，以此循環(huán)來模擬交通燈，數(shù)碼管要求顯示倒計時的數(shù)碼。本實驗運用了單片機內(nèi)部的IO口，定時器中斷，數(shù)碼管動態(tài)掃描等接口知識，是一個綜合性實驗。

2.仿真電路的設(shè)計

打開Proteus軟件，在原理圖編輯窗口中繪制圖1所示。

原理圖主要電子元器件包括AT89C52，74HC138譯碼器，兩個共陰極數(shù)碼管，三個LED發(fā)光二極管。數(shù)碼管以動態(tài)掃描的方式來驅(qū)動，位選信號通過譯碼管來選擇，單片機的P1口接數(shù)碼管的管腳，P2.0，P2.1接譯碼器的低兩位，用來做數(shù)碼管的位選信號，LED發(fā)光二級管經(jīng)過限流電阻接到P2.2，P2.3，P2.4口，用來模擬紅綠黃三種顏色的交通燈。

3.軟件設(shè)計

本實驗程序主要兩大模塊程序組成。由主程序模塊，定時器T0的中斷服務(wù)程序模塊。

（1）主程序模塊，主要完成系統(tǒng)任務(wù)的初始化，比如定時器中斷的初始化任務(wù)，紅黃綠交通燈的初始化，數(shù)碼管顯示的初始化。部分主程序如下：

void main（）

{

init（）//初始化定時器中斷

GREENLED=0;//點亮綠燈

while（1）{

display（num）;//數(shù)碼管顯示

}

}

（2）定時器T0中斷服務(wù)模塊。本程序利用定時器T0產(chǎn)生一個50ms的中斷，在中斷服務(wù)程序中累計中斷的次數(shù)，若超過20次計數(shù)一次。這樣就相當(dāng)于1秒鐘就計數(shù)。中斷程序要處理的是判斷是否倒計時到3秒和0秒，在最后3秒點亮黃燈，在最后1秒還要判斷接下來是點亮紅燈還是綠燈。中斷服務(wù)程序如下：

void timer0（） interrupt 1

{

TH0=（65536-50000）/256;

TL0=（65536-50000）%256;//重新裝載計數(shù)

Count++;

if（Count==20）{//20次中斷，即1秒

num++;

if（num==3）{//判斷是否還剩3秒

YELLOWLED=0;//黃燈亮;

if（tagGR==1）{//標(biāo)志位用來判斷接下來點亮的是紅燈還是黃燈

tagGR=0;

}else{

tagGR=1;

}

}

if（num==0）{//倒計時最后

num=29;//讓計時器重新開始計時

if（tagGR==1）{

REDLED=0;//點亮紅燈

}else{

GREENLED=0;//點亮綠燈

}

}

}

}

4.軟硬件結(jié)合仿真聯(lián)調(diào)

本實驗編程主要用C語言編寫，C語言的集成開發(fā)環(huán)境主要采用的是keil編譯軟件，利用keil生成的hex文件，然后將hex文件裝載到Proteus當(dāng)中即可。

1）keil軟件中的設(shè)置。打開菜單欄里的“Project”，選擇“Option for Target Target1”，在對話框里選擇“output”這一欄，然后在將“Create Hex Fi”選擇上。如圖2所示。

2）Proteus軟件的設(shè)置。雙擊仿真圖上的單片機，在彈出的對話框里選擇需要加載的hex文件，即你的程序生成的文件（如圖3所示）。

圖4

3）運行軟件。點擊Proteus左下角的運行軟件（如圖4所示）。

四、結(jié)束語

將仿真軟件Proteus用于課堂教學(xué)中，可有效的克服傳統(tǒng)教學(xué)的一些不足，提高單片機教學(xué)的質(zhì)量，而且有利于理實一體化的教學(xué)的設(shè)計。如果要學(xué)生真正掌握單片機，除了仿真軟件的使用，更多的是要學(xué)生能夠?qū)纹瑱C技術(shù)與實際結(jié)合起來，運用到實際中去才會有價值。

參考文獻

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作者簡介：何旭東（1983—），湖南邵陽人，畢業(yè)天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)，現(xiàn)任教于貴陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院軌道交通分院。