基于軟件仿真和硬件電路聯(lián)調(diào)的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)

聶婭琴

摘 要：?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)是電子、自動(dòng)化等專業(yè)學(xué)習(xí)中重要的必修實(shí)踐課。在對(duì)單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的安排中包括：對(duì)匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言的學(xué)習(xí)，對(duì)基于Keilc51的編譯和調(diào)試的學(xué)習(xí)，對(duì)電路仿真聯(lián)調(diào)的學(xué)習(xí)，程序燒寫的學(xué)習(xí)等，以使學(xué)生掌握應(yīng)用單片機(jī)的技術(shù)，從而完成電路功能的設(shè)計(jì)。本文將對(duì)基于軟件仿真和硬件電路聯(lián)調(diào)的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的流程進(jìn)行介紹，并對(duì)其進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)；軟件仿真；硬件電路聯(lián)調(diào)

在開發(fā)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)時(shí)，使用最多的軟件就是Keilc51軟件，此軟件是由Keil公司研發(fā)出來的，軟件以u(píng)Vision2為開發(fā)平臺(tái)，具有的功能包括項(xiàng)目管理、編碼、程序生成器等。Keilc51的優(yōu)點(diǎn)在于：其界面的友好性較高、操作便捷，支持對(duì)匯編語(yǔ)言、C語(yǔ)言及混合語(yǔ)言的編程、編譯和調(diào)試工作，可以在很大程度上縮短設(shè)計(jì)周期，在對(duì)程序進(jìn)行修改時(shí)也是很方便的。與此同時(shí)，Keilc51還能夠加載Proteus軟件的VSM仿真器，加載之后就可以和Proteus軟件進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。

一、課程設(shè)計(jì)流程

1.編寫相關(guān)指導(dǎo)文件

在對(duì)課程設(shè)計(jì)著手之前，需要對(duì)課程設(shè)計(jì)的流程進(jìn)行文檔編寫，為扎實(shí)掌握單片機(jī)技術(shù)打下基礎(chǔ)。相關(guān)指導(dǎo)文件包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)項(xiàng)目開發(fā)的相關(guān)教程和例程材料，Keilc51和Proteus軟件的教程和例程材料，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)完成程度的標(biāo)準(zhǔn)，課程設(shè)計(jì)大綱等。

2.選擇題目

在制作課程計(jì)劃時(shí)，需要根據(jù)每個(gè)章節(jié)內(nèi)容的不同和課程進(jìn)展程度對(duì)學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況進(jìn)行考量，通過對(duì)學(xué)生掌握情況的判斷再對(duì)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行擬題。課程設(shè)計(jì)的題目包括針對(duì)各章內(nèi)容的，也包括針對(duì)綜合應(yīng)用的：關(guān)于MSC-51與A/D轉(zhuǎn)換方面的課程設(shè)計(jì)題目，關(guān)于MCS-51串口方面的課程設(shè)計(jì)題目，關(guān)于定時(shí)器與中斷方面的課程設(shè)計(jì)題目，關(guān)于I/O接口方面的課程設(shè)計(jì)題目，關(guān)于MCS-51的綜合使用方面的題目等。除此之外，還要列出詳細(xì)的元件表，供學(xué)生選擇和參考，并對(duì)課程設(shè)計(jì)題目的實(shí)現(xiàn)提出相應(yīng)的具體要求。

3.使用仿真軟件和實(shí)現(xiàn)電路功能

在課程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中，教師可指導(dǎo)學(xué)生分組進(jìn)行，根據(jù)學(xué)生所選題目對(duì)學(xué)生如何在軟件和硬件等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)給予指導(dǎo)，以完成設(shè)計(jì)的初步內(nèi)容。在對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)時(shí)，可按照以下步驟進(jìn)行：

（1）繪制程序流程圖，可以使用Visio或Word進(jìn)行繪制。學(xué)生在繪制程序流程圖時(shí)，不但要依據(jù)所選題目的設(shè)計(jì)要求，還要結(jié)合教師的指導(dǎo)內(nèi)容進(jìn)行繪制，為接下來的程序設(shè)計(jì)做鋪墊。

（2）設(shè)計(jì)硬件電路，可以使用Proteus軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。在這一步驟中，首先要對(duì)Proteus軟件進(jìn)行學(xué)習(xí)，在掌握基本應(yīng)用原理和方法的基礎(chǔ)上，再依據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)電路。在學(xué)習(xí)Proteus軟件的基礎(chǔ)上，由教師組織學(xué)生先進(jìn)行軟件的實(shí)際操作學(xué)習(xí)，需要學(xué)生掌握的內(nèi)容有：建立工程文件、選取和使用元件、連接電路和進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行等。

（3）編寫程序和編譯調(diào)試，根據(jù)上一步驟得到的硬件電路使用匯編語(yǔ)言編寫源程序，再在Keilc51軟件中進(jìn)行編譯和調(diào)試。教師要指導(dǎo)學(xué)生，讓他們依據(jù)課程設(shè)計(jì)要求把編寫好的匯編代碼導(dǎo)入到Keilc51軟件中，進(jìn)行編譯調(diào)試。

（4）聯(lián)合調(diào)試，對(duì)Proteus軟件和Keilc51軟件進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。將在Proteus中畫好的原理圖在ISIS上打開，在Proteus軟件里的DEBUG菜單中選擇use remote debug monitor選項(xiàng)，并對(duì)聯(lián)機(jī)仿真參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。將在第三步中編譯好的Keilc51工程文件打開，并設(shè)置相關(guān)參數(shù)：在Keilc51的project菜單中點(diǎn)擊進(jìn)入option for target“工程名”，在DEBUG選項(xiàng)的右上方下拉菜單中選擇Proteus VSM Monitor-51 Driver，并設(shè)置聯(lián)機(jī)仿真參數(shù)。

4.面包機(jī)設(shè)計(jì)和電路功能的實(shí)現(xiàn)

在這一階段，教師要先組織學(xué)生對(duì)集成芯片的用途和管腳功能進(jìn)行學(xué)習(xí)，之后再在面包板上建電路，電路連接無誤后，使用編程器將程序燒寫到單片機(jī)的CPU上，最終使電路功能得以實(shí)現(xiàn)。

5.實(shí)行課程設(shè)計(jì)考核答辯制

教師采用答辯制的形式對(duì)學(xué)生的課程設(shè)計(jì)進(jìn)行考核，在答辯中真正判斷出學(xué)生對(duì)課程設(shè)計(jì)的體悟到底有多深。

二、成果總結(jié)

本課程設(shè)計(jì)將軟件和硬件的使用集合了起來，完成了對(duì)單片機(jī)的開發(fā)設(shè)計(jì)，在實(shí)踐過程中取得了良好的結(jié)果，讓學(xué)生對(duì)軟件電路、硬件電路以及軟硬件聯(lián)調(diào)設(shè)計(jì)和面包板設(shè)計(jì)都有了更加深入的了解。

1.理論與實(shí)踐結(jié)合

在教學(xué)中，不僅要將學(xué)生的實(shí)際情況與學(xué)習(xí)內(nèi)容結(jié)合起來，還要單片機(jī)學(xué)習(xí)中各個(gè)章節(jié)的內(nèi)容和實(shí)際動(dòng)手操作結(jié)合起來。在本課程設(shè)計(jì)中，擬定了MSC-51與A/D轉(zhuǎn)換、MCS-51串口、定時(shí)器與中斷、I/O接口、MCS-51的綜合使用等方面的數(shù)十個(gè)設(shè)計(jì)題目，并對(duì)課程設(shè)計(jì)提出了具體要求。

2.讓學(xué)生告別“眼高手低”

仿真聯(lián)調(diào)的結(jié)果雖然不能完全代表在實(shí)際情況中的結(jié)果，但是在很大程度上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了電路設(shè)計(jì)的功能在虛擬情景中的實(shí)現(xiàn)，為判斷抉擇提供依據(jù)。根據(jù)仿真聯(lián)調(diào)的結(jié)果，我們可以在硬件操作中實(shí)際運(yùn)行，通過這種方式，可以對(duì)仿真結(jié)果的正確性和準(zhǔn)確程度進(jìn)行校正。在學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐之前，要讓學(xué)生對(duì)集成芯片的芯片用途和管腳功能有所了解，之后在面包板上建電路，然后將程序通過編程器燒寫到單片機(jī)的CPU上，這樣就可以完成對(duì)電路功能的實(shí)現(xiàn)了。在課程設(shè)計(jì)的一系列環(huán)節(jié)中，學(xué)生既可以學(xué)習(xí)到各環(huán)節(jié)所需工具的相關(guān)知識(shí)，又可以提高學(xué)生的動(dòng)手能力，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3.對(duì)能力的培養(yǎng)

在實(shí)踐課程設(shè)計(jì)的過程中，通過繪制流程圖、畫電路圖和編程等，可以鍛煉學(xué)生有步驟地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的能力；通過要求學(xué)生對(duì)程序進(jìn)行標(biāo)注，可以有效鍛煉和提高學(xué)生的編程能力，增強(qiáng)他們獨(dú)立思考的能力。

先進(jìn)和完善的軟件能夠使硬件的運(yùn)行達(dá)到更好的效果。在單片機(jī)課程設(shè)計(jì)中引入軟件，可以使學(xué)生在了解和掌握單片機(jī)的設(shè)計(jì)流程的基礎(chǔ)上，熟悉聯(lián)調(diào)的技巧與方法。與一般的單片機(jī)仿真軟件不同，在課程設(shè)計(jì)中所使用的仿真軟件除了能仿真單片機(jī)CPU的實(shí)際情形，還能仿真單片機(jī)周邊電力和未參加工作的電路情況。此仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚝芎玫貙?shí)驗(yàn)和工程銜接起來，仿真結(jié)果的無誤將為電路的實(shí)際實(shí)現(xiàn)提供重要依據(jù)。同時(shí)這樣的課程實(shí)訓(xùn)也是工程師的最基本實(shí)踐內(nèi)容，這也為學(xué)生今后的學(xué)習(xí)和工作奠定了基礎(chǔ)。

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