Proteus仿真軟件在單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

王超+楊蓮紅

摘 要： 針對(duì)單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)中的不足，以單片機(jī)演奏“草原上升起不落的太陽”樂曲為例，將Proteus仿真軟件作為一種輔助手段引入到教學(xué)中。采用軟硬件協(xié)同調(diào)試和仿真圖表，能有效解決單片機(jī)理論知識(shí)抽象難懂、理解困難等問題，借助虛擬儀器等測(cè)試手段可以提高單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞： Proteus； 實(shí)踐教學(xué)； 輔助教學(xué)手段； Keil C

中圖分類號(hào)： TN964?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）14?0084?04

Application of Proteus simulation software in MCU practical teaching

WANG Chao， YANG Lian?hong

（Department of Physics， Changji University， Changji 831100， China）

Abstract： By taking an example that “Unsetting Sun Rises on the Grassland” was performed by MCU， the Proteus simulation software as an auxiliary teaching means was introduced into teaching to solve the deficiency in the practical teaching of MCU. The application of hardware and software synergy debugging and emulation chart can effectively solve some problems， such as MCU knowledge abstract and difficult understanding. The learning efficiency of the students can be improved and ttheir learning interest can be stimulated in MCU practical teaching by the aid of virtual instruments and other testing means.

Keywords： Proteus； practical teaching； supplementary teaching means； Keil C

0 引 言

目前，多數(shù)高校單片機(jī)原理課程基本采用的是先講理論后實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式，其實(shí)驗(yàn)主要采用的是實(shí)驗(yàn)箱來完成，實(shí)驗(yàn)箱提供的是配置好的實(shí)驗(yàn)電路和實(shí)驗(yàn)程序，實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生只需按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書要求連線和輸入程序，這種實(shí)驗(yàn)完成的多數(shù)是演示性和驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，由于單個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的學(xué)時(shí)有限，加上受到客觀條件的限制，設(shè)備、場(chǎng)地、時(shí)間等諸多因素制約了實(shí)驗(yàn)的數(shù)量和質(zhì)量，難以有過多的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新，實(shí)驗(yàn)教學(xué)多流于形式，學(xué)生積極性不高。

利用仿真軟件Proteus和第三方編程調(diào)試軟件：比如Keil C51等，在沒有硬件的環(huán)境下建立虛擬仿真平臺(tái)，為單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)提供一個(gè)方便靈活的環(huán)境，可以隨時(shí)更換仿真元器件，修改電路和程序極為方便，即豐富了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，又能節(jié)約實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，而且仿真成功的電路可以直接在產(chǎn)品開發(fā)中使用。

1 Proteus仿真軟件

英國(guó)Labcenter公司開發(fā)的Proteus仿真軟件，實(shí)現(xiàn)了混合式的SPICE電路仿真，它將虛擬儀器、高級(jí)圖表應(yīng)用、單片機(jī)仿真、第三方程序開發(fā)與調(diào)試環(huán)境有機(jī)結(jié)合，在搭建硬件模型之前即可在PC上完成原理圖設(shè)計(jì)、電路分析與仿真及單片機(jī)程序?qū)崟r(shí)仿真、測(cè)試及驗(yàn)證[1?3]。

Proteus仿真軟件的調(diào)試方式對(duì)比[4?7]，如表1所示。

表1 仿真軟件調(diào)試方式對(duì)比

2 仿真舉例

以單片機(jī)控制歌曲“草原上升起不落的太陽”播放為例，詳細(xì)介紹歌曲演奏原理和仿真調(diào)試過程

2.1 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)歌曲演奏的原理

單片機(jī)演奏音樂基本都是單音頻率，不包含相應(yīng)幅度的諧波頻率，也就是說不能像電子琴那樣能演奏出各種音色的聲音，音調(diào)和節(jié)拍是單片機(jī)奏樂的兩個(gè)重要概念，音調(diào)表示了一個(gè)音符唱多高的頻率，節(jié)拍表示一個(gè)音符唱多長(zhǎng)的時(shí)間[8]。

若用程序控制單片機(jī)的某個(gè)I/O口，使其輸出一定頻率的矩形波，經(jīng)放大電路驅(qū)動(dòng)無源蜂鳴器即可發(fā)出一定頻率的聲音。要產(chǎn)生音頻脈沖，只要計(jì)算出某一音頻的周期，將此周期除以2即為半周期的時(shí)間，利用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)定時(shí)，定時(shí)到后將脈沖倒相后從I/O口輸出，重復(fù)操作。

2.1.1 T值計(jì)算方法

51單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，T0和T1，定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作于模式1，最大計(jì)數(shù)次數(shù)為65 536，改變計(jì)數(shù)初值T，就可在I/O引腳得到不同頻率的脈沖。

利用T=65 536-Fi÷2÷Fr 就可以計(jì)算出給定頻率下的定時(shí)器計(jì)數(shù)初值，其中，F(xiàn)i為單片機(jī)晶振頻率，一般取12 MHz，F(xiàn)r為要產(chǎn)生的頻率。

2.1.2 不同音符T值的求取

鋼琴鍵盤的大字組音調(diào)從低到高依次是C，#C，D，#D，E，F(xiàn)，#F，G，#G，A，#A，B共12個(gè)半音，每個(gè)等半音的音程是[212=1.059 363 1]，即相鄰兩個(gè)音調(diào)的相同音符的頻率關(guān)系是：音高的是音低的[212]倍[9]。這個(gè)規(guī)律適合所有的音調(diào)，比如[#C]調(diào)比C調(diào)高1位，各音符頻率比C調(diào)對(duì)應(yīng)音符頻率后推1位，E調(diào)音符頻率比C調(diào)對(duì)應(yīng)的音符向后順推4位，根據(jù)表2就可以順利推出其他音調(diào)對(duì)應(yīng)的頻率，可以根據(jù)所選的曲目構(gòu)成自己的T值表。