Proteus+keil仿真軟件在單片機(jī)矩陣鍵盤(pán)教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要 單片機(jī)結(jié)合電子自動(dòng)設(shè)計(jì)軟件proteus+keil仿真軟件的教學(xué)模式，使得教學(xué)效果相比純理論教學(xué)提高很多，文章使用了proteus+keil實(shí)現(xiàn)單片機(jī)軟件和硬件相結(jié)合的虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并以4X4矩陣鍵盤(pán)為例，給出了proteus+keil仿真軟件在單片機(jī)矩陣鍵盤(pán)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 proteus+keil 單片機(jī)教學(xué) 矩陣鍵盤(pán)

中圖分類(lèi)號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

Proteus軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。Keil是一款單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)平臺(tái)，支持C語(yǔ)言、匯編、PLM、以及混合編程。

利用Proteus+keil 仿真軟件來(lái)輔助單片機(jī)的教學(xué)具備以下意義：

其一，在教學(xué)中老師可以直觀展示各種硬件電路的設(shè)計(jì)，同時(shí)也可以向?qū)W生展示軟件的編寫(xiě)過(guò)程和調(diào)試過(guò)程，使學(xué)生容易掌握單片機(jī)學(xué)習(xí)的各個(gè)過(guò)程。

其二，Proteus+keil仿真軟件可使學(xué)生有更多的動(dòng)手機(jī)會(huì)，包括硬件設(shè)計(jì)和軟件調(diào)試，易于修改程序或者硬件電路的各種錯(cuò)誤，在實(shí)際電路設(shè)計(jì)前使用仿真軟件能有效縮短了單片機(jī)電路設(shè)計(jì)的時(shí)間，提高了電子電路設(shè)計(jì)的效率。

其三，利用Proteus+keil的仿真可以實(shí)現(xiàn)實(shí)踐和理論相結(jié)合的一體化教學(xué)的效果，可以提高教學(xué)質(zhì)量，對(duì)教學(xué)效果產(chǎn)生積極的影響。

本文將以單片機(jī)接口電路中的重要內(nèi)容矩陣鍵盤(pán)的掃描為例，利用Proteus+keil仿真軟件實(shí)現(xiàn)4X4矩陣鍵盤(pán)軟硬件的三種掃描方式，并在仿真過(guò)程中遇到的問(wèn)題給出相應(yīng)的解決方案。

1 單片機(jī)矩陣鍵盤(pán)的掃描方式

單片機(jī)連接矩陣鍵盤(pán)是為了節(jié)省單片機(jī)的I/O口，常用的有4X4，8X8等矩陣鍵盤(pán)，按鍵較多的一般要加擴(kuò)展芯片，但按鍵使用較少時(shí)則直接連接到單片機(jī)的I/O口上，以節(jié)省硬件成本，下面以單片機(jī)直接連接4X4矩陣鍵盤(pán)為例，按下的按鍵返回值直接顯示在共陰極數(shù)碼管上，介紹Proteus軟件仿真電路的三種掃描方式。

1.1 直接賦值掃描

4X4矩陣鍵盤(pán)在Proteus仿真時(shí)常用到直接賦值掃描，這種鍵盤(pán)掃描方式軟件和硬件都簡(jiǎn)單，本文所舉例子如圖1所示的硬件電路的連接方法是將鍵盤(pán)的4行連接到單片機(jī)P1口的低4位，將4列連接到P1口的高4位，編寫(xiě)程序時(shí)先將行控制的4位置低電平，4列置高電平，如若有按鍵按下，則4列的高電平中必然有一列拉低為低電平，此時(shí)編寫(xiě)程序存高4位的列值，將低4位的行值與0相與，以便后面返回鍵值。然后將4列置低電平，4行置高電平，如若有鍵按下，則其中一行必定為低電平，此時(shí)編程存低4位的行值，將高4位的列值與0相與，最后將兩次存下的行列值相或后作為鍵值返回，本例中如果0號(hào)鍵按下則返回0x11，1號(hào)鍵按下返回0x21，其他按鍵按下的返回值以此類(lèi)推。其軟件流程圖如圖2所示。

1.2 高電平掃描

矩陣鍵盤(pán)的另一種掃描方式為高電平掃描，即將鍵盤(pán)的列接低電平，如圖3所示，只需在鍵盤(pán)的行使用高電平一行一行掃描即可，如果有鍵按下則該列會(huì)被拉至高電平，圖3的硬件電路掃描初值賦值0x01，掃描到P13口后又從P10口開(kāi)始掃描即可。但在Proteus里連接此電路時(shí)要增加三極管，主要是因?yàn)槿绻患尤肴龢O管，則有按鍵按下該列的電平將達(dá)不到高電平狀態(tài)，影響鍵盤(pán)返回值，所以加入NPN型的開(kāi)關(guān)三極管即可解決該問(wèn)題，利用NPN三極管的基極為高電平時(shí)三極管導(dǎo)通，基極為低電平時(shí)三極管截止的原理。實(shí)際的硬件電路可以不必加入三極管，其軟件流程圖如圖5所示。

1.3 低電平掃描

在矩陣鍵盤(pán)掃描中常用的第3種硬件連接方式為低電平掃描，如圖4所示，這種掃描方式是將按鍵的一端連接高電平，這樣只需在用低電平掃描4行，本例所示掃描初值為0xfe，掃描到P13口后又從P10口開(kāi)始掃描即可。如果有鍵按下則相應(yīng)的列將為低電平，但在Proteus里由于軟件本身的原因，按鍵按下后檢測(cè)到的列值并無(wú)法被拉至低電平，相反而是相應(yīng)的行被拉為高電平，而實(shí)際的硬件電路是將列值拉至低電平。如果想要和實(shí)際硬件電路保持一致，在本例中，在列連接按鍵處加入了反相器，這樣就可以在按鍵按下時(shí)正常地將列拉至低電平，而檢測(cè)到的列值為反相后的高電平，以本例所示0號(hào)鍵返回的鍵值為0x1e，1號(hào)鍵返回值為0x2e，其余按鍵值類(lèi)推即可。低電平掃描軟件流程圖如圖5所示。

2 結(jié)論

本文以Proteus+keil 仿真軟件輔助單片機(jī)教學(xué)，并以單片機(jī)接口電路中最重要的矩陣鍵盤(pán)為例，列舉了4X4矩陣鍵盤(pán)的三種硬件連接電路和軟件掃描方式，并對(duì)高、低電平掃描方式在Proteus仿真軟件教學(xué)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析和列舉，并給出了解決方案，使得仿真教學(xué)和實(shí)際電路的教學(xué)保持一致，因此合理利用電子仿真技術(shù)，能有效解決在單片機(jī)教學(xué)中實(shí)踐和理論相結(jié)合的問(wèn)題。

項(xiàng)目編號(hào)：武昌工學(xué)院校級(jí)教研項(xiàng)目（2013JY33）

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