基于Proteus與Keil單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探討與研究

海南工商職業(yè)學(xué)院 陳媛媛青島理工大學(xué)琴島學(xué)院 陳 菁

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基于Proteus與Keil單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探討與研究

海南工商職業(yè)學(xué)院 陳媛媛
青島理工大學(xué)琴島學(xué)院 陳 菁

【摘要】單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)作為高職院校電子電氣類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，具有綜合性和實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，本文針對(duì)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題和弊端，提出了以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐技能和創(chuàng)新能力為主線、應(yīng)用為導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。從教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)手段兩方面探討了基于Proteus和Keil的仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)，并通過具體的實(shí)例闡述基于Proteus與Keil在單片機(jī)教學(xué)中起到的重要作用，這對(duì)提高學(xué)生單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的實(shí)踐能力和軟硬件綜合開發(fā)能力具有重要的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用意義。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；Proteus；Keil

0 引言

近年來，隨著單片機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展。在各種生產(chǎn)和技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域，它已成為電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)和通信技術(shù)中的一個(gè)重要開發(fā)工具［1］。實(shí)踐操作在單片機(jī)教學(xué)中是一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，大多采用單片機(jī)試驗(yàn)箱或目標(biāo)實(shí)驗(yàn)板加硬件仿真器的方式，這樣就意味著采購(gòu)更多的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，大大增加了學(xué)校硬件投入及維護(hù)的工作量［2］。隨著高等職業(yè)教育教學(xué)改革的逐步深化，目前的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中仍存在一些不足，國(guó)內(nèi)各個(gè)高校在單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)方面也在逐步探索和研究，試圖尋找一種更直接簡(jiǎn)單有效的方式來提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能及創(chuàng)新思維模式。本文通過對(duì)單片機(jī)教學(xué)現(xiàn)狀的分析，探討基于Proteus與Keil 的仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，提高單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能。

1 當(dāng)前高職高專單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀及面臨的主要問題

1.1 理論教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的問題

隨著職業(yè)教育對(duì)學(xué)生技能要求的不斷提高，目前大部分高職院校在單片機(jī)課程的教學(xué)模式上都逐步采用“教、學(xué)、做”一體化的教學(xué)模式，即理論和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，教師利用多媒體設(shè)備對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行講解，同時(shí)，利用單片機(jī)開發(fā)板或?qū)嶒?yàn)箱對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行演示和訓(xùn)練，這種教學(xué)模式雖然一定程度上提升了學(xué)生的積極性，但仍有待改進(jìn)。主要原因就是現(xiàn)有的單片機(jī)開發(fā)板或?qū)嶒?yàn)箱整個(gè)演示環(huán)節(jié)過于繁瑣，其中在計(jì)算機(jī)、仿真器或編程器與電源和實(shí)驗(yàn)電路板整個(gè)設(shè)備連接過程中，稍有不慎，就會(huì)造成仿真頭從電路板中脫落致使實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤，甚至可能會(huì)損壞仿真頭或?qū)嶒?yàn)電路板［3］。同時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)電路板上的器件較小，學(xué)生很難看清楚有關(guān)現(xiàn)象，再加上高職高專學(xué)生在理解與探索性實(shí)驗(yàn)方面能力欠佳，教學(xué)效果不甚理想［4］。

1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的問題

傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多采用驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，教師除了在課堂上按照教學(xué)大綱與計(jì)劃給學(xué)生安排相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)外，學(xué)生往往是跟著講義一步步操作進(jìn)行，多數(shù)同學(xué)只需按照教師要求進(jìn)行簡(jiǎn)單的接線插入實(shí)驗(yàn)箱，即使更改實(shí)驗(yàn)，學(xué)生也只需按照教師參考程序做些簡(jiǎn)單修改，多數(shù)學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)前根本不了解實(shí)驗(yàn)原理及目的，這種現(xiàn)象在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中極為普遍。學(xué)生真正動(dòng)手動(dòng)腦的機(jī)會(huì)并不多，也達(dá)不到培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力及創(chuàng)新能力。同時(shí)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)由于單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)地和時(shí)間的局限性，學(xué)生除了在課堂上接觸單片機(jī)外，課余時(shí)間很難有實(shí)踐機(jī)會(huì)，也不能給優(yōu)秀學(xué)生提供一個(gè)良好的電子設(shè)計(jì)和制作的場(chǎng)所，難以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

2 針對(duì)傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)的改進(jìn)方案

針對(duì)上述單片機(jī)教學(xué)現(xiàn)狀及存在的弊端，現(xiàn)采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)、案例教學(xué)、項(xiàng)目向?qū)У刃问竭M(jìn)行單片機(jī)教學(xué)改革。引入基于Proteus和Keil的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺(tái)，其最大的特點(diǎn)就是：以項(xiàng)目為載體組織教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合電腦軟硬件知識(shí)，只需通過Proteus和Keil兩種軟件就可以將單片機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)過程與相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合在一起，完全不用仿真器、編程器、實(shí)驗(yàn)板和電源等裝置，使學(xué)生在學(xué)會(huì)單片機(jī)開發(fā)過程的同時(shí)，認(rèn)識(shí)單片機(jī)，使用單片機(jī)，掌握單片機(jī)的基本原理、相關(guān)概念。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于理解、功能豐富，硬件損耗低等特點(diǎn)。滿足了正常單片機(jī)教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)等要求，教學(xué)效果好。

3 基于Proteus和Keil的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探究

3.1 Proteus和Keil簡(jiǎn)介

Proteus 軟件是英國(guó)Lab Center Electronics公司開發(fā)的EDA工具軟件，它不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。此外，Proteus軟件具有強(qiáng)大的單片機(jī)原理圖制作能力，并且能對(duì)設(shè)計(jì)的電路圖進(jìn)行實(shí)時(shí)交互式仿真，能為設(shè)計(jì)人員提供多種虛擬儀器，是目前最好的仿真單片機(jī)外圍器件工具。主要的功能模塊有智能原理圖設(shè)計(jì)、完善的電路仿真功能、單片機(jī)協(xié)同仿真功能及實(shí)用的PCB設(shè)計(jì)平臺(tái)，是一個(gè)巨大的教學(xué)資源，測(cè)試可控、易于評(píng)估且易于實(shí)施。

Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)，是目前世界上最好的51單片機(jī)開發(fā)工具之一。支持8051微控制器的PK51專業(yè)開發(fā)工具，支持所有的8051系列的芯片，包括經(jīng)典設(shè)備以及具有IP核的設(shè)備。Keil u Vision 4 是Keil公司關(guān)于8051系列MCU的開發(fā)工具，可以用來編譯C源代碼、匯編源程序、連接和重新定位目標(biāo)文件和庫(kù)文件、創(chuàng)建HEX文件、調(diào)試目標(biāo)程序等，是一種集成化的文件管理編譯環(huán)境。u Vision是C51 for Windows的集成開發(fā)環(huán)境，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程，其主要優(yōu)點(diǎn)為：Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解，在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)；與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，易于學(xué)生學(xué)習(xí)。

圖1 電子搶答器原理圖

3.2 基于Proteus和Keil的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例

本文以80C51 單片機(jī)設(shè)計(jì)的電子搶答器為例，介紹如何通過Proteus 7.1 和Keil Vision 4 的結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)電路的仿真。

3.2.1 硬件電路設(shè)計(jì)

在Proteus 7.1 中繪制原理圖，保存命名為dianziqiangdaqi. DSN。如圖1所示。

3.2.2 在 Keil u Vision 4 中編寫程序，編譯并生產(chǎn) Hex 文件

新建一個(gè)Keil u Vision 4項(xiàng)目命名為 clock.Uv2 ，在select Device for Target 中選擇目標(biāo) CPU 為 ATMEL 公司的 AT89C52，并將其添加到工程。然后在 Option for TargetOutput 選項(xiàng)中，選中 Debug 選項(xiàng)，選中use選項(xiàng)中的 Proteus VSM Simulator 選項(xiàng)，如圖2所示。

圖2 Option for Target窗口設(shè)置

3.2.3 進(jìn)行仿真并觀察仿真結(jié)果

在 Proteus 中的Debug 選項(xiàng)，選中use Remote Debug monitor 選項(xiàng)，與KEIL聯(lián)調(diào)進(jìn)行仿真并觀察仿真結(jié)果。圖3即為仿真調(diào)試結(jié)果。

圖3 仿真結(jié)果

3.3 基于Proteus和Keil的單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)

通過上面的實(shí)例，可以看出Proteus 和Keil聯(lián)調(diào)在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中主要優(yōu)點(diǎn)有：激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣，充分體現(xiàn)了以學(xué)生為主體，以教師為引導(dǎo)的新的教學(xué)模式，讓學(xué)生參與到整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作過程中來，拓展了學(xué)生的知識(shí)面，減少實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成本，簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，鍛煉了學(xué)生創(chuàng)新的思維模式和動(dòng)手能力，加速對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)。

4 結(jié)論

綜上所述，基于 Proteus 和 Keil的單片機(jī)軟件仿真實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)，既無需購(gòu)置大量的硬件設(shè)備，也不需制作具體的硬件電路，節(jié)省了大量的時(shí)間和資金。除了在課堂時(shí)間外，學(xué)生還可以直接在其自己電腦上的開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行軟件仿真、調(diào)試，成功后再進(jìn)行相應(yīng)實(shí)際制作，也可以自行獨(dú)立設(shè)計(jì)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)和創(chuàng)造能力，符合當(dāng)今高職高專人才培養(yǎng)的要求。同時(shí)，學(xué)生參與整個(gè)實(shí)踐過程設(shè)計(jì)，完成了系統(tǒng)的知識(shí)構(gòu)建，鍛煉了操作能力，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，有助于整個(gè)課程的學(xué)習(xí)，有效的提高了其團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率和質(zhì)量，取得良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

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