Protues仿真軟件在單片機(jī)原理課程中的應(yīng)用

熊曉松　董逸君

摘 要 文章針對(duì)目前單片機(jī)課程中存在教學(xué)手段單一、學(xué)生動(dòng)手能力差、教師教學(xué)困難的問題，提出使用protues仿真軟件輔助教學(xué)，通過實(shí)例矩陣鍵盤介紹了protues的使用，建立以項(xiàng)目開發(fā)為課程內(nèi)容，豐富教學(xué)手段，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用能力，提高了教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 仿真 單片機(jī) 教學(xué)應(yīng)用

0 引言

“單片機(jī)原理及接口技術(shù)”課程是機(jī)電一體化專業(yè)的一門專業(yè)技能課，課程要求學(xué)生能夠掌握單片機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用，能夠應(yīng)用51單片機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的軟硬件設(shè)計(jì)能力，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。但單片機(jī)課程內(nèi)容較為抽象，學(xué)生理解困難，課程要求學(xué)生勤動(dòng)手動(dòng)腦，需要通過大量的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)幫助學(xué)生理解所學(xué)知識(shí)。單片機(jī)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)箱所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大多是驗(yàn)證性質(zhì)的，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容固定。學(xué)生對(duì)照實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，主觀能動(dòng)性不足，這種實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)限制了學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力以及創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。[1]

Proteus軟件是一種嵌入式系統(tǒng)仿真開發(fā)軟件，可以對(duì)電子線路設(shè)計(jì)與仿真，也能對(duì)很多種單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、編譯和程序下載、仿真、層次電路和PCB 設(shè)計(jì)等。[2]學(xué)生可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行系統(tǒng)搭建，并可進(jìn)行調(diào)試、仿真驗(yàn)證。設(shè)計(jì)方便靈活，實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。

1 教學(xué)案例

鍵盤是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的輸入裝置。矩陣鍵盤減少了對(duì)單片機(jī)I/O口的占用，可提供數(shù)量較多的按鍵。在矩陣鍵盤中，與I/O口相連的行線與列線通過一個(gè)按鍵連接，此種連接比獨(dú)立式按鍵復(fù)雜，識(shí)別也更困難。因該部分內(nèi)容涉及到判斷是否有無按鍵按下、確定是哪一個(gè)按鍵按下、該按鍵對(duì)應(yīng)的功能是什么等較多問題，因此一直是教學(xué)難點(diǎn)。[3]

為了讓學(xué)生掌握該內(nèi)容，教學(xué)圍繞“項(xiàng)目導(dǎo)向，任務(wù)驅(qū)動(dòng)，案例教學(xué)，理論實(shí)踐一體化”的教學(xué)模式展開，教學(xué)由實(shí)際工作任務(wù)驅(qū)動(dòng)，教學(xué)中以學(xué)生為中心，教師為主導(dǎo)，將Proteus軟件引入教學(xué)，將抽象知識(shí)轉(zhuǎn)化為具體技能；[4]分組討論分析案例，提高分析問題解決問題的能力；通過編程、調(diào)試、仿真將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為職業(yè)技能，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

1.1 硬件電路設(shè)計(jì)

首先講解工作任務(wù)：利用單片機(jī)建立系統(tǒng)對(duì)矩陣鍵盤進(jìn)行按鍵顯示，矩陣鍵盤共有12個(gè)按鍵，對(duì)按鍵進(jìn)行編號(hào)如1、2、3---A、 B，要求按下任意按鍵，數(shù)碼管顯示該按鍵編號(hào)。通過Proteus軟件設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的硬件電路連線圖，如圖1所示。

1.2 軟件設(shè)計(jì)

教學(xué)時(shí)，教師充分與學(xué)生進(jìn)行交流，教學(xué)中注意應(yīng)用啟發(fā)式，循序漸進(jìn)。首先要講解如何判斷有無按鍵按下。將列或行線輸出0，然后從行或列線讀入，判斷讀入的是否全為1，若不全為1，則有健按下。還要考慮消除按鍵在閉合或斷開時(shí)的抖動(dòng)。

確定按下按鍵是通過逐行動(dòng)態(tài)掃描得以實(shí)現(xiàn)，需要詳細(xì)講解每一個(gè)按鍵所對(duì)應(yīng)的編碼值。不同的按鍵有不同的編碼值，由編碼值來確定按鍵。當(dāng)然不同的矩陣鍵盤，不同的設(shè)計(jì)思路，其按鍵的編碼值也不相同，但編程原理、設(shè)計(jì)思路是相同的。此處系統(tǒng)的鍵盤矩陣中，可使列線1、2、3、4輸出掃描碼， 按鍵逐行動(dòng)態(tài)接地（鍵盤的列值），行線5、6、7輸入按鍵狀態(tài)，稱回饋信號(hào)（鍵盤的行值）， 由行掃描值和回饋信號(hào)共同形成鍵編碼而識(shí)別按鍵、通過軟件查表，查出該鍵的功能。

教學(xué)中啟發(fā)引導(dǎo)應(yīng)注意鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考，解決問題的能力。讓學(xué)生擺脫被動(dòng)式學(xué)習(xí)，啟發(fā)學(xué)生自主創(chuàng)新的精神。矩陣鍵盤掃描程序流程圖如圖2所示。

1.3仿真驗(yàn)證

通過以上分析后編寫調(diào)試程序、編譯程序、鏈接后生成HEX文件下載到51單片機(jī)系統(tǒng)中，運(yùn)行后觀察仿真效果。按下不同的按鈕，數(shù)碼管顯示對(duì)應(yīng)的數(shù)字。在掌握了教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)一個(gè)8*8的64個(gè)按鍵的矩陣鍵盤，增加設(shè)計(jì)難度，給學(xué)生以挑戰(zhàn)。此教學(xué)環(huán)節(jié)能夠帶給學(xué)生成就感，培養(yǎng)了學(xué)生的獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新能力。

2 結(jié)束語

通過Proteus軟件引入教學(xué)，可實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)電路并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情， 對(duì)那些迫切需要老師指導(dǎo)學(xué)習(xí)單片機(jī)且觀察效果的學(xué)生來說幫助巨大。利用好該軟件就無需單片機(jī)實(shí)物開發(fā)板，也能做到理論、實(shí)踐、仿真、密切結(jié)合，實(shí)現(xiàn)教、學(xué)、做、練一體化。更做到引導(dǎo)學(xué)生如何自主學(xué)習(xí)，鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用能力，使得學(xué)生在以后從事單片機(jī)開發(fā)的工作中具有一定的動(dòng)手能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 李生明，楊紅.PROTUES軟件在學(xué)習(xí)單片機(jī)中的應(yīng)用[J].清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（12）：40-42.

[2] 劉建海，方曉群.Protues仿真軟件在電子實(shí)訓(xùn)課程中的應(yīng)用[J].電子制作，2014（6）：115.

[3] 李群芳，肖看.單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010：85-87.

[4] 萬松峰.基于Proteus的單片機(jī)原理與應(yīng)用的教學(xué)改革[J].高教學(xué)刊，2016（14）：121-123.