Proteus和Keil聯(lián)合仿真在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用

劉祎　佘勃　張金花

【摘 要】本文分析了單片機(jī)教學(xué)現(xiàn)狀，提出基于proteus 和keil聯(lián)合仿真的單片機(jī)課程教學(xué)。Proteus的引入能很好地提高單片機(jī)教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)理論實(shí)踐教學(xué)高度結(jié)合，實(shí)現(xiàn)“教學(xué)做”一體化，促進(jìn)單片機(jī)教學(xué)改革。

【關(guān)鍵詞】proteus；keil；教學(xué)做一體化

中圖分類號： TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）20-0063-002

Application of Proteus and Keil Co - simulation in Single Chip Microcomputer Teaching

LIU Yi SHE Bo ZHANG Jin-hua

（School of Mechanical and Electrical Engineering，Suqian University，Suqian Jiangsu 223800，China）

【Abstract】This paper analyzes the status quo of single-chip teaching， proposed based on proteus and keil joint simulation of SCM teaching.The introduction of Proteus can improve the teaching effect of SCM，realize the combination of theory and practice teaching， realize the integration of "teaching" and promote the reform of SCM.

【Key words】Proteus；Keil；Teaching to do integration

單片機(jī)原理及應(yīng)用課程是電子、自動(dòng)化、機(jī)電、通信等專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，具有很強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，且與后續(xù)專業(yè)課程、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的聯(lián)系非常緊密，應(yīng)用領(lǐng)域廣，實(shí)用性強(qiáng)。但是教學(xué)中學(xué)生普遍感到難學(xué)，主要表現(xiàn)在課程內(nèi)容抽象、邏輯性強(qiáng)，教學(xué)過程極易陷入難教、難學(xué)的境地并形成惡性循環(huán)?；谥T多原因，大學(xué)單片機(jī)教學(xué)的效果并不理想，該課程的教學(xué)目標(biāo)很難實(shí)現(xiàn)。

1 目前教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 理論教學(xué)內(nèi)容抽象

單片機(jī)原理及應(yīng)用課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握單片機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、尋址方式、指令系統(tǒng)，能進(jìn)行硬件接口和應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)及對常用的單片機(jī)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，并能設(shè)計(jì)實(shí)際應(yīng)用產(chǎn)品。在理論教學(xué)過程中有許多知識點(diǎn)較抽象難以用語言解釋清楚，例如學(xué)生搞不懂單片機(jī)是怎么工作的，指令是怎么運(yùn)行的，定時(shí)計(jì)數(shù)器怎么才能工作等等。雖然借助PPT這樣的教學(xué)手段增加了信息量，可對于學(xué)生來說，對這門抽象性的課程依舊聽的云里霧里的。

1.2 實(shí)驗(yàn)多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多只是利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)箱做一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)箱的硬件電路已經(jīng)固化，學(xué)生只是按指導(dǎo)書上的說明通過導(dǎo)線進(jìn)行硬件電路連接，然后編寫程序做一些驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，實(shí)際上對整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程理解并不透徹，做完實(shí)驗(yàn)有時(shí)仍不知所云。

1.3 理論與實(shí)踐分離

傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)采用“理論+實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)模式，先理論后實(shí)驗(yàn)，理論以單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)為主線展開，內(nèi)容抽象，不易理解。實(shí)驗(yàn)先做軟件編程實(shí)驗(yàn)再做硬件編程實(shí)驗(yàn)，這樣下來，學(xué)生普遍感到難學(xué)，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣和自主性。

2 proteus和keil軟件的引入

Proteus軟件是英國Labcenter公司開發(fā)的一款仿真平臺軟件，可以對多款2單片機(jī)及相關(guān)接口芯片提供支持，支持keil等第三方編譯開發(fā)軟件，是一個(gè)全開發(fā)性的仿真實(shí)驗(yàn)平臺。

Keil是單片機(jī)集成開發(fā)系統(tǒng)平臺，支持51單片機(jī)的所有兼容機(jī)，提供包括C編譯器、宏匯編、連接器及仿真調(diào)試器的完整開發(fā)方案，這軟件不需要連接硬件可直接進(jìn)行純軟件仿真，能生成燒錄到芯片所需的.hex文件。

proteus、keil[1][2]軟件的系統(tǒng)軟硬件聯(lián)合仿真實(shí)現(xiàn)了理論知識、實(shí)踐教學(xué)的高度結(jié)合，優(yōu)化了教學(xué)過程。

3 proteus、keil聯(lián)調(diào)仿真在教學(xué)上的應(yīng)用

通過proteus和keil的設(shè)計(jì)仿真平臺，學(xué)生既能學(xué)習(xí)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)原理接線又能學(xué)習(xí)軟件調(diào)試方法。

3.1 proteus仿真在理論教學(xué)中的應(yīng)用

3.1.1 進(jìn)行基于proteus仿真的現(xiàn)場教學(xué)

單片機(jī)課程涉及軟硬件學(xué)習(xí)，內(nèi)容抽象不易理解，教師在進(jìn)入課堂之前可以針對這些難懂的內(nèi)容設(shè)計(jì)模型，在單片機(jī)課堂教學(xué)中使用proteus和keil的仿真設(shè)計(jì)平臺，可以在講授理論知識點(diǎn)后在proteus軟件中設(shè)計(jì)硬件電路，在keil軟件中編寫程序調(diào)試生成.hex文件，再進(jìn)行聯(lián)合仿真，觀察仿真結(jié)果。學(xué)生通過投影儀可以直觀的看到整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真效果，這樣增強(qiáng)了單片機(jī)教學(xué)的直觀性。

proteus軟件對硬件設(shè)備要求不高，不僅可方便在教室多媒體上安裝，學(xué)生也可以在自己的電腦上便捷安裝。在課堂教學(xué)過程中學(xué)生可以自帶電腦跟隨教師一起做仿真，學(xué)生可以在keil軟件中可以觀察執(zhí)行過程中寄存器、存儲器中內(nèi)容的變化和程序的運(yùn)行過程，這樣將抽象的內(nèi)容形象化了，學(xué)生也感受到了單片機(jī)的神奇，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)了“教學(xué)做”[3]一體化。

3.1.2 建設(shè)基于實(shí)例的仿真模型

基于proteus仿真平臺的單片機(jī)運(yùn)用讓學(xué)生有機(jī)會(huì)從運(yùn)用中學(xué)習(xí)，從而幫助并提高了學(xué)生運(yùn)用單片機(jī)的信心和能力。另外采用proteus仿真可以節(jié)約實(shí)物成本和制作實(shí)物的時(shí)間。例如實(shí)例“初識單片機(jī)IO口”的仿真過程可以讓學(xué)生更加直觀的生動(dòng)的理解單片機(jī)的IO口。endprint

{1}進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)

在keil u-vision3集成環(huán)境中進(jìn)行程序的編寫，命名為led.c，并保存。

#include

sbit L1=P2^0；

void delay02s（void）

{ unsigned char i，j，k；

for（i=20；i>0；i--）

for（j=20；j>0；j--）

for（k=248；k>0；k--）；

}

void main（void）

{while（1）

{L1=0；

delay02s（）；

L1=1；

delay02s（）；

}

}

由于keil在默認(rèn)狀態(tài)下不生成HEX文件，要在源程序編譯后產(chǎn)生HEX文件，需要在”Project”下拉菜單中選擇“Option for Target”對話框，在對話框中選中“Out put”的“Create Hex File”選項(xiàng)。這樣編譯程序后就會(huì)生成led.hex文件了[4]。

{2}進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，裝載程序進(jìn)行聯(lián)調(diào)

點(diǎn)擊proteus軟件啟動(dòng)界面的“P”按鍵，打開“Pick Device”對話框，從原件庫中選取所需的元器件，點(diǎn)擊OK按鈕完成元器件的添加，接著在proteus中完成各器件的連接。雙擊AT89C51元件，將led.hex裝載加載到單片機(jī)中，點(diǎn)擊運(yùn)行控制按鈕，觀察結(jié)果。其仿真圖如圖1所示。從仿真圖中可以看到LED燈在不停的閃爍，由于單片機(jī)IO口電平發(fā)生變化引起了LED燈亮滅。通過這個(gè)實(shí)例讓學(xué)生直觀理解IO口。

3.2 proteus仿真在實(shí)踐中的應(yīng)用[5]

proteus仿真引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生可以自主搭建實(shí)驗(yàn)電路，跳出了實(shí)驗(yàn)箱固有電路的束縛，避免了由于實(shí)驗(yàn)箱的損壞而錯(cuò)失實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。自主搭建電路做仿真更有利于學(xué)生掌握單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理。

proteus仿真引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，能讓平時(shí)一些開展起來效果不好的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目順利的開展起來。例如在實(shí)驗(yàn)箱中做的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)“點(diǎn)亮數(shù)碼管”實(shí)驗(yàn)中，在實(shí)驗(yàn)箱中使用了數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片ZLG7289，而這一部分程序進(jìn)行了集成封裝，使得學(xué)生做這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)總是弄得似懂非懂的。有了proteus仿真平臺，學(xué)生就可以自己去進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真，讓學(xué)生對單片機(jī)控制數(shù)碼管理解的透徹些。

4 結(jié)束語

Proteus軟件作為教學(xué)手段應(yīng)用到單片機(jī)教改中，可以增強(qiáng)學(xué)生對理論知識的理解，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)生單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，應(yīng)用實(shí)踐能力，培養(yǎng)單片機(jī)應(yīng)用型人才。

【參考文獻(xiàn)】

[1]杜樹春.基于proteus和keil的單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

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[3]李紹靜.基于案例驅(qū)動(dòng)的單片機(jī)教學(xué)模式研究[J].信息技術(shù)，2013（4）：59-62.

[4]宋劍英，石從剛.基于proteus的“學(xué)教做合一”高職教材建設(shè)——以單片機(jī)應(yīng)用建設(shè)為例[J].青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（2）：58-61.

[5]劉光平，陳紅仙，鐘平.proteus在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)教育，2015（17）：103-106.