淺談PROTEUS在單片機(jī)實(shí)踐課程中的應(yīng)用

樓俊君 趙永熹

摘 要：本文提出了將仿真軟件PROTEUS應(yīng)用于單片機(jī)實(shí)踐課程教學(xué)，并以自動溫控風(fēng)扇系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為例，說明如何具體應(yīng)用該軟件輔助實(shí)踐教學(xué)。因?yàn)榉抡孳浖茉诶L制好電路原理圖后直接運(yùn)行，動態(tài)顯示系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效果，直觀高效，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到了事半功倍的效果。

關(guān)鍵詞：仿真軟件；單片機(jī)；實(shí)踐

1、前言

隨著技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)市場也在不斷地發(fā)展，各種軟件和硬件產(chǎn)品蓬勃興起。單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個分支，具有體積小，功耗低，易于攜帶，便于使用等優(yōu)點(diǎn)，因此已廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域。

目前高校理工科都普遍開設(shè)了單片機(jī)課程，我校也不例外。與時俱進(jìn)，應(yīng)用新的教學(xué)工具軟件和新的教學(xué)方法，進(jìn)行單片機(jī)實(shí)踐課程的教學(xué)，對提高單片機(jī)課程的教學(xué)質(zhì)量非常重要。為此，我院使用PROTEUS仿真軟件，建立單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺，應(yīng)用于單片機(jī)課程的實(shí)踐教學(xué)中，取得了很好的教學(xué)效果。

2、基于PROTEUS的教學(xué)實(shí)例

為了說明PROTEUS在實(shí)踐教學(xué)中如何應(yīng)用，下面就以一個以單片機(jī)為控制核心的自動溫控風(fēng)扇系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為例加以說明。使用時用戶可以設(shè)置上限和下限溫度值，并將溫度分為五個級別，風(fēng)扇自動以相應(yīng)的速度運(yùn)行，控制狀態(tài)隨實(shí)時溫度而定。系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中還采用藍(lán)牙模塊HC-05 模塊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制風(fēng)扇啟停和調(diào)速。

2.1 自動溫控風(fēng)扇的仿真演示

在課堂向?qū)W生們提出如何用單片機(jī)為內(nèi)核設(shè)計(jì)自動溫控風(fēng)扇的問題后學(xué)生們都感覺很新奇有趣、貼近生活。在春夏（夏秋）交替時節(jié)，晝夜溫差較大，相比花更多的錢開空調(diào)，人們常選用電風(fēng)扇作為降溫設(shè)備。使用風(fēng)扇是一個便宜的選擇，然而，也有一些問題會出現(xiàn)。例如有些用戶會在離開時忘記關(guān)風(fēng)扇，也有些人煩惱需要為了調(diào)整電扇速度而特意走動。這些原因會導(dǎo)致風(fēng)扇在不使用時保持打開，導(dǎo)致電費(fèi)上漲。同時，由于風(fēng)扇持續(xù)運(yùn)作，電機(jī)升溫，可能造成的火災(zāi)隱患令人擔(dān)憂。本設(shè)計(jì)方案可以解決上述問題。本設(shè)計(jì)可以根據(jù)環(huán)境溫度自動調(diào)節(jié)風(fēng)扇啟停與轉(zhuǎn)速，有一定的實(shí)用價值。

然后教師調(diào)出PROTEUS仿真軟件里已經(jīng)畫好的自動溫控風(fēng)扇系統(tǒng)的原理圖在線仿真運(yùn)行，啟動仿真后，如圖1，數(shù)碼管顯示當(dāng)前DS18B20溫度傳感器采集的實(shí)時溫度，按下調(diào)速按鍵后，電機(jī)轉(zhuǎn)動，表示風(fēng)扇開始運(yùn)行，隨著實(shí)時溫度值的升高，電機(jī)的轉(zhuǎn)速自動調(diào)快，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)扇根據(jù)溫度的自動起停和調(diào)速，仿真過程結(jié)合動畫使得學(xué)生產(chǎn)生很大的學(xué)習(xí)興趣。

接下來教師就可以趁熱打鐵，介紹電路的工作原理、用到的關(guān)鍵技術(shù)、電路原理圖設(shè)計(jì)、軟件程序設(shè)計(jì)等知識。從原理上來說，本設(shè)計(jì)具體是以stc89c5單片機(jī)為控制中心，由電源子電路、晶振子電路、，復(fù)位子電路、溫度采集子電路等組成，通過燒錄將程序下載到單片機(jī)內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)其功能。用戶通過功能按鍵可以設(shè)置上限和下限溫度值，數(shù)碼管顯示電路顯示出當(dāng)前實(shí)時溫度和風(fēng)扇的檔數(shù)。

2.2 建立PROTEUS原理圖

由之前的分析可以確定自動溫風(fēng)扇控的硬件模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在本設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的技術(shù)就是如何采集溫度，本設(shè)計(jì)中采用的是 芯片，該芯片來自于DALLAS半導(dǎo)體器件公司，其擁有單總線技術(shù)，使得設(shè)計(jì)中不需要占用太多的I / O端口線，有結(jié)構(gòu)簡單、性價比高的優(yōu)點(diǎn)。

2.3 軟件程序設(shè)計(jì)、編譯、調(diào)試和仿真

軟件編程可以理解為人機(jī)對話，即人為了讓計(jì)算機(jī)按自己的設(shè)計(jì)意圖工作，必須要將自己的設(shè)計(jì)思路方法以編程語言的形式傳遞給計(jì)算機(jī)，使得計(jì)算機(jī)一步步按照人設(shè)計(jì)意愿執(zhí)行下去。本設(shè)計(jì)中采用的KEILC語言，這是一門和C語言很接近的高級語言，非常適合硬件編程。通過畫出流程圖，可以清楚地看出整個程序的編程思路。

課堂演示講解成功后，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣正濃，教師應(yīng)布置學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)踐，讓學(xué)生先在PROTEUS仿真環(huán)境下調(diào)試通過，再完成焊板制作。當(dāng)然這個過程中可能會出現(xiàn)不少問題，如學(xué)生可能把LED正負(fù)極接錯、單片機(jī)引腳接錯、編寫的軟件程序有語法錯誤編譯失敗等，當(dāng)學(xué)生出現(xiàn)問題時提倡學(xué)生自己去查找原因，找資料或互相討論，實(shí)在找不到原因時教師再給予幫助。當(dāng)學(xué)生成功地完成了仿真和實(shí)物后，就十分有成就感，對單片機(jī)產(chǎn)生濃厚的興趣了。

3、結(jié)束語

仿真軟件PROTEUS有所見即所得，直觀高效的優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用于單片機(jī)實(shí)踐課程教學(xué)，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，應(yīng)用于單片機(jī)實(shí)踐課教學(xué)，可以達(dá)到事半功倍的效果。

參考文獻(xiàn) ：

[1] 樓俊君，程啟明，黃云峰，趙永熹.PROTEUS仿真軟件在單片機(jī)課程創(chuàng)新教改中的應(yīng)用[J].蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2017，17（01）：64-66.

[2] 王偉.基于PROTEUS與KEIL C51軟件平臺的單片機(jī)仿真教學(xué)[J].電子制作，2015，13.

[3] 林立.單片機(jī)原理及應(yīng)用——基于Proteus和Keil C[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

作者簡介：

樓俊君，上海電力大學(xué)自動化工程學(xué)院，講師.