基于Reil和Proteus的單片機課程改革

何小英

摘要：《單片機原理與應用》是機電、自動化控制等專業(yè)的核心課，該門課程基于職業(yè)教育為理念，培養(yǎng)實用性人才為目標，對單片機課程的教學內(nèi)容、方法等方面進行一系列的研究，本文主要針對單片機實踐環(huán)節(jié)進行改革探索，提高學生學習興趣，改善教學效果。

1.課程改革的背景及課題產(chǎn)生原因

在單片機的傳統(tǒng)教學模式中，多以課堂講授為主，輔助少量的硬件實驗。學生在被動接受知識的過程中往往感覺到課程內(nèi)容多、雜、亂，知識點難于掌握，若要設計出實際的電路更是無從下手，最終導致學生學習興趣不高，學習質(zhì)量較低和學習成績不理想的狀況。因此如何解決上述難題，一直都是我們在職教的學習中不斷探討的話題。

2.課程的問題分析與教學實踐思路

從目前出現(xiàn)的問題看，教學模式陳舊是教學不佳的外在因素，傳統(tǒng)的教學模式側重于用理論授課方式將單片機課程的概念抽象化，硬件設計復雜化，軟件模糊化，最后學生難于記住多少條指令、多少個引腳功能，使學生對學習望而生畏，挫傷了學習本門課程的積極性。

因此，為了進一步提高學生的學習興趣和職業(yè)素養(yǎng)，本課程的實踐教學改革思路是利用Kei]和Proteus來完成單片機時鐘電路設計，通過模塊化、項目化的學習，使學生較容易掌握單片機的結構、指令、硬件電路設計、程序模塊化編寫、元器件識別、焊接技術、相關儀器使用等綜合知識。這為今后能夠獨立進行單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)和維護打下堅實的基礎。

3.課程改革方案

本課程教學改革方案是基于Keil和Proteus時鐘控制系統(tǒng)為項目導向，讓學生在任務驅(qū)動中逐步掌握單片機的系統(tǒng)結構、硬件電路圖設計、應用程序的編寫，讓學生在實踐中去主動發(fā)現(xiàn)問題，并在書本中查找問題的解決辦法最終解決問題，從而達到理論與實踐相結合的目的。

3.1.Proteus簡介

Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HCll、PICIO/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器[2]。

3.2.時鐘控制系統(tǒng)

現(xiàn)在高精度的計時工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘、石英鐘、石英表都采用了石英技術，因此走時精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)試，數(shù)字式電子鐘用集成電路計時，譯碼器代替機械式傳動，用LED顯示器代替指針顯示時間，減小了計時誤差，這種表具有顯示時、分、秒的功能，還可以進行時、分、秒的校對。同時，在許多工業(yè)控制系統(tǒng)中也常常用時鐘系統(tǒng)來控制一些指令的下發(fā)和動作的驅(qū)動。

另外，結合時鐘控制系統(tǒng)設計的直觀性及實驗難度系數(shù)不太高的優(yōu)勢，本教學選取時鐘控制系統(tǒng)作為任務驅(qū)動，較大提高了學生的學習興趣和實踐操作能力。

3.3.硬件設計

3.3.1.單片機選型

進行單片機應用系統(tǒng)設計時，應先進行需求分析，根據(jù)應用需要確定系統(tǒng)的規(guī)模，然后選擇合適的單片機型號、存儲器的容量以及接口芯片的型號等。

本時鐘系統(tǒng)采用了AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k BytesISP（In system programmable）的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS 5l指令系統(tǒng)及80C51引腳結構，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。

3.3.2.數(shù)碼顯示器及其接口電路

數(shù)碼顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。在單片機應用系統(tǒng)中通常使用的是七段LED。這種顯示塊有共陰極與共陽極兩種，共陰極顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地，當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，共陽極顯示塊的發(fā)光二極管陽極并聯(lián)。

3.3.3.聯(lián)機調(diào)試

打開proteus的硬件仿真圖，設置與keil平臺相聯(lián)機調(diào)試的相關參數(shù)。在keil平臺上打開時鐘控制程序，完成程序的編輯與調(diào)試，并將程序加載到proteus中驅(qū)動時鐘開始工作，學生可以通過仿真圖的時鐘變化不斷修改程序，直到系統(tǒng)穩(wěn)定為止。將調(diào)試好的仿真圖生成PCB板并加工，將時鐘驅(qū)動程序?qū)懭雴纹瑱C存儲器中，并完成元器件焊接，電路調(diào)試，最終實現(xiàn)時鐘電路的脫機運行[5]。

通過這次項目化的實踐教學改革，一方面可以更加客觀、公平反映學生的學習成績評定，另一方面也增強了學生學習的效率與興趣，提高了學生的實踐操作能力與創(chuàng)新能力。

4.結論

通過Kei l和Proteus的單片機實踐課程改革，大多數(shù)學生能夠獨立完成本課程設定的各項任務，一方面可以更加客觀、公平反映學生的學習成績評定，另一方面大大增強了學生自主學習的意識，提高了學生的實踐操作能力與創(chuàng)新能力，這為今后的應用系統(tǒng)的設計及維護打下了堅實的基礎。通過這種項目化的改革理念，雖然對單片機的硬件結構介紹減少了，但學生對系統(tǒng)的軟、硬件的設計有了一個直觀的理解，實踐證明，實踐夠用，重在實用。

參考文獻：

[1]Keil C51使用手冊

[2]增強型8051單片機，6時鐘/機器周期和12時鐘/機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.

[3]工作電壓：5.5V～3。3V（5V單片機）/3.8v～2.0v（3V單片機）.

[4]劉秀文.單片機應用系統(tǒng)仿真策略的研究[J]。現(xiàn)代電子技術2005第28期.

[5]張麗娜.單片機系統(tǒng)設計與仿真[M]人民大學出版社2008年.