基于Proteus的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究

鄭曉霞+曹劍英

摘 要 本文分析了目前單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的主要問題，闡述了使用Proteus軟件和編譯軟件Keil聯(lián)調(diào)的方式實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，該方法所涉及的單片機(jī)及外圍電路可以在沒有硬件的情況下進(jìn)行仿真，從而能極大地方便教師的教學(xué)和增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。采用Proteus軟件進(jìn)行虛擬單片機(jī)實(shí)驗(yàn)，硬件投入少、實(shí)驗(yàn)過程中損耗小，并且學(xué)生可以在課外自行的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，具有明顯的優(yōu)勢，具有推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞 Proteus軟件 單片機(jī) 仿真 Keil軟件

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，采用硬件仿真器、實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)板，實(shí)驗(yàn)箱上的電路已經(jīng)固定了，只能起驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的作用，實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般是做驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)；學(xué)生除了上實(shí)驗(yàn)課外，平時(shí)很難有做實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。單片機(jī)技術(shù)在不斷更新，設(shè)備也在不斷老化，設(shè)備維護(hù)工作量大。如果不斷的重建單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室，必將帶來資金耗費(fèi)等問題。

1 Proteus軟件

Proteus軟件由Labcenter公司開發(fā)的電路仿真軟件，由ISIS和ARES兩個(gè)軟件構(gòu)成。前者主要采用原理布圖的方法繪制電路并進(jìn)行相應(yīng)的仿真，后者主要用于PCB人工或自動(dòng)布線及其電路仿真。Proteus提供數(shù)千種元器件和各種虛擬儀器儀表。只需在電腦上裝上Proteus軟件，就相當(dāng)于有了一個(gè)設(shè)備齊全的實(shí)驗(yàn)室，可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試。

在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入Proteus仿真，可以使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更全面。單片機(jī)實(shí)驗(yàn)包括硬件電路仿真、單片機(jī)程序編寫、實(shí)際硬件電路的搭建，對于一個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以使用不同的方法搭建電路，在仿真軟件上修改比較容易，可以節(jié)省大量時(shí)間，這對于擴(kuò)展學(xué)生的思路和提高學(xué)習(xí)興趣有幫助，同時(shí)也可以提高學(xué)生的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，是工科學(xué)生解決實(shí)際工程問題能力的重要方面，因此，Proteus仿真可以提供給學(xué)生一個(gè)自行設(shè)計(jì)和創(chuàng)新性設(shè)計(jì)平臺(tái)。同時(shí)引入Proteus仿真還可以降低了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和運(yùn)行成本。

利用Proteus仿真也可以培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作能力。在Proteus中進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果所涉及到的內(nèi)容比較多，幾個(gè)同學(xué)可以分工合作，各自完成其中的某一部分，因此對于鍛煉學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作能力是有好處的。這樣可以讓學(xué)生明白一個(gè)比較大的工程設(shè)計(jì)是由一個(gè)開發(fā)小組協(xié)作完成的。

2 Proteus的單片機(jī)系統(tǒng)及仿真

以流水燈為例介紹，使用Protues和Keil聯(lián)調(diào)方式設(shè)計(jì)與仿真過程。

2.1硬件電路設(shè)計(jì)

用8只發(fā)光二極管模擬燈，以80C51單片機(jī)的P1口控制這8只發(fā)光二極管，用單片機(jī)P1來點(diǎn)亮一個(gè)發(fā)光二極管。P1輸出低電平時(shí)，使發(fā)光二極管LED正向偏置，就會(huì)點(diǎn)亮LED燈；P1輸出高電平時(shí)，使發(fā)光二極管LED反向偏置，就會(huì)使LED燈熄滅，P1口是準(zhǔn)雙向口，它作為輸出口時(shí)與一般的雙向口使用方法相同。由準(zhǔn)雙向口結(jié)構(gòu)可知當(dāng)P1口用作輸入口時(shí)，必須先對口的鎖存器寫“1”，若不先對它寫“1”，讀入的數(shù)據(jù)是不正確的。當(dāng)P3.0=1時(shí)，發(fā)光二極管從P1.0到P1.7依次輪流點(diǎn)亮；當(dāng)P3.0=0時(shí)，則按相反方向移動(dòng)輪流點(diǎn)亮。 在軟件設(shè)計(jì)中應(yīng)判斷P3.0位的狀態(tài)。根據(jù)不同的狀態(tài)，執(zhí)行程序的不同部分，控制流水燈的顯示。

2.2用Proteus軟件仿真

經(jīng)過Keil軟件編譯通過后，在ProteusISIS編輯環(huán)境中繪制仿真電路圖，將編譯好的“XM1.hex”文件分別加載到80C51里，然后啟動(dòng)仿真，就可以看到交通燈，效果圖如圖2所示。

3結(jié)束語

通過以上基于Proteus軟件的流水燈仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以使學(xué)生很直觀地理解軟硬件結(jié)合的思想，有利于增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中學(xué)生普遍反映在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)中引入Proteus仿真，對單片機(jī)的學(xué)習(xí)比單純學(xué)習(xí)書本知識(shí)更容易接受。實(shí)踐證明，在使用Proteus進(jìn)行系統(tǒng)仿真開發(fā)成功之后再進(jìn)行事物的制作，能培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。

基金項(xiàng)目：集寧師范學(xué)院教改課題《基于Proteus的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究》編號(hào)：JGKT2015040。

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