萬(wàn)松峰

(東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院　機(jī)電工程系，廣東　東莞　523808)

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Proteus在單片機(jī)理實(shí)一體化教學(xué)的應(yīng)用

萬(wàn)松峰

(東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，廣東東莞523808)

針對(duì)單片機(jī)的教學(xué)現(xiàn)狀，提出了基于Proteus的單片機(jī)理實(shí)一體化教學(xué)模式。通過對(duì)直流電機(jī)加減速控制的實(shí)例分析，表明使用Proteus仿真軟件有助于改進(jìn)單片機(jī)課程的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)。教學(xué)實(shí)踐表明，該方法培養(yǎng)了學(xué)生分析問題和應(yīng)用單片機(jī)的能力，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力和學(xué)習(xí)的自主性，取得了較好的教學(xué)效果.

單片機(jī)；理實(shí)一體化；Proteus軟件；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

我國(guó)高校機(jī)電一體化、自動(dòng)化、電氣電子、信息通信、計(jì)算機(jī)等專業(yè)都開設(shè)了單片機(jī)相關(guān)課程。單片機(jī)課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式以單片機(jī)的結(jié)構(gòu)為主線，先講硬件結(jié)構(gòu)后講指令系統(tǒng)最后綜合代碼驗(yàn)證。這種先原理后設(shè)計(jì)、先理論后實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式的缺點(diǎn)是:1)以單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理的講解不僅使學(xué)生理解困難而且感覺課程枯燥乏味；2)以單片機(jī)原理和匯編指令為核心的教學(xué)造成學(xué)生應(yīng)用能力的不足；3)理論和實(shí)踐脫節(jié)的教學(xué)使學(xué)生缺少對(duì)單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)的感性認(rèn)識(shí)和工程體驗(yàn)。這種教學(xué)模式不能有效培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用技能和激發(fā)學(xué)生的積極性，使學(xué)生普遍感到內(nèi)容枯燥且很難入門。

本文通過對(duì)單片機(jī)教學(xué)現(xiàn)狀的分析提出基于Proteus的單片機(jī)課程理實(shí)一體化教學(xué)模式，研究一套可操作的“做中學(xué)[1]”“學(xué)中練”的項(xiàng)目化教學(xué)，并推動(dòng)落到實(shí)處。整個(gè)教學(xué)過程以實(shí)際的項(xiàng)目情境和完整的工作過程為導(dǎo)向，以典型的工作任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，以項(xiàng)目的開發(fā)步驟為順序，以Proteus仿真為載體，突出學(xué)生的主體地位，使學(xué)生在項(xiàng)目開發(fā)過程中，積累項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，較好地理解單片機(jī)結(jié)構(gòu)，扎實(shí)掌握單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)技能，形成對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作的實(shí)際工作能力。

1　Proteus軟件簡(jiǎn)介

Proteus是英國(guó)Lab Center Electronics公司開發(fā)的一款著名的能夠?qū)Ω鞣N處理器進(jìn)行仿真、調(diào)試與測(cè)試的EDA工具[2]，真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)、測(cè)試與驗(yàn)證[3]。Proteus提供的元件庫(kù)涵蓋了目前實(shí)踐應(yīng)用中的大部分資源，既有模擬元件也有數(shù)字元件。在單片機(jī)仿真應(yīng)用方面支持多種微控制器及常見的外圍芯片，并且支持與當(dāng)前流行的單片機(jī)開發(fā)環(huán)境( Keil、MPLAB、IAR)連接調(diào)試的軟硬件仿真系統(tǒng)[4]。

Proteus軟件將電路設(shè)計(jì)、PCB制版和模型仿真等多種功能以及各種虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等整合在一個(gè)平臺(tái)上，可以進(jìn)行原理圖繪制、代碼的調(diào)試以及單片機(jī)和外圍電路的仿真[5]，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。利用該軟件可以很好地彌補(bǔ)單片機(jī)課程理論教學(xué)和實(shí)踐應(yīng)用脫節(jié)的缺陷，對(duì)于單片機(jī)仿真接近實(shí)際做到了一體化和互動(dòng)效果，這使它超越了“虛擬”，成為具有現(xiàn)實(shí)意義的教學(xué)及研發(fā)平臺(tái)。

2　Proteus軟件在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例

單片機(jī)教學(xué)涉及軟件和硬件兩方面的知識(shí)，在教學(xué)中應(yīng)從單片機(jī)應(yīng)用角度來(lái)講述單片機(jī)的硬件原理和程序設(shè)計(jì)。下面以51單片機(jī)控制直流電機(jī)為例來(lái)說明Proteus在單片機(jī)理實(shí)一體化教學(xué)中的應(yīng)用。

2.1硬件電路設(shè)計(jì)

51單片機(jī)控制直流電機(jī)項(xiàng)目主要模塊包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、L298控制直流電機(jī)模塊、加減速等級(jí)顯示模塊、正反轉(zhuǎn)指示模塊和功能鍵控制模塊。

該項(xiàng)目利用51單片機(jī)的中斷技術(shù)和定時(shí)/計(jì)數(shù)器技術(shù)產(chǎn)生可調(diào)占空比的PWM脈沖控制直流電機(jī)的運(yùn)行，利用L298集成電路驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。51單片機(jī)P3.0口功能鍵控制直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)，P3.2口功能鍵控制直流電機(jī)加速，P3.3口功能鍵控制直流電機(jī)減速。51單片機(jī)P0和P2口接靜態(tài)數(shù)碼管顯示調(diào)速等級(jí)(1～20級(jí))，P1.0接紅色發(fā)光二極管指示電機(jī)反轉(zhuǎn)，P1.1接綠色發(fā)光二極管指示電機(jī)正轉(zhuǎn)。結(jié)合各個(gè)部分電路的設(shè)計(jì)，選擇合適的元器件，在Proteus中繪制如圖1的硬件電路圖。

圖1　單片機(jī)控制直流電機(jī)圖

2.2程序設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)利用單片機(jī)定時(shí)器T0產(chǎn)生一個(gè)周期為4 ms、頻率為250 Hz且占空比可調(diào)的PWM脈沖。外中斷0工作于邊沿觸發(fā)方式響應(yīng)加速按鍵，每按一下加速按鍵計(jì)數(shù)值加1，實(shí)現(xiàn)PWM占空比增加；外中斷1工作于邊沿觸發(fā)方式響應(yīng)減速按鍵，每按一下減速按鍵計(jì)數(shù)值減1，實(shí)現(xiàn)PWM占空比的降低；正反轉(zhuǎn)按鍵通過查詢方式，按下正

轉(zhuǎn)，抬起反轉(zhuǎn)。本程序采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括主程序模塊、產(chǎn)生PWM脈沖模塊、外中斷按鍵掃描模塊。

1) 主程序模塊。

主程序主要完成系統(tǒng)參數(shù)初始化、設(shè)定定時(shí)參數(shù)、開中斷、顯示調(diào)速等級(jí)、啟動(dòng)電機(jī)正/反轉(zhuǎn)等。主程序流程如圖2所示。

圖2　主程序流程

具體主程序如下:

#include

sbit Key=P3^0;

unsigned char PWMH，COUNTER;

unsigned char display[]={0xc0，0xf9，0xa4，0xb0，

0x99，0x92，0x82，0xf8，0x80，0x90};

void main()

{

TMOD=0x02;//設(shè)置 T0模式2

TL0=0x38; //設(shè)置定時(shí)初值

TH0=0x38;

EA=1;

ET0=1;

TR0=1;

EX0=1;

IT0=1;

EX1=1;

IT1=1;

while(1)

{

P0=DISPLAY[PWMH/10]; //顯示速度等級(jí)十位

if( Key==0) //判定電機(jī)正轉(zhuǎn)

{

MOTOR1=SPEED;

MOTOR2=0;

P1=0xFE;

}

else //判定電機(jī)反轉(zhuǎn)

{

MOTOR2=SPEED;

MOTOR1=0;

P1=0xFD;

}

}

}

2)產(chǎn)生PWM脈沖模塊。

voidINTTO( ) interrupt 1；//調(diào)制PWM脈沖實(shí)現(xiàn)電機(jī)加/減速

{

COUNTER++ ;

if(COUNTER<=PWMH) SPEED=1;//產(chǎn)生PWM脈沖的高電平

else SPEED=0;//產(chǎn)生PWM脈沖的低電平

if(COUNTER==20)COUNTER=0;

}

3)外中斷按鍵掃描模塊。

void int_0() interrupt 0//加速按鍵響應(yīng)高電平，脈沖數(shù)加1

{

if(PWMH<20)PWMH++;

}

void int_1() interrupt 2//減速按鍵響應(yīng)高電平，脈沖數(shù)減1

{

if(PWMH>0)PWMH--;

}

2.3軟硬件結(jié)合仿真調(diào)試

將編譯后生成的.HEX 文件加入到Proteus仿真系統(tǒng)的單片機(jī)中，通過調(diào)試菜單進(jìn)行仿真機(jī)調(diào)試。在仿真調(diào)試過程中可以看到51單片機(jī)及其外圍設(shè)備的顯示狀態(tài)，也可以通過自帶的虛擬儀器測(cè)量顯示信號(hào)狀態(tài)。10級(jí)PWM調(diào)速直流電機(jī)正轉(zhuǎn)仿真圖如圖3所示，18級(jí)PWM調(diào)速直流電機(jī)反轉(zhuǎn)仿真圖如圖4所示。

圖3　直流電機(jī)正轉(zhuǎn)仿真圖

圖4　直流電機(jī)反轉(zhuǎn)仿真圖

3　結(jié)束語(yǔ)

將Proteus軟件引入單片機(jī)理實(shí)一體化教學(xué)是對(duì)教學(xué)方法和教學(xué)模式的一種改革，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)技能、硬件設(shè)計(jì)技能、實(shí)踐動(dòng)手技能和綜合運(yùn)用知識(shí)的技能都有積極作用。利用Proteus將理論教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合，有利于增強(qiáng)學(xué)生對(duì)單片機(jī)應(yīng)用的感性認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)、開發(fā)興趣和主觀能動(dòng)性，大大提高了教學(xué)質(zhì)量。

[1]查建中.論“做中學(xué)”戰(zhàn)略下的CDIO 模式[J].高等工程教育研究，2008(3)：1-6.

[2] 伍馮潔，謝斌.基于Proteus 與Keil 的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，28(7) ：125-127.

[3]王娟.Proteus軟件在單片機(jī)專題實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012，31(8) :72-74.

[4] 劉心紅，郭福田.Proteus仿真技術(shù)在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2007，24(3) ：96-98.

[5]李學(xué)禮，林海峰.基于Proteus軟件的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2005(9) ：5-6.

Application of Proteus on the MCU Teaching of Theory and Practice Integration

WAN Songfeng

(Department of Mechanical and Electrical Engineering，Dongguan Polytechnic，Dongguan 523808，China)

In view of the present MCU teaching status，this paper introduced the teaching pattern of the MCU teaching of theory and practice integration based on Proteus.The analysis of the DC motor accelerating and decelerating control indicates that the use of this teaching system of Proteus simulation software is helpful to improve theory teaching and practice teaching of the MCU course.Practice shows that the method has trained the students' ability to analyze and design MCU application system，and has boosted the students' innovation ability.Meanwhile，it has improved the study independence of the students.The teaching practice has proved to have a better teaching effect.

MCU；theory and practice integration；proteus software

2014-10-20；修改日期: 2014-11-08

廣東省示范校建設(shè)子課題(S140104)；東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)教改基金(JGXM2014017)機(jī)電創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目開發(fā)及教學(xué)研究。

萬(wàn)松峰(1979-)，男，碩士，講師，主要從事機(jī)電控制方面的研究。

O341;G642.423

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2016.01.025