天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 曹鵬飛

Keil與Proteus軟件在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用

天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 曹鵬飛

對(duì)單片機(jī)教學(xué)中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，通過(guò)具體實(shí)例指出利用Keil與Proteus軟件作為仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以有效進(jìn)行單片機(jī)的學(xué)習(xí)。在長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，利用Keil與Proteus軟件學(xué)習(xí)單片機(jī)可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)提高學(xué)生單片機(jī)實(shí)踐能力和綜合應(yīng)用能力具有較好的現(xiàn)實(shí)意義。

Keil；Proteus；單片機(jī)

1 引言

如今，單片機(jī)在社會(huì)的各個(gè)行業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用范圍包括通訊產(chǎn)品、家用電器、智能儀表、工業(yè)控制等領(lǐng)域。同時(shí)單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用是電子信息、自動(dòng)化、智能控制等專業(yè)的一門重要課程，如何讓學(xué)生在學(xué)?？焖僬莆諉纹瑱C(jī)的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)顯得尤為重要。Keil軟件和Proteus軟件作為強(qiáng)大的單片機(jī)開(kāi)發(fā)調(diào)試軟件，引入到單片機(jī)教學(xué)當(dāng)中，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，讓學(xué)生快速領(lǐng)略到單片機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用的魅力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

2 單片機(jī)課堂教學(xué)存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施

單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用作為一門理實(shí)一體化課程，既包括理論知識(shí)學(xué)習(xí)，也包括配套的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中一般按照單片機(jī)的內(nèi)部硬件資源、程序編程開(kāi)發(fā)、IO接口及擴(kuò)展電路等脈絡(luò)內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，對(duì)單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)普遍感到抽象難學(xué)，對(duì)一些具體應(yīng)用不能很好地理解和掌握。而教學(xué)采用的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備一般結(jié)構(gòu)固化，無(wú)法進(jìn)行硬件電路修改，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)存在著知其然不知其所以然的問(wèn)題，使學(xué)習(xí)效果受到影響。而采用Keil和Proteus軟件的聯(lián)合使用則可以很好地解決這一問(wèn)題。學(xué)生通過(guò)軟件可以進(jìn)行靈活的設(shè)計(jì)，體會(huì)不同的設(shè)計(jì)效果，從而對(duì)學(xué)習(xí)的內(nèi)容能夠有更加直觀的認(rèn)識(shí)和更加深刻的理解。同時(shí)，通過(guò)使用軟件可以滿足學(xué)生隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)的需求，有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

Keil軟件是最早是由美國(guó)Keil Software公司（后被ARM公司收購(gòu)）推出的單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，提供一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境μVision，兼容51系列和ARM系列等不同類型的單片機(jī)和嵌入式系統(tǒng)，可以使用C語(yǔ)言或者匯編語(yǔ)言進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)，軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境結(jié)構(gòu)清晰，操作簡(jiǎn)便，具有強(qiáng)大的軟件調(diào)試功能。

Proteus軟件是英國(guó)Lab Center Electronics公司出品的一種EDA工具軟件，主要由ISIS軟件和ARES軟件組成，ISIS軟件是一個(gè)電路原理圖編輯軟件，ARES軟件用于PCB的繪制。Proteus軟件除了原理圖設(shè)計(jì)和PCB制作以外，還能夠?qū)崿F(xiàn)交互仿真。Proteus軟件可以設(shè)計(jì)和仿真模擬電路、數(shù)字電路、模數(shù)混合電路等，提供多種型號(hào)的微處理器元件的設(shè)計(jì)與仿真，可以仿真的單片機(jī)包括51系列、AVR、PIC、ARM等。

Keil和Proteus軟件聯(lián)調(diào)設(shè)置一般包括2種設(shè)置方法：一種是離線聯(lián)合使用。在Keil軟件中編輯、修改源程序，然后經(jīng)過(guò)編譯生成HEX文件，在Proteus軟件中對(duì)原理圖進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，將HEX文件和對(duì)應(yīng)的單片機(jī)元件符號(hào)綁定，就可以進(jìn)行模擬仿真。另外一種是聯(lián)合仿真調(diào)試。需要在兩個(gè)軟件中進(jìn)行關(guān)聯(lián)參數(shù)設(shè)定，就可以實(shí)現(xiàn)在Keil軟件中對(duì)Proteus的仿真控制了。

3 基于Keil和Proteus軟件的教學(xué)實(shí)踐

下面以00-99計(jì)數(shù)器為例說(shuō)明一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用的完整設(shè)計(jì)過(guò)程。

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。軟件設(shè)計(jì)在Keil軟件中完成，硬件電路設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證在Proteus軟件中完成。

系統(tǒng)元件主要包括單片機(jī)AT89C51、兩位數(shù)碼管、按鍵。AT89C51是一款典型的51系列芯片，包括P0～P3四個(gè)IO接口。數(shù)碼管分為共陰極或共陽(yáng)極數(shù)碼管，極性不同單片機(jī)IO接口的輸出值也不相同。按鍵可以控制計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和停止。

打開(kāi)Proteus軟件中的ISIS程序，新建一個(gè)工程，從器件庫(kù)中選擇需要的元件添加到對(duì)象選擇器當(dāng)中，然后將元件放置到原理圖當(dāng)中并進(jìn)行連線，連線完畢可以對(duì)電路進(jìn)行電氣規(guī)則檢測(cè)以確保電路連接正確。

本系統(tǒng)電路如圖1所示。

圖1 00-99計(jì)數(shù)器電路圖

在Keil軟件中進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)，用C語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言編寫程序，生成后綴名為HEX的可執(zhí)行文件。在Keil軟件中創(chuàng)建工程，選擇ATMEL公司的AT89C51芯片作為仿真使用的單片機(jī)，編寫程序代碼，主要代碼如下：while(1)

{ if(button==0)

{ delay(100);

if(button==0)

{ i++;

if(ilt;99)

{ P0=seg7[i/10];

P2=seg7[i%10];

}

else

i=0;

}

}

delay(3000);

}

delay()函數(shù)為延時(shí)子程序，主要用于控制數(shù)碼管顯示的頻率。共陰極數(shù)碼管的數(shù)字顯示值被保存在一個(gè)數(shù)組當(dāng)中：

seg7[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}。

在Proteus軟件中將Keil軟件編譯生成的HEX文件通過(guò)設(shè)定參數(shù)的方式配置在單片機(jī)當(dāng)中，啟動(dòng)仿真操作，可以驗(yàn)證單片機(jī)程序設(shè)計(jì)的正確性。

相對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的硬件電路不容易修改，且硬件電路修改失誤容易造成實(shí)驗(yàn)失敗而無(wú)法進(jìn)行下去的缺點(diǎn)，軟件仿真具有明顯的優(yōu)勢(shì)。學(xué)生可以任意修改電路，例如可以選擇不同的IO接口作為輸入或者輸出接口，比較P0～P3接口的使用差異。學(xué)生也可以選擇調(diào)整單片機(jī)時(shí)鐘工作頻率，或者修改延時(shí)程序循環(huán)計(jì)數(shù)的范圍，或者通過(guò)調(diào)用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器中斷實(shí)現(xiàn)精確延時(shí)等不同設(shè)計(jì)手段，再運(yùn)行仿真器，即可得到數(shù)碼管不同的顯示結(jié)果。通過(guò)這種方式可以明顯縮短單片機(jī)設(shè)計(jì)和調(diào)試的時(shí)間，學(xué)生通過(guò)分析和比較運(yùn)行的結(jié)果，也可以更快更好的掌握單片機(jī)所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)。

Proteus軟件中提供了豐富的仿真器件資源庫(kù)，學(xué)生可以在掌握基本應(yīng)用的基礎(chǔ)上，完成進(jìn)一步的拓展訓(xùn)練。通過(guò)搭建更為復(fù)雜的電路，拓寬了學(xué)生的知識(shí)領(lǐng)域，使學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力得到進(jìn)一步提高。

4 結(jié)論

在單片機(jī)課程教學(xué)過(guò)程中，采用Keil和Proteus軟件進(jìn)行單片機(jī)仿真，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣顯著提高。學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)電路、軟件編程和模擬仿真對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用有了更加直觀和深刻的認(rèn)識(shí)，達(dá)到了事半功倍的效果。同時(shí)，相對(duì)于硬件設(shè)備的投入、消耗和維護(hù)，利用軟件仿真性價(jià)比更高，使用更加靈活，學(xué)生在課余時(shí)間沒(méi)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備的環(huán)境下也可以通過(guò)仿真進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，通過(guò)Keil和Proteus軟件的配合使用，學(xué)生的單片機(jī)應(yīng)用能力明顯提高，教學(xué)效果顯著，證明了在單片機(jī)課程學(xué)習(xí)中運(yùn)用這種教學(xué)方法和手段是合理和行之有效的。

[1]陳忠平．基于Proteus的51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿真(第2版)[M]．北京：電子工業(yè)出版社,2012．

[2]徐廣振,劉小莉．單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目化教程(C語(yǔ)言版)[M]．北京：電子工業(yè)出版社,2016．

[3]鄧柳,陳卉．C51單片機(jī)項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)踐教程(第2版)[M]．北京：人民郵電出版社,2015．

the problems existing in the teaching of single chip microcomputer are analyzed.Through specific examples，it is pointed out that using Keil and Proteus software as the simulation experimental platform can effectively learn microcontroller.In the long process of teaching practice，using Keil and Proteus software to learn microcontroller can stimulate students’ interest in learning，which is of practical significance to improve the students’practice ability and comprehensive application ability.

Keil；Proteus；MCU