ProteLIS和Keil聯合仿真在單片機教改實踐中的應用

【摘要】通過應用實例介紹，論述在項目教學法的單片機教改實踐中引入Proteus和Keil聯合仿真技術的可實施性，并分析仿真教學的效果。

【關鍵詞】單片機教學 仿真技術 Proteus Keil

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450－9889(2012)03C－0124－02

隨著社會的進步和科技的發展，依靠傳統的教學方法已不能滿足現代職業教育對職業能力培養的要求。因此，近20年來，許多國家根據各自的情況和不同的要求，創造并系統開發了一些適應社會、技術和生產發展要求的新的職業教育教學法或教學模式，特別是德國以培養關鍵能力為核心的行為引導型教學模式，使職業教育引入一種新的概念。這種新的教學模式，對職業教育的發展產生了極為深刻而廣泛的影響。

項目教學法是行為引導型教學方法中的一種，是師生通過共同實施一個完整的項目工作而進行的教學活動。學生通過項目的完成，不但可以學習知識，提高工作中與其他同學協調、合作的能力，還可以充分發掘自身創造潛能，促使自己在動手能力等方面不斷提高。項目教學法在整個教學過程中既發揮了教師的主導作用又體現了學生的主體作用。充分地展示了現代技工教育“以能力為本”的價值取向。然而，項目教學法仍存在一些不足的地方，需要不斷改善，本文擬以廣西工業職業技術學院為例，對于在項目教學法的單片機教改實踐中引入Proteus和Keil聯合仿真技術的實踐進行探討。

一、單片機教改現狀

廣西工業職業技術學院在開展以工作過程為導向的單片機教改工作以來，課堂教學的質量和效益得到了大幅度的提高。但是在教改實踐過程中，也出現了以下問題：首先，在理論教學中有許多理論知識難以用語言表達清楚，如果采用課堂演示則需要用到計算機、仿真器、電源和實驗電路板等設備，這櫸不但準備過程非常煩瑣，而且耗費大量教學時間，會影響課堂教學進度。其次，目前的實驗教學只是利用現有的試驗箱做一些驗證性實驗，僅憑這些要達到掌握對單片機的靈活應用是遠遠不夠的。何況，單片機實驗室建設和維護的成本較高，添置設備經費不足，保證正常教學質量已存在一定的難度，更難以保證教改的教學要求。因此，只有通過采取合理的教學方法及手段才能真正滿足單片機教改實踐的需要。

隨著計算機軟件仿真技術的發展，可以把Proteus和Keil軟件引入到單片機教改中。該軟件功能強大，只需在計算機上就可以仿真，實現可視化教學，能很好地解決上述教學中存在的問題，大大提高教學質量。

二、Proteus和Keil軟件在以工作過程為導向的教改中的應用

Proteus是英國Labcenter公司開發的電路分析與實物仿真EDA軟件。它運行于Windows操作系統上，可以對單片機進行實物級的仿真，仿真分析各種模擬電路、數字電路、數?；旌想娐?。Kefl軟件支持眾多不同公司的MCS51芯片，集編輯、編譯和程序仿真于一體，同時還支持匯編和c語言的程序設計，并且通過設置可與ProteUs聯機調試。Proteus和Keil對單片機的仿真具有強大的功能，將其引入單片機教改實踐中，勢在必行。

在工農業生產和日常生活中，單片機控制的溫度檢測系統應用十分廣泛，如消防電氣的非破壞性溫度檢測，電力、電訊設備之過熱故障預知檢測，空調系統的溫度檢測，醫療與健診的溫度測試?；?、機械等設備的溫度過熱檢測，等等。因此，單片機控制的數字溫度檢測系統設計是單片機教改實踐中的一個重要項目。該項目以AT89C51單片機為控制器，以DSl8820為數字溫度檢測‘元件，采用LCDl602液晶模塊顯示溫度狀態，利用Proteus和Kefl軟件建立仿真模型并進行仿真實驗。

(一)Proteus硬件電路設計

首先運行Proteus軟件，點擊啟動界面中的“P”按鍵(Pick De-vices，拾取元器件)，打開“PickDevices”對話框，從元件庫中拾取所需的元器件，點擊“OK”按鈕來完成元器件的添加(此項目中所用主要元器件如表1所示)。接著在Proteus中完成各元器件的連線。連接元器件有兩種方法：一種是直接畫連接線，一種是用網絡標號。當線路不是十分復雜時，采用直接畫連接線的方法比較直觀；當電路中連線十分復雜時，采用網絡標號的方法，可以使連接電路簡潔。本項目采用直接連線，繪制好的電路如圖1所示。

(二)軟件設計

系統在Keil u－Vision3集成開發環境編寫C51程序進行軟件開發，采用模塊化編程方式。在硬件設計的基礎上，根據DSl8820和LM016L的工作原理，軟件設計主要完成以下任務：初始化DSl8820，讀／寫DSl8820，讀取DSl8820轉換后的溫度值并轉換，初始化LM016L，LM016L顯示溫度值，按鍵設置溫度上下限，高低溫限聲光報警等。以上各個子任務分別用相應的子程序來實現，在主程序中有序地調用各個子程序模塊，程序主流程圖如圖2所示。

(三)系統仿真

在Keil uVi-sion3中，采用C51編寫源程序，在新建項目中選擇AT89C51單片機作為CPU，再將編寫好的C語言源程序加載到新建項目中。在“Project”下拉菜單中，選擇“OptionsforTarget”對話框，在對話框中選中“Out-put”選項卡的“Cre－ateHEX File”選項，最后點擊“ItebuildaIl Target Files”，編譯成功后生成“*．Hex”文件。在Proteus I－SIS7.5中，雙擊AT89C51，將可執行程序裝載到單片機中，如圖3所示。程序導入Proteus后，點擊仿真運行控制按鈕后，進入仿真調試狀態，點擊Play鍵，進行軟、硬件交互仿真。在Proteus仿真狀態下，調節DSl8820模塊的上下標改變溫度的輸入值(－55．0－＋125.0℃)，LM016L的輸出溫度值實時跟隨變化。例如，DSl8820檢測到的當前溫度是29.0℃。則經過單片機處理后，LM016L顯示出當前的溫度值29.0℃。并且顯示當前測出的溫度值小于設定的最低溫限值，報警指示指示燈閃亮，蜂鳴器嗚叫報警，仿真顯示結果如圖4所示。仿真結果表明，該溫度顯示器能準確地測量并顯示溫度，測量精度到0.1℃，通過K1實現即時溫度報值，K2、K3鍵控制溫度上下限設置，并能實現超限報警，仿真效果與系統預期實現的一致。

由上可見，利用功能強大的Proteus軟件提供的元件庫設計硬件電路及軟硬件仿真，可實現液晶溫度顯示器的仿真設計。該溫度測控器電路結構簡潔，可靠性高，成本低。通過Proteus的前期仿真提高了設計效率，縮短了開發周期，降低了設計成本，保證了設計的合理性和可靠性。

三、仿真教學效果分析

傳統的單片機教學采用“理論＋試驗”模式，理論教學以單片機的結構為主線展開，試驗以驗證單片機理論教學內容為目的而安排，一般情況下，先做單片機硬件結構的認識實驗，然后是指令和軟件編程的驗證實驗，最后是一個應用實例的驗證實驗。按照這種教學結構，學生普遍覺得難學，且缺乏學習熱情，對于高職院校的學生來說更是如此。而在采用項目教學法的單片機教改實踐中，通過引入各個應用性較強的實踐項目，結合Proteus和Keil軟件的系統軟硬件聯合仿真，實現了理論知識和實踐教學的高效結合，優化了教學過程。學生學習以項目為中心，有明確的任務，能圍繞項目組織已學知識和學習資源，學習的主動性、積極性得以發揮，而且開拓了思維、發揮了潛能、培養了個性、提高了協調能力、培養了團隊意識，使教學效果起到事半功倍的作用。