虛擬仿真技術在單片機實踐教學中的應用

胡慧鋪+金玉葉+李世紅+倪孔釋

基金項目：2013年溫州科技職業學院教育科學研究課題“電子類專業學生實踐能力和創新能力培養模式的研究”［課題編號：wzkj2013009］。

作者簡介：胡慧鋪（1983—），浙江溫州人，碩士，溫州科技職業學院信息技術系教師，主要研究方向：信息檢測與分析。摘要：單片機課程是一門實踐性很強的課程，將Proteus仿真軟件應用在單片機實踐教學中，提高了學生實踐能力，降低了實驗成本。本文以開發溫濕度采集系統為例，介紹Proteus軟件在單片機實踐教學中的應用。

關鍵詞：Proteus；SHT11；單片機實踐

圖1溫濕度采集系統原理仿真圖

圖2虛擬串口的設置1引言

單片機課程是電子信息工程專業的一門專業必修課，是一門實踐性很強的課程，加大實踐教學的比例，有利于提高學生對單片機知識的掌握，提高教學質量。Proteus是英國Labcenter electronics 公司推出的一款EDA仿真軟件，它將電路仿真、PCB設計結合到一起，解決了單片機及其外圍電路的設計和協同仿真問題。目前在國內高校單片機課程教學中得到廣泛應用。

2虛擬實驗平臺的搭建

下面我們利用Proteus 和Keil 構建一個適合“教、學、做”一體化教學的單片機虛擬實驗平臺。

（1）硬件電路的搭建。Proteus提供了數千種虛擬元器件，滿足了課程實驗的需求，學生就可以利用Proteus軟件搭建出應用電路。

（2）應用程序的編寫與調試。學生通過使用Keil開發環境來編寫與調試程序。

（3）軟硬件聯調。利用Proteus提供的開發插件，可以實現Keil與Proteus的系統聯調。

3實踐教學實例

利用89C51單片機，設計一個溫濕度采集系統，要求能夠實時顯示溫濕度并可上傳到上位機。

（1）硬件電路設計。本系統以SHT11為溫濕度傳感器、串口為通訊接口、LCD1602為顯示系統、AT89C51單片機為控制核心組成基于虛擬串口的溫濕度采集系統，如圖1所示。其中溫濕度傳感器，選擇使用基于I2C協議的SHT11。該器件的溫度測量范圍為-40℃～+1238℃，實現溫度信號的14位數字轉換精度；濕度測量范圍為0~100%RH，實現濕度信號的12位的數字轉換精度，最高分辨率可達003%RH。Proteus元件庫中直接提供了SHT11，其中第二和第三引腳為數據通訊引腳。本系統中通過單片機IO引腳與SHT11的數據通訊連接，模擬I2C總線編程實現溫度和濕度信號的采集。

數據通信——我們利用Proteus中的COMPIM器件和虛擬串口軟件搭建串口通訊接口，將實時采集溫度和濕度信息上傳給上位機。虛擬串口設置如圖2所示。PC機上使用串口軟件采集下位機上傳的溫濕度數據，本實驗中采用串口調試助手采集濕度和溫度數據，如

圖3所示。顯示部分采用LM016L液晶顯示屏，能夠滿足溫度和濕度的實時顯示要求。

（2）程序設計。單片機上電后先對串口、LCD進行初始化，接著通過convert_SHT（）對SHT11啟動溫度和濕度轉化并讀取實際溫度和濕度，然后在LCD上顯示結果并用串口發送數據，最后經虛擬串口軟件將結果同步顯示在串口調試助手上。程序流程圖如圖4所示。

（3）系統調試。在Proteus硬件電路圖中雙擊單片機，打開軟件編輯窗口，在Program File一欄中選擇有Keil編譯器生成的hex程序文件，單擊OK按鈕，程序下載完畢，點擊運行觀察效果，系統運行效果如圖1所示。

4教學組織

在單片機實踐教學中，所涉及的內容包括三方面：即單片機系統資源、硬件接口電路、軟件編程，教學時，充分考慮課程的特點將課程內容進行合理的劃分。

（1）單片機系統資源教學。單片機系統資源教學是圍繞著寄存器和存儲器展開的。可以通過執行Keil軟件中的Debug菜單中的Register選項打開相應的寄存器觀察窗口，查看寄存器變化，執行Debug菜單下的Internal Memory選項打開存儲器觀察窗口，查看存儲器內容變化。加深學生對相關知識點的理解。

（2）硬件電路教學。單片機的接口電路所涉及的知識較廣，在教學安排上應循序漸進，帶領學生分析實踐項目需求，確定設計方案。如本文實例，讓學生自主查找溫濕度傳感器，不限制器件型號。將學生方案匯總，進行比較，最后引入本設計方案。要求學生自主完成Proteus仿真圖的繪制。

（3）軟件編程的教學。軟件編程教學，主要是具體語句的執行效果驗證、算法的具體實現、程序中語法錯誤的檢查和邏輯錯誤的驗證等內容，在軟件教學安排中考慮到學生的能力，提供了包含共性錯誤的程序，由學生自行分析改正。

5結束語

基于Proteus的虛擬實驗平臺應用于單片機實踐教學中，可降低教學成本，減少系統的開發周期。通過完成相對復雜的課程實踐內容，每個學生進行獨立設計，不僅完成了知識建構，鍛煉了操作能力，而且激發了他們學習單片機的興趣，有助于后續課程的學習。

參考文獻：

劉守義．單片機應用技術．西安：西安電子科技大學出版社，2007．

朱清慧．Proteus教程——電子線路設計、制版與仿真．北京：清華大學出版社，2011．

張慶芳．Proteus軟件在高職單片機教學中的應用．輕工科技，2013，178（9）：88—89．

圖3上位機數據采集

圖4程序流程圖

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