Keil與Proteus軟件在單片機課程教學中的應用

廣東理工學院電氣工程系 龍小麗 唐東成 李欣雪

Keil與Proteus軟件在單片機課程教學中的應用

廣東理工學院電氣工程系 龍小麗 唐東成 李欣雪

本文介紹了Keil與Proteus這兩種軟件在"單片機應用技術"課程教學中的應用,以基于AT89C51單片機為核心的簡易可調時鐘為例闡述了Keil與Proteus軟件在仿真單片機應用系統時的步驟和需要注意的問題。將Keil與Proteus引入"單片機應用技術"課程教學中,可有效提高上課質量,幫助學生加深對課堂知識點的理解,為以后將所學知識應用到實踐中做好準備。

單片機應用技術;Keil;Proteus;仿真

1 引言

"單片機應用技術"是電子信息、通信工程及測控技術等理工科專業非常重要的一門課程,成為理工科專業的學生畢業后就業的一個主要專長。該課程教學目標是在理論教學的基礎上通過實踐教學,使學生掌握單片機組成(內部與外部結構)、端口使用(P0～P3口、RST、XTAL1、XTAL2等)、CPU片內資源(ROM、RAM)、中斷系統、定時器、外部擴展技術及程序設計等知識,培養學生具有利用單片機及其外圍芯片設計單片機系統的能力,為將單片機應用到傳感器、工控、家用電器及計算機通信等多個領域打下良好基礎。

在"單片機應用技術"課程的教學過程中,學生反映單片機的內部存儲結構、外部擴展技術、中斷系統及程序設計等知識難以掌握,雖然學習了理論知識,具體卻不知道如何應用。單片機課程的實踐性要求非常高,而對于傳統的教學模式,通常是先學習理論知識,再進行實踐操作,這種模式使得實踐操作與理論知識脫節。在單片機實踐課程教學中,通常采用只能進行單片機系統驗證的實驗箱,只能夠對一些應用系統進行驗證,學生沒有自己針對具體功能進行設計的機會,有一定的局限性[1]。Keil與Proteus軟件教學中的應用正好能夠解決這個問題。本文根據自己的教學經驗,討論Keil與Proteus軟件在單片機課程教學中的應用。

Proteus是一款可用于設計和開發單片機系統的仿真平臺軟件,它按功能劃分為ISIS、VSM、ARES三個部分。該軟件可用于模擬仿真51、PIC、AVR、HC11系列等常用的MCU及其外圍電路[2-3]。并支持大量的外圍芯片和存儲器。同時還支持C語言和匯編語言的程序設計。能和Keil 實現聯用調試。

Keil與Proteus聯用有兩種方式仿真單片機系統。一種是將源程序用Keil進行編譯生成單片機CPU可執行的后綴為。hex的文件,再將hex文件加載到Proteus中所繪制的硬件電路圖中的單片機中即可實現模擬仿真。二是Keil與Proteus連接調試。本文介紹第一種方式。

2 教學實例

設計一個完整的單片機應用系統的包括硬件與軟件兩部分設計,硬件電路的設計可用Proteus進行,軟件設計時可選用C或匯編進行設計。程序設計完利用Keil軟件進行編譯和調試。下面以"簡易可調時鐘"為例,介紹采用Keil與Proteus軟件進行單片機應用系統模擬仿真的過程。

2.1 設計要求

設計一個簡易可調時鐘;可動態的顯示時、分、秒,顯示格式為00-00-00;小時和分鐘可調;具有復位功能。

2.2 硬件電路原理圖設計

本文設計的"簡易可調時鐘(見圖1)"由主控電路、顯示電路、鍵盤電路等模塊組成。AT89C51是主控模塊的核心部分;鍵盤模塊采用獨立按鍵實現調時和調分的功能;顯示模塊采用8個共陰LED數碼管進行時間的動態顯示。打開ISIS 7 Professional界面,添加元件并連接,繪制圖1電路原理圖。原理圖用到的元件有AT89C51、7SEG-MPX8-CA-BLUE、CRYSTAL、BUTTON、RESPACK-8、CHIPRES10K、GRM0335C1E300JD01D、B45190E3106K209構成了AT89C51主控模塊、8位LED數碼管動態顯示屏、調時和調分按鍵、復位初始化電路等模塊。

圖1 "簡易可調時鐘"電路原理圖

AT89C51芯片是電路的核心,有4個(P0～P3)8位并行輸入/輸出端口。P2口輸出數段選碼,P2.0～P2.7引腳分別接到LED數碼管段選碼(A～DP)引腳上,P2.x口線為高電平時對應的段被點亮,由于P2口驅動能力較弱,加上100Ω上拉電路增加數碼管亮度。 P1口輸出位選碼,P1.0～P1.7引腳分別接到LED數碼管的位選碼(8～1)引腳上,P1.x口線為低電平對應位數碼管被點亮。單片機的和引腳分別經調時按鍵和調分按鍵后再接地,當掃描到P3.2口或P3.3口為低電平時表明按鍵按下,則執行調時或調分的功能。

“自采”的僅計算基本直接費，“他采”的還應計算相關費用、利潤及稅金。考慮到這兩種情況下主承包人的成本支出差異，應同時制定這兩種情況下的混凝土工程費率，“自采”的比“他采”的要高些。

圖2 "簡易可調時鐘"仿真電路

2.3 程序編譯

本文采用C語言進行程序設計,程序中主要包括初始化函數、T0中斷函數、T1中斷函數、鍵掃描函數等。程序設計完成后,用Keil u Vision3工具對此仿真系統的程序進行編輯和編譯,生成單片機CPU可執行的HEX文件。編譯步驟如下:

新建工程:在程序菜單打開Keil u Vision3,選擇Project菜單下New Project。在彈出的對話框中輸入工程名(jianyishizhong)并選擇工程的保存路徑;工程保存完后再選擇CPU,本文選擇AT89C51芯片。

新建源文件:打開File菜單,點擊New菜單項。點擊File菜單下Save菜單,在彈出的對話框中選擇源文件保存路徑(默認情況下和新建的工程在同一個文件夾下)并輸入文件名(jianyishizhong。 c)。點擊保存,產生jianyishizhong。c空白文件。

添加源文件到工程:點擊左側工作區窗口下Target 1左端顯示"+",展開目錄樹。鼠標右鍵單擊Source Group 1,在彈出的快捷菜單中選擇Add File to Group'Source Group 1'。在彈出對話框中選擇要添加的文件(jianyishizhong。c),點擊Add按鈕,即可將文件添加到工程。關閉添加文件對話窗口。在剛剛建立的jianyishizhong。c文件中編輯輸入程序并保存。

工程選項設置:鼠標右鍵單擊工作區窗口下的Target 1,選擇快捷菜單中的Options for Target'Target 1',彈出工程選項設置對話框。選擇Target標簽,在Xtal(MHz):

文本框內輸入單片機時鐘11.0592.選擇Output標簽,勾選Creat HEX復選框;該HEX文件即是下載到單片機的可執行代碼。

編譯:單擊工具欄全部編譯圖標,觀察窗口中提示信息。若程序無措,則編譯產生單片機可執行代碼hex文件,本文生成的hex文件為jianyishizhong。hex。

2.4 仿真效果

用Proteus軟件打開圖1電路,將jianyishizhong。 hex文件加載到AT89C51中,點擊Play鍵,運行仿真電路,顯示結果如圖2所示,可通過觀察運行結果判斷系統硬件與軟件設計的正確性。本文運行結果和設計要求一致,可動態的顯示時、分、秒,顯示格式為00-00-00,圖2顯示的時間為17點08分15秒;小時和分鐘可通過調時按鍵和調分按鍵進行調節;按下復位按鈕,電路立即可實現復位。

3 結論

上面以簡易可調時鐘為例,介紹Keil與Proteus軟件應用于單片機課程教學中。利用Keil與Proteus軟件,按照上述步驟,我們還可以設計看STC89C52看門狗、DS18B20數碼溫度計、急救交通信號燈、電子密碼鎖、音樂播放器、萬年歷等單片機應用系統的仿真實例,并運用到課程教學中。借助Keil與Proteus軟件在課堂中進行系統驗證,演示運行的結果,可加深學生對課堂知識點的理解,可有效提高課堂效果。由于軟件的低成本性和操作簡單性,在課后,學生可用這兩種軟件練習或設計單片機應用系統實驗,學習從電路設計、軟件程序編程到仿真結果觀察的完整過程,既可鞏固學生學到的知識,又可提高學生創新能力,同時還解決了實驗設計時間不足及實驗設備的問題,為優化單片機課程教學開拓了一條新路子。

[1]張德偉。單片機課程教學模式的探索與實踐[J]。中國科技,2007(6): 268-270.

[2]周潤景,張麗娜。基于Proteus的AVR單片機設計與仿真[M]。北京:航空航天大學出版社,2007.

[3]曾燕,賈振國。Proteus仿真技術在單片機教學中的應用[J]。長春工程學院學報:社會科學版,2011,12(1):132-134.

龍小麗(1989-),女,湖南湘西人,碩士研究生,助教,研究方向:電子與通信工程。

唐東成(1987-),男,湖南邵陽人,碩士研究生,助教,研究方向:復雜系統分析與控制。

李欣雪(1990-),女,黑龍江大慶人,碩士研究生,助教,研究方向:電子與通信工程。