Protues仿真軟件在單片機原理課程中的應用

熊曉松　董逸君

摘 要 文章針對目前單片機課程中存在教學手段單一、學生動手能力差、教師教學困難的問題，提出使用protues仿真軟件輔助教學，通過實例矩陣鍵盤介紹了protues的使用，建立以項目開發為課程內容，豐富教學手段，激發了學生的學習興趣，培養了學生的單片機開發應用能力，提高了教學效果。

關鍵詞 仿真 單片機 教學應用

0 引言

“單片機原理及接口技術”課程是機電一體化專業的一門專業技能課，課程要求學生能夠掌握單片機的結構、工作原理及應用，能夠應用51單片機進行簡單的設計，培養學生的軟硬件設計能力，提高學生的實踐動手能力和創新能力。但單片機課程內容較為抽象，學生理解困難，課程要求學生勤動手動腦，需要通過大量的實驗實訓幫助學生理解所學知識。單片機實驗實訓中應用的實驗箱所設計的實驗內容大多是驗證性質的，實驗內容固定。學生對照實驗實訓指導書進行實驗，主觀能動性不足，這種實驗實訓限制了學生的綜合設計能力以及創新意識的培養。[1]

Proteus軟件是一種嵌入式系統仿真開發軟件，可以對電子線路設計與仿真，也能對很多種單片機系統進行電路設計、軟件設計、編譯和程序下載、仿真、層次電路和PCB 設計等。[2]學生可以根據設計需要進行系統搭建，并可進行調試、仿真驗證。設計方便靈活，實現了從概念到產品的完整設計。

1 教學案例

鍵盤是單片機應用系統中常用的輸入裝置。矩陣鍵盤減少了對單片機I/O口的占用，可提供數量較多的按鍵。在矩陣鍵盤中，與I/O口相連的行線與列線通過一個按鍵連接，此種連接比獨立式按鍵復雜，識別也更困難。因該部分內容涉及到判斷是否有無按鍵按下、確定是哪一個按鍵按下、該按鍵對應的功能是什么等較多問題，因此一直是教學難點。[3]

為了讓學生掌握該內容，教學圍繞“項目導向，任務驅動，案例教學，理論實踐一體化”的教學模式展開，教學由實際工作任務驅動，教學中以學生為中心，教師為主導，將Proteus軟件引入教學，將抽象知識轉化為具體技能；[4]分組討論分析案例，提高分析問題解決問題的能力；通過編程、調試、仿真將理論知識轉化為職業技能，提高學生的自主學習能力，達成教學目標。

1.1 硬件電路設計

首先講解工作任務：利用單片機建立系統對矩陣鍵盤進行按鍵顯示，矩陣鍵盤共有12個按鍵，對按鍵進行編號如1、2、3---A、 B，要求按下任意按鍵，數碼管顯示該按鍵編號。通過Proteus軟件設計該系統的硬件電路連線圖，如圖1所示。

1.2 軟件設計

教學時，教師充分與學生進行交流，教學中注意應用啟發式，循序漸進。首先要講解如何判斷有無按鍵按下。將列或行線輸出0，然后從行或列線讀入，判斷讀入的是否全為1，若不全為1，則有健按下。還要考慮消除按鍵在閉合或斷開時的抖動。

確定按下按鍵是通過逐行動態掃描得以實現，需要詳細講解每一個按鍵所對應的編碼值。不同的按鍵有不同的編碼值，由編碼值來確定按鍵。當然不同的矩陣鍵盤，不同的設計思路，其按鍵的編碼值也不相同，但編程原理、設計思路是相同的。此處系統的鍵盤矩陣中，可使列線1、2、3、4輸出掃描碼， 按鍵逐行動態接地（鍵盤的列值），行線5、6、7輸入按鍵狀態，稱回饋信號（鍵盤的行值）， 由行掃描值和回饋信號共同形成鍵編碼而識別按鍵、通過軟件查表，查出該鍵的功能。

教學中啟發引導應注意鍛煉學生獨立思考，解決問題的能力。讓學生擺脫被動式學習，啟發學生自主創新的精神。矩陣鍵盤掃描程序流程圖如圖2所示。

1.3仿真驗證

通過以上分析后編寫調試程序、編譯程序、鏈接后生成HEX文件下載到51單片機系統中，運行后觀察仿真效果。按下不同的按鈕，數碼管顯示對應的數字。在掌握了教學內容的基礎上，讓學生自己動手設計一個8*8的64個按鍵的矩陣鍵盤，增加設計難度，給學生以挑戰。此教學環節能夠帶給學生成就感，培養了學生的獨立思考能力和創新能力。

2 結束語

通過Proteus軟件引入教學，可實時設計電路并進行實驗驗證，激發了學生的學習熱情， 對那些迫切需要老師指導學習單片機且觀察效果的學生來說幫助巨大。利用好該軟件就無需單片機實物開發板，也能做到理論、實踐、仿真、密切結合，實現教、學、做、練一體化。更做到引導學生如何自主學習，鍛煉學生實踐能力，激發學生創新思維，培養學生單片機開發應用能力，使得學生在以后從事單片機開發的工作中具有一定的動手能力。

參考文獻

[1] 李生明，楊紅.PROTUES軟件在學習單片機中的應用[J].清遠職業技術學院學報，2010（12）：40-42.

[2] 劉建海，方曉群.Protues仿真軟件在電子實訓課程中的應用[J].電子制作，2014（6）：115.

[3] 李群芳，肖看.單片機原理、接口及應用[M].北京：清華大學出版社，2010：85-87.

[4] 萬松峰.基于Proteus的單片機原理與應用的教學改革[J].高教學刊，2016（14）：121-123.