發揮 Proteus 和 Keil 軟件在單片機教學中的作用

張正明 王麗娟 石建國 電子科技大學中山學院

1 引言

單片機課程是電子信息類專業必修的專業課程，是一門綜合性和實踐性都很強的課程，通過該課程的學習，使學生了解單片機的基本原理及其應用，了解匯編指令功能、編程方法，掌握單片機應用系統的硬件組成，能夠使用C51 語言進行軟件開發，培養學生分析、解決實際問題的能力。

在進行傳統的理論教學時，要想課堂教學安排生動、有趣，難度比較大，難以讓學生看到電路變化、程序變化對實驗結果的影響，難有切身感受；在進行實踐教學時，受教學場地、設備數量和實驗箱產品更新慢等因素的影響，操作靈活性有限。鑒于此，我們在教學過程中引入 Proteus 軟件和Keil 軟件，可以方便地在 Proteus 平臺上中繪制和修改硬件電路圖，加深學生對單片機應用系統硬件電路的理解；在 Keil 軟件中編寫和修改相應指令，然后在 Proteus 平臺上進行聯合仿真。

在虛擬的硬件平臺上看到程序運行的結果，可以加深學生對電路連接和指令功能的理解。這樣，課堂上方便老師演示和講解，實驗課上和課下方便學生進行各種應用的設計，激發學生學習的興趣和積極性，增強學習效果。

發揮Proteus 軟件和 Keil 軟件的聯合應用，可以節約耗材，縮短開發周期，具有逼真效果。下面以矩陣鍵盤的輸入和數值顯示為例說明該方法的優勢。

2 4*4 矩陣鍵盤及顯示

4*4 矩陣鍵盤，共16 個按鍵，如果連接成獨立按鍵就需要16 個IO 管腳，而連接成矩陣鍵盤只需要8 個IO 管腳，節省了8 個管腳，按鍵越多節省的管腳越多，這就是矩陣鍵盤的優點，當然其缺點就是判斷具體按鍵的過程要復雜一下，這是以軟件的復雜性來換取硬件資源的節省的。

在Keil 平臺上建立工程文件并編輯程序，匯編鏈接產生HEX文件，在Proteus 平臺上連接電路圖，并在單片機芯片的屬性中鏈接對應的HEX 文件，即可以運行單片機應用系統。

圖1 4*4 矩陣鍵盤及顯示

在圖1 中，第0、1、 2、 3 列分別與P1.0、P1.1、 P1.2、 P1.3 相連接，第0、1、 2、 3 行分別與P1.4、 P1.5、P1.6、P1.7 相連接。在程序中可以先對管腳做適當定義，后面的程序就可以只考慮行列位置，而忽略具體管腳。由于采用逐行掃描方式，我們這里只定義列管腳，不定義行管腳。逐行掃描時，只有加到檢查行的信號為0，而其他行和所有列信號為1，4 次掃描的輸出信號我們用4 個元素的一維數組output 來表示。

sbit COL0=P1^0；

sbit COL1=P1^1；

sbit COL2=P1^2；

sbit COL3=P1^3；

uchar code output[4]={0xEF，0xDF，0xBF，0x7F}；

我們用一個函數getkey( )來實現按鍵的讀入和判斷，當K0～K15 按下時，函數返回0-F，如果沒有按鍵按下，函數返回0xFF。下面就是函數中的關鍵程序段。每個for 循環都執行4 次循環，相應地對4 行按鍵進行行掃描判別，i 對應第i 行，然后根據COL0～3的值判別按鍵列的位置，從而得到按鍵值。

if(P1= =0x0F)

result=0xFF；

else

{

for(i=0；i<4；i++)

{

P1=output[i]；

if(！COL0) {result=0+4*i；break；}

else if(！COL1) {result=1+4*i；break；}

else if(！COL2) {result=2+4*i；break；}

else if(！COL3) {result=3+4*i；break；}

}

}

有了getkey( )函數，就可以在需要的時候調用該函數，讀取按鍵值，并進行顯示，下面展示了本程序的主函數。void main()

{

uchar x=0；

ledtube(x)；

while(1)

{

x=getkey()；

if(x！=0xff)

ledtube(x)；

}

}

其中，ledtube(x)函數把x 值以數碼管形式顯示出來，這里的數碼管與P2 口相連接，數碼管采用共陰極數碼管。圖1 中顯示的是當按鍵K9 按下時的運行情況。

上例中還可以通過改變R2 的值，觀察限流電阻的作用，當電阻值由51 歐姆變小時數碼管亮度增強，而當電阻值由51 歐姆增大時數碼管亮度減弱，電阻增大到120 歐姆時，數碼管不亮。

如果以上矩陣鍵盤接線有變化，只需要在定義相應的管腳和output 初始化時做相應的修改即可。也可以按列掃描的方法讀取按鍵值。

3 6*6 矩陣鍵盤及顯示

圖2 6*6 矩陣鍵盤及顯示

如果增加按鍵數量，也可以由以上的程序稍作修改，就可以完成相應的任務。同時也可以增加獨立數碼管的數量顯示更多的信息。

圖2 是6*6 矩陣鍵盤的連接圖，為簡單起見，將列信號與P1 口相連接，將行信號與P3 口相連接，再增加一個數碼管，通過修改程序可以實現36 個按鍵的讀入和值的顯示。

兩個數碼管分別連接到P0 口和P2 口，但是這時必須采用共陽極數碼管，同時在P0 口的管腳處增加了上拉電阻，上拉電阻值為10K歐姆。這是P0 端口在使用時和其它三個端口的區別。所有這些設置和現象在仿真環境下可以輕易做到，圖2 是按下K26 時的運行情況。

4 結束語

本文以矩陣鍵盤的讀取和值的顯示為例，介紹了Proteus 軟件和Keil 軟件在單片機學習中的作用，有效利用好這兩個軟件可以方便介紹電路和指令的作用，提高教學效果。