張穩(wěn)穩(wěn)+嚴(yán)學(xué)文

摘 要： 針對(duì)顯示器件驅(qū)動(dòng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，提出利用 Proteus 軟件作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的輔助手段，并以驅(qū)動(dòng)2個(gè)4位LED數(shù)碼管為例，具體闡明了Proteus 軟件和Keil軟件在顯示器件驅(qū)動(dòng)技術(shù)教學(xué)中的聯(lián)合運(yùn)用方法。實(shí)踐證明，Proteus軟件的使用能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣， 加深學(xué)生驅(qū)動(dòng)原理及應(yīng)用的理解， 鍛煉學(xué)生進(jìn)行軟硬件綜合開發(fā)能力，加快實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，從而發(fā)掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛力。

關(guān)鍵詞： Proteus軟件； 實(shí)驗(yàn)教學(xué)； 顯示器件驅(qū)動(dòng)； 學(xué)習(xí)潛力

中圖分類號(hào)： TN41； TP312 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）14?0124?03

0 引 言

顯示器件驅(qū)動(dòng)技術(shù)是西安郵電大學(xué)光電信息工程專業(yè)的一門實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)課，共48學(xué)時(shí)，其中16學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課程。實(shí)驗(yàn)作用是使學(xué)生掌握各種顯示器件驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，主要內(nèi)容涉及單片機(jī)（51系列STC89RC52）與常見顯示器件接口電路的控制和應(yīng)用單片機(jī)C51語言編程實(shí)現(xiàn)顯示。在以往的傳統(tǒng)教學(xué)中，采取的方法是“先講解驅(qū)動(dòng)原理，再動(dòng)手實(shí)驗(yàn)”，但是實(shí)驗(yàn)效果并不好。原因是傳統(tǒng)教學(xué)中存在教、學(xué)、做受到條件的限制，學(xué)習(xí)效率不高等問題，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一節(jié)實(shí)驗(yàn)課，學(xué)生的時(shí)間都用來調(diào)試程序代碼，嚴(yán)重影響了實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度，影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。在教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)中引入高性能的軟件作為課程教學(xué)的輔助手段[1]，能夠有效解決傳統(tǒng)教學(xué)中出現(xiàn)的這些問題。

Proteus軟件已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于電子信息類課程中[1?7]，也取得了良好的教學(xué)效果；所以在顯示器件驅(qū)動(dòng)技術(shù)這門課中，選擇了Proteus仿真軟件作為教學(xué)的輔助工具，使得學(xué)生在課后可以按照自己的思路去設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路，完成絕大多數(shù)軟、硬件實(shí)驗(yàn)，不受實(shí)驗(yàn)電路、開發(fā)板等硬件設(shè)備的限制。本文將以LED數(shù)碼管的顯示驅(qū)動(dòng)為例，具體介紹Proteus軟件在顯示器件驅(qū)動(dòng)技術(shù)課程中的應(yīng)用。實(shí)踐證明，Proteus仿真軟件的應(yīng)用有助于學(xué)生對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的理解，解決了課外沒有硬件開發(fā)板的問題，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極和創(chuàng)造性。實(shí)驗(yàn)課的進(jìn)度和教學(xué)效果也大幅度提高。

1 Proteus 軟件介紹

Proteus 軟件是英國 Labcenter Electronics 公司出版的 EDA 工具軟件，具有Proteus原理圖繪圖、布圖、PCB自動(dòng)或人工布線、Spice電路仿真等功能[8]；在教學(xué)中之所以選中它，因?yàn)樗悄壳氨容^好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。與其他電子仿真軟件相比較，它除了能仿真單片機(jī)的工作情況，還能仿真單片機(jī)外圍電路或沒有單片機(jī)參與的其他電路的工作情況。 因此在仿真和程序調(diào)試時(shí)，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過程和結(jié)果。從某種意義上講， 這種仿真彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾。

在教學(xué)中選擇Proteus軟件，還有一個(gè)原因就是它能和Keil，Matlab等軟件聯(lián)合使用，使得學(xué)生可以在設(shè)計(jì)中直接編輯修改源代碼，并實(shí)時(shí)觀察運(yùn)行效果。

2 教學(xué)案例介紹

本文通過“在2個(gè)4位共陽極數(shù)碼管顯示自己生日”這一具體實(shí)驗(yàn)要求，介紹Proteus軟件在教學(xué)中的應(yīng)用。

2.1 硬件電路構(gòu)建

首先，打開Proteus軟件的原理圖繪制ISIS軟件，繪制52單片機(jī)的最小系統(tǒng)及數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路，如圖1所示。

圖1 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路圖

在顯示器件驅(qū)動(dòng)技術(shù)這門課中引入Proteus軟件，主要目的是促進(jìn)同學(xué)對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的理解及方便驅(qū)動(dòng)程序的調(diào)試，課程采用的數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路是完全按照實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有開發(fā)板上的原理圖設(shè)計(jì)的，數(shù)碼管是2個(gè)4位共陽極的數(shù)碼管。數(shù)碼管采用的是動(dòng)態(tài)掃描的方式，所有數(shù)碼管的A～G和DP端連接在一起構(gòu)成段選來確定顯示什么字形碼；每個(gè)數(shù)碼管的公共端，即圖中2個(gè)4位數(shù)碼管的1～4腳作為位選確定選擇那位數(shù)碼管被點(diǎn)亮，共需要16個(gè)I/O管腳來控制。89C52單片機(jī)有4個(gè)并行I/O口P0～P3，其中段碼由P0口的8個(gè)引腳P0.0～P0.7來控制；因?yàn)槭枪碴枠O的數(shù)碼管，位選需要提供高電平，但是單片機(jī)的I/O口驅(qū)動(dòng)能力有限，提供給數(shù)碼管的電壓不一定能滿足點(diǎn)亮數(shù)碼管所需要的電壓電流，所以位選由P2口通過PNP型的三極管9012來控制，三極管在這里起到一個(gè)開關(guān)的作用；R1～R16是限流電阻。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

在程序設(shè)計(jì)時(shí)，如果要讓某個(gè)數(shù)碼管亮，就必須給該數(shù)碼管送入選通信號(hào)，然后給某個(gè)字母所對(duì)應(yīng)的筆段送入低電平時(shí)，該筆段就會(huì)被點(diǎn)亮，顯示出效果。簡單地說就是“開位選，送段選”。根據(jù)實(shí)驗(yàn)具體要求，在Keil C編譯軟件下編寫的C51程序具體如下：

#include

unsigned int i=0；

unsigned char code table1[]={0x7f，0xbf，0xdf，0xef，0xf7，0xfb，0xfd，0xfe}；

unsigned char code table2[]={0xf9，0x90，0x90，0x92，0xc0，0x80，0xa4，0x82}；

void delay（unsigned int ）；

void main（void）

{

while（1）

{

for（i=0；i<8；i++）

{

P2=table1[i]； //開位選

P0=table2[i]； //送段碼

delay（40）；

}

}

}

void delay（unsigned int j） //delay {

while（j??）；

}

數(shù)碼管在輪流顯示過程中，數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間由delay函數(shù)決定，要求比較短1～2 ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感。

2.3 仿真調(diào)試

Proteus軟件仿真可以用2種方法，得到如圖2所示的仿真結(jié)果。

圖2 數(shù)碼管仿真結(jié)果

（1） 加載hex執(zhí)行文件：在Keil C軟件中編譯生成*.hex文件，在Proteus軟件中雙擊單片機(jī)，在“Program File”選項(xiàng)中加載相應(yīng)的hex文件，如圖3所示，然后啟動(dòng)仿真過程。如果顯示有問題，終止仿真過程，返回Keil C軟件里調(diào)整，重新生成hex文件，在Proteus軟件中重新仿真。這個(gè)方法因?yàn)楹推匠?shí)驗(yàn)中步驟相似（生成hex文件，下載到開發(fā)板觀察結(jié)果），被大多數(shù)同學(xué)所接受。

圖3 Proteus中單片機(jī)加載HEX文件

（2） 用Proteus和Keil C聯(lián)合仿真：在Proteus的官網(wǎng)下載聯(lián)調(diào)的安裝驅(qū)動(dòng)“VDMAGDI.EXE”，在Proteus的debug菜單中選中use remote debug monitor；進(jìn)入 Keil 的 project 菜單 Option for Target‘Target1，在 Output 選項(xiàng)下的create hex file 選項(xiàng)前打鉤， 在Debug 選項(xiàng)欄右上角Use 選項(xiàng)右邊的下拉框中，選中 Proteus VSM Monitor ?51 Driver 。再進(jìn)入setting，如果是單機(jī)聯(lián)調(diào)，IP為127.0.0.1，如圖4所示；如不是單機(jī)則填另一臺(tái)機(jī)的 IP 地址，端口號(hào)均為8000。在Keil C中啟動(dòng)調(diào)試“Debug→Start/StopDebugSession”，在Proteus中觀察直接結(jié)果。

3 結(jié) 語

在顯示器件驅(qū)動(dòng)技術(shù)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入Proteus仿真軟件，向?qū)W生展示了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試過程。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法彌補(bǔ)了學(xué)生在課前預(yù)習(xí)課后復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)時(shí)缺乏開發(fā)板不足的問題，消除了課堂上開發(fā)板損壞等因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。同時(shí)也加深了學(xué)生對(duì)顯示器件驅(qū)動(dòng)原理的理解，利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用技巧，明顯地提高了教學(xué)質(zhì)量。

圖4 聯(lián)合仿真Keil C調(diào)試設(shè)置

參考文獻(xiàn)

[1] 王海燕，楊艷華.Proteus和Keil 軟件在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012，31（5）：88?91.

[2] 袁鋒偉，趙立宏，朱慧玲，等.基于Proteus的單片機(jī)課程教學(xué)與實(shí)驗(yàn)改革[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007，26（12）：75?78.

[3] 張力，林衛(wèi)共.LabVIEW及Proteus軟件環(huán)境下單片機(jī)串口通訊的仿真方法[J].電子測(cè)量技術(shù)，2010（4）：87?90.

[4] 陳朝元，魯五一.Proteus軟件在自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2008，20（2）：318?320.

[5] 代啟化.基于Proteus的電路設(shè)計(jì)與仿真[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，29（19）：82?84.

[6] 楊宏，李國輝.基于Proteus與單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010，33（5）：104?106.

[7] 王忠，秦英林.Proteus軟件在嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010，33（16）：74?76.

[8] 朱清慧，張鳳蕊，翟天嵩，等.Proteus教程：電子線路設(shè)計(jì)、制版與仿真[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.

[9] 漆強(qiáng)，蔣泉.LED矩陣顯示屏實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2014（2）：19?21.

[10] 羅芬，林芝.Proteus的特點(diǎn)及在《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》的應(yīng)用淺析[J].大眾科技，2014（12）：113?114.