海南工商職業(yè)學(xué)院 陳媛媛青島理工大學(xué)琴島學(xué)院 陳 菁

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基于Proteus與Keil單片機實驗教學(xué)的探討與研究

海南工商職業(yè)學(xué)院 陳媛媛
青島理工大學(xué)琴島學(xué)院 陳 菁

【摘要】單片機應(yīng)用技術(shù)作為高職院校電子電氣類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，具有綜合性和實踐性強的特點，本文針對單片機實驗教學(xué)中存在的問題和弊端，提出了以培養(yǎng)學(xué)生的實踐技能和創(chuàng)新能力為主線、應(yīng)用為導(dǎo)向的實驗教學(xué)模式。從教學(xué)方法、實驗手段兩方面探討了基于Proteus和Keil的仿真實驗平臺單片機實踐教學(xué)，并通過具體的實例闡述基于Proteus與Keil在單片機教學(xué)中起到的重要作用，這對提高學(xué)生單片機開發(fā)應(yīng)用的實踐能力和軟硬件綜合開發(fā)能力具有重要的現(xiàn)實應(yīng)用意義。

【關(guān)鍵詞】單片機；實驗教學(xué)；Proteus；Keil

0 引言

近年來，隨著單片機技術(shù)的迅速發(fā)展。在各種生產(chǎn)和技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域，它已成為電子技術(shù)、自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、檢測技術(shù)和通信技術(shù)中的一個重要開發(fā)工具［1］。實踐操作在單片機教學(xué)中是一個十分重要的環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的單片機實驗教學(xué)，大多采用單片機試驗箱或目標(biāo)實驗板加硬件仿真器的方式，這樣就意味著采購更多的實驗儀器設(shè)備，大大增加了學(xué)校硬件投入及維護的工作量［2］。隨著高等職業(yè)教育教學(xué)改革的逐步深化，目前的單片機實驗教學(xué)中仍存在一些不足，國內(nèi)各個高校在單片機實踐教學(xué)方面也在逐步探索和研究，試圖尋找一種更直接簡單有效的方式來提高學(xué)生的實驗操作技能及創(chuàng)新思維模式。本文通過對單片機教學(xué)現(xiàn)狀的分析，探討基于Proteus與Keil 的仿真實驗平臺的實驗教學(xué)模式，提高單片機實驗教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的實驗技能。

1 當(dāng)前高職高專單片機實驗教學(xué)現(xiàn)狀及面臨的主要問題

1.1 理論教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的問題

隨著職業(yè)教育對學(xué)生技能要求的不斷提高，目前大部分高職院校在單片機課程的教學(xué)模式上都逐步采用“教、學(xué)、做”一體化的教學(xué)模式，即理論和實踐教學(xué)相結(jié)合，教師利用多媒體設(shè)備對理論知識進行講解，同時，利用單片機開發(fā)板或?qū)嶒炏鋵嵺`環(huán)節(jié)進行演示和訓(xùn)練，這種教學(xué)模式雖然一定程度上提升了學(xué)生的積極性，但仍有待改進。主要原因就是現(xiàn)有的單片機開發(fā)板或?qū)嶒炏湔麄€演示環(huán)節(jié)過于繁瑣，其中在計算機、仿真器或編程器與電源和實驗電路板整個設(shè)備連接過程中，稍有不慎，就會造成仿真頭從電路板中脫落致使實驗錯誤，甚至可能會損壞仿真頭或?qū)嶒炿娐钒澹?］。同時，由于實驗電路板上的器件較小，學(xué)生很難看清楚有關(guān)現(xiàn)象，再加上高職高專學(xué)生在理解與探索性實驗方面能力欠佳，教學(xué)效果不甚理想［4］。

1.2 實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的問題

傳統(tǒng)的單片機實驗教學(xué)大多采用驗證性實驗教學(xué)方式，教師除了在課堂上按照教學(xué)大綱與計劃給學(xué)生安排相應(yīng)的實驗環(huán)節(jié)外，學(xué)生往往是跟著講義一步步操作進行，多數(shù)同學(xué)只需按照教師要求進行簡單的接線插入實驗箱，即使更改實驗，學(xué)生也只需按照教師參考程序做些簡單修改，多數(shù)學(xué)生在做實驗前根本不了解實驗原理及目的，這種現(xiàn)象在單片機實驗教學(xué)中極為普遍。學(xué)生真正動手動腦的機會并不多，也達不到培養(yǎng)學(xué)生實踐動手能力及創(chuàng)新能力。同時，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)由于單片機實驗室場地和時間的局限性，學(xué)生除了在課堂上接觸單片機外，課余時間很難有實踐機會，也不能給優(yōu)秀學(xué)生提供一個良好的電子設(shè)計和制作的場所，難以培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。

2 針對傳統(tǒng)單片機教學(xué)的改進方案

針對上述單片機教學(xué)現(xiàn)狀及存在的弊端，現(xiàn)采用任務(wù)驅(qū)動、案例教學(xué)、項目向?qū)У刃问竭M行單片機教學(xué)改革。引入基于Proteus和Keil的單片機實驗教學(xué)仿真平臺，其最大的特點就是：以項目為載體組織教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合電腦軟硬件知識，只需通過Proteus和Keil兩種軟件就可以將單片機產(chǎn)品的設(shè)計與開發(fā)過程與相關(guān)的知識點有機結(jié)合在一起，完全不用仿真器、編程器、實驗板和電源等裝置，使學(xué)生在學(xué)會單片機開發(fā)過程的同時，認(rèn)識單片機，使用單片機，掌握單片機的基本原理、相關(guān)概念。具有結(jié)構(gòu)簡單，易于理解、功能豐富，硬件損耗低等特點。滿足了正常單片機教學(xué)和實踐教學(xué)等要求，教學(xué)效果好。

3 基于Proteus和Keil的單片機實驗教學(xué)探究

3.1 Proteus和Keil簡介

Proteus 軟件是英國Lab Center Electronics公司開發(fā)的EDA工具軟件，它不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。此外，Proteus軟件具有強大的單片機原理圖制作能力，并且能對設(shè)計的電路圖進行實時交互式仿真，能為設(shè)計人員提供多種虛擬儀器，是目前最好的仿真單片機外圍器件工具。主要的功能模塊有智能原理圖設(shè)計、完善的電路仿真功能、單片機協(xié)同仿真功能及實用的PCB設(shè)計平臺，是一個巨大的教學(xué)資源，測試可控、易于評估且易于實施。

Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，是目前世界上最好的51單片機開發(fā)工具之一。支持8051微控制器的PK51專業(yè)開發(fā)工具，支持所有的8051系列的芯片，包括經(jīng)典設(shè)備以及具有IP核的設(shè)備。Keil u Vision 4 是Keil公司關(guān)于8051系列MCU的開發(fā)工具，可以用來編譯C源代碼、匯編源程序、連接和重新定位目標(biāo)文件和庫文件、創(chuàng)建HEX文件、調(diào)試目標(biāo)程序等，是一種集成化的文件管理編譯環(huán)境。u Vision是C51 for Windows的集成開發(fā)環(huán)境，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程，其主要優(yōu)點為：Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解，在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢；與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，易于學(xué)生學(xué)習(xí)。

圖1 電子搶答器原理圖

3.2 基于Proteus和Keil的單片機實驗教學(xué)案例

本文以80C51 單片機設(shè)計的電子搶答器為例，介紹如何通過Proteus 7.1 和Keil Vision 4 的結(jié)合實現(xiàn)對單片機電路的仿真。

3.2.1 硬件電路設(shè)計

在Proteus 7.1 中繪制原理圖，保存命名為dianziqiangdaqi. DSN。如圖1所示。

3.2.2 在 Keil u Vision 4 中編寫程序，編譯并生產(chǎn) Hex 文件

新建一個Keil u Vision 4項目命名為 clock.Uv2 ，在select Device for Target 中選擇目標(biāo) CPU 為 ATMEL 公司的 AT89C52，并將其添加到工程。然后在 Option for TargetOutput 選項中，選中 Debug 選項，選中use選項中的 Proteus VSM Simulator 選項，如圖2所示。

圖2 Option for Target窗口設(shè)置

3.2.3 進行仿真并觀察仿真結(jié)果

在 Proteus 中的Debug 選項，選中use Remote Debug monitor 選項，與KEIL聯(lián)調(diào)進行仿真并觀察仿真結(jié)果。圖3即為仿真調(diào)試結(jié)果。

圖3 仿真結(jié)果

3.3 基于Proteus和Keil的單片機實踐教學(xué)的優(yōu)點

通過上面的實例，可以看出Proteus 和Keil聯(lián)調(diào)在單片機實驗教學(xué)中主要優(yōu)點有：激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機的興趣，充分體現(xiàn)了以學(xué)生為主體，以教師為引導(dǎo)的新的教學(xué)模式，讓學(xué)生參與到整個實驗操作過程中來，拓展了學(xué)生的知識面，減少實驗室建設(shè)成本，簡化實驗教學(xué)模式，鍛煉了學(xué)生創(chuàng)新的思維模式和動手能力，加速對學(xué)生實驗技能的培養(yǎng)。

4 結(jié)論

綜上所述，基于 Proteus 和 Keil的單片機軟件仿真實踐教學(xué)系統(tǒng)，既無需購置大量的硬件設(shè)備，也不需制作具體的硬件電路，節(jié)省了大量的時間和資金。除了在課堂時間外，學(xué)生還可以直接在其自己電腦上的開發(fā)環(huán)境中進行軟件仿真、調(diào)試，成功后再進行相應(yīng)實際制作，也可以自行獨立設(shè)計，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)和創(chuàng)造能力，符合當(dāng)今高職高專人才培養(yǎng)的要求。同時，學(xué)生參與整個實踐過程設(shè)計，完成了系統(tǒng)的知識構(gòu)建，鍛煉了操作能力，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，有助于整個課程的學(xué)習(xí)，有效的提高了其團隊協(xié)作能力，提高實驗教學(xué)的效率和質(zhì)量，取得良好的教學(xué)效果。

參考文獻

［1］袁鋒偉，趙立宏，朱慧玲等.基于 Proteus的單片機課程教學(xué)與實驗改革［J］.實驗室研究與探索，2007，26（12）﹕75-78.

［2］伍馮潔，謝陳躍，謝斌. Proteus與 Keil在單片機開放性實驗中的應(yīng)用［J］.電子測量技術(shù)，2008，31（6）﹕102，103，107.

［3］張志杰，趙旭.單片機實驗教學(xué)改革初探［J］.實驗科學(xué)與技術(shù)，2008，6（1）﹕ 86-88.

［4］劉心紅，郭福田，孫振興等. PROTEUS仿真技術(shù)在單片機教學(xué)中的應(yīng)用［J］.實驗技術(shù)與管理，2007，24（3）﹕96，98，102.