廣東理工學(xué)院電氣工程系 龍小麗 唐東成 李欣雪

Keil與Proteus軟件在單片機(jī)課程教學(xué)中的應(yīng)用

廣東理工學(xué)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(jī)應(yīng)用技術(shù)"課程教學(xué)中的應(yīng)用,以基于AT89C51單片機(jī)為核心的簡(jiǎn)易可調(diào)時(shí)鐘為例闡述了Keil與Proteus軟件在仿真單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)的步驟和需要注意的問(wèn)題。將Keil與Proteus引入"單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)"課程教學(xué)中,可有效提高上課質(zhì)量,幫助學(xué)生加深對(duì)課堂知識(shí)點(diǎn)的理解,為以后將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中做好準(zhǔn)備。

單片機(jī)應(yīng)用技術(shù);Keil;Proteus;仿真

1 引言

"單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)"是電子信息、通信工程及測(cè)控技術(shù)等理工科專業(yè)非常重要的一門課程,成為理工科專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)后就業(yè)的一個(gè)主要專長(zhǎng)。該課程教學(xué)目標(biāo)是在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上通過(guò)實(shí)踐教學(xué),使學(xué)生掌握單片機(jī)組成(內(nèi)部與外部結(jié)構(gòu))、端口使用(P0～P3口、RST、XTAL1、XTAL2等)、CPU片內(nèi)資源(ROM、RAM)、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器、外部擴(kuò)展技術(shù)及程序設(shè)計(jì)等知識(shí),培養(yǎng)學(xué)生具有利用單片機(jī)及其外圍芯片設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)的能力,為將單片機(jī)應(yīng)用到傳感器、工控、家用電器及計(jì)算機(jī)通信等多個(gè)領(lǐng)域打下良好基礎(chǔ)。

在"單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)"課程的教學(xué)過(guò)程中,學(xué)生反映單片機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、外部擴(kuò)展技術(shù)、中斷系統(tǒng)及程序設(shè)計(jì)等知識(shí)難以掌握,雖然學(xué)習(xí)了理論知識(shí),具體卻不知道如何應(yīng)用。單片機(jī)課程的實(shí)踐性要求非常高,而對(duì)于傳統(tǒng)的教學(xué)模式,通常是先學(xué)習(xí)理論知識(shí),再進(jìn)行實(shí)踐操作,這種模式使得實(shí)踐操作與理論知識(shí)脫節(jié)。在單片機(jī)實(shí)踐課程教學(xué)中,通常采用只能進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)箱,只能夠?qū)σ恍?yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證,學(xué)生沒(méi)有自己針對(duì)具體功能進(jìn)行設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì),有一定的局限性[1]。Keil與Proteus軟件教學(xué)中的應(yīng)用正好能夠解決這個(gè)問(wèn)題。本文根據(jù)自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),討論Keil與Proteus軟件在單片機(jī)課程教學(xué)中的應(yīng)用。

Proteus是一款可用于設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)的仿真平臺(tái)軟件,它按功能劃分為ISIS、VSM、ARES三個(gè)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(chǔ)器。同時(shí)還支持C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)。能和Keil 實(shí)現(xiàn)聯(lián)用調(diào)試。

Keil與Proteus聯(lián)用有兩種方式仿真單片機(jī)系統(tǒng)。一種是將源程序用Keil進(jìn)行編譯生成單片機(jī)CPU可執(zhí)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(jī)中即可實(shí)現(xiàn)模擬仿真。二是Keil與Proteus連接調(diào)試。本文介紹第一種方式。

2 教學(xué)實(shí)例

設(shè)計(jì)一個(gè)完整的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的包括硬件與軟件兩部分設(shè)計(jì),硬件電路的設(shè)計(jì)可用Proteus進(jìn)行,軟件設(shè)計(jì)時(shí)可選用C或匯編進(jìn)行設(shè)計(jì)。程序設(shè)計(jì)完利用Keil軟件進(jìn)行編譯和調(diào)試。下面以"簡(jiǎn)易可調(diào)時(shí)鐘"為例,介紹采用Keil與Proteus軟件進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)模擬仿真的過(guò)程。

2.1 設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易可調(diào)時(shí)鐘;可動(dòng)態(tài)的顯示時(shí)、分、秒,顯示格式為00-00-00;小時(shí)和分鐘可調(diào);具有復(fù)位功能。

2.2 硬件電路原理圖設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的"簡(jiǎn)易可調(diào)時(shí)鐘(見(jiàn)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(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)調(diào)時(shí)和調(diào)分的功能;顯示模塊采用8個(gè)共陰LED數(shù)碼管進(jìn)行時(shí)間的動(dòng)態(tài)顯示。打開(kāi)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(gòu)成了AT89C51主控模塊、8位LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示屏、調(diào)時(shí)和調(diào)分按鍵、復(fù)位初始化電路等模塊。

圖1 "簡(jiǎn)易可調(diào)時(shí)鐘"電路原理圖

AT89C51芯片是電路的核心,有4個(gè)(P0～P3)8位并行輸入/輸出端口。P2口輸出數(shù)段選碼,P2.0～P2.7引腳分別接到LED數(shù)碼管段選碼(A～DP)引腳上,P2.x口線為高電平時(shí)對(duì)應(yīng)的段被點(diǎn)亮,由于P2口驅(qū)動(dòng)能力較弱,加上100Ω上拉電路增加數(shù)碼管亮度。 P1口輸出位選碼,P1.0～P1.7引腳分別接到LED數(shù)碼管的位選碼(8～1)引腳上,P1.x口線為低電平對(duì)應(yīng)位數(shù)碼管被點(diǎn)亮。單片機(jī)的和引腳分別經(jīng)調(diào)時(shí)按鍵和調(diào)分按鍵后再接地,當(dāng)掃描到P3.2口或P3.3口為低電平時(shí)表明按鍵按下,則執(zhí)行調(diào)時(shí)或調(diào)分的功能。

“自采”的僅計(jì)算基本直接費(fèi)，“他采”的還應(yīng)計(jì)算相關(guān)費(fèi)用、利潤(rùn)及稅金。考慮到這兩種情況下主承包人的成本支出差異，應(yīng)同時(shí)制定這兩種情況下的混凝土工程費(fèi)率，“自采”的比“他采”的要高些。

圖2 "簡(jiǎn)易可調(diào)時(shí)鐘"仿真電路

2.3 程序編譯

本文采用C語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì),程序中主要包括初始化函數(shù)、T0中斷函數(shù)、T1中斷函數(shù)、鍵掃描函數(shù)等。程序設(shè)計(jì)完成后,用Keil u Vision3工具對(duì)此仿真系統(tǒng)的程序進(jìn)行編輯和編譯,生成單片機(jī)CPU可執(zhí)行的HEX文件。編譯步驟如下:

新建工程:在程序菜單打開(kāi)Keil u Vision3,選擇Project菜單下New Project。在彈出的對(duì)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(kāi)File菜單,點(diǎn)擊New菜單項(xiàng)。點(diǎn)擊File菜單下Save菜單,在彈出的對(duì)話框中選擇源文件保存路徑(默認(rèn)情況下和新建的工程在同一個(gè)文件夾下)并輸入文件名(jianyishizhong。 c)。點(diǎn)擊保存,產(chǎn)生jianyishizhong。c空白文件。

添加源文件到工程:點(diǎn)擊左側(cè)工作區(qū)窗口下Target 1左端顯示"+",展開(kāi)目錄樹。鼠標(biāo)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(duì)話框中選擇要添加的文件(jianyishizhong。c),點(diǎn)擊Add按鈕,即可將文件添加到工程。關(guān)閉添加文件對(duì)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(xiàng)設(shè)置:鼠標(biāo)右鍵單擊工作區(qū)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(xiàng)設(shè)置對(duì)話框。選擇Target標(biāo)簽,在Xtal(MHz):

文本框內(nèi)輸入單片機(jī)時(shí)鐘11.0592.選擇Output標(biāo)簽,勾選Creat HEX復(fù)選框;該HEX文件即是下載到單片機(jī)的可執(zhí)行代碼。

編譯:單擊工具欄全部編譯圖標(biāo),觀察窗口中提示信息。若程序無(wú)措,則編譯產(chǎn)生單片機(jī)可執(zhí)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(kāi)圖1電路,將jianyishizhong。 hex文件加載到AT89C51中,點(diǎn)擊Play鍵,運(yùn)行仿真電路,顯示結(jié)果如圖2所示,可通過(guò)觀察運(yùn)行結(jié)果判斷系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計(jì)的正確性。本文運(yùn)行結(jié)果和設(shè)計(jì)要求一致,可動(dòng)態(tài)的顯示時(shí)、分、秒,顯示格式為00-00-00,圖2顯示的時(shí)間為17點(diǎn)08分15秒;小時(shí)和分鐘可通過(guò)調(diào)時(shí)按鍵和調(diào)分按鍵進(jìn)行調(diào)節(jié);按下復(fù)位按鈕,電路立即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位。

3 結(jié)論

上面以簡(jiǎn)易可調(diào)時(shí)鐘為例,介紹Keil與Proteus軟件應(yīng)用于單片機(jī)課程教學(xué)中。利用Keil與Proteus軟件,按照上述步驟,我們還可以設(shè)計(jì)看STC89C52看門狗、DS18B20數(shù)碼溫度計(jì)、急救交通信號(hào)燈、電子密碼鎖、音樂(lè)播放器、萬(wàn)年歷等單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的仿真實(shí)例,并運(yùn)用到課程教學(xué)中。借助Keil與Proteus軟件在課堂中進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)證,演示運(yùn)行的結(jié)果,可加深學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)點(diǎn)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(jiǎn)單性,在課后,學(xué)生可用這兩種軟件練習(xí)或設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)驗(yàn),學(xué)習(xí)從電路設(shè)計(jì)、軟件程序編程到仿真結(jié)果觀察的完整過(guò)程,既可鞏固學(xué)生學(xué)到的知識(shí),又可提高學(xué)生創(chuàng)新能力,同時(shí)還解決了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)間不足及實(shí)驗(yàn)設(shè)備的問(wèn)題,為優(yōu)化單片機(jī)課程教學(xué)開(kāi)拓了一條新路子。

[1]張德偉。單片機(jī)課程教學(xué)模式的探索與實(shí)踐[J]。中國(guó)科技,2007(6): 268-270.

[2]周潤(rùn)景,張麗娜?；赑roteus的AVR單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿真[M]。北京:航空航天大學(xué)出版社,2007.

[3]曾燕,賈振國(guó)。Proteus仿真技術(shù)在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用[J]。長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)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(yáng)人,碩士研究生,助教,研究方向:復(fù)雜系統(tǒng)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。