職業(yè)教育論文-Ｐｒｏｔｅｕｓ在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的研究.doc

職業(yè)教育論文-在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的研究摘要單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容較多，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)手段存在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更新慢、與工程實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)、硬件設(shè)備昂貴和設(shè)備維護(hù)工作量大等不足，實(shí)際教學(xué)效果也不理想。文中詳細(xì)闡述采用Proteus軟件仿真的特點(diǎn)，解決了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中硬件條件不足的問題，實(shí)例驗(yàn)證了其可行性，大大提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，縮短了實(shí)驗(yàn)教學(xué)與工程實(shí)際應(yīng)用之間的差距。關(guān)鍵詞proteus軟件仿真單片機(jī)隨著嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的迅速發(fā)展，單片機(jī)系統(tǒng)作為一種典型的嵌入式系統(tǒng)在汽車、通信、工業(yè)控制、家用電器等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)單片機(jī)課程是電子技術(shù)應(yīng)用、機(jī)電、數(shù)控、自動化等專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，實(shí)踐性環(huán)節(jié)比重較大，要求理論與實(shí)際緊密結(jié)合，應(yīng)著力于培養(yǎng)學(xué)生利用已學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。因此，在實(shí)踐教學(xué)過程中，要求軟件與硬件相結(jié)合、理論與實(shí)踐相結(jié)合，但傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，采用硬件仿真器、實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)板，需采購大量的、昂貴的硬件設(shè)備，而且設(shè)備維護(hù)工作量也非常大。本文在簡要介紹了Proteus仿真軟件的基礎(chǔ)上，對該軟件在MCS-51系列單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)分析，利用它既可以可調(diào)試單片機(jī)程序，也可仿真單片機(jī)外圍器件的工作情況；既能充分利用學(xué)校計(jì)算機(jī)房現(xiàn)有計(jì)算機(jī)，減少硬件設(shè)備的維護(hù)工作量，還可為學(xué)生提供豐富的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣，提高教學(xué)效果，進(jìn)一步縮短教學(xué)與工程實(shí)際的距離。（一）Proteus仿真軟件介紹Proteus是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析（SPICE）各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)以及外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；提供了多種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等，便于調(diào)試；支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列以及各種外圍芯片；提供軟件調(diào)試功能，同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil等軟件；具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。Proteus與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī)CPU的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。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。同時(shí)，當(dāng)硬件調(diào)試成功后，利用ProteusARES軟件，很容易獲得其PCB圖，為今后的制造提供了方便。（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容組織在單片機(jī)的課程教學(xué)中，所涉及到的內(nèi)容主要包括了四方面，即單片機(jī)系統(tǒng)資源、軟件技術(shù)、硬件接口電路、軟件和硬件結(jié)合的應(yīng)用電路。結(jié)合這四方面內(nèi)容，教師來組織單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。1.系統(tǒng)資源部分實(shí)驗(yàn)。任何一款單片機(jī)均提供了一定的系統(tǒng)資源。對于MCS-51系列單片機(jī)來講，其所提供的系統(tǒng)資源是以寄存器和存儲器的方式體現(xiàn)出來的。對于寄存器內(nèi)容的查看，可以執(zhí)行Debug菜單下51CPU下的register項(xiàng)打開相應(yīng)的窗口。對于系統(tǒng)內(nèi)部存儲器的查看，可以執(zhí)行Debug菜單下51CPU下的internalmemory項(xiàng)打開相應(yīng)的窗口。對應(yīng)這部分內(nèi)容，教師在實(shí)驗(yàn)設(shè)置時(shí)應(yīng)充分考慮到學(xué)生初次學(xué)習(xí)單片機(jī)、Proteus仿真軟件和相應(yīng)的第三方軟件如Keil，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)盡量簡單主要目的是讓學(xué)生了解MCS-51系列單片機(jī)的系統(tǒng)資源、Proteus仿真軟件的基本操作和相應(yīng)的第三方軟件的使用，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以設(shè)計(jì)成簡單的內(nèi)存塊清零程序在Proteus環(huán)境下的仿真與調(diào)試，學(xué)生學(xué)會用Proteus和第三方軟件查看系統(tǒng)資源。2.軟件技術(shù)部分實(shí)驗(yàn)。在軟件技術(shù)的仿真中所涉及到的內(nèi)容主要包括對語言中具體語句的執(zhí)行效果驗(yàn)證、算法的具體實(shí)現(xiàn)、程序中語法錯(cuò)誤的檢查和邏輯錯(cuò)誤的驗(yàn)證等。對于純軟件的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，教師在實(shí)驗(yàn)設(shè)置時(shí)應(yīng)充分考慮到學(xué)生的能力循序漸進(jìn)的安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)前要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容自行編制好調(diào)試程序以提高實(shí)驗(yàn)效率，已達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目的。具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以設(shè)計(jì)為二進(jìn)制BCD碼轉(zhuǎn)換、二進(jìn)制ASCII碼轉(zhuǎn)換、程序跳轉(zhuǎn)表、內(nèi)存塊移動、數(shù)據(jù)排序和多字節(jié)BCD碼加減法取補(bǔ)等程序?qū)嶒?yàn)。3.硬件接口部分實(shí)驗(yàn)。單片機(jī)的接口電路所涉及到的知識涵蓋了電子電路設(shè)計(jì)的相關(guān)領(lǐng)域，也涉及到單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)具體的工作需要。接口電路部分涉及到線路的連接、元器件的選擇、工作方式的設(shè)置、電路工作的穩(wěn)定性和可靠性、電路的空間需求等等許多方面的知識和內(nèi)容；但就課程教學(xué)來講，所涉及到的并不需要這么全面。Proteus所模擬的元件真實(shí)工作情況和單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)際工作環(huán)境還是有一定的差別。因此只能根據(jù)教學(xué)的需要，讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)電路并設(shè)置其工作方式?？梢酝ㄟ^兩種方式組織實(shí)施：一是根據(jù)具體的要求，讓學(xué)生設(shè)計(jì)接口電路并編寫相應(yīng)的程序；一是根據(jù)程序的要求，設(shè)計(jì)單片機(jī)接口電路。4.軟件與硬件結(jié)合部分實(shí)驗(yàn)。軟件和硬件的結(jié)合，就是一個(gè)單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)。這一部分的實(shí)驗(yàn)可以在課程設(shè)計(jì)中以課題的方式提出來處理，也可以將其分解成不同的接口部分在接口電路的多次實(shí)驗(yàn)中分次完成。在這一階段，硬件電路的設(shè)計(jì)已經(jīng)不是最為關(guān)鍵的了，而是軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試和運(yùn)行才是實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容。因此可以以建議性的意見給出具體的硬件電路，并提出該電路所需要完成的具體工作，由學(xué)生進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)和調(diào)試。（三）實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)實(shí)例下面通過MCS-51單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器和外部中斷的應(yīng)用來說明Proteuus在MCS-51單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。1.外部中斷實(shí)驗(yàn)。（1）仿真電路。利用P3.2和P3.3口的第二功能，即外部中斷0和外部中斷1，將該端口通過按鈕接地。由于外部中斷源為低電平有效，所以當(dāng)按鈕按下則產(chǎn)生中斷一次。外部中斷0的中斷處理程序是對指定單元加1，而外部中斷1的中斷處理程序是對指定單元減1。兩位數(shù)碼顯示接口將P0作為數(shù)據(jù)口，而P2.0和P2.1口作為片選口，采用動態(tài)掃描顯示的方式（2）仿真程序（略）。（3）仿真結(jié)果。仿真電路及仿真結(jié)果如圖1所示。2.數(shù)字鐘實(shí)驗(yàn)。（1）仿真程序（略）。（2）仿真電路及結(jié)果如圖2所示。采用Proteus仿真軟件作為的MCS-51系列單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，既可以進(jìn)行軟件實(shí)驗(yàn)如指令系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、數(shù)值轉(zhuǎn)換、查表等實(shí)驗(yàn)，又能通過的虛擬外部電路實(shí)現(xiàn)定時(shí)計(jì)數(shù)、中斷、串行通信等初學(xué)者較難理解的實(shí)驗(yàn)。另外，可通過按鈕、開關(guān)、發(fā)光二極管、數(shù)碼管和液晶顯示器進(jìn)行基本的輸入、輸出接口實(shí)驗(yàn)。還可以利用Proteus提供的豐富元件資源進(jìn)行單片機(jī)軟硬件綜合應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)。由Proteus構(gòu)成的這類試驗(yàn)平臺可充分利用學(xué)校計(jì)算機(jī)房的現(xiàn)有設(shè)備，減少了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的硬件維護(hù)工作量,實(shí)驗(yàn)環(huán)境又與實(shí)際工程系統(tǒng)非常接近，拉近單片機(jī)學(xué)習(xí)與就業(yè)的距離。這種虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，已經(jīng)取得了良好的教學(xué)效果，特別適合于MCS-51系列單片機(jī)基礎(chǔ)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。參考文獻(xiàn)