基于Reil和Proteus的單片機(jī)課程改革

何小英

摘要：《單片機(jī)原理與應(yīng)用》是機(jī)電、自動(dòng)化控制等專業(yè)的核心課，該門課程基于職業(yè)教育為理念，培養(yǎng)實(shí)用性人才為目標(biāo)，對(duì)單片機(jī)課程的教學(xué)內(nèi)容、方法等方面進(jìn)行一系列的研究，本文主要針對(duì)單片機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行改革探索，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，改善教學(xué)效果。

1.課程改革的背景及課題產(chǎn)生原因

在單片機(jī)的傳統(tǒng)教學(xué)模式中，多以課堂講授為主，輔助少量的硬件實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在被動(dòng)接受知識(shí)的過(guò)程中往往感覺(jué)到課程內(nèi)容多、雜、亂，知識(shí)點(diǎn)難于掌握，若要設(shè)計(jì)出實(shí)際的電路更是無(wú)從下手，最終導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，學(xué)習(xí)質(zhì)量較低和學(xué)習(xí)成績(jī)不理想的狀況。因此如何解決上述難題，一直都是我們?cè)诼毥痰膶W(xué)習(xí)中不斷探討的話題。

2.課程的問(wèn)題分析與教學(xué)實(shí)踐思路

從目前出現(xiàn)的問(wèn)題看，教學(xué)模式陳舊是教學(xué)不佳的外在因素，傳統(tǒng)的教學(xué)模式側(cè)重于用理論授課方式將單片機(jī)課程的概念抽象化，硬件設(shè)計(jì)復(fù)雜化，軟件模糊化，最后學(xué)生難于記住多少條指令、多少個(gè)引腳功能，使學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)望而生畏，挫傷了學(xué)習(xí)本門課程的積極性。

因此，為了進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和職業(yè)素養(yǎng)，本課程的實(shí)踐教學(xué)改革思路是利用Kei]和Proteus來(lái)完成單片機(jī)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)，通過(guò)模塊化、項(xiàng)目化的學(xué)習(xí)，使學(xué)生較容易掌握單片機(jī)的結(jié)構(gòu)、指令、硬件電路設(shè)計(jì)、程序模塊化編寫、元器件識(shí)別、焊接技術(shù)、相關(guān)儀器使用等綜合知識(shí)。這為今后能夠獨(dú)立進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.課程改革方案

本課程教學(xué)改革方案是基于Keil和Proteus時(shí)鐘控制系統(tǒng)為項(xiàng)目導(dǎo)向，讓學(xué)生在任務(wù)驅(qū)動(dòng)中逐步掌握單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件電路圖設(shè)計(jì)、應(yīng)用程序的編寫，讓學(xué)生在實(shí)踐中去主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并在書本中查找問(wèn)題的解決辦法最終解決問(wèn)題，從而達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的目的。

3.1.Proteus簡(jiǎn)介

Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HCll、PICIO/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器[2]。

3.2.時(shí)鐘控制系統(tǒng)

現(xiàn)在高精度的計(jì)時(shí)工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘、石英鐘、石英表都采用了石英技術(shù)，因此走時(shí)精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)試，數(shù)字式電子鐘用集成電路計(jì)時(shí)，譯碼器代替機(jī)械式傳動(dòng)，用LED顯示器代替指針顯示時(shí)間，減小了計(jì)時(shí)誤差，這種表具有顯示時(shí)、分、秒的功能，還可以進(jìn)行時(shí)、分、秒的校對(duì)。同時(shí)，在許多工業(yè)控制系統(tǒng)中也常常用時(shí)鐘系統(tǒng)來(lái)控制一些指令的下發(fā)和動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)。

另外，結(jié)合時(shí)鐘控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的直觀性及實(shí)驗(yàn)難度系數(shù)不太高的優(yōu)勢(shì)，本教學(xué)選取時(shí)鐘控制系統(tǒng)作為任務(wù)驅(qū)動(dòng)，較大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐操作能力。

3.3.硬件設(shè)計(jì)

3.3.1.單片機(jī)選型

進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行需求分析，根據(jù)應(yīng)用需要確定系統(tǒng)的規(guī)模，然后選擇合適的單片機(jī)型號(hào)、存儲(chǔ)器的容量以及接口芯片的型號(hào)等。

本時(shí)鐘系統(tǒng)采用了AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k BytesISP（In system programmable）的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS 5l指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。

3.3.2.數(shù)碼顯示器及其接口電路

數(shù)碼顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是七段LED。這種顯示塊有共陰極與共陽(yáng)極兩種，共陰極顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，共陽(yáng)極顯示塊的發(fā)光二極管陽(yáng)極并聯(lián)。

3.3.3.聯(lián)機(jī)調(diào)試

打開proteus的硬件仿真圖，設(shè)置與keil平臺(tái)相聯(lián)機(jī)調(diào)試的相關(guān)參數(shù)。在keil平臺(tái)上打開時(shí)鐘控制程序，完成程序的編輯與調(diào)試，并將程序加載到proteus中驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘開始工作，學(xué)生可以通過(guò)仿真圖的時(shí)鐘變化不斷修改程序，直到系統(tǒng)穩(wěn)定為止。將調(diào)試好的仿真圖生成PCB板并加工，將時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)存儲(chǔ)器中，并完成元器件焊接，電路調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘電路的脫機(jī)運(yùn)行[5]。

通過(guò)這次項(xiàng)目化的實(shí)踐教學(xué)改革，一方面可以更加客觀、公平反映學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)?cè)u(píng)定，另一方面也增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的效率與興趣，提高了學(xué)生的實(shí)踐操作能力與創(chuàng)新能力。

4.結(jié)論

通過(guò)Kei l和Proteus的單片機(jī)實(shí)踐課程改革，大多數(shù)學(xué)生能夠獨(dú)立完成本課程設(shè)定的各項(xiàng)任務(wù)，一方面可以更加客觀、公平反映學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)?cè)u(píng)定，另一方面大大增強(qiáng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識(shí)，提高了學(xué)生的實(shí)踐操作能力與創(chuàng)新能力，這為今后的應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及維護(hù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過(guò)這種項(xiàng)目化的改革理念，雖然對(duì)單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)介紹減少了，但學(xué)生對(duì)系統(tǒng)的軟、硬件的設(shè)計(jì)有了一個(gè)直觀的理解，實(shí)踐證明，實(shí)踐夠用，重在實(shí)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]Keil C51使用手冊(cè)

[2]增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.

[3]工作電壓：5.5V～3。3V（5V單片機(jī)）/3.8v～2.0v（3V單片機(jī)）.

[4]劉秀文.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)仿真策略的研究[J]。現(xiàn)代電子技術(shù)2005第28期.

[5]張麗娜.單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真[M]人民大學(xué)出版社2008年.