基于軟件仿真和硬件電路聯(lián)調(diào)的單片機課程設(shè)計

聶婭琴

摘 要：單片機課程設(shè)計是電子、自動化等專業(yè)學習中重要的必修實踐課。在對單片機課程設(shè)計的安排中包括：對匯編語言或C語言的學習，對基于Keilc51的編譯和調(diào)試的學習，對電路仿真聯(lián)調(diào)的學習，程序燒寫的學習等，以使學生掌握應用單片機的技術(shù)，從而完成電路功能的設(shè)計。本文將對基于軟件仿真和硬件電路聯(lián)調(diào)的單片機課程設(shè)計的流程進行介紹，并對其進行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：單片機課程設(shè)計；軟件仿真；硬件電路聯(lián)調(diào)

在開發(fā)單片機嵌入式系統(tǒng)時，使用最多的軟件就是Keilc51軟件，此軟件是由Keil公司研發(fā)出來的，軟件以uVision2為開發(fā)平臺，具有的功能包括項目管理、編碼、程序生成器等。Keilc51的優(yōu)點在于：其界面的友好性較高、操作便捷，支持對匯編語言、C語言及混合語言的編程、編譯和調(diào)試工作，可以在很大程度上縮短設(shè)計周期，在對程序進行修改時也是很方便的。與此同時，Keilc51還能夠加載Proteus軟件的VSM仿真器，加載之后就可以和Proteus軟件進行聯(lián)機調(diào)試。

一、課程設(shè)計流程

1.編寫相關(guān)指導文件

在對課程設(shè)計著手之前，需要對課程設(shè)計的流程進行文檔編寫，為扎實掌握單片機技術(shù)打下基礎(chǔ)。相關(guān)指導文件包括：單片機項目開發(fā)的相關(guān)教程和例程材料，Keilc51和Proteus軟件的教程和例程材料，單片機課程設(shè)計完成程度的標準，課程設(shè)計大綱等。

2.選擇題目

在制作課程計劃時，需要根據(jù)每個章節(jié)內(nèi)容的不同和課程進展程度對學生的實際學習情況進行考量，通過對學生掌握情況的判斷再對課程設(shè)計進行擬題。課程設(shè)計的題目包括針對各章內(nèi)容的，也包括針對綜合應用的：關(guān)于MSC-51與A/D轉(zhuǎn)換方面的課程設(shè)計題目，關(guān)于MCS-51串口方面的課程設(shè)計題目，關(guān)于定時器與中斷方面的課程設(shè)計題目，關(guān)于I/O接口方面的課程設(shè)計題目，關(guān)于MCS-51的綜合使用方面的題目等。除此之外，還要列出詳細的元件表，供學生選擇和參考，并對課程設(shè)計題目的實現(xiàn)提出相應的具體要求。

3.使用仿真軟件和實現(xiàn)電路功能

在課程設(shè)計實現(xiàn)中，教師可指導學生分組進行，根據(jù)學生所選題目對學生如何在軟件和硬件等方面進行設(shè)計給予指導，以完成設(shè)計的初步內(nèi)容。在對學生進行指導時，可按照以下步驟進行：

（1）繪制程序流程圖，可以使用Visio或Word進行繪制。學生在繪制程序流程圖時，不但要依據(jù)所選題目的設(shè)計要求，還要結(jié)合教師的指導內(nèi)容進行繪制，為接下來的程序設(shè)計做鋪墊。

（2）設(shè)計硬件電路，可以使用Proteus軟件進行設(shè)計。在這一步驟中，首先要對Proteus軟件進行學習，在掌握基本應用原理和方法的基礎(chǔ)上，再依據(jù)設(shè)計要求設(shè)計電路。在學習Proteus軟件的基礎(chǔ)上，由教師組織學生先進行軟件的實際操作學習，需要學生掌握的內(nèi)容有：建立工程文件、選取和使用元件、連接電路和進行調(diào)試運行等。

（3）編寫程序和編譯調(diào)試，根據(jù)上一步驟得到的硬件電路使用匯編語言編寫源程序，再在Keilc51軟件中進行編譯和調(diào)試。教師要指導學生，讓他們依據(jù)課程設(shè)計要求把編寫好的匯編代碼導入到Keilc51軟件中，進行編譯調(diào)試。

（4）聯(lián)合調(diào)試，對Proteus軟件和Keilc51軟件進行聯(lián)合調(diào)試。將在Proteus中畫好的原理圖在ISIS上打開，在Proteus軟件里的DEBUG菜單中選擇use remote debug monitor選項，并對聯(lián)機仿真參數(shù)進行設(shè)置。將在第三步中編譯好的Keilc51工程文件打開，并設(shè)置相關(guān)參數(shù)：在Keilc51的project菜單中點擊進入option for target“工程名”，在DEBUG選項的右上方下拉菜單中選擇Proteus VSM Monitor-51 Driver，并設(shè)置聯(lián)機仿真參數(shù)。

4.面包機設(shè)計和電路功能的實現(xiàn)

在這一階段，教師要先組織學生對集成芯片的用途和管腳功能進行學習，之后再在面包板上建電路，電路連接無誤后，使用編程器將程序燒寫到單片機的CPU上，最終使電路功能得以實現(xiàn)。

5.實行課程設(shè)計考核答辯制

教師采用答辯制的形式對學生的課程設(shè)計進行考核，在答辯中真正判斷出學生對課程設(shè)計的體悟到底有多深。

二、成果總結(jié)

本課程設(shè)計將軟件和硬件的使用集合了起來，完成了對單片機的開發(fā)設(shè)計，在實踐過程中取得了良好的結(jié)果，讓學生對軟件電路、硬件電路以及軟硬件聯(lián)調(diào)設(shè)計和面包板設(shè)計都有了更加深入的了解。

1.理論與實踐結(jié)合

在教學中，不僅要將學生的實際情況與學習內(nèi)容結(jié)合起來，還要單片機學習中各個章節(jié)的內(nèi)容和實際動手操作結(jié)合起來。在本課程設(shè)計中，擬定了MSC-51與A/D轉(zhuǎn)換、MCS-51串口、定時器與中斷、I/O接口、MCS-51的綜合使用等方面的數(shù)十個設(shè)計題目，并對課程設(shè)計提出了具體要求。

2.讓學生告別“眼高手低”

仿真聯(lián)調(diào)的結(jié)果雖然不能完全代表在實際情況中的結(jié)果，但是在很大程度上已經(jīng)實現(xiàn)了電路設(shè)計的功能在虛擬情景中的實現(xiàn)，為判斷抉擇提供依據(jù)。根據(jù)仿真聯(lián)調(diào)的結(jié)果，我們可以在硬件操作中實際運行，通過這種方式，可以對仿真結(jié)果的正確性和準確程度進行校正。在學生進行實踐之前，要讓學生對集成芯片的芯片用途和管腳功能有所了解，之后在面包板上建電路，然后將程序通過編程器燒寫到單片機的CPU上，這樣就可以完成對電路功能的實現(xiàn)了。在課程設(shè)計的一系列環(huán)節(jié)中，學生既可以學習到各環(huán)節(jié)所需工具的相關(guān)知識，又可以提高學生的動手能力，增強學生的學習積極性。

3.對能力的培養(yǎng)

在實踐課程設(shè)計的過程中，通過繪制流程圖、畫電路圖和編程等，可以鍛煉學生有步驟地實現(xiàn)目標的能力；通過要求學生對程序進行標注，可以有效鍛煉和提高學生的編程能力，增強他們獨立思考的能力。

先進和完善的軟件能夠使硬件的運行達到更好的效果。在單片機課程設(shè)計中引入軟件，可以使學生在了解和掌握單片機的設(shè)計流程的基礎(chǔ)上，熟悉聯(lián)調(diào)的技巧與方法。與一般的單片機仿真軟件不同，在課程設(shè)計中所使用的仿真軟件除了能仿真單片機CPU的實際情形，還能仿真單片機周邊電力和未參加工作的電路情況。此仿真實驗能夠很好地將實驗和工程銜接起來，仿真結(jié)果的無誤將為電路的實際實現(xiàn)提供重要依據(jù)。同時這樣的課程實訓也是工程師的最基本實踐內(nèi)容，這也為學生今后的學習和工作奠定了基礎(chǔ)。

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