基于Proteus與Keil單片機實驗教學的探討與研究

海南工商職業學院 陳媛媛青島理工大學琴島學院 陳 菁

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基于Proteus與Keil單片機實驗教學的探討與研究

海南工商職業學院 陳媛媛
青島理工大學琴島學院 陳 菁

【摘要】單片機應用技術作為高職院校電子電氣類專業的一門專業基礎課，具有綜合性和實踐性強的特點，本文針對單片機實驗教學中存在的問題和弊端，提出了以培養學生的實踐技能和創新能力為主線、應用為導向的實驗教學模式。從教學方法、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，并通過具體的實例闡述基于Proteus與Keil在單片機教學中起到的重要作用，這對提高學生單片機開發應用的實踐能力和軟硬件綜合開發能力具有重要的現實應用意義。

【關鍵詞】單片機；實驗教學；Proteus；Keil

0 引言

近年來，隨著單片機技術的迅速發展。在各種生產和技術開發領域，它已成為電子技術、自動化技術、計算機技術、檢測技術和通信技術中的一個重要開發工具［1］。實踐操作在單片機教學中是一個十分重要的環節，傳統的單片機實驗教學，大多采用單片機試驗箱或目標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備，大大增加了學校硬件投入及維護的工作量［2］。隨著高等職業教育教學改革的逐步深化，目前的單片機實驗教學中仍存在一些不足，國內各個高校在單片機實踐教學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生的實驗操作技能及創新思維模式。本文通過對單片機教學現狀的分析，探討基于Proteus與Keil 的仿真實驗平臺的實驗教學模式，提高單片機實驗教學效果，培養學生的實驗技能。

1 當前高職高專單片機實驗教學現狀及面臨的主要問題

1.1 理論教學環節中存在的問題

隨著職業教育對學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模式上都逐步采用“教、學、做”一體化的教學模式，即理論和實踐教學相結合，教師利用多媒體設備對理論知識進行講解，同時，利用單片機開發板或實驗箱對實踐環節進行演示和訓練，這種教學模式雖然一定程度上提升了學生的積極性，但仍有待改進。主要原因就是現有的單片機開發板或實驗箱整個演示環節過于繁瑣，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實驗電路板［3］。同時，由于實驗電路板上的器件較小，學生很難看清楚有關現象，再加上高職高專學生在理解與探索性實驗方面能力欠佳，教學效果不甚理想［4］。

1.2 實驗教學環節中存在的問題

傳統的單片機實驗教學大多采用驗證性實驗教學方式，教師除了在課堂上按照教學大綱與計劃給學生安排相應的實驗環節外，學生往往是跟著講義一步步操作進行，多數同學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，學生也只需按照教師參考程序做些簡單修改，多數學生在做實驗前根本不了解實驗原理及目的，這種現象在單片機實驗教學中極為普遍。學生真正動手動腦的機會并不多，也達不到培養學生實踐動手能力及創新能力。同時，傳統的實驗教學由于單片機實驗室場地和時間的局限性，學生除了在課堂上接觸單片機外，課余時間很難有實踐機會，也不能給優秀學生提供一個良好的電子設計和制作的場所，難以培養學生的動手能力和創新能力。

2 針對傳統單片機教學的改進方案

針對上述單片機教學現狀及存在的弊端，現采用任務驅動、案例教學、項目向導等形式進行單片機教學改革。引入基于Proteus和Keil的單片機實驗教學仿真平臺，其最大的特點就是：以項目為載體組織教學內容，結合電腦軟硬件知識，只需通過Proteus和Keil兩種軟件就可以將單片機產品的設計與開發過程與相關的知識點有機結合在一起，完全不用仿真器、編程器、實驗板和電源等裝置，使學生在學會單片機開發過程的同時，認識單片機，使用單片機，掌握單片機的基本原理、相關概念。具有結構簡單，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和實踐教學等要求，教學效果好。

3 基于Proteus和Keil的單片機實驗教學探究

3.1 Proteus和Keil簡介

Proteus 軟件是英國Lab Center Electronics公司開發的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，并且能對設計的電路圖進行實時交互式仿真，能為設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計、完善的電路仿真功能、單片機協同仿真功能及實用的PCB設計平臺，是一個巨大的教學資源，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語言軟件開發系統，是目前世界上最好的51單片機開發工具之一。支持8051微控制器的PK51專業開發工具，支持所有的8051系列的芯片，包括經典設備以及具有IP核的設備。Keil u Vision 4 是Keil公司關于8051系列MCU的開發工具，可以用來編譯C源代碼、匯編源程序、連接和重新定位目標文件和庫文件、創建HEX文件、調試目標程序等，是一種集成化的文件管理編譯環境。u Vision是C51 for Windows的集成開發環境，可以完成編輯、編譯、連接、調試、仿真等整個開發流程，其主要優點為：Keil C51生成的目標代碼效率非常高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解，在開發大型軟件時更能體現高級語言的優勢；與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢，易于學生學習。

圖1 電子搶答器原理圖

3.2 基于Proteus和Keil的單片機實驗教學案例

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

3.2.1 硬件電路設計

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 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 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窗口設置

3.2.3 進行仿真并觀察仿真結果

在 Proteus 中的Debug 選項，選中use Remote Debug monitor 選項，與KEIL聯調進行仿真并觀察仿真結果。圖3即為仿真調試結果。

圖3 仿真結果

3.3 基于Proteus和Keil的單片機實踐教學的優點

通過上面的實例，可以看出Proteus 和Keil聯調在單片機實驗教學中主要優點有：激發學生學習單片機的興趣，充分體現了以學生為主體，以教師為引導的新的教學模式，讓學生參與到整個實驗操作過程中來，拓展了學生的知識面，減少實驗室建設成本，簡化實驗教學模式，鍛煉了學生創新的思維模式和動手能力，加速對學生實驗技能的培養。

4 結論

綜上所述，基于 Proteus 和 Keil的單片機軟件仿真實踐教學系統，既無需購置大量的硬件設備，也不需制作具體的硬件電路，節省了大量的時間和資金。除了在課堂時間外，學生還可以直接在其自己電腦上的開發環境中進行軟件仿真、調試，成功后再進行相應實際制作，也可以自行獨立設計，有助于培養學生的創新素質和創造能力，符合當今高職高專人才培養的要求。同時，學生參與整個實踐過程設計，完成了系統的知識構建，鍛煉了操作能力，激發了學生學習興趣，有助于整個課程的學習，有效的提高了其團隊協作能力，提高實驗教學的效率和質量，取得良好的教學效果。

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用［J］.電子測量技術，2008，31（6）﹕102，103，107.

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

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