Proteus IOT Builder在單片機教學中的應用

李文趨

摘要 針對單片機教學中如何讓學生快速入門的問題，利用Proteus最新的8.7版本中的IOT Builder模塊的可視化編程模塊，讓學生可以快速設計、仿真運行自己的實驗項目。通過小夜燈這個項目的案例講述，呈現了IOT Builder可視化設計的教學優勢。

【關鍵詞】Proteus 單片機 可視化編程 IOTBuilder

1 引言

Proteus是英國Labcenter公司開發的一款虛擬仿真軟件，該軟件可用于模擬電路與數字電路、單片機、微機原理與接口等課程的實驗教學，突破硬件實驗平臺以及時間空間的限制，大大方便了教師的教學和學生的學習，在國內高校已經比較廣泛地應用與教學。Proteus的最新版本8.7版推出了一個IOT （Intemet ofthings）模塊，該模塊基于Arduino硬件平臺，可以實現可視化的軟硬件設計和開發，對于學生學習單片機的硬件、軟件設計和開發是很好的入門工具。本文基于Proteus IOT Builder模塊，研究探討其在單片機教學中的應用。

2 可視化仿真教學案例

以小夜燈的設計為例，要設計一個小夜燈，該燈只有在夜晚且有人靠近時才會點亮。此案例需要添加的硬件模塊有：光照傳感器、紅外傳感器、LED燈，在設計好硬件部分后需要編寫單片機的軟件，控制LED燈的亮和滅。

2.1 硬件電路的仿真

首先在Proteus 8.7版中新建一個工程，在選擇工程的固件時要選擇Arduino Uno，即我們的工程是基于Arduino Uno平臺的，工程創建完成后如圖1。Visual Designer窗口是編寫單片機程序的窗口，默認有SETUP和LOOP兩個函數，我們要先完成硬件電路的設計仿真，因此，暫時不用編寫程序。

接下來我們需要添加三個外圍設備：（irove紅外距離傳感器、Grove亮度傳感器和Grove LED。通過“Project/Add Peripheral”添加外圍設備。添加Grove亮度傳感器入圖2所示，其他連個外圍設備添加圖略。

三個外圍設備都添加好后，兩個Grove傳感器的連接器默認都是AO，如果不修改會導致外圍設備的硬件沖突，這里我們這兩個傳感器的連接器設置為AO和A2，設置好之后的外設設備電路仿真圖如圖3。

至此，硬件部分完成，可以看到，通過使用Grove模塊化的硬件，整個設計過程大大簡化了。

2.2 單片機軟件設計

IOT Builder通過其特有的Visual Designer窗口，以可視化組件的方式來編寫代碼，以流程圖的方式來編寫程序，這個過程不需要編寫代碼，設計完流程圖后也就完成了代碼的編寫。在SETUP函數中，要完成單片機1/0端口的初始化，將連接兩個傳感器的端口設置為輸入模式，將連接LED燈的端口設置為輸出模式，圖略。

接下來要讀取亮度傳感器的數值。將Project目錄樹下的PD1下的readLuminance（）方法拖動到LOOP函數中，并將讀取到數值賦給Lux變量（即讀取的亮度傳感器數值賦給Lux，其讀取的數值范圍為0-1000，亮度越高讀取的數值越大），結果如圖4。

繼續讀取距離傳感器數值。用GPI對象的readDistance（）方法讀取紅外距離傳感器數值并賦值給cm變量。圖略。

然后設置點亮LED燈的閾值。本例我們將閾值設置為Lux<100且cm<20，即亮度小于100且距離小于20就點亮LED燈，否則燈就不亮。從工作面板中拖出兩個if判斷模塊，按照設定的閾值點燈和滅燈。設置完成后如圖5。

至此，軟件部分完成。接下來仿真測試。編譯成功后單擊運行按鈕，按照我們設定的閾值測試，當cm<20且Lux<100時燈亮，否則不亮。圖略。

3 教學效果探討

通過IOT Builder模塊可視化編程的功能，在教學實踐中大部分學生能夠比較輕松地完成該實驗，對比以往沒有采用可視化技術時學生實驗完成率明顯提高。可視化的設計和編程過程相比以往的純代碼的方式來說比較簡單、思路清楚，因為不涉及具體的C語言語句的編寫，不容易出錯，調試也比較方便。這解決了學生學習時的一個最大的痛點：初學的學生在編寫代碼時，由于不熟練或沒有經驗，代碼中往往會有各種錯誤導致編譯失敗，反復多次之后如果程序還是不能正確運行，就會導致很多學生不愿意動手、學習興趣下降。我們在實驗教學中使用了IOT可視化編程以后取得了良好的效果，學生普遍比較愛動手、會動手了。在用可視化編程完成開發后還可以自動生成C語言源代碼，學生可以通過生成的源代碼研究可視化模塊和C語言源程序的對應關系，加深對程序的理解。不過應該指出的是該軟件用于初學者入門是比較不錯的，但是如果用于比較復雜的工程應用是不合適的，在可視化編程界面中放置不下很多流程圖，這一點要提醒學生和使用者。

4 結語

單片機的開發涉及軟件和硬件的開發，如何引導學生快速入門十分重要，否則學生可能會由于學習的難度失去學習的興趣和動力。Proteus IOT Builder可視化編程模塊通過可視化的硬件和軟件設計能夠幫助學生快速入門，是一款具有良好教學效果的教學軟件。

參考文獻

[1]胡中玉，岳強，張茂榮.Proteus軟件在模擬電路實驗中的應用[J].電子技術.2015 （10）：26-28.

[2]方天紅，張升義.Proteus在“數字邏輯電路”課程項目驅動教學中的應用[J].實驗室研究與探索，2014 （04）：195-198.

[3]朱嶸濤，徐愛鈞.Proteus仿真軟件在電類專業課程中的應用研究[J].微型機與應用，2017 （08）：88-91.

[4]朱學華，基于Proteus的單片機課程教學模式探索[J].電子測試，2018 （01）：75-76+68.

[5]王海燕，楊艷華.Proteus和Keil軟件在單片機實驗教學中的應用[J]，實驗室研究與探索，2012 （05）：88-91.

[6]江世明.基于Proteus的單片機應用技術[M].北京：電子工業出版社，2009.

[7]朱敏玲，張偉，侯凌燕，基于Proteus的微機原理與接口技術的教學改革[J].實驗室研究與探索，2016 （01）：155-160.

[8]陳逸菲，王玉芳，孫寧.Proteus在《微機原理與接口技術》教學中的應用[J].軟件導刊，2018 （05）：220-222+22.

[9]陳呂洲Arduino程序設計基礎[M].北京：北京航空航天大學出版社，201 5.

[10]ht tp： //www. proteusedu. com/home/ge tShareDetai l？works. id-37.