淺談PROTEUS在單片機實踐課程中的應用

樓俊君 趙永熹

摘 要：本文提出了將仿真軟件PROTEUS應用于單片機實踐課程教學，并以自動溫控風扇系統的設計為例，說明如何具體應用該軟件輔助實踐教學。因為仿真軟件能在繪制好電路原理圖后直接運行，動態顯示系統實際運行效果，直觀高效，提高了學生的學習興趣，達到了事半功倍的效果。

關鍵詞：仿真軟件；單片機；實踐

1、前言

隨著技術的進步，工業市場也在不斷地發展，各種軟件和硬件產品蓬勃興起。單片機作為微型計算機的一個分支，具有體積小，功耗低，易于攜帶，便于使用等優點，因此已廣泛應用在各個領域。

目前高校理工科都普遍開設了單片機課程，我校也不例外。與時俱進，應用新的教學工具軟件和新的教學方法，進行單片機實踐課程的教學，對提高單片機課程的教學質量非常重要。為此，我院使用PROTEUS仿真軟件，建立單片機虛擬實驗平臺，應用于單片機課程的實踐教學中，取得了很好的教學效果。

2、基于PROTEUS的教學實例

為了說明PROTEUS在實踐教學中如何應用，下面就以一個以單片機為控制核心的自動溫控風扇系統的設計為例加以說明。使用時用戶可以設置上限和下限溫度值，并將溫度分為五個級別，風扇自動以相應的速度運行，控制狀態隨實時溫度而定。系統在設計中還采用藍牙模塊HC-05 模塊，實現遠程控制風扇啟停和調速。

2.1 自動溫控風扇的仿真演示

在課堂向學生們提出如何用單片機為內核設計自動溫控風扇的問題后學生們都感覺很新奇有趣、貼近生活。在春夏（夏秋）交替時節，晝夜溫差較大，相比花更多的錢開空調，人們常選用電風扇作為降溫設備。使用風扇是一個便宜的選擇，然而，也有一些問題會出現。例如有些用戶會在離開時忘記關風扇，也有些人煩惱需要為了調整電扇速度而特意走動。這些原因會導致風扇在不使用時保持打開，導致電費上漲。同時，由于風扇持續運作，電機升溫，可能造成的火災隱患令人擔憂。本設計方案可以解決上述問題。本設計可以根據環境溫度自動調節風扇啟停與轉速，有一定的實用價值。

然后教師調出PROTEUS仿真軟件里已經畫好的自動溫控風扇系統的原理圖在線仿真運行，啟動仿真后，如圖1，數碼管顯示當前DS18B20溫度傳感器采集的實時溫度，按下調速按鍵后，電機轉動，表示風扇開始運行，隨著實時溫度值的升高，電機的轉速自動調快，實現了風扇根據溫度的自動起停和調速，仿真過程結合動畫使得學生產生很大的學習興趣。

接下來教師就可以趁熱打鐵，介紹電路的工作原理、用到的關鍵技術、電路原理圖設計、軟件程序設計等知識。從原理上來說，本設計具體是以stc89c5單片機為控制中心，由電源子電路、晶振子電路、，復位子電路、溫度采集子電路等組成，通過燒錄將程序下載到單片機內部，實現其功能。用戶通過功能按鍵可以設置上限和下限溫度值，數碼管顯示電路顯示出當前實時溫度和風扇的檔數。

2.2 建立PROTEUS原理圖

由之前的分析可以確定自動溫風扇控的硬件模塊結構如圖2所示。

在本設計中最關鍵的技術就是如何采集溫度，本設計中采用的是 芯片，該芯片來自于DALLAS半導體器件公司，其擁有單總線技術，使得設計中不需要占用太多的I / O端口線，有結構簡單、性價比高的優點。

2.3 軟件程序設計、編譯、調試和仿真

軟件編程可以理解為人機對話，即人為了讓計算機按自己的設計意圖工作，必須要將自己的設計思路方法以編程語言的形式傳遞給計算機，使得計算機一步步按照人設計意愿執行下去。本設計中采用的KEILC語言，這是一門和C語言很接近的高級語言，非常適合硬件編程。通過畫出流程圖，可以清楚地看出整個程序的編程思路。

課堂演示講解成功后，學生的學習興趣正濃，教師應布置學生到實驗室進行實踐，讓學生先在PROTEUS仿真環境下調試通過，再完成焊板制作。當然這個過程中可能會出現不少問題，如學生可能把LED正負極接錯、單片機引腳接錯、編寫的軟件程序有語法錯誤編譯失敗等，當學生出現問題時提倡學生自己去查找原因，找資料或互相討論，實在找不到原因時教師再給予幫助。當學生成功地完成了仿真和實物后，就十分有成就感，對單片機產生濃厚的興趣了。

3、結束語

仿真軟件PROTEUS有所見即所得，直觀高效的優點，將其應用于單片機實踐課程教學，可以提高學生的學習興趣，應用于單片機實踐課教學，可以達到事半功倍的效果。

參考文獻 ：

[1] 樓俊君，程啟明，黃云峰，趙永熹.PROTEUS仿真軟件在單片機課程創新教改中的應用[J].蘭州石化職業技術學院學報，2017，17（01）：64-66.

[2] 王偉.基于PROTEUS與KEIL C51軟件平臺的單片機仿真教學[J].電子制作，2015，13.

[3] 林立.單片機原理及應用——基于Proteus和Keil C[M].北京：電子工業出版社，2009.

作者簡介：

樓俊君，上海電力大學自動化工程學院，講師.