单片机原理及应用课程教学研究及实践

朴明波 李文华

辽宁工程技术大学 辽宁阜新 123000

单片机原理及应用课程教学研究及实践

朴明波 李文华

辽宁工程技术大学 辽宁阜新 123000

针对传统的单片机教学方法的缺点，将Multisim仿真软件引入单片机教学中。介绍了该软件的功能，说明了其特点。利用Multisim软件设计了一个流水灯显示电路，说明了系统功能，给出了硬件电路和主要的中断响应程序，并进行了仿真运行。实践结果表明，将Multisim仿真软件引入单片机教学中可以改善单片机教学效果。

单片机；教学手段；Multisim软件；虚拟实验

单片机原理及应用是热能与动力工程专业的一门重要的专业课，主要讲授设计单片机应用程序和硬件分析等知识。单片机原理及应用是一门技术性和实践性均很强的课程，该课程概念多、逻辑性强、连贯性强、内容抽象。该课程的特点，尤其是其连贯性极强决定了这门课程对于初学者而言较困难，一个知识点掌握不好就可能影响到学习的效果和兴趣，能力也不能得到很好的培养。因此，讲授这门课程，必须将课堂教学和实验相结合。

目前，国内各高校在进行单片机教学方面，大多仅使用板书，其实验手段是使用单片机试验箱进行实验。这种传统的教学方式和实验方式，往往受到诸如硬件资源、时间和空间等条件的限制，并且由于实验仪器的某些固有限制，使学生无法进行一些有创新性的设计，容易挫伤学生学习单片机的积极性。

随着计算机技术的飞速发展，利用计算机软件的仿真技术，可以充分地仿真诸如电子电路的工作状况等实际工程问题，Multisim软件便是一种可以进行电子电路仿真的软件。采用Multisim仿真软件进行单片机仿真实验具有许多优点，如实验内容不再受硬件限制、实验用时少、基本没有硬件损耗等。将Multisim软件引入教学中，尤其是使用多媒体教学时进行程序和电路的实际运行，并作为传统实验的重要补充，极大地丰富了教学手段和实验手段。

一、Multisim软件简介

Multisim软件是加拿大Interactive Image Technologies公司(简称IIT公司)推出的一款专门用于电子线路仿真与设计的EDA (Electronic Design Automation)工具软件，其前身为EWB(Electronics Workbench)软件。该仿真软件以Windows为基础，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路行为进行仿真。

Multisim的主要特点是：1.直观的图形界面，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上；2.丰富的元件库，包括基本元件、半导体器件、运算放大器、TTL和CMOS数字IC以及MCU模块等；3.丰富的测试仪器，具备数字万用表、函数信号发生器、双通道示波器。

二、Multisim在单片机实验中的应用实例

利用Multisim的元件库进行电子系统的设计，以流水灯显示电路为例，阐述采用Multisim软件进行设计及仿真的过程。

1.系统功能

该电路以8051单片机为控制核心，以8个红色发光二极管接PO口为流水灯变换闪烁，以1个共阴极LED为功能选择显示器件，以1个红色发光二极管为上电指示灯，以1个常开瞬动按钮接外部中断0为停止按钮，以4个常开瞬动按钮接4输入与门后进行与操作后接外部中断0为功能选择按钮，同时4个功能按钮分别接P3.4～P3.7以判断功能选择。上电后，上电指示灯亮，所有流水灯全亮，功能选择显示LED灭。按下功能选择按钮J2后，8个流水灯以一定时间间隔依次循环熄灭—点亮，功能选择显示LED显示1；按下功能选择按钮J3后，8个流水灯分为两组，每相邻4个为一组，两组灯以一定时间间隔循环熄灭—点亮，功能选择显示LED显示2；按下功能选择按钮J4后，8个流水灯分为两组，奇数4个灯为一组，偶数4个灯为一组，两组灯以一定时间间隔循环熄灭—点亮，功能选择显示LED显示3；按下功能选择按钮J5后，8个流水灯以一定时间间隔循环全灭—全亮，功能选择显示LED显示4。在任何时刻，按下停止按钮J1后，8个流水灯全部熄灭，功能选择显示LED显示0。此时可重新按下功能选择按钮J2～J5，以使流水灯闪动。

2.硬件电路

单片机使用8051，在Multisim元件库的MCU module组的805x库中。红色发光二极管最大允许电流为5mA，在Diodes组中的LED库中。共阴极LED的最大允许电流为10mA，在Indicators组中的HEX-DISPLAY库中。常开瞬动按钮在Electro-Mechanical组中的MOMENTARY-SWITCHES库中。4输入与门使用74LS21，在TTL组的74LS库中。电阻排电阻为500Ω，在Basic组的RPACK中。其电路如图1所示。

图1 流水灯仿真电路

因为Multisim的单片仿真模块仿真时不需起振电路，也不需上电复位电路，因此，图1中没有晶振电路和上电复位电路。

3.软件编程

(1)定义4个标志位，对应4个功能选择。

(2)在主程序中，将4个标志位清零，打开外部中断0，外部中断1，定时器中断0。其中，外部中断0用于停止按钮，外部中断1用以功能选择按钮，定时器中断0用于产生定时中断，在定时器0的中断响应函数中进行流水灯的闪烁。

(3)编写外部中断0，外部中断1，定时器中断0的中断响应函数。

定时器0的中断响应函数如下：

ORG 0400H

SBR_T0: MOV C, SYMBOL_BIT1；如果选择了功能1，则跳转到功能1

JC SHRINKING1

MOV C, SYMBOL_BIT2；如果选择了功能2，则跳转到功能2

JC SHRINKING2

MOV C, SYMBOL_BIT3；如果选择了功能3，则跳转到功能3

JC SHRINKING3

MOV C, SYMBOL_BIT4；如果选择了功能4，则跳转到功能4

JC SHRINKING4

SHRINKING1: MOV P1, #06H ；功能1

MOV A, R4

MOV P0, A

RL A

MOV R4, A

MOV TH0, #0FCH

MOV TL0, #03H

LJMP T0_END

SHRINKING2: MOV P1, #5BH ；功能2

MOV A, R5

MOV P0, A

SWAP A

MOV R5, A

MOV TH0, #0FCH

MOV TL0, #03H

LJMP T0_END

SHRINKING3: MOV P1, #4FH ；功能3

MOV A, R6

MOV P0, A

CPL A

MOV R6, A

MOV TH0, #0FCH

MOV TL0, #03H

LJMP T0_END

SHRINKING4: MOV P1, #66H ；功能4

MOV A, R7

MOV P0, A

CPL A

MOV R7, A

MOV TH0, #0FCH

MOV TL0, #03H

LJMP T0_END

T0_END: RETI

三、结束语

本文介绍了Multisim仿真软件在单片机教学中的应用。将Multisim软件引入单片机教学中，无须购置硬件设备和焊接电路，节省了大量时间和资金，而且在课堂上可以实际运行该软件以仿真某个实际电路，使学生获得较强的感性认识，可以较好地弥补传统教学方法的不足。同时，学生还可以在课外独立设计、验证自己的系统，有助于培养学生的思维能力和创造能力。实践证明，这种教学方法效果显著，激发了学生的学习热情，调动了学生的学习积极性，有利于学生对单片机相关内容的深入理解，培养了学生自主学习能力，提高了单片机课程的教学效果。

[1]龙志强，赵东明，李志斌.单片机系统设计课程教学改革探讨与实践[J].电气电子教学学报，2009，31(6)：12～13

[2]卢彦民.单片机原理与接口技术教学方法探讨[J].正德学院学报，2008，6(1)：24～25

[3]盖立丰，万茸.单片机原理及应用课程教学改革初探[J].中国科教创新导刊，2009，22：176

[4]朱向庆.单片机原理及应用教学改革探索[J].高教论坛，2009，5：101～103

[5]美国国家仪器公司.NI Multisim[EB/OL]，http://www.ni.com/multisim/zhs，2010-5-2

Teaching research and practice of course of principles and applications of MCU

Piao Mingbo, Li Wenhua
Liaoning technical university, Fuxin, 123000, China

Aiming at the shortages of traditional teaching method of MCU, the software Mul tisim is introduced to the teaching of MCU. The functions of the software is described, the characteristics of it is illustrated. A water lamp display circuit is designed by using Multisim, the function is elaborated, the circuit and the main response program of an interrupt are given, and the virtual circuit runs in Multisim. The result shows that the teaching effect can be improved by introducing Multism to the teaching of MCU.

MCU; teaching method; Multisim software; virtual experiment

2010-05-25

朴明波，博士，讲师。李文华，本科，教授。