Proteus仿真软件在单片机实践教学中的应用

王超+杨莲红

摘 要： 针对单片机实践教学中的不足，以单片机演奏“草原上升起不落的太阳”乐曲为例，将Proteus仿真软件作为一种辅助手段引入到教学中。采用软硬件协同调试和仿真图表，能有效解决单片机理论知识抽象难懂、理解困难等问题，借助虚拟仪器等测试手段可以提高单片机实践教学效果，激发学生的学习兴趣。

关键词： Proteus； 实践教学； 辅助教学手段； Keil C

中图分类号： TN964?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）14?0084?04

Application of Proteus simulation software in MCU practical teaching

WANG Chao， YANG Lian?hong

（Department of Physics， Changji University， Changji 831100， China）

Abstract： By taking an example that “Unsetting Sun Rises on the Grassland” was performed by MCU， the Proteus simulation software as an auxiliary teaching means was introduced into teaching to solve the deficiency in the practical teaching of MCU. The application of hardware and software synergy debugging and emulation chart can effectively solve some problems， such as MCU knowledge abstract and difficult understanding. The learning efficiency of the students can be improved and ttheir learning interest can be stimulated in MCU practical teaching by the aid of virtual instruments and other testing means.

Keywords： Proteus； practical teaching； supplementary teaching means； Keil C

0 引 言

目前，多数高校单片机原理课程基本采用的是先讲理论后实验的教学方式，其实验主要采用的是实验箱来完成，实验箱提供的是配置好的实验电路和实验程序，实验过程中学生只需按照实验指导书要求连线和输入程序，这种实验完成的多数是演示性和验证性的实验，由于单个实验项目的学时有限，加上受到客观条件的限制，设备、场地、时间等诸多因素制约了实验的数量和质量，难以有过多的设计和创新，实验教学多流于形式，学生积极性不高。

利用仿真软件Proteus和第三方编程调试软件：比如Keil C51等，在没有硬件的环境下建立虚拟仿真平台，为单片机实践教学提供一个方便灵活的环境，可以随时更换仿真元器件，修改电路和程序极为方便，即丰富了实验内容，又能节约实验费用，而且仿真成功的电路可以直接在产品开发中使用。

1 Proteus仿真软件

英国Labcenter公司开发的Proteus仿真软件，实现了混合式的SPICE电路仿真，它将虚拟仪器、高级图表应用、单片机仿真、第三方程序开发与调试环境有机结合，在搭建硬件模型之前即可在PC上完成原理图设计、电路分析与仿真及单片机程序实时仿真、测试及验证[1?3]。

Proteus仿真软件的调试方式对比[4?7]，如表1所示。

表1 仿真软件调试方式对比

2 仿真举例

以单片机控制歌曲“草原上升起不落的太阳”播放为例，详细介绍歌曲演奏原理和仿真调试过程

2.1 单片机实现歌曲演奏的原理

单片机演奏音乐基本都是单音频率，不包含相应幅度的谐波频率，也就是说不能像电子琴那样能演奏出各种音色的声音，音调和节拍是单片机奏乐的两个重要概念，音调表示了一个音符唱多高的频率，节拍表示一个音符唱多长的时间[8]。

若用程序控制单片机的某个I/O口，使其输出一定频率的矩形波，经放大电路驱动无源蜂鸣器即可发出一定频率的声音。要产生音频脉冲，只要计算出某一音频的周期，将此周期除以2即为半周期的时间，利用定时器实现定时，定时到后将脉冲倒相后从I/O口输出，重复操作。

2.1.1 T值计算方法

51单片机内部有两个定时/计数器，T0和T1，定时/计数器工作于模式1，最大计数次数为65 536，改变计数初值T，就可在I/O引脚得到不同频率的脉冲。

利用T=65 536-Fi÷2÷Fr 就可以计算出给定频率下的定时器计数初值，其中，Fi为单片机晶振频率，一般取12 MHz，Fr为要产生的频率。

2.1.2 不同音符T值的求取

钢琴键盘的大字组音调从低到高依次是C，#C，D，#D，E，F，#F，G，#G，A，#A，B共12个半音，每个等半音的音程是[212=1.059 363 1]，即相邻两个音调的相同音符的频率关系是：音高的是音低的[212]倍[9]。这个规律适合所有的音调，比如[#C]调比C调高1位，各音符频率比C调对应音符频率后推1位，E调音符频率比C调对应的音符向后顺推4位，根据表2就可以顺利推出其他音调对应的频率，可以根据所选的曲目构成自己的T值表。