虚拟仿真技术在单片机实践教学中的应用

胡慧铺+金玉叶+李世红+倪孔释

基金项目：2013年温州科技职业学院教育科学研究课题“电子类专业学生实践能力和创新能力培养模式的研究”［课题编号：wzkj2013009］。

作者简介：胡慧铺（1983—），浙江温州人，硕士，温州科技职业学院信息技术系教师，主要研究方向：信息检测与分析。摘要：单片机课程是一门实践性很强的课程，将Proteus仿真软件应用在单片机实践教学中，提高了学生实践能力，降低了实验成本。本文以开发温湿度采集系统为例，介绍Proteus软件在单片机实践教学中的应用。

关键词：Proteus；SHT11；单片机实践

图1温湿度采集系统原理仿真图

图2虚拟串口的设置1引言

单片机课程是电子信息工程专业的一门专业必修课，是一门实践性很强的课程，加大实践教学的比例，有利于提高学生对单片机知识的掌握，提高教学质量。Proteus是英国Labcenter electronics 公司推出的一款EDA仿真软件，它将电路仿真、PCB设计结合到一起，解决了单片机及其外围电路的设计和协同仿真问题。目前在国内高校单片机课程教学中得到广泛应用。

2虚拟实验平台的搭建

下面我们利用Proteus 和Keil 构建一个适合“教、学、做”一体化教学的单片机虚拟实验平台。

（1）硬件电路的搭建。Proteus提供了数千种虚拟元器件，满足了课程实验的需求，学生就可以利用Proteus软件搭建出应用电路。

（2）应用程序的编写与调试。学生通过使用Keil开发环境来编写与调试程序。

（3）软硬件联调。利用Proteus提供的开发插件，可以实现Keil与Proteus的系统联调。

3实践教学实例

利用89C51单片机，设计一个温湿度采集系统，要求能够实时显示温湿度并可上传到上位机。

（1）硬件电路设计。本系统以SHT11为温湿度传感器、串口为通讯接口、LCD1602为显示系统、AT89C51单片机为控制核心组成基于虚拟串口的温湿度采集系统，如图1所示。其中温湿度传感器，选择使用基于I2C协议的SHT11。该器件的温度测量范围为-40℃～+1238℃，实现温度信号的14位数字转换精度；湿度测量范围为0~100%RH，实现湿度信号的12位的数字转换精度，最高分辨率可达003%RH。Proteus元件库中直接提供了SHT11，其中第二和第三引脚为数据通讯引脚。本系统中通过单片机IO引脚与SHT11的数据通讯连接，模拟I2C总线编程实现温度和湿度信号的采集。

数据通信——我们利用Proteus中的COMPIM器件和虚拟串口软件搭建串口通讯接口，将实时采集温度和湿度信息上传给上位机。虚拟串口设置如图2所示。PC机上使用串口软件采集下位机上传的温湿度数据，本实验中采用串口调试助手采集湿度和温度数据，如

图3所示。显示部分采用LM016L液晶显示屏，能够满足温度和湿度的实时显示要求。

（2）程序设计。单片机上电后先对串口、LCD进行初始化，接着通过convert_SHT（）对SHT11启动温度和湿度转化并读取实际温度和湿度，然后在LCD上显示结果并用串口发送数据，最后经虚拟串口软件将结果同步显示在串口调试助手上。程序流程图如图4所示。

（3）系统调试。在Proteus硬件电路图中双击单片机，打开软件编辑窗口，在Program File一栏中选择有Keil编译器生成的hex程序文件，单击OK按钮，程序下载完毕，点击运行观察效果，系统运行效果如图1所示。

4教学组织

在单片机实践教学中，所涉及的内容包括三方面：即单片机系统资源、硬件接口电路、软件编程，教学时，充分考虑课程的特点将课程内容进行合理的划分。

（1）单片机系统资源教学。单片机系统资源教学是围绕着寄存器和存储器展开的。可以通过执行Keil软件中的Debug菜单中的Register选项打开相应的寄存器观察窗口，查看寄存器变化，执行Debug菜单下的Internal Memory选项打开存储器观察窗口，查看存储器内容变化。加深学生对相关知识点的理解。

（2）硬件电路教学。单片机的接口电路所涉及的知识较广，在教学安排上应循序渐进，带领学生分析实践项目需求，确定设计方案。如本文实例，让学生自主查找温湿度传感器，不限制器件型号。将学生方案汇总，进行比较，最后引入本设计方案。要求学生自主完成Proteus仿真图的绘制。

（3）软件编程的教学。软件编程教学，主要是具体语句的执行效果验证、算法的具体实现、程序中语法错误的检查和逻辑错误的验证等内容，在软件教学安排中考虑到学生的能力，提供了包含共性错误的程序，由学生自行分析改正。

5结束语

基于Proteus的虚拟实验平台应用于单片机实践教学中，可降低教学成本，减少系统的开发周期。通过完成相对复杂的课程实践内容，每个学生进行独立设计，不仅完成了知识建构，锻炼了操作能力，而且激发了他们学习单片机的兴趣，有助于后续课程的学习。

参考文献：

刘守义．单片机应用技术．西安：西安电子科技大学出版社，2007．

朱清慧．Proteus教程——电子线路设计、制版与仿真．北京：清华大学出版社，2011．

张庆芳．Proteus软件在高职单片机教学中的应用．轻工科技，2013，178（9）：88—89．

图3上位机数据采集

图4程序流程图

endprint