基于Proteus与Keil C的单片机教学实践探索

李传江++冯英鹏++张自强，王爱华++周鸣++茅红伟++王义庆

摘要：针对单片机教学中存在的问题及弊端，提出了基于Proteus与Keil C的单片机教学实践探索。将单片机硬件电路设计与软件程序编写结合，通过实例仿真操作演示，教学效果良好，非常适合单片机课程的教学。

关键词：单片机教学；Proteus；Keil C

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）25-0073-02

目前，单片机技术是高校机电类、电子信息类、自动化类和计算机类等专业开设的一门实践性很强、应用面很广的课程。随着科学技术的发展，单片机技术在智能化电子产品、智能仪器仪表等领域的频繁使用，社会对单片机系统开发人才的需求持续增长。对此，高校对单片机课程教学的要求也越来越高。学生在学习单片机课程的过程中，不仅要熟练掌握单片机技术基础，提高整体专业素养，更要提高动手能力，获得实用的专业技能以增强就业竞争力。但是单片机技术包含的知识面广、内容逻辑性强、难度大、抽象等特点，存在“教师讲授难，学生理解难”的现象，致使单片机教学改革成为高校亟待解决的一项教研课题[1]。本文在研究单片机教学普遍存在的问题的基础上，提出了基于Proteus与Keil C的单片机教学实践探索。

1 单片机教学存在的问题及新方法探索

传统的单片机教学重在讲授单片机的内部结构及其理论知识，没有进行单片机系统的设计与仿真，或者说没能进行单片机相关的应用实践，无法满足培养单片机应用型技术人才的需要。在单片机课程的学习过程中，学生根据课程的安排到实验室使用实验箱等设备进行相关实验，由于学生对单片机基本知识的掌握不够，加上实验内容固定，在有限的时间内，学生多数做的是验证性的实验。实验箱是已经设计好的单片机系统电路与外接电路，学生将课堂上讲授的程序编译好，经下载器下载到单片机系统的CPU中，实验现象和要求的一致，即验证了某种功能。在这种情况下，对电路不了解的学生而言，实验算是完成了，甚至是对电路熟练掌握的学生而言，省略了电路设计思考的工作，本来在学习单片机过程中存在或多或少的问题，但基于实验现象的正确，学生在匆匆做完实验就离开实验室，没能深入分析实际问题，那么单片机实验课就失去了意义。

高校单片机教学目的在于通过课堂讲授单片机的理论知识、程序编写与实验室里进行相关实验结合，达到引发学生学习单片机的兴趣和积极性。借助实验室已有的设备，学生针对自身所学的单片机知识，在教师的引导下，利用硬件与软件独立完成各项目任务。在这过程中，学生要面对实际的设计问题，认真思考，亲自动手，锻炼解决实际工程问题的能力，提高社会就业的竞争力。

根据单片机教学的实践，本文提出了基于Proteus与Keil C的单片机教学实践探索。该方法通过课堂上讲授单片机理论知识，创造鲜活的问题情境，先使用Proteus工具设计单片机电路，再用Keil C软件编程，最后将Proteus与Keil相结合进行仿真及结果演示，加深学生对单片机教学的感性认识，引发学生的学习积极性，发挥其主观能动性。由于这两个仿真软件装在PC机里，就可以进行单片机相关电路设计，灵活性强，大大缩减了硬件成本，便于开放式教学。这种实践性教学方法，学生能够主观地去思考，寻求有效的解决方法，完成设计任务，其教学效果优于单纯讲授的传统教学法。

2 Proteus与Keil软件介绍

Proteus是英国Labcenter公司开发的电路及单片机系统设计与仿真软件，不仅可以实现数字电路、模拟电路的仿真，而且还具有微控制器系统与外设的混合电路系统的电路仿真、软件仿真、系统协同仿真和PCB设计等功能。Proteus是目前唯一能对多种微处理器进行实时仿真、调试与测试的EDA工具，真正实现了从概念到产品的完整设计。其处理器模型支持8051、PIC、AVR、ARM、MSP430、Cortex和DSP系列等，同时也支持IAR、Keil和MPLAB等编译器，非常适合单片机课堂教学与实验教学。

Keil是德国Keil Software公司出品的单片机集成开发系统平台，支持51单片机的所有兼容机，提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理及一个功能强大的仿真调试器在内的完整开发方案，并通过一个开发集成环境（[μ] Vision3）将这些组合在一起。该软件不需要连接单片机硬件，可直接进行纯软件仿真，具有跟踪、调试、设置断点等工程，能生成在线仿真和烧录到芯片所需的Hex文件。

3 基于Proteus和Keil C的应用系统开发过程

针对具体的单片机系统，这里使用Proteus7.5的ISIS Professional绘制原理图，Keil [μ] Vision3建立项目工程，通过如下简单的设置，即可联合调试单片机仿真：

（1）Proteus的设置。运行Proteus的ISIS，打开电路原理图。

（2）Keil设置。建立Keil工程后，单击“Project菜单/Options for Target ‘Target 1”选项或者点击工具栏的“option for ta rget”，弹出窗口，点击“Output”，在“Create HEX fi…”前打钩，对话框中保持“HEX-80”选项。

（3）Keil和Proteus联调。调试时，只能打开一个Proteus电路原理图。调试步骤为首先点击Keil软件中Debug/Start/Stop Debug session（此项为调试开关），连接成功以后，电路图处于暂停状态，此时可以在Keil中调试程序了。Keil具有跟踪型单步（Step）、通过型单步（Step over）、执行到光标处（Run to cursor line）、全速（Run）、暂停（Stop Running）等功能；同时还可以进行设置断点、观察变量的值（最简单的方法是在暂停状态下将光标移到变量处）等，执行到接口输出功能时，电路图都有相应的反应；Proteus中可以做硬件方面的模拟，如按按键、改变可调电阻的阻值等，Keil中会有反应的。按照项目要求，根据实验现象去修改源程序，直至调试成功为止。

（4）如要退出调试，按Keil的Debug/Start/Stop Debug session即可。

4 单片机实例仿真教学实践

该实践教学项目要求如下：

CPU选择AT89C51芯片，使用定时器T0的工作方式1，采用中断方式，在P2.7口输出周期为2ms的方波，用Proteus自带的虚拟示波器观察输出波形，晶振频率为12MHz。

根据项目要求，分析如下：

机器周期为12/12MHz=1[μ]s，因要求波形周期为2ms，这里定时时间选择为1ms，那么计数次数为1000次，计数初值为（65536-1000）。

按照要求使用Proteus7.5绘制的硬件电路如图1所示：

图1 单片机硬件电路图

根据实验分析，使用Keil [μ]Vision3建立工程，编写程序，软件流程图如图2所示。

图2 软件流程图

程序代码如下：

#include

sbit P2_7=P2^7；

timer0（） interrupt 1{ //定时器T0中断函数

P2_7=！P2_7； //P2.7取反，输出周期2ms的方波

TH0=0xfc； //计数器初值装填

TL0=0x18；

}

void main（）{

TMOD=0x01； //定时器T0工作方式1

TH0=0xfc； //计数器初值装填

TL0=0x18；

EA=1； //开全局中断

ET0=1； //开定时器T0中断

TR0=1； //启动定时器T0

while（1）{}

}

按照上述的环境设置，通过Keil [μ]Vision3编译程序，选择Keil软件中Debug/Start/Stop Debug session，这样就实现了Proteus与Keil的联调。Proteus中显示如图3。

图3 示波器仿真结果

示波器A通道连接AT89C51的P2.7引脚，横轴为1ms/格，发光二极管D1闪烁间隔1ms，由图可见，A通道是周期为2ms的方波。

5 结论

本文将Proteus与Keil [μ]Vision3相结合，用于单片机仿真教学，解决了单片机教学中理论与实践脱节的问题。通过仿真教学演示，学生感知教学任务深刻，提高了学习积极性。这种实践性教学方法，不仅可以减少实验设备的硬件维护，更能让学生面对实际问题，主观地去思考，寻求解决问题的方法，有利于提高学生的创新能力，对单片机教学具有积极的影响。

参考文献：

[1]马华玲.Proteus+Keil在单片机教学中的应用[J]. 高等函授学报，2012（4）：26-27.

[2]宋蕴璞，周文泳，徐鸣谦，等. 高校单片机教学实验设备与方式探讨[J]. 实验室研究与探索，2009，28（11）：6-9.

[3]张子红，刘鑫. 基于Proteus的单片机课程教学改革[J]. 单片机与嵌入式系统应用，2010（11）：15-18.

[4]李绍静. 基于案例驱动的单片机教学模式研究[J] . 信息技术，2013（4）：59-62.

[5]张红霞，桂伟. 单片机教学中自主学习能力的培养策略研究与实践. 中国电力教育，2014（6）：60-61.