基于Proteus与Keil单片机实验教学的探讨与研究

海南工商职业学院 陈媛媛青岛理工大学琴岛学院 陈 菁



基于Proteus与Keil单片机实验教学的探讨与研究

海南工商职业学院 陈媛媛
青岛理工大学琴岛学院 陈 菁

【摘要】单片机应用技术作为高职院校电子电气类专业的一门专业基础课，具有综合性和实践性强的特点，本文针对单片机实验教学中存在的问题和弊端，提出了以培养学生的实践技能和创新能力为主线、应用为导向的实验教学模式。从教学方法、实验手段两方面探讨了基于Proteus和Keil的仿真实验平台单片机实践教学，并通过具体的实例阐述基于Proteus与Keil在单片机教学中起到的重要作用，这对提高学生单片机开发应用的实践能力和软硬件综合开发能力具有重要的现实应用意义。

【关键词】单片机；实验教学；Proteus；Keil

0 引言

近年来，随着单片机技术的迅速发展。在各种生产和技术开发领域，它已成为电子技术、自动化技术、计算机技术、检测技术和通信技术中的一个重要开发工具［1］。实践操作在单片机教学中是一个十分重要的环节，传统的单片机实验教学，大多采用单片机试验箱或目标实验板加硬件仿真器的方式，这样就意味着采购更多的实验仪器设备，大大增加了学校硬件投入及维护的工作量［2］。随着高等职业教育教学改革的逐步深化，目前的单片机实验教学中仍存在一些不足，国内各个高校在单片机实践教学方面也在逐步探索和研究，试图寻找一种更直接简单有效的方式来提高学生的实验操作技能及创新思维模式。本文通过对单片机教学现状的分析，探讨基于Proteus与Keil 的仿真实验平台的实验教学模式，提高单片机实验教学效果，培养学生的实验技能。

1 当前高职高专单片机实验教学现状及面临的主要问题

1.1 理论教学环节中存在的问题

随着职业教育对学生技能要求的不断提高，目前大部分高职院校在单片机课程的教学模式上都逐步采用“教、学、做”一体化的教学模式，即理论和实践教学相结合，教师利用多媒体设备对理论知识进行讲解，同时，利用单片机开发板或实验箱对实践环节进行演示和训练，这种教学模式虽然一定程度上提升了学生的积极性，但仍有待改进。主要原因就是现有的单片机开发板或实验箱整个演示环节过于繁琐，其中在计算机、仿真器或编程器与电源和实验电路板整个设备连接过程中，稍有不慎，就会造成仿真头从电路板中脱落致使实验错误，甚至可能会损坏仿真头或实验电路板［3］。同时，由于实验电路板上的器件较小，学生很难看清楚有关现象，再加上高职高专学生在理解与探索性实验方面能力欠佳，教学效果不甚理想［4］。

1.2 实验教学环节中存在的问题

传统的单片机实验教学大多采用验证性实验教学方式，教师除了在课堂上按照教学大纲与计划给学生安排相应的实验环节外，学生往往是跟着讲义一步步操作进行，多数同学只需按照教师要求进行简单的接线插入实验箱，即使更改实验，学生也只需按照教师参考程序做些简单修改，多数学生在做实验前根本不了解实验原理及目的，这种现象在单片机实验教学中极为普遍。学生真正动手动脑的机会并不多，也达不到培养学生实践动手能力及创新能力。同时，传统的实验教学由于单片机实验室场地和时间的局限性，学生除了在课堂上接触单片机外，课余时间很难有实践机会，也不能给优秀学生提供一个良好的电子设计和制作的场所，难以培养学生的动手能力和创新能力。

2 针对传统单片机教学的改进方案

针对上述单片机教学现状及存在的弊端，现采用任务驱动、案例教学、项目向导等形式进行单片机教学改革。引入基于Proteus和Keil的单片机实验教学仿真平台，其最大的特点就是：以项目为载体组织教学内容，结合电脑软硬件知识，只需通过Proteus和Keil两种软件就可以将单片机产品的设计与开发过程与相关的知识点有机结合在一起，完全不用仿真器、编程器、实验板和电源等装置，使学生在学会单片机开发过程的同时，认识单片机，使用单片机，掌握单片机的基本原理、相关概念。具有结构简单，易于理解、功能丰富，硬件损耗低等特点。满足了正常单片机教学和实践教学等要求，教学效果好。

3 基于Proteus和Keil的单片机实验教学探究

3.1 Proteus和Keil简介

Proteus 软件是英国Lab Center Electronics公司开发的EDA工具软件，它不仅具有其他EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。此外，Proteus软件具有强大的单片机原理图制作能力，并且能对设计的电路图进行实时交互式仿真，能为设计人员提供多种虚拟仪器，是目前最好的仿真单片机外围器件工具。主要的功能模块有智能原理图设计、完善的电路仿真功能、单片机协同仿真功能及实用的PCB设计平台，是一个巨大的教学资源，测试可控、易于评估且易于实施。

Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，是目前世界上最好的51单片机开发工具之一。支持8051微控制器的PK51专业开发工具，支持所有的8051系列的芯片，包括经典设备以及具有IP核的设备。Keil u Vision 4 是Keil公司关于8051系列MCU的开发工具，可以用来编译C源代码、汇编源程序、连接和重新定位目标文件和库文件、创建HEX文件、调试目标程序等，是一种集成化的文件管理编译环境。u Vision是C51 for Windows的集成开发环境，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程，其主要优点为：Keil C51生成的目标代码效率非常高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解，在开发大型软件时更能体现高级语言的优势；与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，易于学生学习。

图1 电子抢答器原理图

3.2 基于Proteus和Keil的单片机实验教学案例

本文以80C51 单片机设计的电子抢答器为例，介绍如何通过Proteus 7.1 和Keil Vision 4 的结合实现对单片机电路的仿真。

3.2.1 硬件电路设计

在Proteus 7.1 中绘制原理图，保存命名为dianziqiangdaqi. DSN。如图1所示。

3.2.2 在 Keil u Vision 4 中编写程序，编译并生产 Hex 文件

新建一个Keil u Vision 4项目命名为 clock.Uv2 ，在select Device for Target 中选择目标 CPU 为 ATMEL 公司的 AT89C52，并将其添加到工程。然后在 Option for TargetOutput 选项中，选中 Debug 选项，选中use选项中的 Proteus VSM Simulator 选项，如图2所示。

图2 Option for Target窗口设置

3.2.3 进行仿真并观察仿真结果

在 Proteus 中的Debug 选项，选中use Remote Debug monitor 选项，与KEIL联调进行仿真并观察仿真结果。图3即为仿真调试结果。

图3 仿真结果

3.3 基于Proteus和Keil的单片机实践教学的优点

通过上面的实例，可以看出Proteus 和Keil联调在单片机实验教学中主要优点有：激发学生学习单片机的兴趣，充分体现了以学生为主体，以教师为引导的新的教学模式，让学生参与到整个实验操作过程中来，拓展了学生的知识面，减少实验室建设成本，简化实验教学模式，锻炼了学生创新的思维模式和动手能力，加速对学生实验技能的培养。

4 结论

综上所述，基于 Proteus 和 Keil的单片机软件仿真实践教学系统，既无需购置大量的硬件设备，也不需制作具体的硬件电路，节省了大量的时间和资金。除了在课堂时间外，学生还可以直接在其自己电脑上的开发环境中进行软件仿真、调试，成功后再进行相应实际制作，也可以自行独立设计，有助于培养学生的创新素质和创造能力，符合当今高职高专人才培养的要求。同时，学生参与整个实践过程设计，完成了系统的知识构建，锻炼了操作能力，激发了学生学习兴趣，有助于整个课程的学习，有效的提高了其团队协作能力，提高实验教学的效率和质量，取得良好的教学效果。

参考文献

［1］袁锋伟，赵立宏，朱慧玲等.基于 Proteus的单片机课程教学与实验改革［J］.实验室研究与探索，2007，26（12）﹕75-78.

［2］伍冯洁，谢陈跃，谢斌. Proteus与 Keil在单片机开放性实验中的应用［J］.电子测量技术，2008，31（6）﹕102，103，107.

［3］张志杰，赵旭.单片机实验教学改革初探［J］.实验科学与技术，2008，6（1）﹕ 86-88.

［4］刘心红，郭福田，孙振兴等. PROTEUS仿真技术在单片机教学中的应用［J］.实验技术与管理，2007，24（3）﹕96，98，102.