Protues仿真软件在单片机原理课程中的应用

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摘 要 文章针对目前单片机课程中存在教学手段单一、学生动手能力差、教师教学困难的问题，提出使用protues仿真软件辅助教学，通过实例矩阵键盘介绍了protues的使用，建立以项目开发为课程内容，丰富教学手段，激发了学生的学习兴趣，培养了学生的单片机开发应用能力，提高了教学效果。

关键词 仿真 单片机 教学应用

0 引言

“单片机原理及接口技术”课程是机电一体化专业的一门专业技能课，课程要求学生能够掌握单片机的结构、工作原理及应用，能够应用51单片机进行简单的设计，培养学生的软硬件设计能力，提高学生的实践动手能力和创新能力。但单片机课程内容较为抽象，学生理解困难，课程要求学生勤动手动脑，需要通过大量的实验实训帮助学生理解所学知识。单片机实验实训中应用的实验箱所设计的实验内容大多是验证性质的，实验内容固定。学生对照实验实训指导书进行实验，主观能动性不足，这种实验实训限制了学生的综合设计能力以及创新意识的培养。[1]

Proteus软件是一种嵌入式系统仿真开发软件，可以对电子线路设计与仿真，也能对很多种单片机系统进行电路设计、软件设计、编译和程序下载、仿真、层次电路和PCB 设计等。[2]学生可以根据设计需要进行系统搭建，并可进行调试、仿真验证。设计方便灵活，实现了从概念到产品的完整设计。

1 教学案例

键盘是单片机应用系统中常用的输入装置。矩阵键盘减少了对单片机I/O口的占用，可提供数量较多的按键。在矩阵键盘中，与I/O口相连的行线与列线通过一个按键连接，此种连接比独立式按键复杂，识别也更困难。因该部分内容涉及到判断是否有无按键按下、确定是哪一个按键按下、该按键对应的功能是什么等较多问题，因此一直是教学难点。[3]

为了让学生掌握该内容，教学围绕“项目导向，任务驱动，案例教学，理论实践一体化”的教学模式展开，教学由实际工作任务驱动，教学中以学生为中心，教师为主导，将Proteus软件引入教学，将抽象知识转化为具体技能；[4]分组讨论分析案例，提高分析问题解决问题的能力；通过编程、调试、仿真将理论知识转化为职业技能，提高学生的自主学习能力，达成教学目标。

1.1 硬件电路设计

首先讲解工作任务：利用单片机建立系统对矩阵键盘进行按键显示，矩阵键盘共有12个按键，对按键进行编号如1、2、3---A、 B，要求按下任意按键，数码管显示该按键编号。通过Proteus软件设计该系统的硬件电路连线图，如图1所示。

1.2 软件设计

教学时，教师充分与学生进行交流，教学中注意应用启发式，循序渐进。首先要讲解如何判断有无按键按下。将列或行线输出0，然后从行或列线读入，判断读入的是否全为1，若不全为1，则有健按下。还要考虑消除按键在闭合或断开时的抖动。

确定按下按键是通过逐行动态扫描得以实现，需要详细讲解每一个按键所对应的编码值。不同的按键有不同的编码值，由编码值来确定按键。当然不同的矩阵键盘，不同的设计思路，其按键的编码值也不相同，但编程原理、设计思路是相同的。此处系统的键盘矩阵中，可使列线1、2、3、4输出扫描码， 按键逐行动态接地（键盘的列值），行线5、6、7输入按键状态，称回馈信号（键盘的行值）， 由行扫描值和回馈信号共同形成键编码而识别按键、通过软件查表，查出该键的功能。

教学中启发引导应注意锻炼学生独立思考，解决问题的能力。让学生摆脱被动式学习，启发学生自主创新的精神。矩阵键盘扫描程序流程图如图2所示。

1.3仿真验证

通过以上分析后编写调试程序、编译程序、链接后生成HEX文件下载到51单片机系统中，运行后观察仿真效果。按下不同的按钮，数码管显示对应的数字。在掌握了教学内容的基础上，让学生自己动手设计一个8*8的64个按键的矩阵键盘，增加设计难度，给W生以挑战。此教学环节能够带给学生成就感，培养了学生的独立思考能力和创新能力。

2 结束语

通过Proteus软件引入教学，可实时设计电路并进行实验验证，激发了学生的学习热情， 对那些迫切需要老师指导学习单片机且观察效果的学生来说帮助巨大。利用好该软件就无需单片机实物开发板，也能做到理论、实践、仿真、密切结合，实现教、学、做、练一体化。更做到引导学生如何自主学习，锻炼学生实践能力，激发学生创新思维，培养学生单片机开发应用能力，使得学生在以后从事单片机开发的工作中具有一定的动手能力。

参考文献

[1] 李生明，杨红.PROTUES软件在学习单片机中的应用[J].清远职业技术学院学报，2010（12）：40-42.

[2] 刘建海，方晓群.Protues仿真软件在电子实训课程中的应用[J].电子制作，2014（6）：115.

[3] 李群芳，肖看.单片机原理、接口及应用[M].北京：清华大学出版社，2010：85-87.

[4] 万松峰.基于Proteus的单片机原理与应用的教学改革[J].高教学刊，2016（14）：121-123.