Proteus和Keil软件在单片机项目式教学中的应用

摘要：针对单片机项目式教学中出现的问题，提出了将Proteus仿真软件和Keil软件引入到单片机项目式教学中。以”简易温室监控系统”项目为例，详细阐述Proteus软件和Keil软件在单片机课程教学中的使用方法和仿真调试过程。实践证明，该教学方法能激发学生学习的热情，锻炼了学生的创新能力和单片机软硬件综合开发能力，取得了良好的教学效果，是提高单片机教学效率和教学质量的一种有效方法。
关键词：MCU；项目式教学；Proteus仿真软件；Keil软件

《单片机原理与应用》是高职机电类专业的核心课程之一，也是一门综合性、实践性、应用性很强的专业课。传统的单片机课程教学采用“先理论讲解，再动手实验”的教学模式，该教学模式造成学生理论知识与实践应用严重脱节，忽视了对学生创新能力和综合运用知识的能力的培养，教学效果并不理想。目前一种新的教学方法即项目式教学法被许多高职院校应用与单片机课程教学中，这种教学方法将理论教学和实践教学有机结合，有利于培养学生单片机的应用综合能力，提高了学生的综合职业能力，取得了良好的教学效果。但是在课程实施过程中也遇到了一些问题。第一实施项目式教学要求采购大量的硬件设备，而且单片机技术发展日新月异，设备的更新维护都需要投入大量的经费。第二在单片机项目式教学中难以辅助硬件电路进行教学演示，即便演示，效果也不是很理想。第三在实施项目化教学过程中，一个项目从硬件电路的设计，焊接制作，再到软硬软件的调试，实施周期过长，教学效率有待提高。鉴于此本文将Proteus和Keil软件引入到单片机的项目式教学中，通过仿真的直观性和生动有趣的真实感，激发学生的学习兴趣，不仅节约了硬件资源的投入，而且提高了教学效率和教学质量。

1 Proteus和Keil软件的介绍
Proteus软件是英国Labcenter electronics公司开发的电路分析与实物仿真软件，它除了具有其他EDA工具的原理布图、PCB自动或人工布线、电路仿真等功能外，Proteus最大的特点是基于微控制器的设计连同所有的外围电路一起仿真，可直接在单片机虚拟系统上对MCU编程，并可对软件源代码进行实时调试。同时，它具有电路互动仿真功能，通过动态外设模型，如键盘、LED／LCD等，可实时显示系统输入、输出结果，以实现交互仿真，或配合Proteus配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等，使单片机虚拟系统实现预期的实验效果。
Keil软件是美国Keil Software公司出品的兼容单片机C语言软件的开发系统，是目前世界上最好的51单片机开发工具之一。它提供了丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，生成的目标代码效率高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。
Proteus和Keil各自都可以进行仿真调试，但效果不是很理想，如把两者结合起来相互配合，则可发挥Proteus和Keil的优势使其在仿真过程中的软件调试和硬件设计更加便捷、高效。

2 基于Proteus和Keil的单片机项目式教学
单片机项目式教学是以培养学生的职业能力为核心，将整门课程围绕项目展开，以项目的开发步骤作为讲课顺序，将所要讲授的单片机理论知识和实践技能循序渐进地分解到开发项目的过程中，引导学生边千边学，在完成一个又一个项目的实践过程中学习。在单片机项目式教学中使用Proteus和Keil软件教学，可以预先设计大量的单片机应用实例，在课堂上通过多媒体设备使用Proteus和Keil仿真软件演示从单片机硬件设计到软件调试的全过程，这种实时的交互式仿真能够让学生体会到单片机系统设计仿真调试的整个工作过程，增强学生对单片机的感性认识，提高了学生的学习兴趣和学习积极性。另一方面．通过使用Proteus和Keil软件，学生不仅学习了单片机的硬件设计和软件编程，而且也学习了仪器仪表的使用，提高了学生的动手能力和解决问题的能力。此外还可以解决实训室设备有限的难题，不仅节约了硬件资源，也提高了教学效率，对单片机教学有着积极的作用。

3 仿真项目教学案例
项目教学法的教学过程是紧紧围绕一个或多个完整的项目展开的，因此教学项目的设计，是单片机课程教学成败的关键。按照以课程内容为依托和以就业为导向的项目开发原则，设计了LED流水灯、秒表、数字温度计、电子万年历和简易温室监控系统五个教学项目案例，这些项目案例大部分来自实际工程项目，再经过适当的教学加工而成。文中通过“简易温室监控系统”这一项目教学案例来介绍Proteus和Keil在单片机教学中的应用。
3．1 硬件设计
本案例所设计的温室监控系统整体结构框图如图1所示，主要由信号采集模块、单片机模块、液晶显示模块、时钟与存储模块、键盘模块和开关量输出模块所组成。系统以ATC89C55单片机作为控制核心，通过信号采集模块将温室内的温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度等环境参数采集送入到单片机，单片机实现对环境参数的实时存储与显示。同时单片机把采集来的环境参数与预先设定的参数值进行比较，当温室内环境因子参数超出预先设定的值时，单片机控制开关量输出模块启动相应的执行机构，调节环境参数至设定范围内，以满足不同农作物的生长需求。