单片微型计算机课程的仿真教学探析.docx

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“单片微型计算机”课程的仿真教学探析

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郭杰

一、Proteus和Keil介绍及联调

理论教学在以往的单片微型计算机课程教学过程中实施比较多，而实验教学因条件限制开展较少。教师讲解软件设计、硬件设计和单片微型计算机的原理等理论知识，学生在学习过程中普遍感觉枯燥、概念抽象，很难领会和应用；开展的大多数的实验也仅仅是验证性的基于单片微型计算机实验箱的简单实验，学生很难掌握单片微型计算机系统开发的实战经验[1]。此外，有不少学校通过单片微型计算机实验箱或实验电路板另外加上硬件电路仿真头的模式，需要采购大量的定制仪器和实验设备，设备使用过程中损坏比较严重，维护工作量很大[2]。Proteus仿真软件和Keil编译软件的出现，很好地解决了这些问题，提供了很好的“单片微型计算机”课程的仿真教学平台。

1.软件简介

由英国LabCenterElectronics公司设计开发的Proteus仿真软件是一款高效仿真工具，由ISIS模块和ARES模块组成，其中ISIS模块用于原理图的编辑和仿真，ARES用于PCB布线编辑[3]。与别的单片微型计算机仿真软件相比，Proteus除了能仿真单片微型计算机芯片的工作情况，也可以同时仿真单片微型计算机以外的电路和没有用到单片微型计算机的其他模拟电路、数字电路的工作情况。该软件的应用能够进行单片微型计算机系统的无失真仿真。

Proteus仿真软件与其他电路设计仿真软件相比最大的差别在于，它的功能是全面的，它有非常强大的元件库，甚至超过任何其他电路设计软件。就其电路的仿真方面的功能能够比过Multisim，而且它具有的单片微型计算机的仿真功能，Multisim和任何其他仿真软件是不具备的。另外，Proteus仿真软件的PCB电路设计、制版功能可以和Protel不相上下。其功能之强大，丝毫不亚于Protel，是众多电子产品设计者使用得心应手的工具软件。

由德国开发的Keil软件是一款51单片微型计算机开发设计平台，支持采用多种编程语言，包括汇编语言、C语言等高级语言。目前常用的KeilμVision版本除了能够进行单纯的软件仿真（只进行软件程序仿真，不搭接硬件电路），同时能够通过硬件仿真器，加上单片微型计算机的硬件系统，在仿真器当中加载设计程序后进行电路的實时仿真。另外，还能够利用μVision内部嵌入的KeilMonitor-51模块，不额外增加硬件仿真器的情况下，对单片微型计算机硬件、软件系统综合调试[4]。

KeilC51目标代码生成效率很高，大部分语句汇编代码生成很紧凑，理解起来比较容易。开发复杂软件系统更加能够表现出使用高级语言的编程优势。较汇编语言相比，在功能、结构、可读性、可维护性上C程序设计语言有显著的优势，因而好学易用。用过汇编语言的设计人员，今后再使用C语言来编程，会有更加深刻的体会。

2.Proteus与Keil软件的联调方法

Keil编译软件和Proteus仿真软件的联合调试，也就是要建立软件和硬件仿真调试联合的过程。硬件仿真环境和软件执行环境能够组成软件硬件联合仿真系统，一般软件设计环境和硬件仿真环境都有一套自己的查错和修改页面，利用Proteus仿真软件和Keil设计软件就能够完美地进行软件和硬件系统的联合调试。在该联合调试项目系统中，Proteus仿真软件作为硬件仿真界面，而Keil设计编译软件作为软件调试界面。

二、单片微型计算机设计任务项目的模块化分解

1.系统资源

所有的单片微型计算机都结合了一套系统资源。51单片微型计算机提供的资源包括寄存器和存储器。我们可以利用多种51单片微型计算机的模拟仿真软件来查看寄存器内容。另外，在仿真软件Proteus中，执行debug菜单下registers菜单命令可以调出相应的仿真窗口。要想查看系统内部存储器，可以通过执行debug菜单下的internalmemory菜单项命令。

2.硬件接口

单片微型计算机的接口电路知识包含了应用电子技术的各个领域，根据单片微型计算机应用系统的产品任务需要，Proteus仿真将单片微型计算机仿真和SPICE电路仿真进行了整合，仿真工具包含各种仪器仪表，有示波器、逻辑分析仪，等等。

3.软件程序

在课程的教学过程中，软件程序的教学包括语句的结构、功能讲解，检查语法错误和逻辑错误。在项目课程实施时，针对具体单片微型计算机的任务，教师可以结合Keil和Proteus软件进行仿真、演示和讲解，以取得良好的教学效果。

4.综合应用

一个完整的单片微型计算机的应用系统包括软件和硬件。在学完相关理论知识点后，通过项目任务的实施，可以将一个项目分解成多个子任务，通过几节课来完成，这样学生更加容易掌握。这个阶