高校创新型MCS—51单片机虚拟实验室的建设与应用
摘要： 单片机的教学与应用需要软硬件知识的结合，实践性非常强。然而在目前单片机的教学实验中，设备的更新及损坏导致单片机实验室建立与维护成本较高，实验设备不足导致实验过程多是进行验证性的实验，很难开展创新实验。因此，本文以高校单片机课程的实验教学为背景，采用单片机仿真软件Proteus与Keil整合构建单片机虚拟实验室，为解决目前传统的单片机实验教学存在的一系列问题提供了一种新的思路。
Abstract： The teaching of microcontroller needs the combination of hardware and software， the practice is strong. But the current SCM experimental teaching， technology updates and equipment damage caused microcontroller laboratory for building and maintaining costly； laboratory equipment are mostly due to insufficient validation experiment， it is difficult to carry out innovative experiments. Therefore， taking experimental teaching of SCM curriculum as background， this paper constructs MCU Virtual Laboratory with the use of SCM simulation Proteus software and Keil， providing practical idea for resolving the exsiting issues in experimental teaching of SCM.
关键词： proteus；Keil；单片机；仿真；虚拟实验室
Key words： proteus；Keil；single chip computer；simulation；virtual laboratory
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）35-0241-03
0 引言
当今社会，单片机技术是电子工程应用领域一门迅速发展的技术，被广泛应用于工业自动化、消费类电子产品、智能仪器仪表、武器装备、通讯方面、终端及外部设备控制机多机分布式系统中[1]。单片机技术的应用与发展，极大推动了电子产业的繁荣与发展，因此单片机技术在教学界和产业界的研究与推广是当今业界的热点之一。
1 研究背景
单片机课程是高校计算机、通信、机电、自动化等工科专业的一门重要专业课程，可以充分体现和发挥学生利用所学知识解决实际工程问题的能力。单片机课程注重理论实践的结合，学习起来必须做到软硬件结合。目前单片机的课堂及实验教学中存在一些问题，总结如下：①目前国内大多数高校的单片机课堂教学多以理论教学为主，实验教学学时较少，而且多是进行一些基于单片机实验箱的验证性实验。②单片机的硬件实验室由于存在着时间和场地等问题，学生除了一周难得一次的实验课，平时难得有机会接触和实践。导致学生在进行创新实验及毕业设计时，更是时常面临实验设备不足的尴尬[2]。③建立单片机实验室有着较高的成本，而且随着技术的不断更新，会出现实验设备落后，不断故障甚至老化的问题，要解决此类问题需要更新甚至是重建实验室，如此势必会带来资金的严重耗费。④传统创新实验，因学生操作不当而造成的元器件和仪器仪表损毁及实验板、仪器仪表等工作造成的能源消耗导致的高费用会让学生无法充分实验，很难实现完美的实验效果。
因此，本文以学校单片机课程的实验教学为背景，采用单片机仿真软件Proteus及Keil整合来构建单片机虚拟实验室，以有效缓解单片机的教学过程中出现的一系列问题。
2 软件简介
2.1 Proteus软件 Proteus软件是英国Labcenter electronics公司开发的一款电路分析与实物仿真软件，自1989年出现以来已在全球得到广泛地使用。Proteus软件支持目前主流单片机系统的仿真，实现了单片机的仿真和SPICE电路仿真相结合。Proteus软件与别的单片机仿真软件不同，Proteus不单是能仿真单片机CPU的工作情形，而且还能仿真外围电路的工作情形。
Proteus软件由原理图输入系统（IsIs）、动态器件库、高级图形分析模块、混合模型仿真器、处理器仿真模型VSM及PCB设计编辑（Ares）。安装后的Proteus是由Ares和IsIs两个程序组成，IsIs采用布原理图的方法绘制电路并进行相应的仿真，Ares主要用于PCB自动或人工布线及电路仿真。Proteus软件提供了30多个元件库，包含几千种元件，包括有模拟和数字、交流和直流等。有逻辑分析仪、示波器、信号发生器等各种虚拟仪器，具有数字电路和模拟电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、键盘和LCD仿真的功能。
Proteus软件支持wave及Keil等第三方的软件编译和调试环境，有着强大的原理图的绘制功能，可以实现仿真的在线调试。
2.2 Keil软件 Keil是美国Keil Software公司出品的MCS-51系列兼容单片机C语言软件开发系统，是目前最流行的单片机开发软件。C语言在结构性、功能上、可读性、可维护性上有明显的优势，易学易用。Keil提供了一整套完整的开发方案，包括C编译器、连接器、宏汇编、库管理和一个功能强大的仿真调试器，通过集成开发环境（uVision）将这些部分组合。