Proteus和Keil软件在单片机项目式教学中的应用

    在Proteus ISIS界面下完成系统电路原理图的绘制，信号采集模块中，采用DS18B20和SHT11作为温度和湿度传感器，单片机的P1．0、P1．4、P1．5引脚分别接DS1BB20的DQ和SHT11的SCK、DATA管脚。用两个分压可变电路模拟光照度传感器和二氧化碳传感器输出的电压变化(0～5 V)，单片机的P1．6引脚控制八路模拟开关CD4051选择相应的传感器输出通道，将输出的电压信号经由OP07所构成的负反馈运算电路后输送到A／D转换芯片MAX187的模拟输入端中，单片机的P1．1～P1．3引脚分别接MAX187的SCLK、CS、DOUT管脚，从而控制MAX187工作。信号采集模块电路原理图如图2所示。

    键盘模块设置了4个独立按键，用于实现对温室监控系统参数的设置，键0为参数设置键，用于选择不同的参数设置。键1，键2分别为++键，和--键，用于对所设参数进行递增和递减的调整。键3为↑↓键，用于选择上极限值和下极限值。液晶显示模块采用不带字库的HDG128 64F-1型的LCD液晶显示器，单片机的P0．0～P0．4引脚分别接液晶显示器的SI、SCL、A0、RES、CS1引脚。时钟与存储模块采用DS13B20和AT24C02芯片，单片机的P0．5～P0．7引脚接DS13B20的RST、SCLK、I／O引脚，P3．0和P3．1接AT24C02的SCK和SDA引脚。其电路图如图3所示。单片机P2口的8个引脚用于开关量的输出控制，每个引脚通过光电耦合器件TLP521与输出通道进行隔离，隔离信号再经三极管的放大后驱动12 V的小型继电器，从而控制执行设备执行相应的动作。图3为简易温室监控系统的信号采集模块、显示模块和时钟存储模块电路原理图如图2所示。

3．2 软件设计
    系统控制软件采用模块化的程序设计思想，将系统的整体功能分为不同的模块，各个模块单独设计、编程、调试。完成之后进行系统总的联调。系统所有程序均在Keil C环境下进行编译调试。系统的软件设计主要包括主程序，系统初始化子程序，温室参数采集子程序、时钟子程序、存储子程序、按键扫描子程序、数据控制处理子程序和液晶显示子程序等模块。其中主程序控制流程如图4所示。

3．3 软硬件联合仿真调试
    将编写的程序在Keil μVision3集成开发环境上编译调试，生成相应的HEX文件。按照文献上对Proteus和Keil软件进行相关设置，实现Proteus和Keil的联合仿真。
    系统刚开始工作时，液晶屏会显示当前温室所采集到的温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度和时间。当采集环境参数均在设定范围时，执行机构均停止工作。按下参数设置键，液晶屏会显示温度的上下极限值设定界面，接着可通过↑↓键来实现对上下极限的切换，按++键和--键可对温度的上下极限值进行修改，修改好后再按下参数设置键，液晶屏就会跳到湿度的上下极限值设定界面，按照上述操作对湿度上下限值进行修改。同样的，可对光照度和二氧化碳浓度也进行上下极限值的设置，设置完之后，再按一下参数设定键，液晶屏又会回到初始界面，而所设定的环境参数极限值也会自动存到单片机中。以温度和CO2浓度控制为例，将4个环境参数的上下极限值设置成如图5所示。通过调整DS18B20的↑↓键和滑动变阻器RV1来改变温室的温度值和CO2浓度值，当温室温度超出所设温度上限，而CO2浓度低于所设下限时，P2．1和P2．6引脚变为低电平，降温系统和CO2补气系统马上开始工作，此时的液晶仿真界面如图6所示。而当温室温度低于所设温度下限，而CO2浓度超出所设上限时，P2．0和P2．7引脚变为低电平，增温系统和通风系统随之工作。而当温室温度和CO2浓度在所设定的上下限范围内时，上述系统都停止工作。该系统对其他环境参数也具有相同的控制效果。

4 结论
    通过几年的教学实践证明，相对于传统的单片机课程教学方式，将Proteus和Keil软件引入到单片机项目式教学中的教学方式不仅克服了单片机实训室设备硬件的束缚，使理论教学和实践教学有机结合，而且易于激发学生的学习热情，有利于培养学生的单片机综合应用能力、动手能力和创新能力，明显的提高了单片机教学效率和质量。