张正明 王丽娟 石建国 电子科技大学中山学院

1 引言

单片机课程是电子信息类专业必修的专业课程，是一门综合性和实践性都很强的课程，通过该课程的学习，使学生了解单片机的基本原理及其应用，了解汇编指令功能、编程方法，掌握单片机应用系统的硬件组成，能够使用C51 语言进行软件开发，培养学生分析、解决实际问题的能力。

在进行传统的理论教学时，要想课堂教学安排生动、有趣，难度比较大，难以让学生看到电路变化、程序变化对实验结果的影响，难有切身感受；在进行实践教学时，受教学场地、设备数量和实验箱产品更新慢等因素的影响，操作灵活性有限。鉴于此，我们在教学过程中引入 Proteus 软件和Keil 软件，可以方便地在 Proteus 平台上中绘制和修改硬件电路图，加深学生对单片机应用系统硬件电路的理解；在 Keil 软件中编写和修改相应指令，然后在 Proteus 平台上进行联合仿真。

在虚拟的硬件平台上看到程序运行的结果，可以加深学生对电路连接和指令功能的理解。这样，课堂上方便老师演示和讲解，实验课上和课下方便学生进行各种应用的设计，激发学生学习的兴趣和积极性，增强学习效果。

发挥Proteus 软件和 Keil 软件的联合应用，可以节约耗材，缩短开发周期，具有逼真效果。下面以矩阵键盘的输入和数值显示为例说明该方法的优势。

2 4*4 矩阵键盘及显示

4*4 矩阵键盘，共16 个按键，如果连接成独立按键就需要16 个IO 管脚，而连接成矩阵键盘只需要8 个IO 管脚，节省了8 个管脚，按键越多节省的管脚越多，这就是矩阵键盘的优点，当然其缺点就是判断具体按键的过程要复杂一下，这是以软件的复杂性来换取硬件资源的节省的。

在Keil 平台上建立工程文件并编辑程序，汇编链接产生HEX文件，在Proteus 平台上连接电路图，并在单片机芯片的属性中链接对应的HEX 文件，即可以运行单片机应用系统。

图1 4*4 矩阵键盘及显示

在图1 中，第0、1、 2、 3 列分别与P1.0、P1.1、 P1.2、 P1.3 相连接，第0、1、 2、 3 行分别与P1.4、 P1.5、P1.6、P1.7 相连接。在程序中可以先对管脚做适当定义，后面的程序就可以只考虑行列位置，而忽略具体管脚。由于采用逐行扫描方式，我们这里只定义列管脚，不定义行管脚。逐行扫描时，只有加到检查行的信号为0，而其他行和所有列信号为1，4 次扫描的输出信号我们用4 个元素的一维数组output 来表示。

sbit COL0=P1^0；

sbit COL1=P1^1；

sbit COL2=P1^2；

sbit COL3=P1^3；

uchar code output[4]={0xEF，0xDF，0xBF，0x7F}；

我们用一个函数getkey( )来实现按键的读入和判断，当K0～K15 按下时，函数返回0-F，如果没有按键按下，函数返回0xFF。下面就是函数中的关键程序段。每个for 循环都执行4 次循环，相应地对4 行按键进行行扫描判别，i 对应第i 行，然后根据COL0～3的值判别按键列的位置，从而得到按键值。

if(P1= =0x0F)

result=0xFF；

else

{

for(i=0；i<4；i++)

{

P1=output[i]；

if(！COL0) {result=0+4*i；break；}

else if(！COL1) {result=1+4*i；break；}

else if(！COL2) {result=2+4*i；break；}

else if(！COL3) {result=3+4*i；break；}

}

}

有了getkey( )函数，就可以在需要的时候调用该函数，读取按键值，并进行显示，下面展示了本程序的主函数。void main()

{

uchar x=0；

ledtube(x)；

while(1)

{

x=getkey()；

if(x！=0xff)

ledtube(x)；

}

}

其中，ledtube(x)函数把x 值以数码管形式显示出来，这里的数码管与P2 口相连接，数码管采用共阴极数码管。图1 中显示的是当按键K9 按下时的运行情况。

上例中还可以通过改变R2 的值，观察限流电阻的作用，当电阻值由51 欧姆变小时数码管亮度增强，而当电阻值由51 欧姆增大时数码管亮度减弱，电阻增大到120 欧姆时，数码管不亮。

如果以上矩阵键盘接线有变化，只需要在定义相应的管脚和output 初始化时做相应的修改即可。也可以按列扫描的方法读取按键值。

3 6*6 矩阵键盘及显示

图2 6*6 矩阵键盘及显示

如果增加按键数量，也可以由以上的程序稍作修改，就可以完成相应的任务。同时也可以增加独立数码管的数量显示更多的信息。

图2 是6*6 矩阵键盘的连接图，为简单起见，将列信号与P1 口相连接，将行信号与P3 口相连接，再增加一个数码管，通过修改程序可以实现36 个按键的读入和值的显示。

两个数码管分别连接到P0 口和P2 口，但是这时必须采用共阳极数码管，同时在P0 口的管脚处增加了上拉电阻，上拉电阻值为10K欧姆。这是P0 端口在使用时和其它三个端口的区别。所有这些设置和现象在仿真环境下可以轻易做到，图2 是按下K26 时的运行情况。

4 结束语

本文以矩阵键盘的读取和值的显示为例，介绍了Proteus 软件和Keil 软件在单片机学习中的作用，有效利用好这两个软件可以方便介绍电路和指令的作用，提高教学效果。