【摘 要】本文針對(duì)當(dāng)前高校單片機(jī)教學(xué)存在的問(wèn)題，提出通過(guò)Proteus軟件構(gòu)建單片機(jī)教學(xué)平臺(tái)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣，提高教學(xué)效果和培養(yǎng)學(xué)生的軟硬件綜合設(shè)計(jì)能力。

【關(guān)鍵詞】嵌入式系統(tǒng) 單片機(jī) Proteus軟件 教學(xué)改革

在嵌入式系統(tǒng)中，雖然硬件以32位ARM核的微處理器為核心，軟件采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)，并迅猛發(fā)展成為嵌入式系統(tǒng)的熱點(diǎn)，但是目前社會(huì)對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)人才需求比較大，單片機(jī)仍然占有重要的地位。絕大多數(shù)高校的計(jì)算機(jī)、電子信息、自動(dòng)控制、通信工程等專(zhuān)業(yè)都開(kāi)設(shè)有單片機(jī)課程，并沒(méi)有被32位微處理器的嵌入式系統(tǒng)所取代，這種局面會(huì)存在很長(zhǎng)的時(shí)間。單片機(jī)仍然是相關(guān)專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。

從高校單片機(jī)的教學(xué)情況看，學(xué)生普遍反映單片機(jī)硬件基礎(chǔ)部分抽象概念多，入門(mén)難，軟件部分指令不易記，匯編程序的編程難，軟硬件結(jié)合的接口技術(shù)部分則更難，而且整個(gè)課程的學(xué)習(xí)還要結(jié)合電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用課程，綜合性和工程實(shí)踐性很強(qiáng)。學(xué)習(xí)的難度大，教學(xué)效果不佳，主要體現(xiàn)在：在教學(xué)安排上有理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，該講的理論講了，該做的實(shí)驗(yàn)也按照實(shí)驗(yàn)教程要求都做了。表面上好像理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊密結(jié)合了，理論聯(lián)系實(shí)際，本質(zhì)上理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)還是脫節(jié)的，突出表現(xiàn)在只能做驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，而綜合性實(shí)驗(yàn)特別是創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)就無(wú)從下手，缺乏實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。為此，針對(duì)上述一些問(wèn)題，本文通過(guò)Proteus

構(gòu)建單片機(jī)平臺(tái)，為提高教學(xué)效果和培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力做一些探討與研究。

一、Proteus在單片機(jī)教學(xué)的應(yīng)用

Proteus是英國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，突出特點(diǎn)是：能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地仿真單片機(jī)及其外圍電路構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)；支持主流單片機(jī)ARM7、51系列、AVR系列、PIC PIC10/12/16/18系列、HC11系列；提供各種如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等虛擬儀器。該軟件功能強(qiáng)大，為改革和創(chuàng)新單片機(jī)理論教學(xué)及實(shí)驗(yàn)提供了一個(gè)良好的平臺(tái)。

1.理論教學(xué)輔助手段

傳統(tǒng)的課堂理論教學(xué)都是按照教材的順序，先講單片機(jī)硬件基礎(chǔ)知識(shí)，再講指令系統(tǒng)和匯編語(yǔ)言程序的編制，最后講接口技術(shù)和一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用實(shí)例。學(xué)生只有在課程學(xué)習(xí)的最后才接觸到單片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)，對(duì)于剛剛開(kāi)始學(xué)習(xí)單片機(jī)的學(xué)生來(lái)講，就會(huì)感到學(xué)習(xí)內(nèi)容枯燥乏味，學(xué)習(xí)的興趣不高，教學(xué)效果肯定不佳。由于Proteus能對(duì)單片機(jī)及其外圍電路進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真，在單片機(jī)課堂教學(xué)中采用多媒體和Proteus 軟件相結(jié)合方式，可以使傳統(tǒng)的枯燥教學(xué)變得直觀、生動(dòng)。

現(xiàn)結(jié)合8051單片機(jī)驅(qū)動(dòng)液晶顯示器LCD實(shí)例，說(shuō)明利用Proteus仿真單片機(jī)及外圍電路。打開(kāi)Proteus的開(kāi)發(fā)環(huán)境，根據(jù)控制系統(tǒng)要求從Proteus元件庫(kù)調(diào)出8051、LM032L和74LS373等相應(yīng)的元件，按硬件電路要求連線(xiàn)繪制好原理圖。程序下載到單片機(jī)非常簡(jiǎn)便。8051 為應(yīng)用系統(tǒng)的核心器件，右鍵選中8051， 左鍵進(jìn)入屬性設(shè)置窗口，就可以把針對(duì)系統(tǒng)功能編好的源程序編譯成相應(yīng)的目標(biāo)代碼*Hex，在Program File 中加入編譯生成的目標(biāo)文件，同時(shí)設(shè)置好工作頻率，點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕就可以看到運(yùn)行狀態(tài)，可以進(jìn)行單步、斷點(diǎn)和連續(xù)運(yùn)行等多種調(diào)試方式。運(yùn)用調(diào)試仿真達(dá)到了控制程序代碼與被控對(duì)象運(yùn)行過(guò)程的協(xié)同仿真，使抽象的程序容易理解，如圖1所示。

程序的運(yùn)行狀態(tài)在原理圖中相關(guān)期間實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，模擬了實(shí)際電路的運(yùn)行狀況。由此可見(jiàn)，Proteus 不僅可將許多單片機(jī)實(shí)例功能形象化，也可將許多單片機(jī)實(shí)例運(yùn)行過(guò)程直觀化。前者可在相當(dāng)程度上得到實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)的效果，后者則可獲得實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的效果。因此，在進(jìn)行單片機(jī)理論教學(xué)中，運(yùn)用Proteus軟件構(gòu)建教學(xué)平臺(tái)，并結(jié)合案例教學(xué)，使學(xué)生更容易理解單片機(jī)的硬件系統(tǒng)，抽象的程序具體化，易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣。

2.構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)的虛擬平臺(tái)

目前，絕大多數(shù)高校的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室都是以單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱或開(kāi)發(fā)板和計(jì)算機(jī)為實(shí)驗(yàn)器材，配置相應(yīng)的儀器儀表，如示波器、萬(wàn)用表等構(gòu)成的。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件和軟件是緊密連在一起的，開(kāi)發(fā)一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，不僅涉及到軟件的開(kāi)發(fā)，而且要設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)。傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行的，而實(shí)驗(yàn)箱是成品，硬件電路固定，不能修改其電路，學(xué)生很難參與到其中的硬件設(shè)計(jì)，因此，學(xué)生的硬件設(shè)計(jì)能力就得不到訓(xùn)練和提高?；赑roteus軟件平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)不僅要求學(xué)生編寫(xiě)程序，而且要設(shè)計(jì)硬件電路才能仿真，就很好的解決硬件設(shè)計(jì)能力得不到訓(xùn)練這個(gè)問(wèn)題。訓(xùn)練了學(xué)生的軟硬件綜合能力。

培養(yǎng)和提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力和創(chuàng)新能力是工科專(zhuān)業(yè)教學(xué)需要解決的突出問(wèn)題，因此，為學(xué)生提供自行設(shè)計(jì)和創(chuàng)新性設(shè)計(jì)平臺(tái)尤為重要。單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱硬件電路固定，元器件有限，只能做常規(guī)的實(shí)驗(yàn)，一些比較大的綜合實(shí)驗(yàn)和工程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)由于資金、時(shí)間場(chǎng)地等原因是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。Proteus軟件平臺(tái)的元件庫(kù)提供了大量的虛擬元器件和儀器儀表，這樣學(xué)生可以自行設(shè)計(jì)項(xiàng)目和激發(fā)他們的創(chuàng)造性。對(duì)于比較復(fù)雜的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，不是一個(gè)學(xué)生能獨(dú)立完成的，可以組建一個(gè)開(kāi)發(fā)小組，由他們協(xié)作完成，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神是非常有益的，為學(xué)生畢業(yè)后從事工程項(xiàng)目開(kāi)發(fā)奠定了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、結(jié)束語(yǔ)

Proteus仿真軟件功能強(qiáng)大，形象直觀并且全面。因此，以Proteus軟件構(gòu)建的單片機(jī)教學(xué)平臺(tái)，為更新教學(xué)觀念、促進(jìn)教學(xué)改革和豐富教學(xué)手段提供了新的思路，學(xué)生們可以通過(guò)強(qiáng)大的Proteus平臺(tái)，直觀、深入了解技術(shù)細(xì)節(jié)，做到理論與實(shí)際的結(jié)合，做到知其能還知其所以能，比較好地解決了單片機(jī)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題。但是，純粹的仿真軟件平臺(tái)代替不了現(xiàn)實(shí)的客觀環(huán)境，這對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)與掌握還是不夠的，最終還必須結(jié)合真正的硬件系統(tǒng)。這樣，才能真正培養(yǎng)出一個(gè)出色的社會(huì)需要的應(yīng)用型人才。因此，提倡從“虛”到“實(shí)”，“虛”“實(shí)”結(jié)合的教學(xué)方法，開(kāi)辟單片機(jī)教學(xué)新模式。

參考文獻(xiàn)：

[1]李巖，王小玉，孫永春.嵌入式系統(tǒng)教學(xué)研究[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2006，28(3).

[2]彭勇.單片機(jī)課程教學(xué)改革的實(shí)踐與探討[J].重慶社會(huì)工作職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，6(1).

[3]Proteus幫助文檔.

(作者單位：湖南懷化學(xué)院）