摘要：分析了單片機(jī)教學(xué)中造成教師難教、學(xué)生難學(xué)的原因，討論了基于Proteus軟件仿真的單片機(jī)教學(xué)方案，讓Proteus軟件貫穿于單片機(jī)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，并給出實(shí)際的教學(xué)例子。實(shí)踐證明，此方法使單片機(jī)的課堂教學(xué)更為形象、直觀，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，學(xué)生的實(shí)踐能力得到了提高，教學(xué)質(zhì)量得到了改善。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)Proteus；實(shí)踐能力；教學(xué)方法；教學(xué)效果

引 言

單片機(jī)原理與實(shí)踐課程是機(jī)電、電氣、自動(dòng)化等專業(yè)的一門重要課程，在完善學(xué)生專業(yè)知識(shí)技能結(jié)構(gòu)上占有重要地位。學(xué)好這門課程，對(duì)學(xué)生技能的提高和就業(yè)有著很大的作用。然而各層次的學(xué)生普遍感到這門課比較難學(xué)，同時(shí)單片機(jī)課程教師也感覺難教，教學(xué)效果一般都不夠理想。從而造成教師難教、學(xué)生難學(xué)的尷尬境地，究其原因有以下幾點(diǎn)。

首先，理論知識(shí)的缺乏。單片機(jī)技術(shù)是一門實(shí)用性、綜合性很強(qiáng)的學(xué)科，具有理論與實(shí)踐結(jié)合、軟件與硬件結(jié)合等特點(diǎn)。單片機(jī)的開發(fā)者除了應(yīng)具有單片機(jī)本身的專業(yè)知識(shí)外，還必須了解一些數(shù)字電子、模擬電子、計(jì)算機(jī)甚至通信等多學(xué)科的知識(shí)。單片機(jī)課堂教學(xué)雖然多以理論教學(xué)為主，但對(duì)于初學(xué)者或普通學(xué)生來說，對(duì)這些學(xué)科有一個(gè)完整的知識(shí)體系并不是一件容易的事情。

其次，實(shí)踐能力的脫節(jié)。單片機(jī)教學(xué)多以理論教學(xué)為主，事實(shí)上單片機(jī)課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，教學(xué)中需要很多硬件設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、仿真器、燒寫器、實(shí)驗(yàn)電路等等，—般理論課堂難以采用硬件輔助進(jìn)行教學(xué)，即便演示，效果也不好。有些學(xué)校盡管開設(shè)了若干課外實(shí)驗(yàn)或單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，對(duì)這類難學(xué)的課程來說仍是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)該給學(xué)生創(chuàng)造條件讓他們能在課后獨(dú)立做實(shí)驗(yàn)，但是傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室不容易做到這一點(diǎn)。還有就是設(shè)備數(shù)量不足與老化問題，而學(xué)校要不斷地重建單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室，務(wù)必帶來資金耗費(fèi)嚴(yán)重等問題。因此，在課時(shí)有限和實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)不足的情況下，學(xué)生實(shí)踐能力不能得到更好地鍛煉。

再次，學(xué)生經(jīng)濟(jì)條件有限。設(shè)計(jì)方案在軟、硬件系統(tǒng)最后調(diào)試之前是較難確定其成功率有多大，而且單片機(jī)開發(fā)所需的仿真器、編程器及各類元器件，對(duì)于一個(gè)沒有經(jīng)濟(jì)收入的學(xué)生來說是一筆不小的開支，一旦出現(xiàn)致命性的問題，很多情況下需要重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)和搭接電路，這對(duì)于學(xué)生的經(jīng)濟(jì)支出和自身信心的損失都將是很大的。因此，學(xué)生除了上課外，平時(shí)難得有機(jī)會(huì)實(shí)踐。

為此，利用Proteus與Keil整合構(gòu)建單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室，讓Proteus軟件貫穿于單片機(jī)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，借以進(jìn)行仿真演示能夠取得很好的教學(xué)效果。

Proteus軟件在教學(xué)中的應(yīng)用

一套實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)包括開發(fā)板、仿真器、電源以及示波器等，應(yīng)用系統(tǒng)及開發(fā)環(huán)境的搭建也要花一定的時(shí)間，非常不便于教師在理論課堂上作大量的演示。因此，選用優(yōu)秀的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)(Proteus仿真軟件)來構(gòu)建單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室，能在課堂教學(xué)中通過多媒體的演示生動(dòng)地表現(xiàn)出真實(shí)實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)效果。

下面通過使用Proteus軟件來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)的實(shí)例來說明該工具的使用方法。本實(shí)例的主要內(nèi)容為：利用定時(shí)器資源，在每次中斷服務(wù)程序中查找正弦函數(shù)表，并將查得的數(shù)據(jù)作D/A轉(zhuǎn)換，從而得到正弦波形。通過Proteus仿真的結(jié)果來調(diào)試軟硬件。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真過程如下：

第一步：打開Proteus軟件，運(yùn)行ISIS，繪制函數(shù)發(fā)生器電路原理圖，并在原理圖放置好需要使用的儀器(如示波器等)。

第二步：在Keil中編制源程序，編譯生成目標(biāo)文件。為了與Proteus中的硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，事先還要設(shè)置好Keil的調(diào)試工具(同時(shí)在Proteus的debug下選中“Use remote debug monitor”)。

第三步：在Keil的Debug中，采用單步或全速運(yùn)行等方法，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行硬、軟件調(diào)試。該實(shí)例全速運(yùn)行的仿真效果如圖所示。

通過以上實(shí)例可以看出，從最初的設(shè)計(jì)到最后的實(shí)現(xiàn)都是通過運(yùn)行計(jì)算機(jī)上的軟件來實(shí)現(xiàn)的。利用開發(fā)軟件、仿真軟件和現(xiàn)有的多媒體教學(xué)設(shè)備(一臺(tái)電腦和一臺(tái)投影儀)，便能在課堂中完成軟件、硬件和系統(tǒng)集成等內(nèi)容的教學(xué)，并讓學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)理解掌握，這是以往很難做到的。

在教學(xué)過程中，教師可多設(shè)計(jì)一些問題，讓學(xué)生討論解決方案，利用仿真軟件，驗(yàn)證方案的正確性，并加以分析與解釋，將教與學(xué)逐步推向深入。如果在多媒體機(jī)房上課，全部學(xué)生還可自己繪制電路原理圖，自己編制程序，在仿真軟件里進(jìn)行調(diào)試。自主設(shè)計(jì)和實(shí)施電路仿真，有利于系統(tǒng)、科學(xué)、有效地培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐能力。學(xué)生在調(diào)試過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些意想不到的問題，教師通過引導(dǎo)學(xué)生解決這些問題提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。運(yùn)用Keil和Proteus的聯(lián)合虛擬仿真調(diào)試的方法，由于不涉及硬件，沒有任何危險(xiǎn)，不需要教師現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，學(xué)生可以利用個(gè)人配置的計(jì)算機(jī)來完成單片機(jī)學(xué)習(xí)與實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)教學(xué)地點(diǎn)學(xué)習(xí)知識(shí)到不受時(shí)間、空間和資金等方面局限的跨越。所選擇的實(shí)現(xiàn)方案可以相互不同，有利于發(fā)揮其創(chuàng)新能力。實(shí)踐證明，在單片機(jī)教學(xué)中運(yùn)用Proteus軟件能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，豐富教學(xué)內(nèi)容，獲得良好的教學(xué)效果。

教學(xué)效果分析

利用Proteus仿真軟件來進(jìn)行教學(xué)具有許多優(yōu)勢(shì)，首先是速度快，程序修改、編譯后馬上就可以看到效果，不需要實(shí)物設(shè)計(jì)中的拔片、寫片和插片等過程，提高了課堂教學(xué)的效率；其次是課堂教學(xué)效果非常好，教師可以用多媒體教室上課，將仿真結(jié)果投影在大屏幕上，比真實(shí)的實(shí)驗(yàn)板要大很多，便于觀看，加上教師的講解，學(xué)生很容易掌握所學(xué)的知識(shí)；再次是培養(yǎng)的學(xué)生起點(diǎn)高，由于Keil和Proteus是目前開發(fā)單片機(jī)最流行、通用性最好的軟件，很多電子工程師都在使用這些軟件，所以使用這些軟件將使學(xué)生獲得實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)，為學(xué)生就業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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