張高勝

【摘要】Proteu s軟件是集電路設計、制版及仿真等多種功能于一身的嵌入式系統(tǒng)仿真平臺，不僅能夠?qū)﹄姽?、電子技術學科涉及的電路進行設計與分析，還能夠?qū)ξ⑻幚砥鬟M行設計和仿真。本文針對傳統(tǒng)單片機課程實驗教學中存在的問題，提出了應用Proteus軟件進行單片機教學的解決方案。

【關鍵詞】單片機 實驗教學 仿真

一、引言

單片機自20世紀70年代問世以來，廣泛應用于工業(yè)檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、智能儀器儀表等領域，如今單片機控制系統(tǒng)已經(jīng)成為一種常規(guī)的控制工具，單片機原理這門課程也成為各中職學校電類、機電類專業(yè)的重要專業(yè)基礎課。本門課程具有很強的實踐性，而中職學校又以培養(yǎng)技術應用能力為主，這就對中職學校的單片機教學提出了更高的要求。如何提高學生的實踐能力和創(chuàng)新能力是我們在單片機教學中的重要著眼點。

二、單片機傳統(tǒng)實驗教學中存在的問題

大多數(shù)學校的單片機實驗室通常采用實驗箱或者實驗板進行實驗，采取這種方法進行實驗雖然方便，但是也存在不足。首先，使用的單片機實驗箱屬于成品，其電路連接都是已經(jīng)固定連接好的，實驗內(nèi)容只能停留在演示性及驗證性實驗的層次，學生很難參與到其中的設計，也不能充分了解硬件電路的實際連接情況，動手能力得不到訓練與提高。其次，單片機的種類繁多，而實驗箱、實驗板上的資源有限，在一個實驗室里不可能包括所有種類的單片機設備以及各種外圍電路，因此，對實驗內(nèi)容造成了很大的制約。這也是因為單片機技術的迅速更新和發(fā)展，使許多學校設備落后、老化，不斷地購買儀器設備又會帶來資金耗費嚴重等問題。第三，實驗箱只有實驗室才有，課內(nèi)實驗學時有限，而單片機課程需要大量的實驗來鞏固課堂知識，應該給學生創(chuàng)造條件在課后動手做實驗，傳統(tǒng)的實驗教學顯然無法滿足學生的學習要求。第四，實驗儀器的損耗與維護問題嚴重實驗過程中需要用到的儀器較多，易造成設備的損壞，維護工作量也很大。因此，傳統(tǒng)的單片機實驗教學存在著很大的不足。

三、Proteus在實驗教學中的優(yōu)點

Proteus引入實驗教學當中有著傳統(tǒng)實驗室無法比擬的優(yōu)點。

1.硬件投入少、損耗小。Proteus支持8051、8086、AVR、ARM等多種處理器模型，為我們提供了30多個元件庫，超過27000個仿真器件，其中元件涉及模擬和數(shù)字、直流和交流等，還提供了電壓表、電流表、計數(shù)計時器、示波器、邏輯分析儀等豐富的虛擬儀器，還有包括直流、正弦、脈沖、音頻等多種激勵源，為學生提供了豐富的實驗資源。這樣，在實驗中可以使用虛擬元器件來代替實際器件，而不用去購買實際的元件，節(jié)省了大量的實驗經(jīng)費，另外在實驗過程中不會造成元器件和儀器儀表的損耗，既減少了損耗，又可以使學生能夠大膽地進行創(chuàng)新性的設計。

2.接近于實際工程。Proteus中提供的虛擬元件參數(shù)都是由各生產(chǎn)廠家提供的，學生在仿真調(diào)試成功后再進行實際電路的搭建和調(diào)試，基本上就能夠成功了，即使需要修改也不會有大的變動，可以獲得事半功倍的效果。利用基于Proteus的虛擬實驗室，學生可以完成從硬件設計、軟件編程到聯(lián)機調(diào)試的整個過程，與實際工程最為接近，可以使學生了解實際問題的解決過程。

3.易于管理與維護?；赑roteus的虛擬實驗室的核心是Proteus仿真軟件，其硬件是基于網(wǎng)絡平臺的。學生的實驗可以在機房進行，也可以在寢室完成，不受傳統(tǒng)實驗室的時間和空間的限制，實現(xiàn)了實驗室的開放性管理。而實驗室的管理只不過是用戶賬號的管理和軟件的更新與維護，極大地減少了教師進行實驗室管理與維護的工作量。利用Proteus平臺進行學習，學生可以完成從設計、仿真到最后制板調(diào)試的整個過程，激發(fā)了學生的學習興趣，提高了學生的創(chuàng)新和設計能力，學生普遍反映比單純地學習書本知識更容易掌握和理解。

四、用Proteus改進單片機實驗教學的解決方法

1.利用仿真軟件Proteus構建虛擬實驗室。由于軟件的靈活性和較寬的適應性，使得可以仿真的內(nèi)容幾乎囊括了單片機課程的所有知識點，為實踐性教學內(nèi)容的設計帶來了很大的靈活性。在實驗過程中，學生可以利用Proteus所提供的元器件模型和外設模型親自設計硬件電路圖，獨立進行軟件編程，最后聯(lián)合調(diào)試，并能及時看到實驗結果。這樣的教學方法一方面可以讓學生了解應用系統(tǒng)硬件電路的結構，鍛煉編程技術，同時也給學生提供了較大的創(chuàng)新空間。

2.用Proteus改革單片機課程設計。單片機課程設計是以學生為主的實踐教學活動，需要設計一些基于單片機的系統(tǒng)，以提高學生的綜合能力。傳統(tǒng)方法中應用程序需要在硬件完成的情況下才能進行調(diào)試，這就必須進行制版、元器件焊接。另外，如需修改硬件，還要重新制版，在時間和經(jīng)濟投入上會帶來很大麻煩。利用Proteus的仿真功能，可以使學生嘗試脫離實物電路進行軟硬件調(diào)試，減少系統(tǒng)設計與開發(fā)的難度。在Proteus仿真軟件構建的虛擬實驗室里，學生可以根據(jù)教師布置的設計項目的任務和要求自主設計，也可以根據(jù)自身喜好和掌握知識的程度自選設計題目，這樣就培養(yǎng)了學生的獨立創(chuàng)新意識。仿真成功之后，再購買元器件進行電路焊接、系統(tǒng)調(diào)試和程序固化，最終達到每組獨立完成一件作品的目的。