摘要：從Proteus虛擬軟件概述出發(fā)，分析新形勢下Proteus虛擬軟件對單片機教學質量提高的作用，并對Proteus虛擬軟件在單片機教學中的應用進行具體解析。

關鍵詞：Proteus虛擬軟件；單片機教學；虛擬仿真技術

DOIDOI：10.11907/rjdk.151229

中圖分類號：G434

文獻標識碼：A 文章編號：16727800（2015）006021202

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作者簡介作者簡介：張建兵（1979-），男，江蘇常州人，碩士，常州工學院計算機信息工程學院講師，研究方向為工業(yè)控制與智能系統(tǒng)、數據仿真。

0 引言

隨著計算機技術的發(fā)展，虛擬現實技術在許多領域備受關注并且應用廣泛，在教育教學方面也起著重要作用。作為虛擬現實技術中的重要組成部分，Proteus虛擬軟件對新形勢下單片機教學質量的提高可起到積極的推動作用。在單片機教學中引入Proteus虛擬軟件等虛擬仿真技術，讓單片機試驗脫離設備和場地的要求和限制，可增強課堂的立體感與課程的應用性、實踐性，有助于課堂學習效率的提升。下面將通過對Proteus虛擬軟件的介紹，具體分析Proteus虛擬軟件在單片機教學中的作用，并提出提升單片機教學質量的相關措施。

1 Proteus虛擬軟件概述

Proteus虛擬軟件是英國Labcenter公司開發(fā)的一款EDA工具軟件，從誕生到現在已經有20多年的發(fā)展歷史，其憑借著功能強大、操作簡易等優(yōu)勢在世界上被廣泛應用，是新時期最為完整與先進的設計和仿真各種類型微控制器系統(tǒng)的平臺。Proteus虛擬軟件支持C語言、匯編程序語言、PLM等程序的設計。Proteus虛擬軟件分為ARES和ISIS兩個部分，其中ARES是仿真電路布線編輯軟件，ISIS是電子系統(tǒng)仿真平臺軟件，可以設計和仿真單片機電路、模電路、數電路以及模數混合電路等[1]。Proteus虛擬軟件有以下幾方面特點：①能夠對各種集成電路以及模擬器件進行分析和仿真；②能夠為用戶提供Virtual Terminal、電表、計數器、信號發(fā)生器、邏輯分析儀、虛擬示波器等虛擬仿真儀表儀器；③能夠幫助設計印制板（PCB）、原理圖（SCH），并可與Matlab、Keil等軟件進行整合，使虛擬仿真效果達到最優(yōu)。

2 Proteus虛擬軟件對提高單片機教學質量的作用

利用Proteus虛擬軟件可以使單片機教學在無硬件條件下實現形象化，有助于學生的理解與學習興趣的激發(fā)，對單片機教學質量的提高起著重要作用。

2.1 營造教學條件，增強實踐教學效果

隨著現代計算機技術和現代教育的融合發(fā)展，傳統(tǒng)單片機教學已不能滿足現代教育的要求，主要存在以下幾方面問題：①傳統(tǒng)單片機教學往往注重理論原理教學，而對實踐教學重視不夠。單片機是一門實踐性和應用性極強的學科，對實踐教學的要求非常高。但在現實教學過程中，由于實踐教學需要大量硬件設備的投入，如編程器、實驗電路、仿真器等試驗設備，而一些學校由于資金不足，無法很好地開展實踐教學；②在實驗教學中，由于場地、設備的限制，學生親自接觸實驗的機會和時間非常少，因而很難參與到單片機中各種細節(jié)的設計，嚴重影響了其動手和操作能力的提升；③傳統(tǒng)單片機教學中，學生畢業(yè)設計及課程設計中對于單片機系統(tǒng)中的軟硬件系統(tǒng)調試、軟件編程、硬件電路設計等都需要完整的硬件條件才能完成，并且還存在硬件修改或重新制版的問題，需要投入大量時間和資金，這將極大地影響學生課程任務和畢業(yè)設計的完成進度。對于以上傳統(tǒng)單片機教學中存在的問題，Proteus虛擬軟件能將單片機需要的硬軟件進行三維空間式地分拆和拼合，從而完全替代貴重硬件設備的投入和實驗應用[2]。

2.2 促進課程形象化，激發(fā)學生興趣

Proteus虛擬軟件中有許多仿真儀表儀器，如虛擬終端、電流電壓表、電流電壓源、計數器、信號發(fā)生器、邏輯分析儀、示波器等，這些儀表儀器在應用中可以被隨時調用，各種實驗或實踐過程都可以通過Proteus虛擬軟件進行仿真，整個操作過程如同在現實實驗室中進行，現場感明顯。同時，Proteus虛擬軟件還能將線路上的信號變化通過圖形進行顯示，從而形象地展現出整個操作過程及過程中的各種變化，便于學生及時、整體、形象地理解和掌握。Proteus虛擬軟件的虛擬仿真功能可對傳統(tǒng)枯燥、乏味、繁瑣的單片機教學進行改革，充分調動學生的學習興趣，提升其學習動機。

2.3 提升課堂效率，降低教學成本

Proteus虛擬軟件在單片機教學中整個過程都是交互式和可視化的。其不但可以對單片機硬件系統(tǒng)進行模擬仿真，還能將編譯好的程序代碼裝入仿真元件中，組裝完成各項操作程序，輸出可視效果；Proteus虛擬軟件還能支持第三方調試環(huán)境和編譯軟件，與Maplab、Keil等進行整合應用；在單片機教學中通過Proteus虛擬軟件對各種儀表儀器以及電路等進行虛擬調試，可將調試中的各項細節(jié)清晰、形象地演示出來，增強了教學的立體感和形象感；同時，在系統(tǒng)進行虛擬仿真調試之后，可通過Proteus ARES 軟件獲得PCB圖，為學生制作硬件實物及驗證提供了方便。綜上所述，通過Proteus虛擬軟件的應用，可以使現實實驗中的調試、制版、編程、開發(fā)等工作都通過虛擬仿真完成。一方面縮短了單片機調試時間，提升了課堂效率，另一方面減少了各項軟硬件設備的使用耗費，降低了教學成本。

3 Proteus虛擬軟件在單片機教學中應用案例

3.1 Proteus虛擬軟件在單片機教學中應用流程

Proteus虛擬軟件在單片機教學中的應用流程如圖1所示。

具體流程包括以下幾個步驟：①在ISIS平臺上設計單片機電路，對各種儀表儀器進行檢測，選擇需要的各種元器件，連接插件和電路，并進行硬件原理圖繪制等；②在Keilc等編譯軟件上設計單片機所需的軟件，編寫源程序，并對其進行調試；③生成.Hex的目標代碼文件，并將此文件直接加載至虛擬單片機系統(tǒng)內；④進行軟硬件聯(lián)合調試，并實現虛擬單片機的協(xié)同仿真和實時交互；⑤觀察調試和仿真結果，對所有方案進行驗證，探究哪些功能沒有實現，若未實現便對軟硬件進行重新修訂，直至成功為止[3]。

3.2 Proteus虛擬軟件在單片機教學中的應用實例分析

現以虛擬單片機試驗箱的設計為例分析Proteus虛擬軟件在單片機教學中的應用。

（1）電路設計和硬件搭建。在虛擬實驗箱中進行的電路設計和硬件搭建與傳統(tǒng)實驗箱通過導線連接不同，它通過網絡標號完成各項電器連接，即在器件引腳上標示對應的網絡標號，以標示兩者的對應關系已連接[4]。例如，單片機8個引腳（P1.0-P1.7）跟液晶屏9-16引腳相連，于是可以將對應的引腳定義為相同的網絡標號，具體如圖2（a）、（b）所示。單片機引腳P1.0-P1.7定義為網絡標號P1.0-P1.7，而對應的液晶屏引腳9-16定義為同樣的網絡標號P1.0-P1.7。通過這種方式，將整個線路進行連接。

（2）軟件設計、編寫源程序。通過C語言工具編寫源程序，由于程序復雜且數據量大，本文此處略去，不再羅列。在源程序編寫完成之后，進行編譯并鏈接，生成.HEX目標代碼文件，之后在單片機上進行左鍵雙擊，可出現軟件設計窗口，然后在Program File選項中直接點擊剛生成的.HEX目標代碼文件，再進行確定[5]。

（3）運行仿真。在硬件視圖下單擊左下角的運行仿真開始按鈕，可以觀察到程序運行的模擬仿真結果。具體如圖3所示。

4 結語

綜上所述，在單片機教學中引入Proteus虛擬軟件等虛擬仿真技術，讓單片機實驗脫離相關設備和場地的要求和限制，可增強課程的立體感、應用性與實踐性，促進學生全身心投入實驗，提升學習效率，并避免了各種可能存在的實驗失誤而造成的風險。但Proteus虛擬軟件在應用過程中仍存在一定問題，例如虛擬仿真實驗中無法充分體現出現實操作中可能存在的誤差，不能將現實中最真實的情況完全模擬出來，實時性較差。因此，在實際教學中應該盡量做到虛實結合，將虛擬仿真技術作為單片機教學的一種手段，而將實際操作看作單片機教學的目的所在，才能充分提升單片機教學質量。

參考文獻：

[1]江鳳兵.基于Proteus的單片機課程教學應用與實驗仿真[J].福建電腦，2014（11）：202203，133.

[2]宋劍英，石從剛.基于Proteus的“學教做合一”高職教材建設——以單片機應用技術教材建設為例[J].青島職業(yè)技術學院學報，2014（2）：5861.

[3]孟慶濤，曹春芳.實時時鐘電路的單片機仿真設計[J].儀表技術，2014（10）：2426.

[4]高林.單片機原理與微機原理綜合仿真系統(tǒng)的設計及應用[J].實驗技術與管理，2014（3）：9194.

[5]宋海軍.基于Proteus的MCS51單片機實訓教學研究[J].學園，2014（8）：167168.

[6]謝國強.基于Proteus的《單片機接口技術》仿真教學應用[J].軟件導刊，2013，12（5）：105106.

責任編輯（責任編輯：黃 健）