【摘 要】我校在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)用過(guò)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱，這樣雖然提高了可靠性，但是卻無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。如果完全采用硬件搭建進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，會(huì)提高成本。綜合考慮，在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，且取得了明顯的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 仿真

一、前言

單片機(jī)技術(shù)是現(xiàn)代電子工程領(lǐng)域一門(mén)迅速發(fā)展的技術(shù)，是高職高專院校電子、電氣、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、機(jī)電一體化等專業(yè)掌握的一項(xiàng)基本技能，而學(xué)生在該課程學(xué)習(xí)過(guò)程中卻感到難學(xué)，單片機(jī)課程教師也感到難教[1]。

傳統(tǒng)的搭建實(shí)驗(yàn)對(duì)硬件的要求很高，為了節(jié)省實(shí)驗(yàn)的投入成本，我院在2009年使用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行單片機(jī)實(shí)驗(yàn)，這種教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要是以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，實(shí)驗(yàn)箱上面各種實(shí)驗(yàn)裝置的固定搭配，不利于學(xué)生拓展思維，使學(xué)生們無(wú)法進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。從2010年開(kāi)始，我院采用Proteus仿真軟件和Keil編譯軟件進(jìn)行的虛擬單片機(jī)實(shí)驗(yàn)有明顯的優(yōu)勢(shì)，如實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不受局限性、減少了硬件成本的投入、學(xué)生可進(jìn)行自主性實(shí)驗(yàn)、減少了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的損耗、較接近工程實(shí)踐等特點(diǎn)。采用虛擬實(shí)驗(yàn)，不但能豐富了實(shí)踐教學(xué)手段，還有利于更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的觀念。

二、采用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)

（一） Proteus仿真軟件

Proteus軟件的系統(tǒng)資源豐富，支持單片機(jī)匯編源碼級(jí)和C源碼級(jí)仿真與調(diào)試，無(wú)需硬件電路就可對(duì)單片機(jī)電路進(jìn)行軟硬件的開(kāi)發(fā)與調(diào)試[2]。采用Proteus軟件仿真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，基本沒(méi)有元器件的損耗問(wèn)題，不但在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中是比較安全的，還降低了實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行成本。

（二）Keil編譯軟件

Keil軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。該軟件生成的目標(biāo)代碼效率非常高，多數(shù)語(yǔ)句生成匯編代碼很緊湊，容易理解。通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生可以在計(jì)算機(jī)上自行設(shè)計(jì)所需的實(shí)驗(yàn)，畫(huà)原理圖、編寫(xiě)源代碼、反復(fù)調(diào)試、觀察結(jié)果，直到達(dá)到滿意的結(jié)果。這極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手的興趣，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新性。

三、虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)用實(shí)例

下面以簡(jiǎn)單計(jì)算器設(shè)計(jì)為例，闡述利用Proteus軟件和Keil軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)及仿真的過(guò)程。

（一）使用Keil 軟件編寫(xiě)和編譯程序

進(jìn)入Keil μVision2開(kāi)發(fā)集成環(huán)境，新建文件，輸入可實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)計(jì)算器電路計(jì)算功能的源程序。輸入源程序后，將文件保存，文件名加后綴.asm。建立一個(gè)新項(xiàng)目，為該項(xiàng)目選擇適合的單片機(jī)型號(hào)，將載有源程序的文件添加到項(xiàng)目中去。

（二）Keil軟件設(shè)置

單擊Project菜單，選擇Options for Target選項(xiàng)，選擇選項(xiàng)卡Output，使其生成HEX文件。點(diǎn)擊Debug選項(xiàng)卡，選擇窗口右側(cè)的Use，如圖1所示。在后面的下拉菜單中選擇Proteus VSM Monitor-51 Driver，設(shè)置完畢。最后將工程編譯，進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，并運(yùn)行。

圖1 設(shè)置Debug選項(xiàng)卡

（三）使用Proteus軟件繪制仿真電路圖

啟動(dòng)Proteus ISIS，點(diǎn)擊窗口左側(cè)P按鈕進(jìn)行元器件的選擇，會(huì)彈出Pick Devices窗口，輸入關(guān)鍵詞80C51，在結(jié)果欄里找到80C51后雙擊，80C51就被添加到當(dāng)前左側(cè)窗口的元器件列表區(qū)。使用同樣的方法，可以依次把電路中所需其他器件添加到器件列表區(qū)里。進(jìn)行合理的布局后，使用列表中的器件，在繪圖區(qū)將設(shè)計(jì)的電路繪制出來(lái)，可對(duì)器件的屬性進(jìn)行編輯。

（四）查看仿真效果

在Proteus ISIS中，點(diǎn)擊菜單Debug選項(xiàng)，選中“use romote debug monitor”。雙擊單片機(jī)80C51，出現(xiàn)對(duì)話框，在Program File中添入在Keill軟件中編譯好的HEX文件，然后點(diǎn)擊“OK”。在ISIS窗口左下角有運(yùn)行、步進(jìn)、暫停和停止按鈕，我們點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，可以進(jìn)行仿真。

四、使用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的教學(xué)效果

在2011、2012、2013三年的單片機(jī)教學(xué)中，我校采用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。學(xué)生在上實(shí)驗(yàn)課時(shí)，可以利用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)指定功能的電路，并使用Proteus繪制出相應(yīng)電路圖。運(yùn)用Keil軟件可編寫(xiě)程序，運(yùn)行程序。在程序和電路都正確的情況下，會(huì)看到仿真效果。我們的學(xué)生可以利用此平臺(tái)跟蹤、調(diào)試并觀察實(shí)驗(yàn)的效果，增強(qiáng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能動(dòng)性。從培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)理論知識(shí)和提高實(shí)際操作能力出發(fā)，Proteus仿真軟件可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)和測(cè)試，這在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮著重要的作用。這種新的實(shí)驗(yàn)方式是單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種很好的輔助手段，并且為學(xué)生進(jìn)行綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)提供了一個(gè)很好的平臺(tái)，在全面提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生思維能力、創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力等方面發(fā)揮著重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙方，趙霞，擺銀龍，鄭小梅. “教學(xué)做一體化”教學(xué)模式在高職單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2009，22：81-83.

[2]馮剛.單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的改革[J].計(jì)算機(jī)教育，2010，25（2）：144-146.