【摘要】對單片機實驗課程的實驗教學改革情況進行了介紹，詳細論述了PROTEUS仿真軟件的優(yōu)點和對單片機實驗教學的幫助，以及C語言在單片機應用開發(fā)中的優(yōu)勢。實踐證明本實驗課程的教學改革達到良好效果，激發(fā)學生對單片機的學習興趣，提高了學生動手實踐能力，培養(yǎng)了學生的獨立思考能力。

【關鍵詞】單片機實驗；教學改革；PROTEUS軟件

單片機課程是各高校電子信息類專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)基礎課程，其實踐性、操作性，工程性都很強，學好單片機的應用開發(fā)對后續(xù)專業(yè)課程的學習起著重要的作用。單片機教學分理論教學和實驗教學兩部分，實驗教學是對理論知識的檢驗實踐，對培養(yǎng)學生的電路設計能力和編程能力都起著非常重要作用。單片機應用開發(fā)能力的培養(yǎng)需要的實驗環(huán)節(jié)較多，涉及知識面較廣，對初學者來學習單片機時會存在一定困難，為了得到更好的教學效果，調(diào)動學生的積極性，本文對單片機實驗教學環(huán)節(jié)進行改革探索。

1.傳統(tǒng)實驗教學的不足

傳統(tǒng)的單片機實驗教學是在實驗室中進行，每個實驗桌配置PC機和一個體積較大的單片機實驗箱，學生在做實驗時需要了解實驗電路圖，實驗接口按鈕以及實驗連線等，操作比較復雜，如果初學者對這些不熟悉的話做實驗就比較困難，影響學生學習的興趣，老師也只能忙于指導學生對硬件進行操作，浪費實驗時間。另外如果實驗箱出現(xiàn)故障不能及時修復的話會嚴重影響實驗的進度和效果。

因為學校的實驗室資源有限，而學生人數(shù)較多，因此學生能利用實驗室進行更多的實驗操作的機會有限，制約了學生對單片機開發(fā)應用水平的提高。構(gòu)建傳統(tǒng)的單片機實驗室除了需要購置單片機實驗箱外，還需要購置直流穩(wěn)壓電源，示波器，信號源，仿真器的儀器等配套設備，需要投入的資金較大，且日常維護成本較高。單片機實驗箱的硬件資源有限，且已經(jīng)固定不能改變，在實驗時教師和學生都感覺到使用實驗箱進行單片機實驗不夠靈活，學生的電路設計能力得不到很好的鍛煉，也不能更深入地理解電路的性能或作用，因此，傳統(tǒng)的單片機實驗教學有諸多弊端。

2.基于PROTUES的實驗模式的優(yōu)勢

Proteus是Labcenter公司出品的電路分析、實物仿真系統(tǒng)。它可仿真各種電路和集成IC，它還支持許多型號的單片機的仿真，還提供電路原理圖繪制與PCB設計功能。它的元件庫齊全，使用方便，是非常好的電子電路設計輔助軟件。Proteus軟件不僅能對單片機進行仿真調(diào)試，對單片機外圍的其他電路同樣可以仿真，不管是否是與單片機相關的電路。因此在進行仿真調(diào)試時，既可以看到單片機程序語句的執(zhí)行情況，又可以看到其他電路運行的結(jié)果，這與實際工程開發(fā)非常接近，有利于培養(yǎng)學生工程應用開發(fā)能力。

構(gòu)建基于Proteus軟件的單片機實驗室只需要一臺PC機即可，這樣就使得實驗室的通用性很強，硬件成本投入大大減少。用Proteus軟件進行單片機實驗開發(fā)，儀器設備資源損耗小，沒有元器件損壞的問題，學生不需要操作真實的儀器設備，使得實驗過程安全系數(shù)增高。實驗內(nèi)容可靈活設置，學生可以自行設計實驗電路，可以嘗試相同功能的接口電路用不同的器件構(gòu)成，有利于擴展設計思路，培養(yǎng)和提高設計能力。用Protues仿真軟件進行單片機課程實驗教學，可以克服用傳統(tǒng)實驗箱帶來的硬件電路固定，實驗內(nèi)容固定等方面的局限性，學生只要有電腦即可安裝軟件自行學習，減少學習資金的投入，從而提高學生的學習效果和學習興趣。

在學生學習過程中，會接觸到多種單片機，學校也會開設各種單片機的選修課，如AVR單片機，PIC單片機等，為了教學需要就要購買相應的實驗設備，建設和維護成本較高。而Proteus軟件可以支持多種單片機的仿真實驗，并且提供了大量的元件庫，有數(shù)千種元件供使用，包括模擬電路，數(shù)字電路相關元件，以及交流和直流相關元件；另外Proteus軟件提供了豐富的儀器儀表資源，包括常用的示波器、信號發(fā)生器、直流電壓表、邏輯分析儀、計數(shù)器等，這是實驗室必備的設備，為建立仿真實驗室提供了可靠的資源保障，這體現(xiàn)了軟件仿真的經(jīng)濟優(yōu)勢。Proteus軟件還具有圖像顯示模塊，以及提供多種激勵測試信號，這些資源在調(diào)試電路時發(fā)揮很大的作用，為調(diào)試電路提供方便。

在單片機實驗完成后會安排單片機課程設計環(huán)節(jié)，這時要求學生做出具體的硬件電路來，把在Proteus軟件上驗證好的工程項目移植到具體電路中，讓學生體會仿真運行結(jié)果和具體硬件電路運行結(jié)果的差別，提高學生的工程設計和調(diào)試能力，為將來工作時做更復雜的電路設計做好準備。雖然Proteus的仿真運行與實際硬件運行結(jié)果存在一些差別等缺點，但只要稍微調(diào)整程序參數(shù)就實現(xiàn)在硬件上的良好運行，相比它帶來的學習開發(fā)優(yōu)點來說，這些缺點是可以接受的。Proteus軟件提供了很多例子，學生可以參考和借鑒好的設計方案，也可以在原來電路基礎上加以修改處理，滿足自己的設計需求，這都是很好的學習資源。

3.用C語言進行單片機編程的優(yōu)勢

單片機程序設計是學習的重點，在傳統(tǒng)單片機理論教學中，都是以學習匯編語言為主，而C語言只進行簡單介紹，在單片機實驗中也是主要用匯編語言進行程序設計，其優(yōu)點是占用資源少，執(zhí)行效率高。但是匯編語言是面向機器的程序設計語言，是最接近機器碼的一種語言，其指令較多，學生難以掌握，編寫的代碼難讀懂，不好調(diào)試，開發(fā)效率低，需要對單片機內(nèi)部資源非常熟悉，而且不同的CPU的匯編語言有差異，不好移植。因為學生是初次接觸到這種編程語言，也沒有單片機編程基礎，對單片機內(nèi)部資源不夠熟悉，所以學習效果不理想，在進行單片機實驗時暴露出了很多問題。

本次單片機實驗教學改革中教師要求學生采用C語言進行程序設計，并與理論教師溝通在上理論課時多講用C語言編程的知識。學生在大一時就進行了C語言的學習，有一定的基礎，因此用C語言進行單片機程序開發(fā)對學生來講會容易理解些，復雜的程序一般都用C語言進行開發(fā)，這也符合現(xiàn)在企業(yè)用人的要求。使用C語言進行單片機程序開發(fā)有諸多優(yōu)點：

（1）語言簡潔，使用方便靈活，可大幅度提高開發(fā)速度，系統(tǒng)越復雜，開發(fā)效率越高。

（2）無須深入了解單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)，和復雜的單片機匯編語言指令集。

（3）可進行模塊化開發(fā)，軟件邏輯結(jié)構(gòu)清晰，有條理，易于分工合作。

（4）可移植性好，寫好的一個c語言算法，可方便地移植到其他單片機上，而匯編語言相對要復雜的多。

（5）可直接操作硬件，易于編寫、調(diào)試和維護。

隨著單片機的內(nèi)部資源越來越多，存儲空間越來越大，資源已經(jīng)不是考慮的首要問題，因此用C語言進行單片機程序設計是單片機開發(fā)應用的必然趨勢。C語言是初學者的首選語言，當掌握好用C語言進行單片機編程后，再學習匯編語言就會輕松很多。

4.單片機實驗教學組織

單片機實驗所涉及到的內(nèi)容較多，而單片機實驗課程一般只安排8次實驗共16學時，實驗時間有限。有關單片機的相關理論知識在理論課中已經(jīng)學習過了，如單片機內(nèi)部資源，常用接口電路，編程設計，系統(tǒng)開發(fā)設計等知識在理論課中都會涉及到，單片機實驗課程的目的主要是讓學生提高動手能力，驗證理論知識的正確性，加深單片機應用的理解，直觀感受單片機在電路運行過程中發(fā)揮的作用，提高編程設計能力。

在首次實驗中讓學生掌握Proteus仿真軟件和keil編程軟件的使用方法，掌握單片機應用開發(fā)步驟。keil是目前世界上使用最廣泛的單片機編程開發(fā)工具，很多型號的單片機都用它進行程序開發(fā)，它支持匯編、C語言以及混合編程，同時具備強大的仿真功能。在實驗指導書中要編寫軟件的詳細操作步驟，讓學生會能快速掌握兩款軟件的使用方法。

接下來的實驗根據(jù)理論教學內(nèi)容的進度由易到難地安排相關的實驗內(nèi)容，包括單片機IO口的應用設計，單片機外部中斷開發(fā)設計，定時器計數(shù)器開發(fā)設計，串行通信開發(fā)設計，數(shù)碼管顯示器件應用開發(fā)，外圍器件的控制開發(fā)（模數(shù)轉(zhuǎn)換器件、數(shù)模轉(zhuǎn)換器件），綜合系統(tǒng)設計等，循序漸進地讓學生學習單片機相關知識，從而提高學生的興趣和實驗信心。

5.一個具體的實驗教學例子

以單片機IO口應用設計為例子，實驗電路圖如圖1所示，實驗要求是讓接在P0口的8個LED從左到右循環(huán)依次點亮，產(chǎn)生流水燈效果，這是單片機典型的入門開發(fā)例子，涉及的知識內(nèi)容包括單片機最小系統(tǒng)電路，單片機IO口的輸出編程，延時程序設計等，內(nèi)容豐富。

實驗電路比較簡單，在實驗之前讓學生跟據(jù)實驗指導書要求用Proteus仿真軟件設計好電路圖，到實驗室做實驗時主要進行程序的設計開發(fā)調(diào)試，因為程序設計和調(diào)試是實驗學習的重點。對于學生來說，程序設計是一個難點，實驗課時教師可以結(jié)合實驗電路講解程序設計的思路，讓學生從實現(xiàn)一個最簡單的功能開始，如只讓一個LED亮，然后逐步添加程序?qū)崿F(xiàn)流水燈功能。在實驗指導書中可以給出程序設計流程圖和程序設計框架，讓學生根據(jù)框架添加設計程序。程序框架如下：

#include

void DelayMS（unsigned x）

{ unsigned i；

while（x--）

{

for（i=0；i<120；i++）；

}

}

void main（）

{ P0=0xfe；

while（1）

{//在下面添加自己的程序

}

}}

6.結(jié)束語

通過本次單片機實驗教學探索證明，在Proteus仿真軟件建立的虛擬平臺上進行實驗的教學效果良好，Proteus仿真軟件不但在課堂教學中發(fā)揮重要作用，對學生在課外的學習也提供了極大地便利，學生不會因為手上沒有開發(fā)板而失去學習的興趣，充分調(diào)動了學生學習的積極性和主動性，提高學生單片機應用編程能力。使用C語言進行單片機編程設計，加快了學生學習的步伐，也符合企業(yè)用人單位的需要，為將來工作做好準備。

參考文獻

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[2]譚炳菊，富鈺.單片機C語言編程方法探討[J].遼寧高職學報，2010（4）.

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作者簡介：李德明（1983—），男，廣西桂林人，桂林電子科技大學信息科技學院電子工程系講師，主要研究方向：精密測量與自動控制、電路系統(tǒng)的EDA技術。