張鵬　王琪　袁明新

摘 要 對于技術應用型大學的機類學生來說，由于電類的實踐環(huán)節(jié)普遍相對較少，因而大多數(shù)機類學生在單片機應用方面存在著一定的不足，如何幫助這些學生利用較少學時提高單片機應用能力，培養(yǎng)機類學生的綜合工程素養(yǎng)，對于技術應用型大學的教學改革研究具有重要的意義。為此，通過探索利用電子仿真平臺proteus作為輔助教學軟件，引導學生動手實踐單片機的軟硬件系統(tǒng)設計，提高了教學質量，對推動人才培養(yǎng)具有借鑒意義。

關鍵詞 proteus仿真平臺 機械類學生 單片機 應用

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.05.012

Use Proteus Simulation Platform to Improve Mechanical

Students' Microcontroller Application Ability

ZHANG Peng， WANG Qi， YUAN Mingxin

（Jiangsu University of Science and Technology， Suzhou Institute of Technology， Zhangjiagang， Jiangsu 215600）

Abstract As for students majored in mechanics at technology application model college， since practice regarding electronic is relatively less， their ability in the application of single chip microcomputer often falls short. Therefore， it is of vital importance for the study of teaching and study reform in vocational colleges to help their students improve their application ability of single chip microcomputer within shorter time and cultivate their comprehensive engineering accomplishment. As a result， it will help improve teaching and study quality and push forward the cultivation of professional talents to guide the students to take part in the hardware and software system design of single ship microcomputer by means of exploring taking electronic simulation platform Proteus as a teaching auxiliary software.

Key words simulation platform; mechanics-majored students; single chip microcomputer; practice

0 引言

隨著目前機械行業(yè)的不斷發(fā)展，許多產(chǎn)品已由過去的純機械設計向機電一體化過渡，因而對高校學生在單片機方面的培養(yǎng)提出了更高的要求。相較于偏電類的學生，由于機類教學大綱里電類實踐環(huán)節(jié)相對較少，因此如何幫助機類學生通過較少的教學課時真正掌握單片機這一常用工具的開發(fā)流程就成為技術應用型大學的教學改革方面一個非常有意義的研究。①②事實上，在前期調研中我們發(fā)現(xiàn)，雖然有過單片機課內(nèi)實驗等教學環(huán)節(jié)，但是許多機類學生對于電路板的布線、元器件的封裝等單片機開發(fā)中容易涉及到的一些基本概念往往是一無所知，而軟硬件設計更令學生感到畏懼。為了解決機類學生這些工程素養(yǎng)方面的不足，我校特地在教學計劃中針對機類學生開設基于proteus仿真平臺③的單片機運用選修環(huán)節(jié)，讓學生有機會從運用中學習，體會到電控單元設計的基本概念，彌補了相關方面的缺乏，從而幫助其提高了運用單片機的信心和能力。這些教改措施的實施效果證明，它可以糾正了機類學生對單片機的陌生感，提升了學生的綜合工程素質，對于探索新形勢下應用型本科高校教學模式具有一定的借鑒意義。

1 機制類學生在運用單片機方面的不足

目前機類學生在經(jīng)過單片機理論教學、實驗環(huán)節(jié)后，往往再沒有更多的機會接觸單片機。而事實上隨著機電一體化等技術的不斷發(fā)展，目前僅靠機類學生現(xiàn)有的知識結構已不能適應社會的發(fā)展。形成這種情況的原因主要在于這么幾個方面：

（1）機械類學生接觸電子系統(tǒng)機會少，一些基本概念不具備;就我校調研的情況而言，機類學生很少見到電路板等實物，雖然前序課程講授過基本理論，但許多實際設計中會用到的知識沒有提及，這樣綜合起來導致許多知識只是停留在做題上面，而一些相應的實驗，如單片機實驗，往往都是在現(xiàn)成的實驗環(huán)境下實施，而對于芯片封裝等基本知識學生并沒有機會了解，這導致了學生對實際電控系統(tǒng)感到陌生。

（2）機械類學生幾乎沒有自行設計過單片機系統(tǒng)，因此實際工作時往往不知如何上手;由于通常單片機課程所講授的內(nèi)容是將單片機各個部分分開講授，這導致學生在印象中還無法將單片機作為一個整體進行設計考慮。事實上，在我們前期所做的調查中發(fā)現(xiàn)，我校大部分機械專業(yè)的學生對單片機的最小系統(tǒng)都沒有概念，甚至許多學生在要求設計一個單片機系統(tǒng)時連電源都不知道如何處理，可見他們對單片機還不具備一個整體應用的概念。

（3）機械類學生對硬件編程不熟悉，使得其在應用時具備畏難情緒;對于本校機械類學生而言，除去進入實驗室做過項目的以外，大部分學生對于在單片機上寫程序普遍有畏難情緒，而事實上隨著目前IT產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，工程師必須具備基本的硬件編程能力。但目前的培養(yǎng)模式使得機械類的學生對于編程來控制芯片工作感到困惑，因此對于如何將自己的設計思路變成可以讓硬件工作的程序有著不小的畏難情緒。

2 利用proteus在較短學時內(nèi)提高機類學生單片機應用能力的教改實施

為了解決以上問題，提高我校機械類學生在單片機應用方面的知識技能，滿足現(xiàn)代高等教育對社會需求的要求，我們開設了相應的選修教學環(huán)節(jié)，通過引入proteus電子仿真環(huán)境來搭建教學實踐平臺，讓學生能在較短學時內(nèi)完成一個電控系統(tǒng)的模擬開發(fā)，使其在較短綜合應用電子、控制、單片機等多學科知識，提高其綜合工程實踐能力。為了達到循序漸進的實踐效果，我們以易于入手的設計方案對機械類學生進行培訓，使其對單片機的應用進行了有效的提高。其具體的教學改革內(nèi)容主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）改變過去機類學生教學中不注重硬件電路實現(xiàn)的問題，利用proteus平臺的電路仿真功能提高學生對電路的認識;過去機械類學生對電路只停留在書本知識，缺乏實踐經(jīng)驗，因此在使用單片機時往往不知在哪些情況下采用哪些電路。為了在較短學時內(nèi)幫助學生積累這方面的經(jīng)驗，采用proteus平臺設計了MOS管驅動電路設計、晶體管放大電路設計等實踐內(nèi)容，要求學生比較不同參數(shù)設計、不同實現(xiàn)方案對系統(tǒng)輸出的影響，通過這樣的實踐，學生基本上熟悉了一些相關的術語、完善了相關的知識、同時又適合機械類學生快速上手，避免了具體電路實踐中費時費力的問題，以較為容易的方案幫助學生了解了單片機設計中一些電路實現(xiàn)的基本方法，為下一階段單片機硬件系統(tǒng)設計打下基礎。

（2）在上一階段實踐基礎上，進一步布置學生完成相應的單片機最小系統(tǒng)的設計并完成pcb板設計。由于在教改初期經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，機械類學生往往對單片機整體缺乏統(tǒng)一的認識，甚至出現(xiàn)在硬件設計中只顧著完成所要求的功能內(nèi)容，卻連基本的電源都不接的現(xiàn)象。為了讓機械類學生真正體會到一個單片機系統(tǒng)是如何工作的，要求其完成一個完整的硬件系統(tǒng)設計。同時發(fā)現(xiàn)機械類學生由于很少有電路板方面的經(jīng)驗，因此進一步要求他們實現(xiàn)硬件的PCB板布置，從而學生能體會到不同封裝格式，走線的基本要求等這些往往在單片機課程中容易忽略的東西，提高了學生真正使用單片機的能力。得益于proteus軟件綜合性能，使得學生能在一個平臺上快速學習相關技能。

（3）改變過去只注重一段程序的教學模式，布置學生完成整套軟件編程的工作，包括控制策略的考慮。如前所述，機械類學生在硬件編程方面往往有種畏難情緒，經(jīng)調查發(fā)現(xiàn)這是由于學生學習中往往只講授一段程序，而對整個軟件框架沒有概念。為了讓機械類學生在短時間內(nèi)了解到實際工程中對軟硬件的處理方法，利用proteus易于實施的特點，要求學生分組設計一整套的控制系統(tǒng)，并要求實現(xiàn)一定的控制算法，如PID控制策略等。通過一組學生拿到這樣一種綜合訓練的題目，自己去查找相關芯片的使用手冊，以點帶面，幫助學生在較短時間內(nèi)快速掌握電控單元開發(fā)的基本流程，使其建立使用單片機的信心。這時我們往往要求每個學生都要針對單片機中某一個功能模塊熟練編程，能根據(jù)教師提出的不同要求一一都能實現(xiàn)，以及對同一種要求利用不同的實現(xiàn)方式實現(xiàn)等，在熟練后，再自行學習其他功能模塊的編程實現(xiàn)。由于proteus能方便仿真多種單片機，因此學生很容易將以往所學知識在模擬工程中運用，通過仿真中出現(xiàn)的錯誤修正以往一些錯誤的理解，從而達到在短時間內(nèi)掌握單片機基本開發(fā)方法。

經(jīng)過三屆學生的教學實踐發(fā)現(xiàn)，基本上消除了機械學院學生對單片機開發(fā)感到無從下手的現(xiàn)象，一些學生由此產(chǎn)生了興趣，主動找到一些相關芯片的文檔學習，然后在proteus平臺中實現(xiàn)新的功能，并興奮地將結果告知老師，可見該方案具有一定的效果。此外在畢業(yè)設計中也發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過這樣的教學活動，一些學生雖然原來單片機的成績不理想，但是在畢業(yè)設計中已能夠較為熟練地采用單片機來完成設計題目，相信他們在這樣的教改實踐中獲得了益處。

3 結論

為了適應由于當前科技不斷進步而對機械類學生在掌握單片機應用方面提出更高要求的現(xiàn)狀，我們利用proteus這一方便的電子仿真平臺按照以上的教學模式在機械類學生中展開單片機實踐教學。通過循序漸進的培訓方式，幫助學生在較短的學時內(nèi)提高單片機的使用技能，并為以后進一步深入學習提供了基礎。實踐效果表明這些措施能有效解決當前機類學生在學習單片機方面的主要困難，可以在短時間內(nèi)提高相應的工程素養(yǎng)。當然，我們也深知對于如何提高機械類專業(yè)學生利用單片機的技能還有許多需要進一步探索的地方，如：如何設計更具有實際工程意義的實踐培訓內(nèi)容來提供給學生訓練、如何結合機械裝置進行仿真等。④相信通過不斷的改進和完善，這樣的教學實踐能為應用型大學機械類學生提供一個快速提高單片機學習效果的有益探索。

基金項目：蘇州理工學院教改課題專項建設經(jīng)費（123 021024）

注釋

① 郭冰菁，趙書尚，韓建海.機械類專業(yè)單片機課程教學改革與學生工程素質培養(yǎng)[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2012（19）.

② 覃金昌.高職高專機械類單片機教學改革的幾點思考[J].科技信息，2010（11）.

③ 陳朝元，魯五一.Proteus軟件在自動控制系統(tǒng)仿真中的應用[J].系統(tǒng)仿真學報，2008.20（2）.

④ 周靈彬，匡載華，張靖武.基于Proteus的電子產(chǎn)品仿真設計[J].電子技術應用，2010（9）.