張 鑫

（1.云南麗江師范高等?？茖W(xué)校數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)系，云南 麗江 674199）

虛擬仿真技術(shù)在《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程教學(xué)中的應(yīng)用

張 鑫

（1.云南麗江師范高等專科學(xué)校數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)系，云南 麗江 674199）

虛擬技術(shù)是提高課堂教學(xué)質(zhì)量與效率的重要手段。本文結(jié)合《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程中交通燈設(shè)計(jì)的實(shí)際案例，對(duì)虛擬技術(shù)在課程教學(xué)中應(yīng)用作了分析和提出了教學(xué)建議。

虛擬仿真；單片機(jī)技術(shù)；交通燈；課程教學(xué)

1 什么是虛擬仿真技術(shù)

虛擬仿真技術(shù)是指用一個(gè)系統(tǒng)模仿另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)，在不同的領(lǐng)域有不同的應(yīng)用。單片機(jī)是現(xiàn)代電子技術(shù)的新興領(lǐng)域，是嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)。單片機(jī)技術(shù)在高職高專計(jì)算機(jī)應(yīng)用及相關(guān)專業(yè)中處于核心地位，它是聯(lián)系計(jì)算機(jī)應(yīng)用中軟硬件相互依賴和作用的橋梁與紐帶。單片機(jī)技術(shù)在教學(xué)中存在原理相對(duì)復(fù)雜，外圍電路涉及面廣，在教學(xué)的實(shí)驗(yàn)操作部分，由于接線繁瑣、電子元器件參數(shù)難以匹配等，使得學(xué)生對(duì)該門課程的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了畏難情緒。通過(guò)使用虛擬仿真技術(shù)，在原理圖的設(shè)計(jì)階段就可以很方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與評(píng)估，并可以通過(guò)對(duì)元器件參數(shù)的調(diào)整來(lái)達(dá)到各項(xiàng)要求，使系統(tǒng)的性能達(dá)到最優(yōu)化，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)物的連接與調(diào)試，這樣就能很好地解決了理論與實(shí)踐之間的關(guān)聯(lián)問(wèn)題，提高了教學(xué)的效率。

2 什么是Proteus虛擬仿真

Proteus是英國(guó)Labcenter公司推出的單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它特有的虛擬仿真技術(shù)很好地解決了單片機(jī)及其外圍電路的設(shè)計(jì)與協(xié)同仿真的問(wèn)題，它可以在沒(méi)有單片機(jī)硬件支持的環(huán)境下利用PC以虛擬仿真的方式實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的軟硬件同步仿真調(diào)試，使單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單易用。Proteus軟件涵蓋了C51、AVR、ARM等目前單片機(jī)和嵌入式系統(tǒng)常用的微處理器模型，系統(tǒng)集成了大量74系列、CMOS系列、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器、鍵盤(pán)、LCD顯示器等常用器件，還提供了示波器、邏輯分析儀、通信終端等各種虛擬儀表，這些都可直接用于仿真設(shè)計(jì)，提高了教學(xué)原理講解和學(xué)生課外拓展的能力訓(xùn)練，為單片機(jī)方面課程的教學(xué)提供了極大的便利。

3 如何開(kāi)展Proteus的虛擬仿真教學(xué)

（1）學(xué)會(huì)使用Keil編譯軟件

要求學(xué)生能在C或匯編語(yǔ)言環(huán)境下編寫(xiě)程序并進(jìn)行編譯，生成在Proteus下可執(zhí)行的.hex文件。Keil安裝界面如圖1所示。

圖1 Keil編譯軟件的安裝界面

（2）使用Proteus繪制原理圖

以交通燈設(shè)計(jì)為例，通過(guò)Proteus軟件中的元器件搜索按鈕“P”，找出系統(tǒng)所需要的器件：?jiǎn)纹瑱C(jī)（AT89C52）、電容（CAP/CAP-ELEC）、晶振（CRYSTAL）、電阻（RES）、指示燈（LED），按以下方式進(jìn)行連接，并對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，即可完成硬件設(shè)計(jì)任務(wù)，如圖2如示。

圖2 交能燈仿真線路圖

對(duì)交通燈控制的程序內(nèi)容設(shè)計(jì)如下：

Main.C

/*************交通燈的設(shè)計(jì)**************

*功能說(shuō)明：模仿十字路口交通燈，由紅燈轉(zhuǎn)向

*綠燈經(jīng)過(guò)25S，綠燈轉(zhuǎn)向黃燈經(jīng)過(guò)5S，黃燈轉(zhuǎn)向

*紅燈經(jīng)過(guò)20S。

*****************************************/ #include//調(diào)用Delay頭文件

P1=0xde;//南北向綠燈亮P1.5=0，東西向紅燈亮P1.0= 0;

P1=0xee;//南北向黃燈亮P1.4=0，東西向紅燈亮P1.0= 0;

P1=0xf3;//南北向紅燈亮P1.3=0，東西向綠燈亮P1.1= 0;

P1=0xf5;//南北向紅燈亮P1.3=0，東西向黃燈亮P1.2=0;

其中Delay.c函數(shù)如下：

/********S級(jí)延時(shí)函數(shù)*********/

DELAY頭文件定義如下：

對(duì)以上文件進(jìn)行編譯后生成相應(yīng)的.hex文件，調(diào)入之前設(shè)計(jì)好的硬件圖中便可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單交通燈的設(shè)計(jì)與調(diào)試。

在此基礎(chǔ)上，可增加顯示模塊，最終實(shí)現(xiàn)具有計(jì)時(shí)顯示功能的普通道路十字路口交通控制燈的模型（程序略），如圖3所示。

圖3 帶計(jì)時(shí)顯示功能能的交通燈仿真線路圖

（3）加載程序后進(jìn)行調(diào)試，使其達(dá)到預(yù)先設(shè)計(jì)的要求和效果。

交通燈是單片機(jī)技術(shù)學(xué)習(xí)中具有代表性的案例，學(xué)生通過(guò)以上仿真技術(shù)的練習(xí)，能達(dá)到對(duì)該內(nèi)容中硬件電路的設(shè)計(jì)與程序部分的運(yùn)行調(diào)試技術(shù)的學(xué)習(xí)，能使學(xué)生快速、準(zhǔn)確地掌握單片機(jī)的入門知識(shí)，對(duì)該課程教學(xué)有很好的幫助和促進(jìn)作用。

（4）在調(diào)試運(yùn)行正確的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)際電路的焊接與調(diào)試，最終完成系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用。

在完成仿真調(diào)試的基礎(chǔ)上，可實(shí)施實(shí)際電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試。對(duì)于元器件相對(duì)較少、線路連接簡(jiǎn)單的電路，可直接進(jìn)行搭建和連接；對(duì)于連線較為復(fù)雜的電路，可利用proteus軟件中的ARES模塊功能，實(shí)現(xiàn)印刷電路板的設(shè)計(jì)與調(diào)試。

4 仿真教學(xué)中需要加強(qiáng)的方面

虛擬仿真技術(shù)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)與提高具有很好的幫助與促進(jìn)作用，其核心內(nèi)容是對(duì)硬件的理解與掌握，學(xué)習(xí)的關(guān)鍵內(nèi)容是程序設(shè)計(jì)的思想和技巧。在已能對(duì)虛擬仿真技術(shù)熟練應(yīng)用的基礎(chǔ)上，要學(xué)會(huì)通過(guò)實(shí)物元器件的連接完成相關(guān)的實(shí)驗(yàn)操作要求，只有這樣才能算對(duì)單片機(jī)技術(shù)有較為深入和系統(tǒng)的掌握。

4.1 加強(qiáng)對(duì)仿真軟件的熟練應(yīng)用

虛擬仿真軟件proteus雖然對(duì)單片機(jī)技術(shù)的學(xué)習(xí)有很好的幫助，但作為初學(xué)者而言，要掌握虛擬軟件需要一定的時(shí)間和精力，尤其是計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面基礎(chǔ)較弱的學(xué)生更要花費(fèi)較多的時(shí)間去熟悉軟件的操作，這比運(yùn)用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱來(lái)完成相關(guān)教學(xué)內(nèi)容需要付出更多的時(shí)間和精力，一旦掌握了該軟件的基本使用方法，在其后的學(xué)習(xí)中就會(huì)有事半功倍的效果，因此老師在講解單片機(jī)的工作原理的同時(shí)，就應(yīng)開(kāi)始讓學(xué)生在課后對(duì)軟件的使用多做練習(xí)，這樣當(dāng)學(xué)生對(duì)單片機(jī)有了一定的認(rèn)識(shí)后就可以獨(dú)立開(kāi)展學(xué)習(xí)探究了，當(dāng)然，學(xué)習(xí)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，需要學(xué)生在老師的指導(dǎo)下多加練習(xí)和探索。

4.2 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)加強(qiáng)交流

虛擬仿真技術(shù)的使用雖然已經(jīng)有二十多年的時(shí)間，但作為真正應(yīng)用于課堂教學(xué)來(lái)輔助單片機(jī)技術(shù)的學(xué)習(xí)時(shí)間還不長(zhǎng)，要用好這門技術(shù)，除了通過(guò)對(duì)軟件的學(xué)習(xí)外，還應(yīng)利用好互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行提問(wèn)及搜尋答案，以求在最短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到最好的學(xué)習(xí)效果，這也是當(dāng)今基于網(wǎng)絡(luò)和虛擬仿真技術(shù)的最好應(yīng)用。

[1]張志良．單片機(jī)原理與控制技術(shù)—雙解匯編和C51[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013．

[2]馮川放．單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M]．長(zhǎng)春：東北現(xiàn)范大學(xué)出版社，2014．

[3]彭同明等．單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2014.

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TheApplication of Virtual Simulation Technology in SCM Teaching

Zhang Xin
(1.Lijiang Teachers College,Lijiang 674199,Yunnan)

tract】 Virtual technology is the important means to improve classroom teaching quality and efficiency.By introducing the actual case of traffic light design in SCM teaching,the application of virtual technology in teaching is analyzed and some advices for teaching are proposed.

words】 virtual simulation;SCM;traffic light;curriculum teaching

TP368.1-4；G712 文獻(xiàn)表示碼：A

1008-6609(2016)09-0014-04

張?chǎng)?，男，云南麗江玉龍人，副教授，研究方向：?shù)字電路、單片機(jī)技術(shù)及計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)等。

云南省教育科學(xué)規(guī)劃（高等學(xué)校教師教育聯(lián)盟）教師教育專項(xiàng)課題2015年度推進(jìn)邊疆民族地區(qū)現(xiàn)代信息技術(shù)與學(xué)校教育教學(xué)融合研究，項(xiàng)目編號(hào)：GJZ1406。