趙永濤??

摘要：《單片機原理與應(yīng)用》是電子、電氣和機電類專業(yè)的一門重要的專業(yè)課程。此課程要求理論結(jié)合實踐，傳統(tǒng)教學(xué)模式中以講授為主，驗證性試驗為輔不能達(dá)到良好的教學(xué)效果，本文引入Proteus與Keil C51軟件聯(lián)合仿真平臺，以單片機中I/O接口功能章節(jié)為例，借助仿真平臺實現(xiàn)流水燈實驗，將單片機與外圍器件具體化，增強了學(xué)生的感性認(rèn)知，有助于對單片機相關(guān)理論知識應(yīng)用的理解，進一步提高教學(xué)效果。并且，在教學(xué)過程中引入仿真環(huán)境，避免了教學(xué)中因儀器儀表元器件不足的局限性，硬件投入少、避免損耗，并且為學(xué)生進行課程或畢業(yè)設(shè)計提供了創(chuàng)作園地，更有利于專業(yè)人才培養(yǎng)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力，具有很大的靈活性和可擴展性。

關(guān)鍵詞：Proteus；仿真平臺；教學(xué)

一、 前言

《單片機原理與應(yīng)用》是電子信息工程、電氣自動化、機電一體化等專業(yè)的一門重要的必修課程。這是一門對實踐環(huán)節(jié)要求很高而且與實際應(yīng)用緊密的課程。課程需要將講授環(huán)節(jié)與時間操作環(huán)節(jié)有機結(jié)合起來，以實現(xiàn)學(xué)生對理論知識的掌握及軟硬件動手能力提高的目的。

此課程傳統(tǒng)的教學(xué)以講授為主，驗證性實驗為輔，但是此類教學(xué)方法很難良好地實現(xiàn)預(yù)期的教學(xué)效果，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中發(fā)現(xiàn)課程難度大，理論抽象，以至于喪失學(xué)習(xí)積極性與興趣。

為了解決在傳統(tǒng)單片機課程存在的這些問題，本文將Proteus軟件與KeilC51軟件聯(lián)合仿真應(yīng)用于單片機課程教學(xué)中以輔助教學(xué)，讓課程理論不再繁瑣枯燥，同時又與實踐密切關(guān)聯(lián)起來，這有助于增強學(xué)生在理論基礎(chǔ)上加強實踐能力的培養(yǎng)。采用軟件中仿真環(huán)境代替單片機實驗板進行教學(xué)，可以將單片機及外圍器件形象具體，增強了學(xué)生的感性認(rèn)知，有助于對單片機相關(guān)理論知識應(yīng)用的理解，進一步提高教學(xué)效果。

二、 仿真平臺介紹

單片機教學(xué)仿真平臺主要是利用Proteus軟件和Keil軟件聯(lián)合調(diào)試實現(xiàn)的。

Proteus是國外一款功能強大、應(yīng)用范圍廣泛的電路仿真軟件，它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)原理圖的繪制，同時能夠?qū)纹瑱C的程序進行開發(fā)、仿真驗證，還能夠快速進入PCB設(shè)計。因此，它是一款真正融合了產(chǎn)品設(shè)計理念的成熟商業(yè)產(chǎn)品。

目前，對于Proteus軟件，其主要支持的處理器模型有8051系列、PIC系列、ARM、以及MSP430等類型。在2010年又新增了Cortex和DSP系列處理器，而且隨著公司對研發(fā)的大量投入，將會適應(yīng)更多的處理器類型。另外，在編譯方面，它也具有對應(yīng)的接口對多種編譯器進行轉(zhuǎn)換。

KeilC51則是一款兼容C語言的單片機編譯軟件，它不同于其他編譯軟件，僅采用匯編語言，而是創(chuàng)新性的創(chuàng)建了C語言的接口，從而使它在進行單片機程序的開發(fā)、書寫時，更加方便。因此，這款軟件被許多單片機愛好者所喜愛，在高校教學(xué)中也被廣泛使用。

Keil提供了一個功能強大的仿真調(diào)試器，其中主要包括C編譯器、宏匯編和鏈接器等主要核心模塊，這些模塊組成了一個完整的開發(fā)路徑，當(dāng)操作者在進行單片機程序設(shè)計、開發(fā)時，能夠使工作事半功倍。

三、 仿真教學(xué)實例

在學(xué)習(xí)單片機I/O接口這一章節(jié)中，單片機可以利用32個并行接口可以實現(xiàn)信號的感知與控制外部資源，此時引入利用單片機AT89C51流水燈實驗，結(jié)合I/O接口的作用觀察輸出控制現(xiàn)象，以實驗現(xiàn)象結(jié)合理論，來進一步加深學(xué)生對該知識點的印象。

1. 硬件仿真設(shè)計

啟動Proteus中硬件設(shè)計模塊ISIS繪制電路原理圖，添加AT89C51單片機及外圍電路構(gòu)成單片機的最小系統(tǒng)（仿真軟件中電源電路省略）。

圖1流水燈實驗仿真原理圖

2. 軟件設(shè)計并聯(lián)合仿真

（1） 利用KeilC51設(shè)計流水燈驅(qū)動程序（如下）。

（2） 調(diào)試、創(chuàng)建目標(biāo)文件：*.hex，

（3） 在Proteus仿真環(huán)境中將目標(biāo)文件下載至AT89C51單片機中。

流水燈實驗程序如下：

#include

#define LED P0

void delay（int x）；

main（）

{

unsigned char i；

while（1）

{

LED=0xfe；

for（i=0；i<8；i++）

{

delay（100）；

LED=（LED<<1）|0x01；

}

}

}

void delay（int x）

{

int i，j；

for（i=0；i

for（j=0；j<600；j++）；

}

3. 觀察仿真結(jié)果

點擊仿真環(huán)境中開始按鈕，可以觀察到8個LED發(fā)光二極管的流水燈點亮現(xiàn)象。

通過本實驗可以將單片機I/O接口的功能形象化，可以在一定程度上實現(xiàn)了實物實驗的展示效果，但是又不需要各種各樣的實驗設(shè)備器材，加深了學(xué)生對該知識點的印象，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

四、 結(jié)語

結(jié)合上述教學(xué)實例，可以發(fā)現(xiàn)將Proteus軟件仿真引入單片機課堂教學(xué)，將具有一些傳統(tǒng)教學(xué)所不具備的優(yōu)勢：

（1） 便于課堂演示，教師可以通過PPT的形式將仿真過程投影在大屏幕上，或者直接在線操作仿真過程，這樣教學(xué)相當(dāng)直觀，能夠讓更多學(xué)生了解。因為傳統(tǒng)的實驗演示只有一部分人能夠觀察到，而且在修改方面繁瑣，需要拔片、寫片和插片。因此，這種方式更加方便，易于操作。

（2） 學(xué)生不用擔(dān)心犯錯，可以課下單獨多次實驗，因為只需要下載一個軟件就可操作，他們可以在課堂上教師教授相關(guān)內(nèi)容后，課后反復(fù)的進行練習(xí)，并為下一節(jié)課的內(nèi)容進行提前準(zhǔn)備。另外，由于是純軟件仿真實現(xiàn)，學(xué)生能夠完成整個設(shè)計過程，這樣接近工程實踐。相比于傳統(tǒng)實驗，它克服了實驗箱教學(xué)中實驗內(nèi)容固定的局限性，不僅提高了學(xué)生的實驗興趣，還拓展了學(xué)生的思路、培養(yǎng)了學(xué)生分析問題解決問題的能力。

（3） 使用Proteus教學(xué)，可以減少對硬件的損壞，教師可以讓學(xué)生先在軟件中運行，確定沒有錯誤后，再進行實訓(xùn)操作，這樣不僅省時省力，還可以節(jié)省因方案不正確造成的硬件投入的浪費，減少器材的損耗。同時，該軟件提供豐富的虛擬儀表，不管在質(zhì)量還是在數(shù)量上都是經(jīng)濟可靠的。

（4） Proteus是一款用途廣泛的軟件，無論是學(xué)生電子電路的課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計；抑或是參加各類電子設(shè)計大賽，均可用該款軟件完成。除此之外，Proteus提供了豐富的元器件庫，可以豐富學(xué)生對相關(guān)知識的了解。因此，通過課堂教學(xué)引入該款軟件，又為學(xué)生提供了一個培養(yǎng)實踐精神、創(chuàng)造精神的平臺，學(xué)生可以將課堂學(xué)到的東西進行拓展，從而更好的學(xué)有所用，這也是教學(xué)的最終目的。

綜上所述，在單片機教學(xué)過程中引入Proteus軟件與KeilC51的聯(lián)合仿真相結(jié)合教學(xué)，有利于促進課程和教學(xué)效果，更有利于專業(yè)人才培養(yǎng)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力，具有很大的靈活性和可擴展性。另外更重要的是Proteus軟件提供了大量可靠的虛擬器件和儀表，能夠有助于提高教學(xué)效率，也對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)具有重大的現(xiàn)實意義。

但是仿真平臺不能代替實際硬件電路，在教學(xué)過程中要強調(diào)仿真與實際的區(qū)別，在實際中一些具體的問題還是以具體的硬件電路為準(zhǔn)，仿真手段只能作為參考。

參考文獻：

[1]胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù)[M].3版.北京：清華大學(xué)出版社，2010：16-18.

[2]呂景泉.單片機原理與應(yīng)用[M].2014年6月第1版.華東師范大學(xué)出版社，2014：37-38.

[3]楊俊起.仿真軟件在單片機教學(xué)中的應(yīng)用[J].專業(yè)教學(xué)研究，2007：94-95.