陳靜 于雅楠

[摘 要] 針對(duì)硬件類(lèi)課程教學(xué)的特點(diǎn)及課堂教學(xué)中存在的主要問(wèn)題，研究了兩類(lèi)虛擬仿真軟件Multisim11.0和Proteus在不同工科硬件類(lèi)課程中的實(shí)踐方式，闡述了虛擬仿真軟件在課堂教學(xué)的輔助作用。虛擬仿真可以輔助實(shí)踐教學(xué)，使課堂教學(xué)過(guò)程接近真實(shí)，仿真實(shí)例及演示操作使學(xué)生在課堂中更容易接受和理解所學(xué)知識(shí)，而且脫離硬件實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以自己通過(guò)仿真模擬去體會(huì)課堂上所講的原理知識(shí)，在實(shí)踐操作時(shí)可以做到心中有數(shù)，達(dá)到較好的學(xué)習(xí)效果。虛擬仿真軟件的出現(xiàn)，提高了學(xué)生對(duì)硬件類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程的理解和學(xué)習(xí)興趣，能有效改善實(shí)踐教學(xué)效果。

[關(guān) 鍵 詞] 虛擬仿真軟件；計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)；模擬實(shí)驗(yàn)

[中圖分類(lèi)號(hào)] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2018）03-0096-02

一、引言

電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)屬于傳統(tǒng)工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)，包含多個(gè)專(zhuān)業(yè)方向，如計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、電子工程等，該類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程最大的特點(diǎn)就是課程應(yīng)用性和操作性較強(qiáng)，知識(shí)較為抽象，在教學(xué)過(guò)程中存在教師教著費(fèi)力，學(xué)生聽(tīng)起來(lái)也比較枯燥難懂的問(wèn)題，而且純理論的課堂講授顯然不利于知識(shí)的掌握。

我們所在院校比較重視實(shí)踐教學(xué)，每門(mén)課程都安排了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，但實(shí)驗(yàn)時(shí)間占總學(xué)時(shí)的比例仍然不高，如表1所示。在培養(yǎng)方案修訂過(guò)程中為了鼓勵(lì)學(xué)生有足夠的課余時(shí)間進(jìn)行各類(lèi)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，適當(dāng)減少了理論課程的總學(xué)時(shí)，但是實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)并沒(méi)有減少。

實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)在課程中的比重逐漸提高，體現(xiàn)了學(xué)?！皠?dòng)手動(dòng)腦、全面發(fā)展”的教學(xué)理念以及學(xué)校對(duì)實(shí)踐教學(xué)工作的重視。由此可見(jiàn)，實(shí)踐教學(xué)的好壞影響整個(gè)教學(xué)效果，特別是對(duì)工科硬件類(lèi)課程的教學(xué)更為重要。實(shí)驗(yàn)室的實(shí)踐教學(xué)時(shí)間有限，需要我們不斷進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)方法的創(chuàng)新，更好地服務(wù)于教學(xué)，虛擬仿真平臺(tái)[1，2，3]的出現(xiàn)，使我們有效解決了這一問(wèn)題。虛擬仿真平臺(tái)可以使教師和學(xué)生在脫離實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下有效地學(xué)習(xí)使用理論課程中所學(xué)的各類(lèi)硬件的器件，如Multisim和Proteus軟件。

二、虛擬仿真平臺(tái)及應(yīng)用案例

（一）Multisim軟件

1.軟件介紹

Multism[4]是美國(guó)NI公司推出的一款功能強(qiáng)大的EDA軟件，提供了非常強(qiáng)大的虛擬仿真功能。如果在數(shù)字電子技術(shù)和數(shù)字邏輯等硬件類(lèi)課程中引入Multism的虛擬仿真平臺(tái)，能夠?yàn)閷W(xué)生展示更加直觀(guān)的邏輯分析功能，便于學(xué)生加深對(duì)復(fù)雜電路的學(xué)習(xí)與理解，在一定程度上有利于提高課堂教學(xué)質(zhì)量，而且可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

2.實(shí)例分析

在數(shù)字電子技術(shù)中有一部分重要內(nèi)容就是組合邏輯電路的設(shè)計(jì)，在講解這部分內(nèi)容時(shí)，如果僅僅是課堂的理論講解，大家不能體會(huì)具體電路是什么形態(tài)，只有進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室才能學(xué)習(xí)真正的設(shè)計(jì)，用實(shí)際的電路去驗(yàn)證所設(shè)計(jì)電路的正確性。為了在課堂上能夠驗(yàn)證所設(shè)計(jì)電路的正確性，在教學(xué)中引入了Multism虛擬仿真平臺(tái)，通過(guò)該平臺(tái)搭建實(shí)際的電路，如圖1所示為三評(píng)委表決器的組合邏輯電路的仿真圖，通過(guò)開(kāi)關(guān)模擬三個(gè)評(píng)委的表決情況，用輸出的指示燈來(lái)觀(guān)測(cè)不同表決情況下的表決結(jié)果，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)電路的正確性。

（二）Proteus軟件

1.軟件介紹

Multism在電路設(shè)計(jì)與仿真中較為適用，而Proteus軟件[5]將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件進(jìn)行了綜合，不僅可以對(duì)電路進(jìn)行仿真和模擬，對(duì)單片機(jī)類(lèi)的處理器芯片也能夠很好地進(jìn)行仿真，其處理器模型支持8051、HC11、AVR、ARM、8086和MSP430等，Proteus能建立完整的電子設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境，可與Kei軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真調(diào)試，在單片機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和學(xué)習(xí)中發(fā)揮了重要作用，在課堂教學(xué)中可以將該軟件用于單片機(jī)系統(tǒng)的仿真，給學(xué)生提供更為直觀(guān)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

2.實(shí)例分析

單片機(jī)原理與應(yīng)用課程中51單片機(jī)常用接口是理論向應(yīng)用過(guò)渡的一部分重點(diǎn)內(nèi)容，其中的鍵盤(pán)和顯示部分是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)輸入和輸出的兩個(gè)重要組成部分，為了使學(xué)生直觀(guān)地理解該部分內(nèi)容的知識(shí)，在Proteus7中利用按鍵BUTTON組件、AT89C51組件和2位的7段數(shù)碼管組件進(jìn)行仿真系統(tǒng)的搭建，實(shí)現(xiàn)按鍵次數(shù)的統(tǒng)計(jì)，C51的程序在Keil軟件中進(jìn)行編譯調(diào)試，生成LED2.hex的二進(jìn)制代碼，通過(guò)在仿真模型中添加編譯好的hex文件實(shí)現(xiàn)程序的下載，如圖（2b）所示。通過(guò)該仿真模型，學(xué)生可學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)包括：數(shù)碼管的顯示（靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示）、通用I/O接口的使用、按鍵的去抖動(dòng)處理過(guò)程、外部中斷的處理等。

（a）仿真模擬電路 （b）程序的加載

（三）Multisim和Proteus軟件對(duì)比分析

Multisim和Proteus都可以對(duì)一些電路進(jìn)行模擬，但是兩款軟件都有自己的適應(yīng)領(lǐng)域，對(duì)比如表2所示。

三、總結(jié)

本文針對(duì)硬件類(lèi)課程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，引入虛擬仿真平臺(tái)，對(duì)Multisim和Proteus軟件在兩門(mén)主要課程數(shù)字電子技術(shù)和單片機(jī)原理與應(yīng)用中的應(yīng)用進(jìn)行了實(shí)踐探索，分析了兩款軟件的特點(diǎn)，并對(duì)其適用課程進(jìn)行了分析，通過(guò)在課程教學(xué)中的實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)不夠課堂講授的不足，達(dá)到了較好的教學(xué)效果，值得在該類(lèi)課程中進(jìn)行應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]翟宏宇，趙建平，底曉強(qiáng)，等.基于虛擬仿真平臺(tái)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)踐教學(xué)[J].計(jì)算機(jī)教育，2015（17）：6-9.

[2]杜月林，黃剛，王峰，等.建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)探索創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2015（12）：26-29.

[3]孫界平，琚生根，陳黎，等.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2017，34（8）.

[4]隋濤，李歡歡，錢(qián)博，等.Multisim12在時(shí)序邏輯電路教學(xué)中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2015（2）：218-219.

[5]王瑾，袁戰(zhàn)軍.虛擬仿真技術(shù)在單片機(jī)課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].電子設(shè)計(jì)工程，2016（1）：45-47.