馬游春 蘇淑靖 張會(huì)新 王紅亮

摘要：為了解決目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中存在的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主、實(shí)驗(yàn)課時(shí)及硬件條件有限等問題，文章將Proteus和maxplus II相結(jié)合的虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，給出了兩者聯(lián)合仿真的方法與步驟，通過具體實(shí)例驗(yàn)證了應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的可行性，表明了虛擬仿真技術(shù)在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中具有應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；單片機(jī)課程；虛擬仿真；Proteus軟件

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）34-0189-02

一、單片機(jī)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

1.單片機(jī)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀。由于單片機(jī)課程的復(fù)雜程度，目前只有少數(shù)學(xué)生能夠清楚地知道該課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)，在如今的教學(xué)環(huán)境中，大多數(shù)學(xué)生能夠使用匯編語(yǔ)言直接控制硬件，對(duì)軟件的了解模糊，還有一部分學(xué)生對(duì)于單片機(jī)復(fù)雜的指令系統(tǒng)無法掌握，認(rèn)為太過難記。為了進(jìn)一步了解當(dāng)前大學(xué)生對(duì)于虛擬仿真教學(xué)的認(rèn)識(shí)情況，我們對(duì)200名學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查，調(diào)查結(jié)果如圖1所示。由圖1我們可以看到在問卷調(diào)查中，99.4%的學(xué)生認(rèn)為仿真教學(xué)可以明顯提高教學(xué)效果，只有0.6%的學(xué)生認(rèn)為仿真教學(xué)沒有用處。

2.當(dāng)前教學(xué)存在的問題。當(dāng)前單片機(jī)教學(xué)存在教學(xué)資源有限、教學(xué)方法與手段單一、教學(xué)時(shí)間不足和學(xué)習(xí)效率低等問題，同時(shí)缺乏對(duì)課程教學(xué)的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，沒有形成適合仿真教學(xué)的模式。傳統(tǒng)的單片機(jī)教材和教學(xué)過于重視知識(shí)體系的演繹和推理，加之單片機(jī)課程本身所固有的抽象性以及教學(xué)傳統(tǒng)尚存在的諸多問題，使多數(shù)學(xué)生對(duì)單片機(jī)課程產(chǎn)生了畏懼心理，以致影響了他們學(xué)習(xí)的積極性，使之變成了“問題課程”，不僅對(duì)學(xué)生的后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)帶來了一定困難，也對(duì)開展教學(xué)質(zhì)量工程產(chǎn)生了消極影響。因此，對(duì)單片機(jī)課程進(jìn)行教學(xué)改革是十分必要的。

二、虛擬仿真技術(shù)在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用

1.傳統(tǒng)“單片機(jī)技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)分析。以往的實(shí)驗(yàn)課程以演示為主，實(shí)驗(yàn)開放系統(tǒng)硬件固化、無法選擇，硬件完備率不夠，維護(hù)保障不夠，浪費(fèi)了大量選擇實(shí)驗(yàn)箱的時(shí)間。我們需要解決以下問題：（1）過去的實(shí)驗(yàn)課程，學(xué)生只能通過演示實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單了解外觀上的器件模型，不能很好地理解處理器內(nèi)部的工作原理，不能很好地與課本理論知識(shí)連接。（2）單片機(jī)與接口技術(shù)是工程性很強(qiáng)的課程，理論學(xué)習(xí)之后需要大量的工程應(yīng)用。我們引入“計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)仿真”的教學(xué)方式，演示與仿真結(jié)合，采取多種實(shí)驗(yàn)手段讓學(xué)生更好地理解課本內(nèi)容。

2.虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用教學(xué)實(shí)例。下面以SPI接口通信為例，介紹Proteus與MaxplusII在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。（1）Proteus環(huán)境下的硬件電路設(shè)計(jì)。DS1302是時(shí)鐘芯片，內(nèi)含實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，DS1302與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用SPI同步串行的方式進(jìn)行通信，通過1602 LCD顯示日期和時(shí)間，其仿真模型電路如圖2所示。（2）SPI接口通信MaxplusII仿真模型。在MaxplusII軟件中，我們通過VHDL語(yǔ)言對(duì)SPI通信的主從機(jī)編程、編譯，生成相應(yīng)的模塊，之后調(diào)用這兩個(gè)模塊與輸入、輸出信號(hào)組合，如圖3所示，圖3為SPI主控制模塊與從控制模塊的組合。實(shí)驗(yàn)中可以通過兩個(gè)FPGA模塊來進(jìn)行通信演示，每個(gè)模塊的輸入輸出分別對(duì)應(yīng)8個(gè)開關(guān)和8個(gè)LED。之后我們建立波形文件，對(duì)SPI通信功能進(jìn)行波形仿真，學(xué)生可以通過波形直觀地了解SPI接口如何通信，比起傳統(tǒng)的教學(xué)模式具有很大的優(yōu)勢(shì)。

三、結(jié)語(yǔ)

我們已將Proteus和MaxplusII兩款仿真軟件引進(jìn)到單片機(jī)原理及應(yīng)用與綜合實(shí)踐接口部分課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，教學(xué)效果更好，我們統(tǒng)計(jì)了近三年來的學(xué)生成績(jī)，如表1所示，可以看到經(jīng)過虛擬仿真技術(shù)的教學(xué)改革之后，學(xué)生的成績(jī)呈逐年上升的趨勢(shì)，也為學(xué)生在單片機(jī)類軟件與接口類電路方面的畢業(yè)設(shè)計(jì)和進(jìn)一步深造奠定了良好的基礎(chǔ)，對(duì)學(xué)生在該課程方向的就業(yè)和考研有較明顯的促進(jìn)作用。

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