何 玲，雷亞莉，吳恒玉，黃 果

(海南軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子工程系，海南 瓊海 571400)

Proteus在單片機(jī)項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法中的應(yīng)用

何 玲，雷亞莉，吳恒玉，黃 果

(海南軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子工程系，海南 瓊海 571400)

在單片機(jī)的教學(xué)中引入Proteus仿真軟件和項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法，不僅改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，而且可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)項(xiàng)目的仿真設(shè)計(jì)和調(diào)試，用該軟件輔助單片機(jī)教學(xué)可以節(jié)約教學(xué)資源，提高單片機(jī)的教學(xué)效果.

單片機(jī)；項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法；教學(xué)改革；Proteus

項(xiàng)目教學(xué)法是先引導(dǎo)學(xué)生做項(xiàng)目，然后在項(xiàng)目中引入相關(guān)知識點(diǎn)，讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)夠用的理論知識.傳統(tǒng)的單片機(jī)理論課教學(xué)中，在課堂上演示單片機(jī)的設(shè)計(jì)和調(diào)試幾乎不可能；在傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，采用硬件仿真器、實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)板，需采購大量的、昂貴的硬件設(shè)備，而且設(shè)備維護(hù)工作量也非常大,并且單片機(jī)的種類繁多，再加上資金的限制，不可能在一個實(shí)驗(yàn)室包括所有種類的單片機(jī)仿真設(shè)備以及各種外圍電路，因此，學(xué)生能做的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目受到限制.在這些現(xiàn)有條件的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的項(xiàng)目式驅(qū)動教學(xué)法，引入了Proteus仿真軟件輔助單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)，這樣不僅可以改善單片機(jī)教學(xué)的教學(xué)效果，并且節(jié)省了成本，擴(kuò)展了項(xiàng)目的實(shí)施范圍[1].

1 項(xiàng)目教學(xué)法在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用

單片機(jī)的教學(xué)應(yīng)偏重于操作和實(shí)踐活動，項(xiàng)目教學(xué)法非常適用于學(xué)習(xí)單片機(jī)這門課.選擇項(xiàng)目教學(xué)法直觀形象、通俗易懂.對單片機(jī)實(shí)用技術(shù)及實(shí)踐，采取項(xiàng)目教學(xué)法，主要做了以下工作：第一步：根據(jù)《單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)與開發(fā)技術(shù)》課程的知識體系，開發(fā)出與各項(xiàng)內(nèi)容相適應(yīng)的項(xiàng)目課題，課堂上圍繞項(xiàng)目課題內(nèi)容，講清涉及的硬件、指令、編程方法、程序及達(dá)到的目的，要求學(xué)生達(dá)到基本理解的程度；第二步：在實(shí)驗(yàn)室介紹仿真器、實(shí)驗(yàn)板的使用方法和相關(guān)各種儀器儀表的正確使用.第三步：根據(jù)項(xiàng)目課題的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試達(dá)到獨(dú)立完成項(xiàng)目課題，最后以樣品或軟件仿真的形式來演示項(xiàng)目課題，整理完成項(xiàng)目報(bào)告.采用項(xiàng)目教學(xué)方法，可以把空洞深奧的理論變成看得見摸得著的實(shí)際東西，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，取得較明顯的教學(xué)效果.

2 Proteus軟件仿真的優(yōu)勢

采用Proteus 仿真軟件進(jìn)行仿真教學(xué)，具有比較明顯的優(yōu)勢[3].

1) 電子元件豐富，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容全面.Proteus軟件提供了數(shù)千種元器件，能實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容包括軟件部分的匯編、C語言等的調(diào)試過程，也包括硬件接口電路中的大部分類型.對同一類功能的接口電路，可以采用不同的硬件來搭建完成，可以擴(kuò)展學(xué)生的思路和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.該軟件可以加快電路系統(tǒng)開發(fā)的速度，節(jié)約開發(fā)成本，提高開發(fā)效率.

2) 硬件投入少，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯.Proteus所提供的元件庫中，大部分可直接用于接口電路的搭建，同時該軟件所提供的儀表，在質(zhì)量和數(shù)量上都是可靠和經(jīng)濟(jì)的.如果在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中投入真實(shí)的儀器儀表，僅儀表的維護(hù)，其工作量也是比較大的.因此采用軟件的方式進(jìn)行教學(xué)，其經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢是比較明顯的.

3) 接近工程實(shí)踐，提高解決實(shí)際工程問題的能力.采用仿真軟件后，對實(shí)際工程問題的研究，可以先在軟件環(huán)境中模擬通過，再進(jìn)行硬件的投入，這樣處理，不僅省時省力，也可以節(jié)省因方案不正確所造成的硬件投入的浪費(fèi).最后將仿真調(diào)試成功的電路移植到一個具體的硬件電路中進(jìn)行測試.將仿真軟件和具體的工程實(shí)踐結(jié)合起來，有利于對工程實(shí)踐過程的了解和學(xué)習(xí).

4) 仿真過程中安全、損耗小.采用Proteus仿真軟件進(jìn)行教學(xué)，可以將大量教學(xué)信息直接表現(xiàn)出來，節(jié)約大量昂貴的實(shí)驗(yàn)儀器費(fèi)用，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，為實(shí)踐性教學(xué)設(shè)計(jì)過程帶來了很大的靈活性，并且打破了空間和時間的限制，避免真實(shí)實(shí)驗(yàn)或操作所帶來的各種危險(xiǎn)，不存在因操作不當(dāng)而造成的元器件和儀器儀表的損毀.

5) 采用多媒體教學(xué)，豐富了教學(xué)手段 .在進(jìn)行多媒體教學(xué)時，可設(shè)計(jì)大量的單片機(jī)應(yīng)用實(shí)例，單片機(jī)教學(xué)過程中必須軟件和硬件結(jié)合.一般理論教學(xué)難以輔助硬件進(jìn)行教學(xué)，利用Proteus仿真軟件和現(xiàn)有的多媒體教學(xué)設(shè)備，可以在課堂中完成軟件、硬件和系統(tǒng)集成等內(nèi)容的教學(xué)，運(yùn)用Proteus軟件演示從單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)到軟件調(diào)試的全過程，并演示運(yùn)行結(jié)果，這是以往無法做到的.

6) 大量的范例，可供學(xué)生參考處理.在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時，該仿真系統(tǒng)提供很多比較完善的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)范例，可供學(xué)生參考和借鑒，同時可以在原設(shè)計(jì)上進(jìn)行修改處理.

7) 培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)調(diào)能力.一個比較大的工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目，是由一個開發(fā)小組協(xié)作完成的.了解和把握別人的設(shè)計(jì)意圖和思維模式，是團(tuán)結(jié)協(xié)作的基礎(chǔ)，在Proteus中進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)時，所涉及到的內(nèi)容是一個團(tuán)隊(duì)經(jīng)過共同努力完成的，因此可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力.

3 Proteus在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 將Proteus引入單片機(jī)課堂教學(xué)

在單片機(jī)課堂教學(xué)中，首先，采用Proteus可以進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)例演示，增強(qiáng)教學(xué)生動性和直觀性.比如教師可以制作一些典型的應(yīng)用系統(tǒng)，如流水燈、交通燈、數(shù)字鐘及LCD顯示等實(shí)驗(yàn)進(jìn)行演示.讓學(xué)生對單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)有一個感性認(rèn)識，明白一個完整系統(tǒng)的含義，清楚單片機(jī)在一個系統(tǒng)中的作用和地位以及應(yīng)用情況[2].其次，采用Proteus有助于明確概念，解決難點(diǎn).在單片機(jī)教學(xué)中，P口作為準(zhǔn)雙向口的這個概念以及如何應(yīng)用是較難掌握的一個問題.還有如中斷如何產(chǎn)生、LED 燈的位選和線選如何區(qū)別、串行通信如何實(shí)現(xiàn)等教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，都可以通過Proteus的演示讓學(xué)生掌握.而且Proteus具有用色點(diǎn)顯示芯片管腳狀態(tài)的功能，教師可通過單步調(diào)試的方法讓學(xué)生觀察引腳的高低電平變化.另外，也可通過示波器、邏輯分析儀和發(fā)光二極管進(jìn)行觀察.Proteus也有助于理解指令含義.通過改變某段程序或指令，觀察運(yùn)行效果，從而理解語句含義.

3.2 用Proteus改進(jìn)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

單片機(jī)課程的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)學(xué)時有限，使用實(shí)驗(yàn)箱僅停留在演示性及驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的層次.學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)以后，對實(shí)驗(yàn)的具體硬件電路和程序編寫知之甚少.為了解決這個問題，可以在開放單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室的同時將Proteus軟件引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中[3].要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課前運(yùn)用Proteus對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行仿真，在設(shè)計(jì)硬件電路和編寫程序時考慮實(shí)驗(yàn)箱的資源狀況，以確保仿真的結(jié)果可以在實(shí)驗(yàn)箱上實(shí)現(xiàn).而Proteus所提供的元器件模型、外設(shè)模型和儀器儀表完全可以滿足這一要求.學(xué)生如果按照這種方法將所有實(shí)驗(yàn)做一遍，就相當(dāng)于自己設(shè)計(jì)了多個最小的應(yīng)用系統(tǒng).學(xué)生在PC機(jī)上仿真成功后再用實(shí)驗(yàn)箱做實(shí)驗(yàn)，能夠做到目的明確，思路清晰，軟硬件理解透徹，收到很好的實(shí)驗(yàn)效果.上述方法既保證了實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量和數(shù)量，又減少了實(shí)驗(yàn)箱的損耗和實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)的投入.

3.3 用Proteus改革單片機(jī)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)

在課程設(shè)計(jì)中，要求學(xué)生首先應(yīng)用Proteus自主設(shè)計(jì)仿真，在設(shè)計(jì)硬件電路時最好能考慮實(shí)驗(yàn)箱的資源狀況，以使仿真的結(jié)果可以在實(shí)驗(yàn)箱上實(shí)現(xiàn).等編程調(diào)試通過后可以移植到實(shí)驗(yàn)箱上實(shí)現(xiàn)，驗(yàn)證實(shí)物效果.在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)時，也可以讓學(xué)生根據(jù)愛好和掌握知識的程度自由選擇設(shè)計(jì)題目，培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新意識.教師與學(xué)生共同探討方案的可行性后，由學(xué)生在Proteus中設(shè)計(jì)硬件電路，編制程序并調(diào)試.等仿真成功之后，再購買元器件進(jìn)行電路焊接、系統(tǒng)調(diào)試和程序固化，最終每組獨(dú)立完成一件作品.

4 Proteus仿真具體步驟

1) 在Proteus 軟件平臺中繪制原理圖.Proteus軟件繪制原理圖先從軟件包的器件庫里取出所需的元件符號并在繪圖區(qū)布局好，同時編輯好元件的參數(shù)，接著進(jìn)行連線，添加必要的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號等[4].

2) 編寫程序.對于匯編語言，可直接在Proteus軟件的平臺編寫、編譯程序，進(jìn)行調(diào)試和鏈接，這時候在AT89C51中已經(jīng)產(chǎn)生HEX文件；也可打開第三方軟件Keil Vision3，新建項(xiàng)目，選擇微處理芯片，然后編寫程序，編譯源程序.產(chǎn)生HEX文件，再把產(chǎn)生的HEX 文件導(dǎo)入到AT89C51中.

3) 電路的調(diào)試與仿真.Proteus與Keil C的靜態(tài)結(jié)合仿真[5]就是把Keil C軟件下生成的HEX文件，嵌入Proteus軟件進(jìn)行軟硬件模擬仿真.靜態(tài)結(jié)合仿真優(yōu)點(diǎn)是簡單方便；缺點(diǎn)是HEX文件嵌入Proteus軟件后，只能在Proteus軟件下仿真，不能在Keil C軟件動態(tài)觀察.Proteus與Keil C的動態(tài)結(jié)合仿真就是利用Proteus軟件支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境的特點(diǎn)，把Proteus軟件和Keil C軟件動態(tài)連接，實(shí)現(xiàn)二者的動態(tài)實(shí)時仿真.動態(tài)結(jié)合仿真優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)在Keil C軟件動態(tài)仿真，在Proteus軟件實(shí)時觀察結(jié)果；缺點(diǎn)是Proteus軟件和Keil C軟件設(shè)置相對比較繁瑣.可按照以下步驟進(jìn)行仿真調(diào)試.①打開Proteus 繪制電路圖，在AT89C51 中導(dǎo)入在Keil平臺中編譯出的HEX文件，選中Use Remote Debug Monitor.②在Keil中選擇調(diào)試，可順序和單步運(yùn)行程序，調(diào)出Proteus ISIS界面，在Debug菜單下選擇Virtual Terminal，打開虛擬終端，在鍵盤上按鍵，在虛擬終端窗口中就會顯示相應(yīng)的仿真結(jié)果.

5 結(jié)論

經(jīng)過近幾年的教學(xué)實(shí)踐證明，在單片機(jī)課程項(xiàng)目教學(xué)中引入Proteus仿真軟件，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，開拓了學(xué)生思維，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，活躍了學(xué)習(xí)氣氛，大大提高了教學(xué)效果.

[1]趙義強(qiáng)，康靜，郭向亮. Proteus仿真軟件在單片機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 中國集成電路，2007，16(2)：58-61.

[2]劉心紅，郭福田，孫振興，等. Proteus仿真技術(shù)在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2007，24(3)：96-98.

[3]劉文秀. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)仿真策略的研究[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)，2005，28(14)：25-27.

[4]丁向榮，賈萍. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)與開發(fā)技術(shù)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2009.

[5]何玲，蔡莉莎. 單片機(jī)小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2012.

Analysis of the Application of Proteus in MCU Project Driven Teaching Method

HE Ling，LEI Ya-li，WU Heng-yu，HUANG Guo

(Department of Electronical Engineering；Hainan Software Profession Institute，Qionghai 571400，China)

Proteus and project-driven pedagogy is introduced to the teaching of the microcontroller. It can change the traditional teaching mode，and also provide simulation design and debug in MCU project.It can save teaching resource and improve teaching effectiveness of the microcontroller with the use of Proteus in Auxiliary MCU Teaching.

MCU；Project pedagogy；teaching reform；Proteus

G712

A

1008-5475(2012)04-0067-03

2012-03-31；

2012-05-07

海南省教育廳基金資助項(xiàng)目(Hjsk2012-86)；海南軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院基金資助項(xiàng)目(Hr201013)

何 玲(1980-)，女，河南駐馬店人，講師，碩士，主要從事電子技術(shù)和自動控制技術(shù)研究.

(責(zé)任編輯：沈鳳英)