潘夏福

摘要：針對當(dāng)前51單片機教學(xué)過程中存在的問題，通過一個簡單的51單片機項目教學(xué)過程，引入Proteus軟件進(jìn)行輔助，實現(xiàn)理論與實踐結(jié)合教學(xué)。教學(xué)成果表明Proteus軟件在51單片機教學(xué)中可以大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，是單片機教學(xué)的較好嘗試。

關(guān)鍵詞：Proteus；51單片機；項目化教學(xué)

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）04-0108-03

Abstract： Contrapose the current MCU traditional teaching model， it develops a simple 51 MCU item teaching method which bases on Proteus simulation software to improve theory and experiment. The teach production indicates the effectiveness of learning. It tests well experiment of Proteus technology in MCU teaching reform.

Key words： Proteus； 51 MCU； item teaching method

1 Proteus軟件的介紹

Proteus軟件是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字、模擬電路的設(shè)計與仿真，特別能夠?qū)崿F(xiàn)對單片機與外部設(shè)備的仿真。在仿真過程中，用戶可以用鼠標(biāo)單擊開關(guān)、鍵盤、可調(diào)電阻等動態(tài)外部設(shè)備模型，使得單片機系統(tǒng)根據(jù)輸入作出相應(yīng)的響應(yīng)，并將處理結(jié)果實時地顯示在LED、LCD等動態(tài)顯示器上。整個仿真過程與真實的軟件、硬件調(diào)試過程一致，使得單片機的學(xué)習(xí)和應(yīng)用開發(fā)過程變得容易。同時該軟件與Keil軟件構(gòu)建的單片機虛擬仿真實驗室，可以在微機上實現(xiàn)完成51單片機項目從設(shè)計原理圖、設(shè)計PCB到軟件硬件調(diào)試、測試和驗證的整個開發(fā)過程[1]。

2 使用Proteus軟件進(jìn)行51單片機教學(xué)的必要性

51單片機編程是計算機、通信、自動化等專業(yè)的一門重要專業(yè)課程[4]，實踐性環(huán)節(jié)比較多。大多數(shù)高校51單片機教學(xué)都是使用實驗箱，使用實驗箱教學(xué)，成本較高，而且單片機的型號只能是一兩種，里面的線路已經(jīng)固定好，學(xué)生往往只能管中窺豹，無法了解51單片機的與元器件之間的連接方式。同時學(xué)生只有在上課時間才有機會接觸，在有限的上課時間內(nèi)，如果無法掌握內(nèi)容，回到宿舍也無法實驗，往往只能等待下次課到實驗室驗證，大大地延緩了51單片機的學(xué)習(xí)過程，學(xué)習(xí)51單片機編程時極不方便，課外學(xué)習(xí)時間不能充分利用。使用Proteus軟件進(jìn)行教學(xué)可以避開學(xué)生使用硬件過程當(dāng)中成本代價過高，攜帶不便的，只需要一臺簡單的電腦就可以進(jìn)行，學(xué)生可以在宿舍完成設(shè)計驗證過程，可以直接查看程序運行和電路工作過程與結(jié)果，完成之后在實驗室下載到實際51單片機系統(tǒng)中實驗設(shè)備上驗證結(jié)果就可以了。真正實現(xiàn)的開放性實訓(xùn)，非常適合現(xiàn)在的教學(xué)方式。

3 一次51單片機項目的教學(xué)過程

在51單片機教學(xué)過程中可以采用項目化教學(xué)方式，以一次電子產(chǎn)品開發(fā)制作的過程為例進(jìn)行教學(xué)。以一次項目的實施過程為例介紹如何使用Proteus進(jìn)行教學(xué)。下面介紹一個非常簡單的51單片機項目“1s閃爍一次的LED燈”。本項目通過一個簡單的1s延遲程序使用單片機端口控制一盞燈的閃爍。項目的實施可以分為項目分析、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、軟件硬件調(diào)試四個部分[1]。

3.1 項目分析

教師講解相關(guān)的理論知識：“延遲程序如何實現(xiàn)”，為項目奠定理論基礎(chǔ)。教師講述的同時學(xué)生自己上網(wǎng)搜索相關(guān)內(nèi)容，并構(gòu)思程序的實現(xiàn)。在此階段，如果項目比較復(fù)雜，學(xué)生還可以組成小組，分工合作，在電子設(shè)計大賽上就是3人一組。但本項目為基礎(chǔ)項目，項目內(nèi)容簡單，1人就可以完成。

3.2 硬件設(shè)計

學(xué)生在完成資料收集之后就可以對項目的硬件電路進(jìn)行設(shè)計。學(xué)生可以具體根據(jù)項目的要求，在Proteus軟件中選擇元器件搭建電路圖。在Proteus中實現(xiàn)電路有兩個優(yōu)勢[2][3]：1、項目中的元器件可以不受實驗室元器件是否存在的影響，有些硬件如果實驗室沒有照樣可以進(jìn)行模擬；2、學(xué)生對整個電路的構(gòu)建比較清晰，對電路的理解很有幫助，可以避免試驗箱操作無法了解電路的接線問題。但是也要注意，電路的搭建往往設(shè)計較多的知識，學(xué)生可能無法獨立完成，教師應(yīng)該在搭建過程中給予學(xué)生幫助。

3.5 項目實現(xiàn)

在完成Proteus和軟件的模擬之后，就可以根據(jù)電路圖繪制PCB板或者在試驗箱上實現(xiàn)系統(tǒng)。由于實際硬件與Proteus之間可能會有部分差異，所以還需要多次測試和調(diào)試，最終才能夠完成項目。

4 學(xué)生使用Proteus軟件學(xué)習(xí)51單片機的效果

Proteus軟件的使用，使得51單片機教學(xué)的教學(xué)理念和教學(xué)方法有了根本性的變化，它能夠提高學(xué)生分析和設(shè)計51單片機項目的能力。上面的內(nèi)容是對51單片機項目化教學(xué)的一個教學(xué)嘗試，需要改進(jìn)的方面還有很多，但是初步效果已經(jīng)有所顯現(xiàn)。我校學(xué)生在參加全國電子設(shè)計大賽、海南省電子設(shè)計大賽中多次獲得海南賽區(qū)二三等獎的好成績。而且學(xué)生在設(shè)計過程中大量使用了Proteus進(jìn)行項目模擬。不過，應(yīng)當(dāng)明確的是只有真正地把Proteus結(jié)合到教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，學(xué)生才真正能夠掌握51單片機這門課程。

5 總結(jié)

采用Proteus輔助51單片機教學(xué)，可以提高學(xué)生的動手能力，節(jié)約教學(xué)成本，實現(xiàn)開放性教學(xué)。實踐表明這種教學(xué)方式是51單片機教學(xué)的一次較好的嘗試?？梢哉f明單片機教學(xué)中使用Proteus模擬是一種教學(xué)趨勢[3]，希望通過教學(xué)改革使得學(xué)生更好掌握51單片機的內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王惠貞， 高曉燕， 劉柳. Protues仿真在單片機實踐教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 電子設(shè)計， 2014（6）：402

[2] 陳丹， 陳建， 王云武， 俞雪永. 基于Proteus 的單片機虛擬實驗設(shè)計[J]. 計算機教育， 2014（5）： 94-98.

[3] 謝斌. 基于Proteus仿真軟件的《單片機原理與應(yīng)用》課程教學(xué)改革探索[J]. 課程教育研究， 2014（6）：228-229.

[4] 張琳芳. 基于Proteus技術(shù)的單片機教學(xué)改革研究[J]. 河南工程學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2014， 6（26）：77-80.

[5] 石長華. 51系列單片機項目實踐[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2010.