摘要：從Proteus虛擬軟件概述出發(fā)，分析新形勢下Proteus虛擬軟件對單片機教學(xué)質(zhì)量提高的作用，并對Proteus虛擬軟件在單片機教學(xué)中的應(yīng)用進行具體解析。

關(guān)鍵詞：Proteus虛擬軟件；單片機教學(xué)；虛擬仿真技術(shù)

DOIDOI：10.11907/rjdk.151229

中圖分類號：G434

文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：16727800（2015）006021202

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作者簡介作者簡介：張建兵（1979-），男，江蘇常州人，碩士，常州工學(xué)院計算機信息工程學(xué)院講師，研究方向為工業(yè)控制與智能系統(tǒng)、數(shù)據(jù)仿真。

0 引言

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在許多領(lǐng)域備受關(guān)注并且應(yīng)用廣泛，在教育教學(xué)方面也起著重要作用。作為虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的重要組成部分，Proteus虛擬軟件對新形勢下單片機教學(xué)質(zhì)量的提高可起到積極的推動作用。在單片機教學(xué)中引入Proteus虛擬軟件等虛擬仿真技術(shù)，讓單片機試驗脫離設(shè)備和場地的要求和限制，可增強課堂的立體感與課程的應(yīng)用性、實踐性，有助于課堂學(xué)習(xí)效率的提升。下面將通過對Proteus虛擬軟件的介紹，具體分析Proteus虛擬軟件在單片機教學(xué)中的作用，并提出提升單片機教學(xué)質(zhì)量的相關(guān)措施。

1 Proteus虛擬軟件概述

Proteus虛擬軟件是英國Labcenter公司開發(fā)的一款EDA工具軟件，從誕生到現(xiàn)在已經(jīng)有20多年的發(fā)展歷史，其憑借著功能強大、操作簡易等優(yōu)勢在世界上被廣泛應(yīng)用，是新時期最為完整與先進的設(shè)計和仿真各種類型微控制器系統(tǒng)的平臺。Proteus虛擬軟件支持C語言、匯編程序語言、PLM等程序的設(shè)計。Proteus虛擬軟件分為ARES和ISIS兩個部分，其中ARES是仿真電路布線編輯軟件，ISIS是電子系統(tǒng)仿真平臺軟件，可以設(shè)計和仿真單片機電路、模電路、數(shù)電路以及模數(shù)混合電路等[1]。Proteus虛擬軟件有以下幾方面特點：①能夠?qū)Ω鞣N集成電路以及模擬器件進行分析和仿真；②能夠為用戶提供Virtual Terminal、電表、計數(shù)器、信號發(fā)生器、邏輯分析儀、虛擬示波器等虛擬仿真儀表儀器；③能夠幫助設(shè)計印制板（PCB）、原理圖（SCH），并可與Matlab、Keil等軟件進行整合，使虛擬仿真效果達到最優(yōu)。

2 Proteus虛擬軟件對提高單片機教學(xué)質(zhì)量的作用

利用Proteus虛擬軟件可以使單片機教學(xué)在無硬件條件下實現(xiàn)形象化，有助于學(xué)生的理解與學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)，對單片機教學(xué)質(zhì)量的提高起著重要作用。

2.1 營造教學(xué)條件，增強實踐教學(xué)效果

隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)和現(xiàn)代教育的融合發(fā)展，傳統(tǒng)單片機教學(xué)已不能滿足現(xiàn)代教育的要求，主要存在以下幾方面問題：①傳統(tǒng)單片機教學(xué)往往注重理論原理教學(xué)，而對實踐教學(xué)重視不夠。單片機是一門實踐性和應(yīng)用性極強的學(xué)科，對實踐教學(xué)的要求非常高。但在現(xiàn)實教學(xué)過程中，由于實踐教學(xué)需要大量硬件設(shè)備的投入，如編程器、實驗電路、仿真器等試驗設(shè)備，而一些學(xué)校由于資金不足，無法很好地開展實踐教學(xué)；②在實驗教學(xué)中，由于場地、設(shè)備的限制，學(xué)生親自接觸實驗的機會和時間非常少，因而很難參與到單片機中各種細節(jié)的設(shè)計，嚴重影響了其動手和操作能力的提升；③傳統(tǒng)單片機教學(xué)中，學(xué)生畢業(yè)設(shè)計及課程設(shè)計中對于單片機系統(tǒng)中的軟硬件系統(tǒng)調(diào)試、軟件編程、硬件電路設(shè)計等都需要完整的硬件條件才能完成，并且還存在硬件修改或重新制版的問題，需要投入大量時間和資金，這將極大地影響學(xué)生課程任務(wù)和畢業(yè)設(shè)計的完成進度。對于以上傳統(tǒng)單片機教學(xué)中存在的問題，Proteus虛擬軟件能將單片機需要的硬軟件進行三維空間式地分拆和拼合，從而完全替代貴重硬件設(shè)備的投入和實驗應(yīng)用[2]。

2.2 促進課程形象化，激發(fā)學(xué)生興趣

Proteus虛擬軟件中有許多仿真儀表儀器，如虛擬終端、電流電壓表、電流電壓源、計數(shù)器、信號發(fā)生器、邏輯分析儀、示波器等，這些儀表儀器在應(yīng)用中可以被隨時調(diào)用，各種實驗或?qū)嵺`過程都可以通過Proteus虛擬軟件進行仿真，整個操作過程如同在現(xiàn)實實驗室中進行，現(xiàn)場感明顯。同時，Proteus虛擬軟件還能將線路上的信號變化通過圖形進行顯示，從而形象地展現(xiàn)出整個操作過程及過程中的各種變化，便于學(xué)生及時、整體、形象地理解和掌握。Proteus虛擬軟件的虛擬仿真功能可對傳統(tǒng)枯燥、乏味、繁瑣的單片機教學(xué)進行改革，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升其學(xué)習(xí)動機。

2.3 提升課堂效率，降低教學(xué)成本

Proteus虛擬軟件在單片機教學(xué)中整個過程都是交互式和可視化的。其不但可以對單片機硬件系統(tǒng)進行模擬仿真，還能將編譯好的程序代碼裝入仿真元件中，組裝完成各項操作程序，輸出可視效果；Proteus虛擬軟件還能支持第三方調(diào)試環(huán)境和編譯軟件，與Maplab、Keil等進行整合應(yīng)用；在單片機教學(xué)中通過Proteus虛擬軟件對各種儀表儀器以及電路等進行虛擬調(diào)試，可將調(diào)試中的各項細節(jié)清晰、形象地演示出來，增強了教學(xué)的立體感和形象感；同時，在系統(tǒng)進行虛擬仿真調(diào)試之后，可通過Proteus ARES 軟件獲得PCB圖，為學(xué)生制作硬件實物及驗證提供了方便。綜上所述，通過Proteus虛擬軟件的應(yīng)用，可以使現(xiàn)實實驗中的調(diào)試、制版、編程、開發(fā)等工作都通過虛擬仿真完成。一方面縮短了單片機調(diào)試時間，提升了課堂效率，另一方面減少了各項軟硬件設(shè)備的使用耗費，降低了教學(xué)成本。

3 Proteus虛擬軟件在單片機教學(xué)中應(yīng)用案例

3.1 Proteus虛擬軟件在單片機教學(xué)中應(yīng)用流程

Proteus虛擬軟件在單片機教學(xué)中的應(yīng)用流程如圖1所示。

具體流程包括以下幾個步驟：①在ISIS平臺上設(shè)計單片機電路，對各種儀表儀器進行檢測，選擇需要的各種元器件，連接插件和電路，并進行硬件原理圖繪制等；②在Keilc等編譯軟件上設(shè)計單片機所需的軟件，編寫源程序，并對其進行調(diào)試；③生成.Hex的目標(biāo)代碼文件，并將此文件直接加載至虛擬單片機系統(tǒng)內(nèi)；④進行軟硬件聯(lián)合調(diào)試，并實現(xiàn)虛擬單片機的協(xié)同仿真和實時交互；⑤觀察調(diào)試和仿真結(jié)果，對所有方案進行驗證，探究哪些功能沒有實現(xiàn)，若未實現(xiàn)便對軟硬件進行重新修訂，直至成功為止[3]。

3.2 Proteus虛擬軟件在單片機教學(xué)中的應(yīng)用實例分析

現(xiàn)以虛擬單片機試驗箱的設(shè)計為例分析Proteus虛擬軟件在單片機教學(xué)中的應(yīng)用。

（1）電路設(shè)計和硬件搭建。在虛擬實驗箱中進行的電路設(shè)計和硬件搭建與傳統(tǒng)實驗箱通過導(dǎo)線連接不同，它通過網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號完成各項電器連接，即在器件引腳上標(biāo)示對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號，以標(biāo)示兩者的對應(yīng)關(guān)系已連接[4]。例如，單片機8個引腳（P1.0-P1.7）跟液晶屏9-16引腳相連，于是可以將對應(yīng)的引腳定義為相同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號，具體如圖2（a）、（b）所示。單片機引腳P1.0-P1.7定義為網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號P1.0-P1.7，而對應(yīng)的液晶屏引腳9-16定義為同樣的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號P1.0-P1.7。通過這種方式，將整個線路進行連接。

（2）軟件設(shè)計、編寫源程序。通過C語言工具編寫源程序，由于程序復(fù)雜且數(shù)據(jù)量大，本文此處略去，不再羅列。在源程序編寫完成之后，進行編譯并鏈接，生成.HEX目標(biāo)代碼文件，之后在單片機上進行左鍵雙擊，可出現(xiàn)軟件設(shè)計窗口，然后在Program File選項中直接點擊剛生成的.HEX目標(biāo)代碼文件，再進行確定[5]。

（3）運行仿真。在硬件視圖下單擊左下角的運行仿真開始按鈕，可以觀察到程序運行的模擬仿真結(jié)果。具體如圖3所示。

4 結(jié)語

綜上所述，在單片機教學(xué)中引入Proteus虛擬軟件等虛擬仿真技術(shù)，讓單片機實驗脫離相關(guān)設(shè)備和場地的要求和限制，可增強課程的立體感、應(yīng)用性與實踐性，促進學(xué)生全身心投入實驗，提升學(xué)習(xí)效率，并避免了各種可能存在的實驗失誤而造成的風(fēng)險。但Proteus虛擬軟件在應(yīng)用過程中仍存在一定問題，例如虛擬仿真實驗中無法充分體現(xiàn)出現(xiàn)實操作中可能存在的誤差，不能將現(xiàn)實中最真實的情況完全模擬出來，實時性較差。因此，在實際教學(xué)中應(yīng)該盡量做到虛實結(jié)合，將虛擬仿真技術(shù)作為單片機教學(xué)的一種手段，而將實際操作看作單片機教學(xué)的目的所在，才能充分提升單片機教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻：

[1]江鳳兵.基于Proteus的單片機課程教學(xué)應(yīng)用與實驗仿真[J].福建電腦，2014（11）：202203，133.

[2]宋劍英，石從剛.基于Proteus的“學(xué)教做合一”高職教材建設(shè)——以單片機應(yīng)用技術(shù)教材建設(shè)為例[J].青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2014（2）：5861.

[3]孟慶濤，曹春芳.實時時鐘電路的單片機仿真設(shè)計[J].儀表技術(shù)，2014（10）：2426.

[4]高林.單片機原理與微機原理綜合仿真系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用[J].實驗技術(shù)與管理，2014（3）：9194.

[5]宋海軍.基于Proteus的MCS51單片機實訓(xùn)教學(xué)研究[J].學(xué)園，2014（8）：167168.

[6]謝國強.基于Proteus的《單片機接口技術(shù)》仿真教學(xué)應(yīng)用[J].軟件導(dǎo)刊，2013，12（5）：105106.

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