周喜 李杰

摘 要：單片機(jī)課程傳統(tǒng)的教學(xué)方式將理論與實(shí)踐分離，以至于學(xué)生理解起來非常困難，學(xué)完本門課程之后還不知怎么應(yīng)用單片機(jī)。針對(duì)這種狀況，文中介紹了一種利用Proteus強(qiáng)大的仿真功能虛擬單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室，將理論教學(xué)與實(shí)踐操作相結(jié)合，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還培養(yǎng)了學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力，達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)目的。并以具體的項(xiàng)目教學(xué)法闡述了利用Proteus進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和仿真的具體過程。

關(guān)鍵詞：Proteus；單片機(jī)；仿真；教學(xué)改革；項(xiàng)目式教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2016）06-0-02

0 引 言

單片機(jī)課程是電子、自動(dòng)化、機(jī)電一體化等專業(yè)的核心課程之一，是一門理論性與實(shí)踐性都很強(qiáng)的綜合性課程[1]。傳統(tǒng)的教學(xué)方式是先講授理論，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)動(dòng)手練習(xí)，這種方式致使學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解非常困難，無法與單片機(jī)硬件系統(tǒng)聯(lián)系起來，教學(xué)效果比較差。目前我們采用了一種“項(xiàng)目式”教學(xué)方法，將理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐操作結(jié)合起來，既激發(fā)了學(xué)生對(duì)這門課的興趣，又鍛煉了學(xué)生系統(tǒng)開發(fā)的能力，而且教學(xué)效果顯著提高。

1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺點(diǎn)

現(xiàn)在大多數(shù)學(xué)校單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室均采用實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)[2，3]，雖然方便但也存在一些不足：

（1）實(shí)驗(yàn)箱上電路連接是固定的，學(xué)生只能進(jìn)行軟件程序的編寫，然后燒進(jìn)單片機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證，若不了解電路的連接情況，則設(shè)計(jì)能力得不到鍛煉；

（2）實(shí)驗(yàn)箱價(jià)格昂貴，對(duì)于在校學(xué)生來說，由于沒有經(jīng)濟(jì)來源無法承擔(dān)購買單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱的費(fèi)用，因此只能依靠學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室，這樣就造成了學(xué)生一旦離開實(shí)驗(yàn)室就無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)練習(xí)的狀況，僅僅依靠實(shí)驗(yàn)課做實(shí)驗(yàn)顯然不能滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)要求；

（3）單片機(jī)型號(hào)非常多，教學(xué)一般都學(xué)習(xí)51系列的單片機(jī)，而單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱不可能支持所有種類的單片機(jī)，況且我們自己設(shè)計(jì)的電路并不能與實(shí)驗(yàn)箱上的外圍電路一一對(duì)應(yīng)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)箱不支持單片機(jī)型號(hào)，或?qū)嶒?yàn)箱上的外圍電路不是我們所需要的；

（4）在講授理論知識(shí)時(shí)，有時(shí)教師需要向?qū)W生進(jìn)行教學(xué)演示，實(shí)驗(yàn)箱不能夠隨身攜帶，這為教學(xué)帶來諸多不便。為了改變這種狀況，將理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐相結(jié)合，可以采用虛擬實(shí)驗(yàn)的方式。

2 Proteus虛擬實(shí)驗(yàn)室

Proteus[4]是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真及印制電路板設(shè)計(jì)軟件，具有對(duì)單片機(jī)及外圍電路組成的系統(tǒng)交互仿真功能。可以支持多種型號(hào)的單片機(jī)仿真，如51系列、PIC系列、AVR系列等，而且能夠進(jìn)行電路分析，如模擬分析、數(shù)字分析、頻率分析等；提供了多種虛擬儀器，如示波器、信號(hào)發(fā)生器、電壓表、電流表等；能夠進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)與PCB板設(shè)計(jì)等。在計(jì)算機(jī)上安裝Proteus電子仿真軟件和集成開發(fā)環(huán)境Keil，就相當(dāng)于一個(gè)設(shè)備先進(jìn)、功能完善的虛擬實(shí)驗(yàn)室。利用Proteus仿真單片機(jī)系統(tǒng)程序運(yùn)行，可以很直觀地觀察單片機(jī)外圍電路的變化，在使用時(shí)更接近實(shí)際操作，而且節(jié)省了制作實(shí)際電路板的過程，能夠讓學(xué)生更容易地掌握單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法；讓學(xué)生可以根據(jù)系統(tǒng)要求對(duì)電路進(jìn)行自主設(shè)計(jì)，克服了實(shí)驗(yàn)箱電路連接固定的弊端，進(jìn)行設(shè)計(jì)性與綜合性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生的設(shè)計(jì)能力與創(chuàng)新能力得到鍛煉；另外，實(shí)驗(yàn)設(shè)備[5]在教學(xué)過程中不斷損耗，維護(hù)成本較高，而在Proteus仿真環(huán)境下，可以靈活、高效地修改仿真電路的設(shè)計(jì)，沒有元器件的損耗，實(shí)現(xiàn)教學(xué)零成本，這些在傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)中是無法實(shí)現(xiàn)的。

3 項(xiàng)目式教學(xué)方法

單片機(jī)項(xiàng)目式教學(xué)[6，7]重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能，以項(xiàng)目的開發(fā)步驟作為講課順序，在項(xiàng)目中講授涉及到的理論知識(shí)和實(shí)踐技能，比如原理圖的設(shè)計(jì)、PCB板的設(shè)計(jì)、產(chǎn)品裝配、代碼編寫、產(chǎn)品調(diào)試、產(chǎn)品檢測等，引導(dǎo)學(xué)生在完成項(xiàng)目的過程中學(xué)習(xí)。通過使用Proteus和Keil軟件，學(xué)生的硬件設(shè)計(jì)能力與軟件編程能力同時(shí)得到提高，鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力和解決問題的能力。利用Proteus進(jìn)行項(xiàng)目式教學(xué)主要為以下幾步：

（1）利用Proteus進(jìn)行單片機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)；

（2）利用Keil軟件編寫系統(tǒng)程序，編譯調(diào)試，生成hex文件；

（3）將hex文件加載到單片機(jī)系統(tǒng)，仿真觀察系統(tǒng)運(yùn)行情況。

4 Proteus仿真項(xiàng)目教學(xué)實(shí)例

下面以“流水燈設(shè)計(jì)”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為例，介紹如何利用Proteus軟件實(shí)現(xiàn)電路的硬件設(shè)計(jì)、軟件調(diào)試與系統(tǒng)仿真，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)電路的控制要求。該實(shí)例的要求為單片機(jī)控制8個(gè)LED燈依次點(diǎn)亮，每個(gè)LED燈點(diǎn)亮1 s，反復(fù)進(jìn)行，循環(huán)不止。

4.1 硬件設(shè)計(jì)

該實(shí)例電路由AT89C52單片機(jī)、8個(gè)LED燈、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等組成，在Proteus ISIS中繪制原理圖時(shí)，復(fù)位電路與時(shí)鐘電路可以省略。電路原理圖如圖1所示。

4.2 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)控制軟件采用模塊化的程序設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)程序在Keil C 環(huán)境下進(jìn)行編譯調(diào)試，其程序控制流程圖如圖2所示。

4.3 系統(tǒng)仿真與調(diào)試

按照上述流程圖寫好程序后，在Keil開發(fā)環(huán)境中完成軟件調(diào)試，確定沒有邏輯錯(cuò)誤后，把產(chǎn)生的hex文件加載到單片機(jī)中，點(diǎn)擊Proteus的運(yùn)行鍵即可判斷程序是否正常。運(yùn)行結(jié)果如圖3所示。

驗(yàn)證結(jié)果無誤后，就可以按照仿真電路的連接方式進(jìn)行硬件電路的焊接工作，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)際制作出來的硬件電路功能與仿真電路幾乎沒有什么區(qū)別。

5 結(jié) 語

在單片機(jī)項(xiàng)目式教學(xué)中采用Proteus仿真，使理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐操作相結(jié)合，大大提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力、創(chuàng)新能力和實(shí)踐操作能力，同時(shí)對(duì)于學(xué)生理解單片機(jī)原理與設(shè)計(jì)的流程有很大的幫助。有效解決了學(xué)生理論與實(shí)踐脫離、動(dòng)手能力不足的問題，同時(shí)項(xiàng)目環(huán)境與實(shí)際工程系統(tǒng)接近，有利于培養(yǎng)學(xué)生單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)際開發(fā)的能力，明顯提高了單片機(jī)的教學(xué)效率與質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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