曹燕

[摘 要] 實(shí)驗(yàn)教學(xué)是單片機(jī)教學(xué)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，針對(duì)目前現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境提出了單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)及虛實(shí)結(jié)合單片機(jī)實(shí)驗(yàn)的改革，本著提高學(xué)生動(dòng)手能力，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)興趣為目的，通過(guò)該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的改革真正實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)自由化和課堂最大化。

[關(guān) 鍵 詞] 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)；虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2018）04-0041-01

隨著單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)原理與應(yīng)用成為機(jī)械電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要課程，所涉及的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)所占的比重也越來(lái)越大。因此，許多高校及教師都在探索提高該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的方法。本文對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行總結(jié)分類(lèi)，闡述其優(yōu)缺點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上提出虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建立，通過(guò)工具軟件Proteus與Keil仿真軟件的整合，構(gòu)建單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)虛實(shí)結(jié)合的方式對(duì)已有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行改革，以適應(yīng)我國(guó)目前對(duì)現(xiàn)代化、創(chuàng)新性人才的需求。

一、現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)狀況分析

單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)?zāi)壳艾F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)主要是采用HEP C8051單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)集嵌入式單片機(jī)C8051F020和CPLD等技術(shù)于一體，提供了豐富的接口電路和功能模塊，可滿足大多數(shù)本科院校和各類(lèi)職業(yè)學(xué)校所開(kāi)設(shè)的單片機(jī)類(lèi)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求。

（一）HEP C8051單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)特色

HEP C8051單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)集成了常用電路模塊，涉及輸入輸出、通訊、存儲(chǔ)、顯示、數(shù)據(jù)采集等方面，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要可更換不同類(lèi)型的單片機(jī)，擴(kuò)大了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的適用范圍，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的通用性。激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，通過(guò)組合不同的模塊可以實(shí)現(xiàn)各種不同的功能，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)的自主性，使學(xué)生不拘泥于書(shū)本上規(guī)定的實(shí)驗(yàn)。

（二）現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的不足

HEP C8051單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是采用可靠的成品硬件，減少實(shí)驗(yàn)中硬件損耗，有助于學(xué)生對(duì)系統(tǒng)整體的把握。但是由于實(shí)驗(yàn)裝置有限的功能，實(shí)驗(yàn)裝置上各器件固定的搭配限制了學(xué)生的思維，使其無(wú)法發(fā)揮主觀能動(dòng)性及創(chuàng)造思維，也不能滿足千變?nèi)f化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要。課程實(shí)驗(yàn)由于存在著場(chǎng)地和時(shí)間等問(wèn)題，學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維都受到了限制。

由此可見(jiàn)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)雖然能夠滿足一定的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求，但存在很大的缺陷，而通過(guò)Proteus與Keil仿真軟件的整合，構(gòu)建單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為解決這一問(wèn)題提供了一個(gè)思路。

二、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)改革

由于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)存在著各自無(wú)法克服的問(wèn)題，因此，選擇一個(gè)合適的開(kāi)發(fā)平臺(tái)就具有十分重要的意義。在此我們前期采用Proteus虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)作為入口學(xué)習(xí)環(huán)境，后期則結(jié)合現(xiàn)有的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱對(duì)一些典型實(shí)驗(yàn)有選擇地進(jìn)行搭建的方法來(lái)對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行改革。

（一）采用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)Proteus的意義

Proteus軟件具有以下優(yōu)點(diǎn)：Proteus軟件提供可仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件和多達(dá)30多個(gè)元件庫(kù)，提供多種現(xiàn)實(shí)存在的虛擬儀器儀表；支持單片機(jī)匯編源碼級(jí)、C源碼級(jí)仿真與調(diào)試。無(wú)需硬件電路就可對(duì)單片機(jī)電路進(jìn)行軟硬件的開(kāi)發(fā)、測(cè)試與調(diào)試。一套系統(tǒng)就可實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路設(shè)計(jì)、模擬電路設(shè)計(jì)和單片機(jī)仿真設(shè)計(jì)的全部實(shí)驗(yàn)。

鑒于Proteus軟件的優(yōu)點(diǎn)，以Proteus軟件為核心構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)需要投入的硬件少，只需提供計(jì)算機(jī)即可。通過(guò)使用Proteus軟件中提供的多種虛擬儀器儀表也可減少大量實(shí)驗(yàn)用儀器儀表的投入。這樣不僅實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行成本降低，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中元器件的損耗也大大降低。就教學(xué)而言，其最大的好處是可支持學(xué)生自行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可利用課余時(shí)間通過(guò)自我練習(xí)能達(dá)到對(duì)知識(shí)的融會(huì)貫通；通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生可以先在軟件環(huán)境中模擬通過(guò)，再進(jìn)行硬件的投入，這樣可以節(jié)省因方案不正確所造成的硬件投入的浪費(fèi)；通過(guò)Proteus虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生可以參與其中的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)新性。

（二）虛實(shí)結(jié)合的必要性

采用Proteus仿真軟件開(kāi)發(fā)的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，雖然優(yōu)點(diǎn)顯著，但也存在一定的缺點(diǎn)，比如Proteus提供的實(shí)驗(yàn)環(huán)境與實(shí)際環(huán)境相比存在一定的誤差及實(shí)時(shí)性不太好等問(wèn)題。因此，針對(duì)一些典型的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)，特別是Preoteus處理得不太好的實(shí)驗(yàn)，如A/D、D/A實(shí)驗(yàn)等，以及后期進(jìn)行創(chuàng)新性和綜合性實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以根據(jù)具體實(shí)際情況，先進(jìn)行軟件仿真，然后用完全硬件搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的方法來(lái)對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充與修正。這樣既節(jié)省了成本，又達(dá)到了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的，既克服了虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境與真實(shí)世界的差別，又提高了學(xué)生進(jìn)行軟硬件協(xié)同開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)。因此，對(duì)部分實(shí)驗(yàn)采用完全硬件搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是十分必要的。

總之，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的改革主要包括兩部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建、虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建，主要是通過(guò)Proteus軟件繪制硬件電路圖，采用Keil進(jìn)行軟件部分的程序設(shè)計(jì)，最后通過(guò)兩部分的整合進(jìn)行仿真調(diào)試，將“硬件實(shí)驗(yàn)箱”和“軟件調(diào)試環(huán)境”進(jìn)行軟件化。虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)是通過(guò)現(xiàn)有的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱結(jié)合虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，前期使用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)模擬實(shí)驗(yàn)，后期進(jìn)行實(shí)物演練，以提高其準(zhǔn)確性，減少損耗。單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)改革方案的提出是根據(jù)對(duì)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境及實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題進(jìn)行綜合評(píng)估提出的，具有較好的實(shí)際應(yīng)用前景。該方案的實(shí)施不僅解決了實(shí)驗(yàn)設(shè)備及條件不足的問(wèn)題，更激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

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