浅述Proteus在单片机教学中的角色

浅述Proteus在单片机教学中的角色

　　摘要：单片机课程是应用电子技术类专业的重要课程，本文系统分析了传统单片机课程教学中可能存在的问题，提出应用仿真软件Proteus的解决方案。分析了Proteus在课程的课堂教学、课程设计和毕业设计中的应用特点，最后指出Proteus的仿真结果需应用于具体电路系统才能真正锻炼学生的软硬件综合开发能力。

　　关键词：单片机 仿真 教学

　　单片机课程是电子信息、自动化和机电等专业的一门专业必修课，成为电子信息类专业学生就业的一个主要专长。而单片机又是一门实践性很强的课程，加强实践教学环节，使学生充分掌握单片机应用系统设计的基本概念和方法，是提高教学质量和培养实用型人才的一个重要内容。

　　一、传统教学中存在的问题

　　目前，涉及单片机方面的主要教学环节是单片机课堂教学、课内实验、课程设计及毕业设计中的单片机应用系统设计。而在这几个方面都不同程度存在一些问题。

　　在单片机课堂教学中，主要介绍的是单片机片内资源、程序设计及接口电路。学生在一开始接触这些问题时，缺乏感性认识，对片内资源的应用、程序的执行及接口的意义总是有些不明就里，甚至有些学生在学完课程后，还不知道中断服务程序是什么时候开始执行的，其原因之一是缺乏某种有效的演示方法。即使在多媒体教学广泛应用的今天，光有几幅幻灯片还不能解决这些问题。通常，在课内实验和课程设计中，一般都是采用实验箱或实验台完成。课内实验主要是一些验证性实验，实验过程主要是：连接导线一运行程序一观察效果。学生按部就班做完实验后，对实验的具体硬件电路和程序编写却知之甚少。比如问及本实验中包含哪些模块或芯片，或某条语句的作用等，就无法回答了。一旦实验出现问题，原因查找更为困难。如存在实验箱和使用软件的通讯问题;实验箱本身的线路通断、焊点虚实及芯片好坏等问题。由于实验箱系统比较大，维护也很困难。因难以对损坏的设备维修，只能更换设备。

　　使用实验箱的另一个问题就是，设计只能在现有系统上完成，使得很多设计结果有些牵强附会。学生也不能针对具体的功能要求进行设计。对于可以简化的问题，也以为只能通过总线模式来完成，误认为无论是怎样的系统，都得设计成一个庞大的结构。对于学生的毕业设计，一般要求在原理结构的基础上设计实物。这时原理图的正确性就成为一个至关重要的问题。原理图不正确，就会给以后的设计工作带来很多问题，甚至做出的印制板不能用。另外，对于没有实践经验的学生来说，设计过程中容易造成器件和仪器仪表的损坏。故学生的课程设计和毕业设计需要购置的元器件数量增多，开支增大。

　　二、Proteus在单片机教学中的应用

　　2.1 Proteus在单片机教学中的意义

　　目前企业单位对单片机应用人才的需求量仍然很大，但对技术水平的要求也越来越高。面对传统教学中存在的诸多问题，Proteus等仿真工具为我们的教学提供了一个很好的辅助手段。借助Proteus的对CPU和外围电路强大的仿真能力以及丰富的资源库，可以有效替代硬件仿真器进行先期的软硬件调试。等到仿真结果基本理想时再进行实际的硬件调试。这样的开发过程不仅高效，而且会尽可能地减少损失，这对于解决实验室资源紧张的问题是一个很好的思路。

　　2.2将Proteus引入单片机课堂教学

　　在单片机课堂教学中，首先，采用Proteus可以进行实例演示，增强教学生动性和直观性。比如教师可以制作一些典型的应用系统，如流水灯、交通灯、数字钟及LCD显示等实验。让学生对单片机应用系统有一个感性认识，明白一个完整系统的含义，清楚单片机在一个系统中的作用和地位以及应用情况。其次，采用Proteus有助于明确概念，解决难点。在单片机教学中，P口作为准双向口的这个概念以及如何应用是较难掌握的一个问题。还有如中断如何产生，LED灯的位选和线选如何区别，串行通信如何实现等等教学中的重点和难点，都可以通过Proteus的演示让学生掌握清楚。而且，Proteus具有用色点显示芯片管脚状态的功能，教师可通过单步调试的方法让学生观察引脚的高低电平变化。另外，也可通过示波器、逻辑分析仪和发光二极管进行观察。还有，Proteus也有助于理解指令含义。通过改变某段程序或指指令，观察运行效果，从而理解语句含义。

　　2.3用Proteus改进单片机实验教学

　　单片机课程的实践性很强，实验环节的教学应引起高度重视。而单片机课程的课内实验学时有限，使用实验仅停留在演示性及验证性实验的层次。为了解决这个问题，可以应用Proteus所提供的元器件模型和外设模型按照实验内容来设计原理图，再利用仪器仪表的输入输出效果对实验结果进行检测。这样，学生一方面了解了单片机应用系统硬件电路结构，锻炼了编程技术，也学习了仪器仪表的使用，提高了设计水平。

　　2.4用Proteus单片机课程设计和毕业设计

　　在课程设计中，要求学生首先应用Proteus自主设计仿真，在设计硬件电路时最好能考虑实验箱的资源状况，以使仿真的结果可以在实验箱上实现。等编程调试通过后可以移植到实验箱上实现，验证实物效果。在进行毕业设计时，也可以让学生根据爱好和掌握知识的程度自由选择设计题目，培养学生的自主创新意识。教师与学生共同探讨方案的可行性之后，由学生在Proteus中设计硬件电路，编制程序并调试。等仿真成功之后，再购买元器件进行电路焊接、系统调试和程序固化，最终每组独立完成一件作品。这种方法可以节省因方案不正确所造成硬件投入的浪费，并且在实验过程中不会出现元器件的损耗问题。而使学生实验能力和开发能力都得到较大提高。

　　Proteus仿真软件在单片机教学中的应用，有利于促进课程和教学改革，提高学生的学习兴趣和创新能力。利用Proteus提供的可靠的虚拟仪器和仪表，不但经济优势明显，而且大大提高了教学效率，对学生实践能力的培养具有现实意义。但必须指出，仿真不能完全代替实物，在实际应用中会遇到很多新的问题，我们不可能抛弃已有的教学模式和实验手段而仅仅依靠虚拟的实验环境。只有将Proteus的仿真结果应用于具体电路系统，才能真正锻炼学生的软硬件综合开发能力。

　　参考文献：

　　[1] 代启化.基于Proteus的电路设计与仿真[J].北京：现代电子技术，2006(19).

　　[2] 林志琦等.基于Proteus的单片机可视化软硬件仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

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