Proteus在單片機項目驅動教學法中的應用

何 玲，雷亞莉，吳恒玉，黃 果

(海南軟件職業(yè)技術學院 電子工程系，海南 瓊海 571400)

Proteus在單片機項目驅動教學法中的應用

何 玲，雷亞莉，吳恒玉，黃 果

(海南軟件職業(yè)技術學院 電子工程系，海南 瓊海 571400)

在單片機的教學中引入Proteus仿真軟件和項目驅動教學法，不僅改變了傳統(tǒng)的教學模式，而且可以實現(xiàn)單片機項目的仿真設計和調(diào)試，用該軟件輔助單片機教學可以節(jié)約教學資源，提高單片機的教學效果.

單片機；項目驅動教學法；教學改革；Proteus

項目教學法是先引導學生做項目，然后在項目中引入相關知識點，讓學生在實踐中學習夠用的理論知識.傳統(tǒng)的單片機理論課教學中，在課堂上演示單片機的設計和調(diào)試幾乎不可能；在傳統(tǒng)的單片機實驗教學中，采用硬件仿真器、實驗箱或實驗板，需采購大量的、昂貴的硬件設備，而且設備維護工作量也非常大,并且單片機的種類繁多，再加上資金的限制，不可能在一個實驗室包括所有種類的單片機仿真設備以及各種外圍電路，因此，學生能做的實驗項目受到限制.在這些現(xiàn)有條件的基礎上，實現(xiàn)單片機的項目式驅動教學法，引入了Proteus仿真軟件輔助單片機項目教學，這樣不僅可以改善單片機教學的教學效果，并且節(jié)省了成本，擴展了項目的實施范圍[1].

1 項目教學法在單片機教學中的應用

單片機的教學應偏重于操作和實踐活動，項目教學法非常適用于學習單片機這門課.選擇項目教學法直觀形象、通俗易懂.對單片機實用技術及實踐，采取項目教學法，主要做了以下工作：第一步：根據(jù)《單片機應用系統(tǒng)與開發(fā)技術》課程的知識體系，開發(fā)出與各項內(nèi)容相適應的項目課題，課堂上圍繞項目課題內(nèi)容，講清涉及的硬件、指令、編程方法、程序及達到的目的，要求學生達到基本理解的程度；第二步：在實驗室介紹仿真器、實驗板的使用方法和相關各種儀器儀表的正確使用.第三步：根據(jù)項目課題的設計、安裝、調(diào)試達到獨立完成項目課題，最后以樣品或軟件仿真的形式來演示項目課題，整理完成項目報告.采用項目教學方法，可以把空洞深奧的理論變成看得見摸得著的實際東西，激發(fā)學生學習的興趣，取得較明顯的教學效果.

2 Proteus軟件仿真的優(yōu)勢

采用Proteus 仿真軟件進行仿真教學，具有比較明顯的優(yōu)勢[3].

1) 電子元件豐富，實驗內(nèi)容全面.Proteus軟件提供了數(shù)千種元器件，能實驗的內(nèi)容包括軟件部分的匯編、C語言等的調(diào)試過程，也包括硬件接口電路中的大部分類型.對同一類功能的接口電路，可以采用不同的硬件來搭建完成，可以擴展學生的思路和提高學生的學習興趣.該軟件可以加快電路系統(tǒng)開發(fā)的速度，節(jié)約開發(fā)成本，提高開發(fā)效率.

2) 硬件投入少，經(jīng)濟優(yōu)勢明顯.Proteus所提供的元件庫中，大部分可直接用于接口電路的搭建，同時該軟件所提供的儀表，在質(zhì)量和數(shù)量上都是可靠和經(jīng)濟的.如果在實驗教學中投入真實的儀器儀表，僅儀表的維護，其工作量也是比較大的.因此采用軟件的方式進行教學，其經(jīng)濟優(yōu)勢是比較明顯的.

3) 接近工程實踐，提高解決實際工程問題的能力.采用仿真軟件后，對實際工程問題的研究，可以先在軟件環(huán)境中模擬通過，再進行硬件的投入，這樣處理，不僅省時省力，也可以節(jié)省因方案不正確所造成的硬件投入的浪費.最后將仿真調(diào)試成功的電路移植到一個具體的硬件電路中進行測試.將仿真軟件和具體的工程實踐結合起來，有利于對工程實踐過程的了解和學習.

4) 仿真過程中安全、損耗小.采用Proteus仿真軟件進行教學，可以將大量教學信息直接表現(xiàn)出來，節(jié)約大量昂貴的實驗儀器費用，調(diào)動學生的學習積極性和主動性，為實踐性教學設計過程帶來了很大的靈活性，并且打破了空間和時間的限制，避免真實實驗或操作所帶來的各種危險，不存在因操作不當而造成的元器件和儀器儀表的損毀.

5) 采用多媒體教學，豐富了教學手段 .在進行多媒體教學時，可設計大量的單片機應用實例，單片機教學過程中必須軟件和硬件結合.一般理論教學難以輔助硬件進行教學，利用Proteus仿真軟件和現(xiàn)有的多媒體教學設備，可以在課堂中完成軟件、硬件和系統(tǒng)集成等內(nèi)容的教學，運用Proteus軟件演示從單片機硬件設計到軟件調(diào)試的全過程，并演示運行結果，這是以往無法做到的.

6) 大量的范例，可供學生參考處理.在系統(tǒng)的設計時，該仿真系統(tǒng)提供很多比較完善的系統(tǒng)設計方法和設計范例，可供學生參考和借鑒，同時可以在原設計上進行修改處理.

7) 培養(yǎng)學生的團隊協(xié)調(diào)能力.一個比較大的工程設計項目，是由一個開發(fā)小組協(xié)作完成的.了解和把握別人的設計意圖和思維模式，是團結協(xié)作的基礎，在Proteus中進行仿真實驗時，所涉及到的內(nèi)容是一個團隊經(jīng)過共同努力完成的，因此可以培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力.

3 Proteus在單片機教學中的應用

3.1 將Proteus引入單片機課堂教學

在單片機課堂教學中，首先，采用Proteus可以進行項目實例演示，增強教學生動性和直觀性.比如教師可以制作一些典型的應用系統(tǒng)，如流水燈、交通燈、數(shù)字鐘及LCD顯示等實驗進行演示.讓學生對單片機應用系統(tǒng)有一個感性認識，明白一個完整系統(tǒng)的含義，清楚單片機在一個系統(tǒng)中的作用和地位以及應用情況[2].其次，采用Proteus有助于明確概念，解決難點.在單片機教學中，P口作為準雙向口的這個概念以及如何應用是較難掌握的一個問題.還有如中斷如何產(chǎn)生、LED 燈的位選和線選如何區(qū)別、串行通信如何實現(xiàn)等教學中的重點和難點，都可以通過Proteus的演示讓學生掌握.而且Proteus具有用色點顯示芯片管腳狀態(tài)的功能，教師可通過單步調(diào)試的方法讓學生觀察引腳的高低電平變化.另外，也可通過示波器、邏輯分析儀和發(fā)光二極管進行觀察.Proteus也有助于理解指令含義.通過改變某段程序或指令，觀察運行效果，從而理解語句含義.

3.2 用Proteus改進單片機實驗教學

單片機課程的課內(nèi)實驗學時有限，使用實驗箱僅停留在演示性及驗證性實驗的層次.學生做完實驗以后，對實驗的具體硬件電路和程序編寫知之甚少.為了解決這個問題，可以在開放單片機實驗室的同時將Proteus軟件引入到實驗教學環(huán)節(jié)中[3].要求學生在實驗課前運用Proteus對實驗項目進行仿真，在設計硬件電路和編寫程序時考慮實驗箱的資源狀況，以確保仿真的結果可以在實驗箱上實現(xiàn).而Proteus所提供的元器件模型、外設模型和儀器儀表完全可以滿足這一要求.學生如果按照這種方法將所有實驗做一遍，就相當于自己設計了多個最小的應用系統(tǒng).學生在PC機上仿真成功后再用實驗箱做實驗，能夠做到目的明確，思路清晰，軟硬件理解透徹，收到很好的實驗效果.上述方法既保證了實驗的質(zhì)量和數(shù)量，又減少了實驗箱的損耗和實驗經(jīng)費的投入.

3.3 用Proteus改革單片機課程設計和畢業(yè)設計

在課程設計中，要求學生首先應用Proteus自主設計仿真，在設計硬件電路時最好能考慮實驗箱的資源狀況，以使仿真的結果可以在實驗箱上實現(xiàn).等編程調(diào)試通過后可以移植到實驗箱上實現(xiàn)，驗證實物效果.在進行畢業(yè)設計時，也可以讓學生根據(jù)愛好和掌握知識的程度自由選擇設計題目，培養(yǎng)學生的自主創(chuàng)新意識.教師與學生共同探討方案的可行性后，由學生在Proteus中設計硬件電路，編制程序并調(diào)試.等仿真成功之后，再購買元器件進行電路焊接、系統(tǒng)調(diào)試和程序固化，最終每組獨立完成一件作品.

4 Proteus仿真具體步驟

1) 在Proteus 軟件平臺中繪制原理圖.Proteus軟件繪制原理圖先從軟件包的器件庫里取出所需的元件符號并在繪圖區(qū)布局好，同時編輯好元件的參數(shù)，接著進行連線，添加必要的網(wǎng)絡標號等[4].

2) 編寫程序.對于匯編語言，可直接在Proteus軟件的平臺編寫、編譯程序，進行調(diào)試和鏈接，這時候在AT89C51中已經(jīng)產(chǎn)生HEX文件；也可打開第三方軟件Keil Vision3，新建項目，選擇微處理芯片，然后編寫程序，編譯源程序.產(chǎn)生HEX文件，再把產(chǎn)生的HEX 文件導入到AT89C51中.

3) 電路的調(diào)試與仿真.Proteus與Keil C的靜態(tài)結合仿真[5]就是把Keil C軟件下生成的HEX文件，嵌入Proteus軟件進行軟硬件模擬仿真.靜態(tài)結合仿真優(yōu)點是簡單方便；缺點是HEX文件嵌入Proteus軟件后，只能在Proteus軟件下仿真，不能在Keil C軟件動態(tài)觀察.Proteus與Keil C的動態(tài)結合仿真就是利用Proteus軟件支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境的特點，把Proteus軟件和Keil C軟件動態(tài)連接，實現(xiàn)二者的動態(tài)實時仿真.動態(tài)結合仿真優(yōu)點是可以實現(xiàn)在Keil C軟件動態(tài)仿真，在Proteus軟件實時觀察結果；缺點是Proteus軟件和Keil C軟件設置相對比較繁瑣.可按照以下步驟進行仿真調(diào)試.①打開Proteus 繪制電路圖，在AT89C51 中導入在Keil平臺中編譯出的HEX文件，選中Use Remote Debug Monitor.②在Keil中選擇調(diào)試，可順序和單步運行程序，調(diào)出Proteus ISIS界面，在Debug菜單下選擇Virtual Terminal，打開虛擬終端，在鍵盤上按鍵，在虛擬終端窗口中就會顯示相應的仿真結果.

5 結論

經(jīng)過近幾年的教學實踐證明，在單片機課程項目教學中引入Proteus仿真軟件，提高了學生的學習熱情，開拓了學生思維，調(diào)動了學生學習的主觀能動性，活躍了學習氣氛，大大提高了教學效果.

[1]趙義強，康靜，郭向亮. Proteus仿真軟件在單片機設計中的應用[J]. 中國集成電路，2007，16(2)：58-61.

[2]劉心紅，郭福田，孫振興，等. Proteus仿真技術在單片機教學中的應用[J]. 實驗技術與管理，2007，24(3)：96-98.

[3]劉文秀. 單片機應用系統(tǒng)仿真策略的研究[J]. 現(xiàn)代電子技術，2005，28(14)：25-27.

[4]丁向榮，賈萍. 單片機應用系統(tǒng)與開發(fā)技術[M]. 北京：清華大學出版社，2009.

[5]何玲，蔡莉莎. 單片機小系統(tǒng)的設計與制作[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2012.

Analysis of the Application of Proteus in MCU Project Driven Teaching Method

HE Ling，LEI Ya-li，WU Heng-yu，HUANG Guo

(Department of Electronical Engineering；Hainan Software Profession Institute，Qionghai 571400，China)

Proteus and project-driven pedagogy is introduced to the teaching of the microcontroller. It can change the traditional teaching mode，and also provide simulation design and debug in MCU project.It can save teaching resource and improve teaching effectiveness of the microcontroller with the use of Proteus in Auxiliary MCU Teaching.

MCU；Project pedagogy；teaching reform；Proteus

G712

A

1008-5475(2012)04-0067-03

2012-03-31；

2012-05-07

海南省教育廳基金資助項目(Hjsk2012-86)；海南軟件職業(yè)技術學院基金資助項目(Hr201013)

何 玲(1980-)，女，河南駐馬店人，講師，碩士，主要從事電子技術和自動控制技術研究.

(責任編輯：沈鳳英)