單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

摘要：在單片機(jī)教學(xué)過程中，應(yīng)用現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)箱，雖然可靠性高，但是學(xué)生無法進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。完全進(jìn)行硬件搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，成本太高。綜合考慮，本文提出采用Proteus虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，不但豐富了實(shí)踐性教學(xué)的手段，又培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；Proteus虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

單片機(jī)技術(shù)是現(xiàn)代電子工程領(lǐng)域一門迅速發(fā)展的技術(shù)，應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)中，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展和推廣極大地推動(dòng)了電子工業(yè)的發(fā)展。單片機(jī)技術(shù)是電子、電氣、機(jī)電一體化等專業(yè)的主干課程，具有很強(qiáng)的技術(shù)性和實(shí)踐性。實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中占有十分重要的位置，是單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)[1]。

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)對(duì)硬件的要求很高，為節(jié)省硬件實(shí)驗(yàn)的投入成本，我院在2009年使用現(xiàn)成的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行單片機(jī)實(shí)驗(yàn)，這種教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要是以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，實(shí)驗(yàn)裝置上各器件的固定搭配限制了學(xué)生的思維，使學(xué)生們無法進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。為節(jié)省成本和克服實(shí)驗(yàn)箱的不足，從2010年開始，我院采用Proteus單片機(jī)仿真軟件來進(jìn)行單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。采用Proteus仿真軟件進(jìn)行虛擬單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)有比較明顯的優(yōu)勢，如涉及的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容全面、硬件投入少、學(xué)生可自行實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)過程中損耗小、與工程實(shí)踐最為接近等特點(diǎn)。虛擬實(shí)驗(yàn)豐富了實(shí)踐性教學(xué)的手段，有利于現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念的更新。

一、采用Proteus虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)

1. Proteus軟件的系統(tǒng)資源豐富：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；該軟件提供多種現(xiàn)在存在的虛擬儀器儀表，如示波器、邏輯筆、邏輯分析儀、SPI調(diào)試器等；支持單片機(jī)匯編源碼級(jí)和C源碼級(jí)仿真與調(diào)試；無需硬件電路就可對(duì)單片機(jī)電路進(jìn)行軟硬件的開發(fā)與調(diào)試；支持單片機(jī)類型非常多，8051、ACR、PIC10/12、PIC18、HC11、ARM7[2]。

2. 實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行成本降低：傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，為保證教學(xué)的需要，必然要投入各種實(shí)驗(yàn)設(shè)備，如示波器、信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀等，這必然要投入資金。在實(shí)驗(yàn)過程中，也會(huì)因?yàn)閷W(xué)生操作不當(dāng)造成儀器儀表的損壞。采用Proteus軟件仿真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，基本沒有元器件的損耗問題，在實(shí)驗(yàn)的過程中是比較安全的。

3. 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性：Proteus軟件支持單片機(jī)及其外圍設(shè)備仿真，學(xué)生可以計(jì)算機(jī)上自行設(shè)計(jì)所需的實(shí)驗(yàn)，畫原理圖、編寫源代碼、反復(fù)調(diào)試、觀察結(jié)果，直到達(dá)到滿意的結(jié)果。這極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手的興趣，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。

二、Proteus的仿真應(yīng)用實(shí)例

下面以基于單片機(jī)的電子計(jì)算器設(shè)計(jì)為例，闡述利用Proteus軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)及仿真的過程。

1. 使用Keil 軟件編寫應(yīng)用程序

進(jìn)入Keil μVision2開發(fā)集成環(huán)境，新建文件，輸入可實(shí)現(xiàn)計(jì)算器計(jì)算功能的源程序。輸入源程序后，保存文件，文件名加后綴.asm。他建一個(gè)新項(xiàng)目，為該項(xiàng)目選合適的單片機(jī)，并將寫有源程序的文件加入到項(xiàng)目中去。

2. Keil軟件設(shè)置

單擊Project菜單中的Options for Target選項(xiàng)，彈出窗口，點(diǎn)擊Debug按鈕，選擇窗口右邊的Use，如圖1所示。

在后面的下拉菜單中選擇Proteus VSM Monitor-51 Driver，再點(diǎn)擊Setting按鈕，這里我們在同一臺(tái)電腦上進(jìn)行仿真，所以在Host后面添上“127.0.0.1”，設(shè)置完畢。最后將工程編譯，進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，并運(yùn)行。

3.繪制仿真電路圖

啟動(dòng)Proteus ISIS在主窗口界面點(diǎn)擊窗口左側(cè)的元器件選擇區(qū)的P按鈕，會(huì)彈出Pick Devices窗口，輸入關(guān)鍵字80C51，在結(jié)果欄里會(huì)出現(xiàn)多種類型的CPU器件，找到80C51后雙擊，80C51就被添加到當(dāng)前窗口左側(cè)的元器件列表區(qū)。再用同樣的方法，依次把74LS00、74LS373、6264、7407、KEYPAD-SMALLCALC、LM020L添加到器件列表區(qū)里。然后再依次點(diǎn)擊列表區(qū)里的器件，把它們放到繪圖區(qū)并編輯其屬性，接著進(jìn)行合理的布局后，就可以進(jìn)行連線。繪制出電路原理圖如圖2所示。

4.系統(tǒng)仿真

在Proteus ISIS中，點(diǎn)擊菜單Debug選項(xiàng)，選中“use romote debug monitor”。選中單片機(jī)80C51，出現(xiàn)對(duì)話框，在Program File中填入編譯好的仿真文件（.HEX），然后點(diǎn)擊“OK”，在ISIS窗口左下方有4個(gè)模擬調(diào)試控制按鈕：運(yùn)行、步進(jìn)、暫停和停止按鈕，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，即可仿真。

三、改革后的教學(xué)效果

在2010、2011兩年的單片機(jī)教學(xué)中，我校采用Proteus虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來搭建電路。學(xué)生在上Proteus實(shí)驗(yàn)課時(shí)，可以利用所學(xué)知識(shí)編寫程序，上機(jī)運(yùn)行程序，并在虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上看到仿真效果。我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生可以利用此平臺(tái)跟蹤、調(diào)試并觀察實(shí)驗(yàn)的效果，可以自主地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，進(jìn)行電路分析和設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能動(dòng)性。

四、結(jié)論

基于Proteus的單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)方式，從培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)理論知識(shí)和提高實(shí)際操作能力出發(fā)，在物理原型出來之前，Proteus仿真軟件可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的開發(fā)和測試，這在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮著重要的作用。這種新的實(shí)驗(yàn)方式是單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種很好的輔助手段，并且為學(xué)生進(jìn)行綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)提供了一個(gè)很好的平臺(tái)，在全面提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生思維能力、創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力等方面發(fā)揮著重要的作用?！?/p>

參考文獻(xiàn)

[1] 陳龍，張亞君. Proteus仿真軟件在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2009，26（8）：73-75.

[2] 馮剛.單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的改革[J].計(jì)算機(jī)教育，2010，25(2)：144-146.

作者簡介：

王麗（1982－），女，漢族，黑龍江省富錦市人，宿遷澤達(dá)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電信息系，碩士，助理講師，研究方向傳感器解調(diào)。