Proteus仿真軟件在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：單片機(jī)課程是電子信息類專業(yè)的重要課程，本文在分析了傳統(tǒng)單片機(jī)課程教學(xué)存在問題的基礎(chǔ)上，提出理論課程結(jié)合仿真軟件Proteus的方案，簡述了Proteus與理論課程相結(jié)合的方法，并通過具體實(shí)例說明了如何將Proteus軟件引入到教學(xué)中去。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；Proteus；教學(xué)；仿真

中圖分類號：TP368.1-4；G712

單片機(jī)課程是電氣自動(dòng)化、電子信息等專業(yè)的一門專業(yè)必修課，是學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)一門基礎(chǔ)課。而嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般包括硬件和軟件兩部分，也就是單片機(jī)課程在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到這兩部分，同時(shí)要注意軟件部分和硬件部分教學(xué)內(nèi)容的結(jié)合。而傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)過程并不能很好將兩部分結(jié)合起來，學(xué)生普遍反映課程較難，比較抽象，不能與實(shí)際很好的相結(jié)合。而在單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)課程中，學(xué)生要使用電腦編程，再與實(shí)驗(yàn)設(shè)備相連，有的還要自行進(jìn)行連線，在這個(gè)過程中，并不能有效的提高學(xué)生的動(dòng)手能力，同時(shí)上位機(jī)和下位機(jī)相連的過程中非常容易發(fā)生問題，導(dǎo)致兩者連接不上，學(xué)生不能順利完成實(shí)驗(yàn)，更得不到相應(yīng)的鍛煉。使用Proteus則可以克服這些問題，對于初學(xué)者，使用Proteus仿真軟件完全可以滿足要求。

1 Proteus仿真軟件簡介

Proteus是一種EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）軟件，其中一個(gè)重要的功能就是可以仿真單片機(jī)及外圍器件。它可以實(shí)現(xiàn)原理圖布圖、代碼調(diào)試和單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，并可以實(shí)現(xiàn)PCB（印刷電路板）自動(dòng)或人工布線，使用Proteus可以建立完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。Proteus處理器模型包括8051、AVR、ARM等主流單片機(jī)芯片，新版本的Proteus也在不斷增加更多的處理器模型。同時(shí)，proteus還提供多種激勵(lì)源、虛擬儀表，自帶8051、AVR匯編編譯器，能夠與多種編程調(diào)試工具連接，如Keil、Hitech等。利用Proteus仿真軟件，可以在沒有實(shí)際電路的情況下，可以將很多單片機(jī)課程中的實(shí)例形象化，不但可以觀察最終結(jié)果，也可以將程序分段來運(yùn)行，使整個(gè)實(shí)例的運(yùn)行過程形象化。

2 Proteus在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 單片機(jī)教學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容及其教學(xué)特點(diǎn)

單片機(jī)課程在不同高校中由于側(cè)重點(diǎn)不同，所教授的內(nèi)容并不完全相同，但最終目的都是要是學(xué)生學(xué)會(huì)對某類單片機(jī)的使用，能夠在學(xué)完相應(yīng)課程的基礎(chǔ)下，能夠獨(dú)立的完成單片機(jī)課程設(shè)計(jì)。教學(xué)內(nèi)容即包括軟件部分也包括硬件部分，而且兩部分要結(jié)合起來講解。軟件的基礎(chǔ)就是指令代碼，一般為匯編語言或C語言。硬件部分主要包括單片機(jī)芯片本身內(nèi)部各功能模塊和各種外圍擴(kuò)展芯片。單純的理論教學(xué)不足之處是課程較乏味，指令、寄存器等部分內(nèi)容較抽象，教學(xué)內(nèi)容不容易與實(shí)際相結(jié)合，學(xué)生從而不能直觀上掌握知識。

2.2 單片機(jī)教學(xué)中引入Proteus仿真軟件

針對以上單片機(jī)課程的特點(diǎn)，在課堂教學(xué)中，結(jié)合Proteus進(jìn)行實(shí)例演示，不使用任何實(shí)際電路，單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)和軟件調(diào)試的全過程均可實(shí)現(xiàn)，這是傳統(tǒng)教學(xué)方法不能達(dá)到的。在教學(xué)中對實(shí)例用Proteus進(jìn)行仿真，這種結(jié)合實(shí)際講解知識點(diǎn)的方法，能夠大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使知識點(diǎn)變得容易理解、接受，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

在我們?nèi)粘躺钪衅鋵?shí)有很多地方都使用到單片機(jī)，如馬路信號燈、廣告牌等，將這些日常所見的東西與課堂所學(xué)知識聯(lián)系起來，可以很大程度上提高學(xué)生對這門課程的興趣，所以在課程開始之時(shí)，利用Proteus演示一個(gè)實(shí)例，使學(xué)生對這門課程有一個(gè)直觀的認(rèn)識，增加了課程的吸引力。單片機(jī)的理論課程是枯燥乏味的，如指令代碼、各個(gè)功能模塊的使用等，這樣，在每個(gè)單元的開始之初，我們選擇相應(yīng)的實(shí)例通過Proteus展示給學(xué)生，學(xué)生能夠?qū)ο旅嫠鶎W(xué)知識有一個(gè)整體上的認(rèn)識，每章接收之后，通過給學(xué)生布置作業(yè)或者學(xué)生自己尋找合適的題目的方式，讓學(xué)生通過Keil和Proteus完成一個(gè)小的題目，這樣一是可以鞏固之前所學(xué)的知識，同時(shí)可以獲得小小的成就感，為下面的學(xué)習(xí)增加信心。

將Proteus引入課堂后，對學(xué)生成績的評價(jià)也可得到相應(yīng)的改善，單片機(jī)課程是一門注重實(shí)踐的課程，教學(xué)的最終目的是讓學(xué)生能夠獨(dú)立并熟練的使用單片機(jī)，傳統(tǒng)的紙質(zhì)作業(yè)并不能將軟件、硬件相結(jié)合，也就不能完全體現(xiàn)學(xué)生水平，作業(yè)內(nèi)容缺乏吸引力，這樣并不能提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。引入Proteus仿真軟件后，學(xué)生可以自己動(dòng)手實(shí)現(xiàn)一些小的功能，內(nèi)容有趣，通過這樣的作業(yè)能夠提高分析和解決問題的能力。

2.3 注意仿真電路和實(shí)際電路的區(qū)別

Proteus仿真軟件的確為學(xué)習(xí)單片機(jī)提供了方便，但仿真電路不等同于實(shí)際的電路，兩者之間的區(qū)別一定要清楚。即便按照結(jié)果正確的仿真電路制作出的電路板，也并不一定能實(shí)現(xiàn)它的功能。因?yàn)閷?shí)際的電路板還收到元器件、電路連接質(zhì)量和實(shí)際運(yùn)行環(huán)境等因素的影響，要經(jīng)過不斷的調(diào)試才能最終實(shí)現(xiàn)它的功能。

2.4 Proteus在單片機(jī)教學(xué)中的意義

單片機(jī)課程是一門需要注重實(shí)踐練習(xí)的課程，過去的教學(xué)過程由于不能著重鍛煉學(xué)生實(shí)際解決問題的能力，使得單片機(jī)課程成為一門難教、難學(xué)的課程。在課程教學(xué)過程中引入Proteus仿真軟件，對教師和學(xué)生來說，都具有非常重要的意義。教師在課程設(shè)計(jì)的過程中，可以根據(jù)課程內(nèi)容加入相應(yīng)的實(shí)例，通過對實(shí)例逐步的講解和演示，使整個(gè)課程內(nèi)容更容易理解和掌握，提高了教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中由于增加了更多的感性認(rèn)識，提高了學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)的過程中困難減少。通過老師實(shí)例的講解，對所學(xué)知識也能形成一個(gè)整體上的認(rèn)識。而課后通過使用Proteus完成相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)，提高了自行解決問題的能力。

3 應(yīng)用舉例

中斷系統(tǒng)是單片機(jī)學(xué)習(xí)中必須要掌握的一個(gè)功能部件，為了讓學(xué)生更直觀的掌握這部分知識，我們選用一個(gè)實(shí)例進(jìn)行講解。使用中斷方式進(jìn)行編程，中斷子程序使得發(fā)生外部中斷0，且為下降沿觸發(fā)時(shí)，與P1口相連的8個(gè)LED燈全亮。中斷結(jié)束后8個(gè)燈繼續(xù)接上次狀態(tài)進(jìn)行跑馬燈閃爍。

我們設(shè)定燈亮的時(shí)間為0.5S，采用軟件延時(shí)的方法。編寫子程序時(shí)要注意對現(xiàn)場進(jìn)行保護(hù)。程序編寫完成后便可進(jìn)行軟件仿真了。

第一步：根據(jù)要求設(shè)計(jì)好電路圖，打開Proteus7.1軟件，添加所需元器件并連接好電路。

第二步：打開Keil軟件，使用匯編語言編寫源程序，然后進(jìn)行編譯、連接，若程序出現(xiàn)錯(cuò)誤，要進(jìn)行修改，直到程序無誤。

第三步：設(shè)置Proteus和keil，以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)軟件的聯(lián)調(diào)。

第四步：在Keil中運(yùn)行源程序，若燈能夠按照要求亮滅，則說明聯(lián)調(diào)成功。采用單步運(yùn)行的方式，可以讓學(xué)生一步一步的理解程序。而全速運(yùn)行程序是，則可讓學(xué)生從整體上觀察到程序運(yùn)行的結(jié)果。

4 結(jié)束語

通過使用Proteus作為單片機(jī)輔助教學(xué)工具，能夠促進(jìn)課程改革，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和解決實(shí)際問題的能力增加，提高了學(xué)習(xí)效率，對原理性的知識有了更深刻的認(rèn)識。同時(shí)Proteus的引入也提高了教師的教學(xué)質(zhì)量，促使教師不斷的對教學(xué)過程進(jìn)行改革，有效的改善教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]許超，吳新杰，張丹.基于Proteus和Keil的單片機(jī)課程教學(xué)改革[J].遼寧大學(xué)學(xué)報(bào)，2011（01）：125-127.

[2]伍馮潔，謝斌.基于Proteus與Keil的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009（07）：27-29.

作者簡介：孔德平（1982-），女，山東聊城人，碩士，教師，助教，研究方向：電機(jī)控制。

作者單位：濱州學(xué)院電氣工程系，山東濱州 256600