Protues仿真在單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

【摘要】本文分析了傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)中存在的問題，提出將Proteus仿真軟件引入單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)中。通過具體實(shí)例以CDIO工程教育理念為指導(dǎo)，按構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作四個(gè)環(huán)節(jié)組織教學(xué)，說明Proteus在單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用。實(shí)踐證明采用Proteus軟件輔助單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)，可充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，能明顯提高教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；Proteus仿真；CDIO

1.單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀分析

單片機(jī)是高職院校電類專業(yè)的一門非常重要的技術(shù)應(yīng)用型課程，實(shí)踐教學(xué)在其教學(xué)過程中起著至關(guān)重要的作用。

目前，多數(shù)高職院校的單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)是在試驗(yàn)箱上完成的，這種教學(xué)安排存在諸多缺陷：第一，由于課時(shí)有限，難以滿足高職院校注重學(xué)生實(shí)操能力及技能培養(yǎng)的教學(xué)要求；第二，在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱這種半成品上完成實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生只需要連接幾個(gè)關(guān)鍵器件，下載程序后就可以完成設(shè)計(jì)項(xiàng)目，很難掌握完整的硬件電路，甚至不清楚元器件如何選擇；第三，雖然有些院校為學(xué)生提供了設(shè)計(jì)性的實(shí)訓(xùn)教學(xué)，但需要購買耗材，消耗大量經(jīng)費(fèi)。鑒于這種情況，我們?cè)趩纹瑱C(jī)教學(xué)中引入了Proteus仿真。

2.Proteus簡介

Proteus ISIS是英國Labcenter Electro-nics公司開發(fā)的EDA工具軟件，該軟件與Keil C軟件構(gòu)建的單片機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，可以實(shí)現(xiàn)在微機(jī)上完成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)從原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)到軟件代碼調(diào)試、測(cè)試和驗(yàn)證的整個(gè)開發(fā)過程，是一款極具實(shí)用價(jià)值的教學(xué)及研發(fā)平臺(tái)[1]。

3.Proteus輔助教學(xué)實(shí)施建議

教學(xué)過程建議采用CDIO工程教育模式。以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為教學(xué)載體，按照構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate）四個(gè)環(huán)節(jié)組織教學(xué)[2]。下面以秒表的設(shè)計(jì)、仿真、制作為例，來說明Protues在單片機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用。

本項(xiàng)目將利用單片機(jī)和LED數(shù)碼管完成百以內(nèi)秒表的設(shè)計(jì)、仿真與制作。計(jì)時(shí)時(shí)間顯示在兩位數(shù)碼管上，利用彈性按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)秒表的啟動(dòng)、暫停、清零控制。

3.1 構(gòu)思（Conceive）

教師講授與該項(xiàng)目相關(guān)的理論知識(shí)，為項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與制作奠定理論基礎(chǔ)，學(xué)生查閱搜集與該項(xiàng)目相關(guān)的資料，分組確定設(shè)計(jì)方案。

3.2 設(shè)計(jì)（Design）

3.2.1 硬件設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目的硬件電路主要包括：

（1）AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)；

（2）顯示模塊。由兩個(gè)共陰極LED數(shù)碼管構(gòu)成，采用靜態(tài)顯示方法。其中，十位的數(shù)碼管由P0口控制，外接10KΩ的上拉電阻，個(gè)位的數(shù)碼管由P2口控制；

（3）按鍵模塊。P3.2的彈性按鍵實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)/暫停/清零功能。

在Protues中繪制原理圖，并設(shè)置元件參數(shù)。電路連接如圖1所示。

3.3 實(shí)現(xiàn)（Implement）

通過Keil C51生成.hex文件。

在Keil uVision軟件環(huán)境下，對(duì)編寫好的程序進(jìn)行編譯，編譯成功后生成*.hex文件。開Proteus仿真軟件，在畫好的原理圖中雙擊AT89C51，裝載剛才生成的*.hex文件開始運(yùn)行，可以看到仿真后的結(jié)果，如圖1所示。

3.4 運(yùn)作（Operate）

在Proteus仿真軟件中，可以根據(jù)原理圖進(jìn)一步制作PCB板。為正確完成PCB設(shè)計(jì)，原理圖的每一個(gè)元件必須帶有封裝信息。畫封裝的時(shí)候，要注意元件封裝中的引腳標(biāo)號(hào)要與電路原理圖中引腳標(biāo)號(hào)一致。布線時(shí)先設(shè)置規(guī)則，再采用自動(dòng)布線或手工布線，最后生成PCB圖。有條件的可以按設(shè)計(jì)圖選擇所需元件，制作硬件電路板，完成產(chǎn)品制作[3]。

4.總結(jié)

采用Proteus軟件輔助單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)過程，操作靈活、節(jié)約了實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本，給學(xué)生更多的實(shí)際動(dòng)手機(jī)會(huì)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，有助于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。實(shí)踐教學(xué)表明這種教學(xué)方式能夠幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)，能明顯提高教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

[1]楊鎮(zhèn)博，張加宏.Proteus軟件在單片機(jī)教學(xué)改革中的應(yīng)用[J].科技信息，2013，5.

[2]彭芳，劉寶軍.CDIO教學(xué)理念下的單片機(jī)教學(xué)改革探討[J].課程教育研究，2013，10.

[3]李麗榮，張常全，鄭建紅.51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2012.

基金項(xiàng)目：河北省高等教育學(xué)會(huì)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：GJXH2013-177）“CDIO教育模式下高職院校電類專業(yè)仿真教學(xué)實(shí)踐及研究”。

作者簡介：王惠貞（1974—），女，河北石家莊人，研究生，工程師，講師，現(xiàn)供職于河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣與信息工程系，主要從事過程控制、智能控制等方面的教學(xué)與研究。