Proteus仿真軟件在單片機實踐教學中的應用研究

黃麗軍

摘要：針對單片機技術這門課程傳統(tǒng)教學方法的不足，引入Proteus仿真軟件輔助教學，可以增加實驗的多樣性，同時提高學生學習的興趣和學習效果。文章指出了單片機課程教學中面臨的問題，分析了Proteus在單片機實驗教學中的優(yōu)勢，提出應用Proteus軟件進行單片機教學的多種措施。

關鍵詞：單片機技術；Proteus仿真；實踐教學

單片機課程是在高校應用電子、通信電子、機電一體化技術及電氣自動化等專業(yè)的核心課程。當前各院校的教學中都面臨著單片機這門課程既難教又難學，教學效果不太理想的情況，針對該課程實踐性很強的特點，尋求一種能更好地促進學生學習及提升學習能力的教學模式、教學方法，是每一位任課教師迫切關注的問題。而EDA軟件Proteus不僅能滿足單片機課堂教學及實驗實踐教學中的多種要求，幫助學生直觀有效地掌握所學知識，縮短從理論知識到實際應用的過程，而且其靈活自主的應用模式使學生更能體驗到學習單片機技術及設計的魅力。

1單片機課程教學中面臨的問題

1.1傳統(tǒng)的課堂理論教學存在的問題

目前國內的大專院校單片機教學多是先課堂理論教學為主，后輔以相應的實驗及課程設計。在理論的教學內容的設計編排上通常以單片機的組成為主線，按照單片機的硬件結構原理、程序設計、系統(tǒng)的擴展及接口電路等順序進行講授，再輔以相應的實例。學生接觸這些課程內容若只是孤立的記憶，缺乏宏觀系統(tǒng)的認識和感性認識，則會普遍感到抽象難學，甚至學到一半就退縮放棄。

1.2傳統(tǒng)的實踐教學面臨的問題

單片機技術是一門實踐性很強的課程，主要培養(yǎng)學生工程分析研發(fā)、設計、制作調試能力。當前各大教育電子產商推出的實驗設備都配備了詳盡的實驗說明書及講義，表面上實驗設備越來越先進越智能，但是對學生們來說，做實驗時的動手和動腦的可能性程度就越小，往往這些實驗設備是按照實驗項目分別模塊化組合，每個實驗項目都是按照實驗手冊連接導線、輸入或下載程序、程序執(zhí)行、驗證結果的模式完成的，需要學生動手設計的內容很少，難以參與到其中的細節(jié)設計，往往學生做完實驗后，對實驗的硬件連接原理和程序編寫仍不知所以然，很難真正提高動手能力，學習效果也大打折扣[1]。

2Proteus在單片機實驗教學中的優(yōu)勢

單片機課程的傳統(tǒng)教學方法抑制了學生的學習積極性，削弱了學習效果，當前每一位任課教師都急于探求出一種能更好地培養(yǎng)學生能力的教學模式。因此近年來很多高校采

用了虛擬現(xiàn)實的仿真技術作為單片機課程實踐部分的補充和強化，其中Proteus仿真軟件是非常適合于單片機教學的一款仿真實驗軟件。

Proteus軟件是來自英國LabcenterElectronics公司的EDA工具軟件，除具有非常強大的原理圖編輯、印制電路板（PrintedCircuitBoard，PCB）自動或人工布線及電路仿真的功能外[2]，其獨特的功能在于可直接基于原理圖的虛擬原型上與Keil聯(lián)調實現(xiàn)微處理器的軟硬件調試，并進行功能效果驗證是目前最優(yōu)秀的單片機與嵌入式系統(tǒng)的設計與仿真平臺。使用Proteus仿真軟件進行單片機教學演示及實驗仿真，顯然有著明顯的優(yōu)勢。

2.1Proteus軟件的實驗資源非常豐富

Proteus軟件提供了包含數(shù)字和模擬等30多個元件庫，支持各種模擬和數(shù)字電路的仿真，還自帶各種虛擬儀器儀表，同時Proteus還支持51系列、PIC系列等主流單片機的仿真[4]。相比單片機實驗箱只能支持單一的單片機CPU系列及有限的常用外圍接口電路，Proteus不僅能仿真多種單片機CPU的工作情況，還能仿真單片機的外圍接口電路以及其他電路的工作情況。通過Proteus軟件對單片機實驗項目進行綜合仿真，能直觀地看到程序運行前后的輸入輸出情況，對改善學生的理解和擴展學生的思路有很大的幫助。

2.2大幅減少硬件投入成本

在單片機課程的教學中，教師通過一臺計算機，借助Proteus對CPU和外圍電路強大的仿真能力，在幾乎不需要硬件的條件下，就能將實驗過程、原理及實驗結果直觀展現(xiàn)出來；同時Proteus軟件可以有效替代硬件仿真器進行前期的軟硬件調試，學生可通過一臺計算機按要求設計出相應電路，從而幫助學生利用更多的時間和手段學到更多的知識。

3應用Proteus軟件進行單片機教學的多種措施

3.1將Proteus仿真引入單片機教學中的意義

引入Proteus仿真工具作為單片機教學的輔助手段，有效提高了學生對課程的學習興趣，增強了學生對課程內容及原理的理解和掌握。更重要的是引導學生在面對單片機某個應用的設計中，學會應用類似Proteus仿真技術進行組合電路設計、編程和調試等方法，這種應用虛擬仿真技術進行單片機設計的能力不僅使得學生面臨企業(yè)用人單位的技術水平需求提高時能更加自信，而且借助Proteus軟件對CPU和外圍電路強大的仿真能力以及豐富的資源庫，可有效提高開發(fā)效率、降低開發(fā)成本、縮短開發(fā)周期，有助于學生盡快融入工作并取得成績。

3.2將Proteus引入單片機課堂教學

利用Proteus軟件輔助課堂理論教學，教師可以更有效地解決教學中的難點，比如通過Proteus仿真軟件來動態(tài)演示51單片機中的準雙向并行口P0?P3的應用、中斷的產生及響應、數(shù)據(jù)存儲器及可尋址位的分配及應用等用PPT及靜態(tài)圖片都難以直觀解釋的教學難點。在Proteus仿真中，教師可教導學生通過單步調試執(zhí)行的方法在仿真示波器中觀察到每一條指令執(zhí)行后引腳的高低電平變化，進而來理解單片機芯片及外圍接口芯片的引腳功能。在教學匯編程序編程中，當改變某條段指令或是跳轉執(zhí)行某段程序時，通過Proteus軟件的幫助，可以讓學生觀察到指令及程序運行效果從而深刻理解指令的功能應用[5]。由于在課堂教學中加入了仿真環(huán)節(jié)，學生可以直觀地學習和觀察實驗現(xiàn)象，使抽象理論變得相對形象易懂，提高了學生學習的積極性，教學效果明顯提尚。endprint

3.3用Proteus仿真改進單片機實踐教學

單片機課程的實踐性很強，不管是課程學習中的實驗環(huán)節(jié)還是課程設計環(huán)節(jié)，乃至畢業(yè)設計環(huán)節(jié)，對于單片機技術的實際掌握都是至關重要的。而傳統(tǒng)的單片機實驗教學的課時及實驗設備的使用時間對學生而言都是非常有限的，不允許每個學生做到充分的實驗操作，完全不能夠達到鍛煉學生實踐能力的目標，當然也不能夠達到培養(yǎng)學生單片機應用能力的目標。

為了解決這個問題，教師可以教導學生利用課余時間在非實驗室的場合按照實驗內容來進行單片機項目的設計原理圖和程序調試，并學習利用Proteus里的虛擬儀器對實驗結果進行檢測，之后再讓學生利用實驗室的實驗設備進行實際操作和驗證。這樣學生不僅有了充裕的時間了解單片機應用系統(tǒng)硬件電路結構，而且鍛煉了單片機編程技術和測量儀器的綜合使用技能，極大地開拓了單片機學習的空間，降低了單片機的學習成本，提高學生對單片機設計的水平。

同樣，在課程設計和畢業(yè)設計中，為培養(yǎng)學生的自主創(chuàng)新意識，可以讓學生根據(jù)自己的想法及掌握知識的程度自由選擇設計題目。設計之始，教師與學生共同探討方案的可行性，要求學生首先應用Proteus自主設計仿真硬件電路，編制程序并調試，在采用Proteus軟件仿真成功之后，再購買電子元器件進行電路板制作焊接、系統(tǒng)調試和程序固化，最終每個設計小組獨立完成一項單片機控制任務。在設計項時盡量考慮實驗室可提供的實驗箱軟硬件資源，以方便仿真的結果在實驗箱上的實現(xiàn)。先用Proteus仿真再實物制作的實踐方式使得學生能夠借助PC機在虛擬環(huán)境下完成單片機開發(fā)中從電路設計、電路板制作到軟硬件調試及系統(tǒng)調試等必要過程，省去了傳統(tǒng)的單片機系統(tǒng)開發(fā)流程中需對硬件和軟件進行反復調試修改的繁瑣，不但大大提高單片機設計的效率，降低了設計費用，而且學生的學習興趣高漲，實驗能力和開發(fā)能力有了很大提尚[6]。

4結語

隨著計算機互聯(lián)網技術的不斷發(fā)展，高等教育的教學模式也在不斷地變革和創(chuàng)新，為了彌補單片機技術傳統(tǒng)教學方法的不足而引入Proteus仿真軟件輔助教學，增加了實驗的多樣性和可操作性，減少了實驗設備和硬件的消耗，節(jié)約了實驗成本，提高了實驗效率，明顯激發(fā)了學生學習單片機的興趣，有效提高了學習效果，對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有現(xiàn)實意義。

[參考文獻]

[1]竇新宇，宋鳳娟.Proteus軟件在單片機教學實踐中的應用[J].唐山學院學報，2013（1）：95-96.

[2]邱少噯.Proteus仿真軟件在單片機教學中的應用[J].電子制作，2014（2x）：120.

[3]張靖武，周靈彬.單片機系統(tǒng)的Proteus設計與仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[4]邵衛(wèi)，王勇，陶俊珍，等Proteus軟件在單片機教學改革中的應用[J].信息系統(tǒng)工程，2015（5）：152-153.

[5]姜穎.Proteus軟件在單片機教學中的應用[J].天津職業(yè)院校聯(lián)合學報，2010（3）：58-60.

[6]喬建華，李臨生，田啟川.Proteus在單片機教學中的應用分析[J].電氣電子教學學報，2008（3）：70-73.endprint