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淺述Proteus在單片機教學中的角色
摘要：單片機課程是應用電子技術類專業(yè)的重要課程，本文系統(tǒng)分析了傳統(tǒng)單片機課程教學中可能存在的問題，提出應用仿真軟件Proteus的解決方案。分析了Proteus在課程的課堂教學、課程設計和畢業(yè)設計中的應用特點，最后指出Proteus的仿真結果需應用于具體電路系統(tǒng)才能真正鍛煉學生的軟硬件綜合開發(fā)能力。
關鍵詞：單片機 仿真 教學
單片機課程是電子信息、自動化和機電等專業(yè)的一門專業(yè)必修課，成為電子信息類專業(yè)學生就業(yè)的一個主要專長。而單片機又是一門實踐性很強的課程，加強實踐教學環(huán)節(jié)，使學生充分掌握單片機應用系統(tǒng)設計的基本概念和方法，是提高教學質量和培養(yǎng)實用型人才的一個重要內容。
一、傳統(tǒng)教學中存在的問題
目前，涉及單片機方面的主要教學環(huán)節(jié)是單片機課堂教學、課內實驗、課程設計及畢業(yè)設計中的單片機應用系統(tǒng)設計。而在這幾個方面都不同程度存在一些問題。
在單片機課堂教學中，主要介紹的是單片機片內資源、程序設計及接口電路。學生在一開始接觸這些問題時，缺乏感性認識，對片內資源的應用、程序的執(zhí)行及接口的意義總是有些不明就里，甚至有些學生在學完課程后，還不知道中斷服務程序是什么時候開始執(zhí)行的，其原因之一是缺乏某種有效的演示方法。即使在多媒體教學廣泛應用的今天，光有幾幅幻燈片還不能解決這些問題。通常，在課內實驗和課程設計中，一般都是采用實驗箱或實驗臺完成。課內實驗主要是一些驗證性實驗，實驗過程主要是：連接導線一運行程序一觀察效果。學生按部就班做完實驗后，對實驗的具體硬件電路和程序編寫卻知之甚少。比如問及本實驗中包含哪些模塊或芯片，或某條語句的作用等，就無法回答了。一旦實驗出現(xiàn)問題，原因查找更為困難。如存在實驗箱和使用軟件的通訊問題;實驗箱本身的線路通斷、焊點虛實及芯片好壞等問題。由于實驗箱系統(tǒng)比較大，維護也很困難。因難以對損壞的設備維修，只能更換設備。
使用實驗箱的另一個問題就是，設計只能在現(xiàn)有系統(tǒng)上完成，使得很多設計結果有些牽強附會。學生也不能針對具體的功能要求進行設計。對于可以簡化的問題，也以為只能通過總線模式來完成，誤認為無論是怎樣的系統(tǒng)，都得設計成一個龐大的結構。對于學生的畢業(yè)設計，一般要求在原理結構的基礎上設計實物。這時原理圖的正確性就成為一個至關重要的問題。原理圖不正確，就會給以后的設計工作帶來很多問題，甚至做出的印制板不能用。另外，對于沒有實踐經(jīng)驗的學生來說，設計過程中容易造成器件和儀器儀表的損壞。故學生的課程設計和畢業(yè)設計需要購置的元器件數(shù)量增多，開支增大。
二、Proteus在單片機教學中的應用
2.1 Proteus在單片機教學中的意義
目前企業(yè)單位對單片機應用人才的需求量仍然很大，但對技術水平的要求也越來越高。面對傳統(tǒng)教學中存在的諸多問題，Proteus等仿真工具為我們的教學提供了一個很好的輔助手段。借助Proteus的對CPU和外圍電路強大的仿真能力以及豐富的資源庫，可以有效替代硬件仿真器進行先期的軟硬件調試。等到仿真結果基本理想時再進行實際的硬件調試。這樣的開發(fā)過程不僅高效，而且會盡可能地減少損失，這對于解決實驗室資源緊張的問題是一個很好的思路。
2.2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。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。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。還有如中斷如何產生，LED燈的位選和線選如何區(qū)別，串行通信如何實現(xiàn)等等教學中的重點和難點，都可以通過Proteus的演示讓學生掌握清楚。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。還有，Proteus也有助于理解指令含義。通過改變某段程序或指指令，觀察運行效果，從而理解語句含義。
2.3用Proteus改進單片機實驗教學
單片機課程的實踐性很強，實驗環(huán)節(jié)的教學應引起高度重視。而單片機課程的課內實驗學時有限，使用實驗僅停留在演示性及驗證性實驗的層次。為了解決這個問題，可以應用Proteus所提供的元器件模型和外設模型按照實驗內容來設計原理圖，再利用儀器儀表的輸入輸出效果對實驗結果進行檢測。這樣，學生一方面了解了單片機應用系統(tǒng)硬件電路結構，鍛煉了編程技術，也學習了儀器儀表的使用，提高了設計水平。
2.4用Proteus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之后，由學生在Proteus中設計硬件電路，編制程序并調試。等仿真成功之后，再購買元器件進行電路焊接、系統(tǒng)調試和程序固化，最終每組獨立完成一件作品。這種方法可以節(jié)省因方案不正確所造成硬件投入的浪費，并且在實驗過程中不會出現(xiàn)元器件的損耗問題。而使學生實驗能力和開發(fā)能力都得到較大提高。
Proteus仿真軟件在單片機教學中的應用，有利于促進課程和教學改革，提高學生的學習興趣和創(chuàng)新能力。利用Proteus提供的可靠的虛擬儀器和儀表，不但經(jīng)濟優(yōu)勢明顯，而且大大提高了教學效率，對學生實踐能力的培養(yǎng)具有現(xiàn)實意義。但必須指出，仿真不能完全代替實物，在實際應用中會遇到很多新的問題，我們不可能拋棄已有的教學模式和實驗手段而僅僅依靠虛擬的實驗環(huán)境。只有將Proteus的仿真結果應用于具體電路系統(tǒng)，才能真正鍛煉學生的軟硬件綜合開發(fā)能力。
參考文獻：
[1] 代啟化.基于Proteus的電路設計與仿真[J].北京：現(xiàn)代電子技術，2006(19).
[2] 林志琦等.基于Proteus的單片機可視化軟硬件仿真[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.
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