基于Ｐｒｏｔｅｕｓ軟件平臺的單片機教學探索和實踐

【摘 要】本文針對當前高校單片機教學存在的問題，提出通過Proteus軟件構建單片機教學平臺，激發學生學習單片機的興趣，提高教學效果和培養學生的軟硬件綜合設計能力。

【關鍵詞】嵌入式系統 單片機 Proteus軟件 教學改革

在嵌入式系統中，雖然硬件以32位ARM核的微處理器為核心，軟件采用實時多任務操作系統的嵌入式系統已經出現，并迅猛發展成為嵌入式系統的熱點，但是目前社會對單片機應用系統的開發人才需求比較大，單片機仍然占有重要的地位。絕大多數高校的計算機、電子信息、自動控制、通信工程等專業都開設有單片機課程，并沒有被32位微處理器的嵌入式系統所取代，這種局面會存在很長的時間。單片機仍然是相關專業重要的專業基礎課。

從高校單片機的教學情況看，學生普遍反映單片機硬件基礎部分抽象概念多，入門難，軟件部分指令不易記，匯編程序的編程難，軟硬件結合的接口技術部分則更難，而且整個課程的學習還要結合電子技術、計算機應用課程，綜合性和工程實踐性很強。學習的難度大，教學效果不佳，主要體現在：在教學安排上有理論教學和實驗教學，該講的理論講了，該做的實驗也按照實驗教程要求都做了。表面上好像理論教學和實驗教學緊密結合了，理論聯系實際，本質上理論教學和實驗教學還是脫節的，突出表現在只能做驗證性實驗，而綜合性實驗特別是創造性實驗就無從下手，缺乏實驗設計能力。為此，針對上述一些問題，本文通過Proteus

構建單片機平臺，為提高教學效果和培養學生綜合設計能力做一些探討與研究。

一、Proteus在單片機教學的應用

Proteus是英國Labcenter公司開發的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，突出特點是：能實時動態地仿真單片機及其外圍電路構成的應用系統；支持主流單片機ARM7、51系列、AVR系列、PIC PIC10/12/16/18系列、HC11系列；提供各種如示波器、邏輯分析儀、信號發生器等虛擬儀器。該軟件功能強大，為改革和創新單片機理論教學及實驗提供了一個良好的平臺。

1.理論教學輔助手段

傳統的課堂理論教學都是按照教材的順序，先講單片機硬件基礎知識，再講指令系統和匯編語言程序的編制，最后講接口技術和一個單片機應用實例。學生只有在課程學習的最后才接觸到單片機的實際應用系統，對于剛剛開始學習單片機的學生來講，就會感到學習內容枯燥乏味，學習的興趣不高，教學效果肯定不佳。由于Proteus能對單片機及其外圍電路進行實時動態仿真，在單片機課堂教學中采用多媒體和Proteus 軟件相結合方式，可以使傳統的枯燥教學變得直觀、生動。

現結合8051單片機驅動液晶顯示器LCD實例，說明利用Proteus仿真單片機及外圍電路。打開Proteus的開發環境，根據控制系統要求從Proteus元件庫調出8051、LM032L和74LS373等相應的元件，按硬件電路要求連線繪制好原理圖。程序下載到單片機非常簡便。8051 為應用系統的核心器件，右鍵選中8051， 左鍵進入屬性設置窗口，就可以把針對系統功能編好的源程序編譯成相應的目標代碼*Hex，在Program File 中加入編譯生成的目標文件，同時設置好工作頻率，點擊“運行”按鈕就可以看到運行狀態，可以進行單步、斷點和連續運行等多種調試方式。運用調試仿真達到了控制程序代碼與被控對象運行過程的協同仿真，使抽象的程序容易理解，如圖1所示。

程序的運行狀態在原理圖中相關期間實時顯示出來，模擬了實際電路的運行狀況。由此可見，Proteus 不僅可將許多單片機實例功能形象化，也可將許多單片機實例運行過程直觀化。前者可在相當程度上得到實物演示實驗的效果，后者則可獲得實物演示實驗難以達到的效果。因此，在進行單片機理論教學中，運用Proteus軟件構建教學平臺，并結合案例教學，使學生更容易理解單片機的硬件系統，抽象的程序具體化，易激發學生學習單片機的興趣。

2.構建實驗教學的虛擬平臺

目前，絕大多數高校的單片機實驗室都是以單片機實驗箱或開發板和計算機為實驗器材，配置相應的儀器儀表，如示波器、萬用表等構成的。單片機應用系統的硬件和軟件是緊密連在一起的，開發一個應用系統，不僅涉及到軟件的開發，而且要設計硬件系統。傳統的單片機實驗是在實驗箱進行的，而實驗箱是成品，硬件電路固定，不能修改其電路，學生很難參與到其中的硬件設計，因此，學生的硬件設計能力就得不到訓練和提高。基于Proteus軟件平臺的實驗不僅要求學生編寫程序，而且要設計硬件電路才能仿真，就很好的解決硬件設計能力得不到訓練這個問題。訓練了學生的軟硬件綜合能力。

培養和提高學生的設計能力、團結協作能力和創新能力是工科專業教學需要解決的突出問題，因此，為學生提供自行設計和創新性設計平臺尤為重要。單片機實驗箱硬件電路固定，元器件有限，只能做常規的實驗，一些比較大的綜合實驗和工程設計實驗由于資金、時間場地等原因是無法實現的。Proteus軟件平臺的元件庫提供了大量的虛擬元器件和儀器儀表，這樣學生可以自行設計項目和激發他們的創造性。對于比較復雜的單片機應用系統，不是一個學生能獨立完成的，可以組建一個開發小組，由他們協作完成，這對培養學生的團隊意識和團隊精神是非常有益的，為學生畢業后從事工程項目開發奠定了一個堅實的基礎。

二、結束語

Proteus仿真軟件功能強大，形象直觀并且全面。因此，以Proteus軟件構建的單片機教學平臺，為更新教學觀念、促進教學改革和豐富教學手段提供了新的思路，學生們可以通過強大的Proteus平臺，直觀、深入了解技術細節，做到理論與實際的結合，做到知其能還知其所以能，比較好地解決了單片機理論教學和實驗教學存在的問題。但是，純粹的仿真軟件平臺代替不了現實的客觀環境，這對實際系統的認識與掌握還是不夠的，最終還必須結合真正的硬件系統。這樣，才能真正培養出一個出色的社會需要的應用型人才。因此，提倡從“虛”到“實”，“虛”“實”結合的教學方法，開辟單片機教學新模式。

參考文獻：

[1]李巖，王小玉，孫永春.嵌入式系統教學研究[J].電氣電子教學學報，2006，28(3).

[2]彭勇.單片機課程教學改革的實踐與探討[J].重慶社會工作職業學院學報，2006，6(1).

[3]Proteus幫助文檔.

(作者單位：湖南懷化學院）