仿真實驗在單片機教學中的應用

單片機課程是機電、自動化等專業的一門重要課程， 可以充分體現學生利用已學知識解決實際工程問題的能力。在實際教學中，受資源限制，學生動手實踐的機會有限。解決此問題的有效辦法是利用計算機軟件的仿真技術，搭建虛擬實驗平臺。

一、Lab VIEW仿真軟件簡介

Lab VIEW是一個業界領先的工業標準軟件工具，是由美國國家儀器（NI）公司研制開發，用于開發測試、測量和控制系統。Lab VIEW軟件提供了強大的科學運算、靈活的程序設計流程、高質量的圖形可視化與界面設計、便捷的與其他程序和語言接口的功能，所有Lab VIEW在仿真通訊實驗備受教師關注。但是其軟件本身提供的信號發生函數比較固定，在控制領域中不宜適用，而現實中實現數據采集往往很多是利用美國NI公司提供的專用數據采集卡，其價格昂貴，不便于普通技校教學實驗的推廣。

二、仿真實驗的優缺點

由于學生在學習單片機課程時，通常需要完成多個實驗，它們在單片機的教學中起到非常重要的承上啟下作用。這些實驗原理性強，比較復雜，學生難以理解，教學效果往往不理想。針對以上出現的問題，我們考慮如果能提供一個軟件仿真平臺，把所做實驗的理論模型和構成這些模型的硬件電路清晰地展現在學生眼前，可以任意調節參數、改變電路，觀察參數對模型的影響。利用仿真技術在單片機實驗教學中的應用，由以下幾個優點:

一是克服了學生預習實驗一般只根據實驗指導書預習，感性認識不深， 效果較差。

二是克服了教師課內講解，板書加上現場演示，學生對實驗內容認識較深，學習效果較好。

三是克服了教學形式單一，內容固定，難以提高學生的學習積極性和主動性。

四是避免在實驗的硬件電路較復雜，學生初次做實驗時由于盲目的操作，造成硬件電路及元器件的損壞。

五是降低實驗室實驗經費。

利用仿真工具采用直觀的圖形、圖像、動畫等幫助學生理解那些抽象的理論。但計算機仿真實驗也有其缺點，計算機仿真實驗并不能代替學生做真實的實驗。一味地依賴計算機仿真實驗，而不在實驗臺上實現電路，那么培養的學生只會在軟件中看懂電路，識別元器件，大大降低實際動手能力和維修能力。

三、測控系統設計實驗

目前許多普通技師學院由于經費或者其他的原因，單片機技術和測控系統等這些課程的實驗環節都被壓縮了，很多學生做實驗都用現成的實驗器材，加上很多人只是追求表面上的成功，不會多花心思去思考實驗的原理和改進等方面的問題。這些都限制了現在學生的動手能力和創新能力的發展。鑒于Lab VIEW對虛擬串口的支持，這使得單片機測控實驗有了很好的仿真條件。下面通過測控系統的一個具體實例來說明仿真實驗在單片機教學中的應用。

1.需求分析和硬件設計

現有一臺信號發生器正常工作時，它的電壓值在一定范圍內變化，要求設計一測控系統來記錄信號的實時曲線并對信號進行分析。首先，我們需要設計一個測控系統，根據以上的要求我們可以利用單片機應用技術方面的知識設計一簡單的測控電路。

采用虛擬串口芯片MAX2將PC機和該測控系統連接起來。PC機接收到系統傳來的信號，使用Lab VIEW在PC機上直接對數據進行分析和處理。

2.單片機軟件設計

系統軟件由主程序和若干子程序構成，有A/D轉換子程序、中斷定時子程序組成。

系統開機后，首先執行主程序，完成系統初始化工作，然后調用A/D轉換子程序，調用中斷定時子程序，等待中斷時間結束單片機將數據傳輸到PC機上，然后循環執行。

3.Lab VIEW程序設計

在設計中，Lab VIEW作為上位機數據處理系統，完成對單片機采集的數據信號進行一系列的變換處理。首先，Lab VIEW創建串口對象并初始化，然后向單片機命令并接收處理單片機發回的相應數據。

Lab VIEW的GUI在科研實踐和工程實踐中有著廣泛的應用，尤其是在圖形處理技術、人工智能等方面。采用GUI可以設計出一套友好的界面實現對系統的控制和數據等方面的處理。

單片機實驗教學采用Lab VIEW仿真軟件相結合的方式，克服了用昂貴的數據采集卡實驗教學中硬件電路固定、硬件投入少、學生不能更改等方面的局限性，可以使學生充分的學以致用，理論與實踐統一的效果，更進一步激發了他們對學習的興趣。

（作者單位：鎮江技師學院）