單片機的實驗教學改革

摘要：在單片機教學過程中，應用現成的實驗箱，雖然可靠性高，但是學生無法進行設計性實驗。完全進行硬件搭建實驗平臺，成本太高。綜合考慮，本文提出采用Proteus虛擬實驗平臺，不但豐富了實踐性教學的手段，又培養了學生的創新能力。

關鍵詞：單片機；Proteus虛擬實驗平臺；實驗教學

單片機技術是現代電子工程領域一門迅速發展的技術，應用于各種嵌入式系統中，單片機技術的發展和推廣極大地推動了電子工業的發展。單片機技術是電子、電氣、機電一體化等專業的主干課程，具有很強的技術性和實踐性。實踐教學平臺在單片機實驗教學中占有十分重要的位置，是單片機實驗教學的基礎[1]。

傳統的實驗對硬件的要求很高，為節省硬件實驗的投入成本，我院在2009年使用現成的單片機實驗箱進行單片機實驗，這種教學實驗平臺主要是以驗證性實驗為主，實驗裝置上各器件的固定搭配限制了學生的思維，使學生們無法進行設計性實驗。為節省成本和克服實驗箱的不足，從2010年開始，我院采用Proteus單片機仿真軟件來進行單片機實驗教學。采用Proteus仿真軟件進行虛擬單片機的實驗有比較明顯的優勢，如涉及的實驗內容全面、硬件投入少、學生可自行實驗、實驗過程中損耗小、與工程實踐最為接近等特點。虛擬實驗豐富了實踐性教學的手段，有利于現代實驗教學觀念的更新。

一、采用Proteus虛擬實驗平臺的優點

1. Proteus軟件的系統資源豐富：提供可仿真數字和模擬、交流和直流等數千種元器件和多達30多個元件庫；該軟件提供多種現在存在的虛擬儀器儀表，如示波器、邏輯筆、邏輯分析儀、SPI調試器等；支持單片機匯編源碼級和C源碼級仿真與調試；無需硬件電路就可對單片機電路進行軟硬件的開發與調試；支持單片機類型非常多，8051、ACR、PIC10/12、PIC18、HC11、ARM7[2]。

2. 實驗室運行成本降低：傳統的實驗，為保證教學的需要，必然要投入各種實驗設備，如示波器、信號發生器、邏輯分析儀等，這必然要投入資金。在實驗過程中，也會因為學生操作不當造成儀器儀表的損壞。采用Proteus軟件仿真進行實驗，基本沒有元器件的損耗問題，在實驗的過程中是比較安全的。

3. 培養學生的創新性：Proteus軟件支持單片機及其外圍設備仿真，學生可以計算機上自行設計所需的實驗，畫原理圖、編寫源代碼、反復調試、觀察結果，直到達到滿意的結果。這極大地調動了學生實踐動手的興趣，提高了學生學習的主動性和積極性。

二、Proteus的仿真應用實例

下面以基于單片機的電子計算器設計為例，闡述利用Proteus軟件進行設計及仿真的過程。

1. 使用Keil 軟件編寫應用程序

進入Keil μVision2開發集成環境，新建文件，輸入可實現計算器計算功能的源程序。輸入源程序后，保存文件，文件名加后綴.asm。他建一個新項目，為該項目選合適的單片機，并將寫有源程序的文件加入到項目中去。

2. Keil軟件設置

單擊Project菜單中的Options for Target選項，彈出窗口，點擊Debug按鈕，選擇窗口右邊的Use，如圖1所示。

在后面的下拉菜單中選擇Proteus VSM Monitor-51 Driver，再點擊Setting按鈕，這里我們在同一臺電腦上進行仿真，所以在Host后面添上“127.0.0.1”，設置完畢。最后將工程編譯，進入調試狀態，并運行。

3.繪制仿真電路圖

啟動Proteus ISIS在主窗口界面點擊窗口左側的元器件選擇區的P按鈕，會彈出Pick Devices窗口，輸入關鍵字80C51，在結果欄里會出現多種類型的CPU器件，找到80C51后雙擊，80C51就被添加到當前窗口左側的元器件列表區。再用同樣的方法，依次把74LS00、74LS373、6264、7407、KEYPAD-SMALLCALC、LM020L添加到器件列表區里。然后再依次點擊列表區里的器件，把它們放到繪圖區并編輯其屬性，接著進行合理的布局后，就可以進行連線。繪制出電路原理圖如圖2所示。

4.系統仿真

在Proteus ISIS中，點擊菜單Debug選項，選中“use romote debug monitor”。選中單片機80C51，出現對話框，在Program File中填入編譯好的仿真文件（.HEX），然后點擊“OK”，在ISIS窗口左下方有4個模擬調試控制按鈕：運行、步進、暫停和停止按鈕，點擊運行按鈕，即可仿真。

三、改革后的教學效果

在2010、2011兩年的單片機教學中，我校采用Proteus虛擬實驗平臺來搭建電路。學生在上Proteus實驗課時，可以利用所學知識編寫程序，上機運行程序，并在虛擬實驗平臺上看到仿真效果。我們發現學生可以利用此平臺跟蹤、調試并觀察實驗的效果，可以自主地進行實驗方案設計，進行電路分析和設計，增強了學生自主學習的能動性。

四、結論

基于Proteus的單片機仿真實驗方式，從培養學生運用基礎理論知識和提高實際操作能力出發，在物理原型出來之前，Proteus仿真軟件可實現設計的開發和測試，這在單片機實驗教學中發揮著重要的作用。這種新的實驗方式是單片機實驗教學的一種很好的輔助手段，并且為學生進行綜合性、創新性實驗提供了一個很好的平臺，在全面提高教學質量、培養學生思維能力、創新能力和動手能力等方面發揮著重要的作用。■

參考文獻

[1] 陳龍，張亞君. Proteus仿真軟件在單片機實驗教學中的應用[J].實驗技術與管理，2009，26（8）：73-75.

[2] 馮剛.單片機實驗教學平臺的改革[J].計算機教育，2010，25(2)：144-146.

作者簡介：

王麗（1982－），女，漢族，黑龍江省富錦市人，宿遷澤達職業技術學院機電信息系，碩士，助理講師，研究方向傳感器解調。