PROTEUS仿真技術在單片機教學中的應用

郭文慧

【摘要】在單片機教學中引入Proteus仿真技術，不僅提高了課堂效率，還鍛煉了學生的動手操作能力。筆者根據多年的單片機教學經驗，對單片機教學中存在的問題進行了簡單分析，同時重點論述了Proteus軟件的特點及在單片機教學中的應用。

【關鍵詞】單片機；Proteus軟件；教學：

【中圖分類號】G424，1 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）04-0328-01

引言

隨著信息技術的全面發(fā)展，單片機的應用領域愈加廣泛，目前主要應用于數據采集、通信系統(tǒng)、工業(yè)自動化、家用電器設備等方面，同時它也在教學工作中得到越來越廣泛的關注。為了滿足學生就業(yè)與社會發(fā)展需求，全國各高校已經將“單片機的原理及應用”這門課程引入到信息類教學當中，并且作為了學生的必修科目。

為了提高單片機的教學效果，提高學生的創(chuàng)新能力，可在單片機教學中引入Proteus仿真軟件和Keil軟件，有效的實現(xiàn)軟件與硬件的結合。可以利用Keil軟件調試單片機程序，又可以利用Proteus仿真軟件模擬單片機的工作情況，將單片機程序加載到仿真軟件中，再現(xiàn)單片機工作狀態(tài)。這樣既可以利用現(xiàn)有計算機設備，使學校有效資源得到充分利用，又可以為學生提供實踐平臺。本文通過設置實驗平臺的方法，分析了Proteus仿真軟件在單片機教學中的應用。

1、單片機教學中存在的問題

單片機是一科基于理論知識、注重動手操作的課程。根據它自身的特點，我們可以將單片機的教學簡單分為理論教學和實驗教學兩部分。下面針對單片機在理論與實驗教學工作的不足進行簡單介紹：

1.1 單片機在理論教學中的不足

單片機涵蓋的知識面、涉及的領域范圍比較廣，對學生而言，學習起來比較難，難于接受，因此在單片機教學中需要直觀的、全方位的把教學內容展示給學生。傳統(tǒng)的單片機教學方法，都是按照課本目錄，從單片機結構的學習出發(fā)，按部就班的介紹它的工作原理、指令系統(tǒng)、應用端口擴展等，對單片機應用實例介紹的比較少，把軟件學習與硬件學習分開討論，增加了學生的學習難度。在單片機的理論教學過程中我們要轉換教學模式，將單片機的各功能器件緊密結合，形成一個完整的應用系統(tǒng)，使學生便于理解，讓學生學會事物之間的聯(lián)系發(fā)展。培養(yǎng)學生學習興趣，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，注重實踐，實現(xiàn)軟件與硬件相結合的教學方法，提高教學質量，讓學生在構建單片機的應用系統(tǒng)時更全面化、更系統(tǒng)化。

1.2 單片機在實驗教學中的不足

現(xiàn)在大部分的高校均是利用實驗箱對單片機課程進行實驗教學。這種方法雖然方便，但也存在很多不足。單片機實驗箱屬于成品器材，它的內部電路已經連接好，學生只能利用實驗箱盲目的照搬教師講課時的演示內容，對實驗箱硬件電路連接的認識只能處于表面層次，很難真正參與其中，發(fā)揮自身能力的空間較小；學校實驗室的資源有限，它不可能擁有所有種類的單片機，制約了實驗課程的進行。由于單片機的發(fā)展比較迅速，所以我們在教學工作中要不斷引入新設備，這需要高要求的實驗環(huán)境和大量的經費支持；一般情況下，理論教學的課時要求明顯多于實驗教學，實驗教學只是輔助理論教學，沒有從根本沒有意識到實驗教學的重要性。單片機課程需要大量的實驗課程來鞏固課堂知識，我們應該給學生創(chuàng)造良好的實驗條件。

2、Proteus軟件簡介

針對上述情況，我們將Proteus軟件引入到單片機課程的學習中，在Proteus軟件的運行環(huán)境下，我們只需要一臺計算機就可以完成單片機的系統(tǒng)設計，可以實現(xiàn)學生親身實踐，全面的參與單片機課程的理論學習與實驗操作，提升了教學質量。

3、Proteus仿真軟件在單片機教學中的應用

Proteus軟件是目前最先進、最全面的嵌入式系統(tǒng)設計平臺。同時，可以將Proteus與Keil軟件結合使用，構建出虛擬的單片機模擬實驗室，只需要通過一臺計算機，就可以實現(xiàn)設計電路、原理圖仿真及程序的調試和運行等過程。由于軟件的靈活性和適應性，使得仿真內容包含了單片機課程的所有知識點，為實踐性教學內容的設計帶來很大靈活性。

在實驗教學過程中，學生可以通過Proteus軟件本身所具有的單片機器件模型和規(guī)格參數來自行設計硬件電路圖。首先，選出實驗所需單片機類型，再根據單片機設置外圍電路，如，電源處高低電平的設置、各端口的布線設置等等；再通過Keil軟件編寫程序（如圖1所示），對單片機的運行過程進行程序模擬，調試程序，及時改正程序中的錯誤；最后將調試的程序添加到單片機原理圖中，在Proteus軟件中運行，最終得到實驗仿真結果。這樣的教學方法讓學生了解了單片機的工作原理，使學生的編程能力得到提高，為他們開闊了更大的學習空間。

將Proteus軟件引入單片機的課堂，通過原理圖的設置，可以讓學生明了的理解單片機的原理和單片機學習中的難點、重點內容。例如，在講述單片機的功能結構時，我們以AT89C51系列的單片機為例，對它的內部結構、時鐘震蕩電路、復位電路等各功能模塊詳細論述；將Proteus軟件引入單片機的課堂，可以為學生展示更多實例過程，可以讓學生更生動、更形象的了解單片機技術的應用。如，對汽車照明燈的設計我們可以通過Proteus軟件仿真實現(xiàn)。在設計過程中我們首先要了解汽車燈的轉向問題，然后通過設計和編寫程序代碼，運行程序。根據汽車轉向燈的原理，設計硬件原理圖，運行結果即，當撥動相應的開關后，其對應的汽車信號指示燈狀態(tài)將發(fā)生變化，閃爍或長亮，直到下一個動作為止，剛開始時信號燈的動作與實際的操作不匹配，經過小組成員的協(xié)同努力，最終在運行程序后能得到與要求相匹配的結果。通過軟件與硬件相結合的方法構成一個完整的系統(tǒng)。利用條件轉移指令判斷開關狀態(tài)，根據開關的狀態(tài)決定是繼續(xù)轉移還是繼續(xù)向下執(zhí)行。如，圖2的仿真結果是單片機通電時，因為單片機只通電不工作時各引腳為高電平，由下圖的引腳狀態(tài)可知。P3口輸出為高電平，另外一端接地，因此二極管發(fā)光。

采用Proteus軟件進行單片機的實驗教學，具有明顯的優(yōu)勢。Proteus軟件包含的資源豐富，并且可以與外圍應用軟件很好的連接；要求的硬件投入較少，具有明顯的經濟優(yōu)勢；在實驗研究的學習過程中，學習可以對實驗進行自行設計，實驗內容貼近工程實踐，提高解決實際問題的能力。

結論：實踐證明，將Proteus仿真軟件引入到教學體系中，既可充分利用學校現(xiàn)有的資源設備，節(jié)省經濟開支，減少實驗設備的維護；又實現(xiàn)了教學內容的形象化、具體化，實現(xiàn)了單片機教學工作中的軟硬件的結合。同時，Proteus仿真軟件的引入，不僅改變了學生對單片機課程的學習態(tài)度，激發(fā)了學生的學習興趣，提高了學生的自主學習能力，還提高了課堂效率，改善了教學質量，同時鍛煉了學生的動手能力，為學生學習水平的提升打下了堅實的基礎。