Protues仿真在單片機實踐教學中的應用

【摘要】本文分析了傳統單片機教學中存在的問題，提出將Proteus仿真軟件引入單片機實踐教學中。通過具體實例以CDIO工程教育理念為指導，按構思、設計、實現、運作四個環節組織教學，說明Proteus在單片機實踐教學中的應用。實踐證明采用Proteus軟件輔助單片機實踐教學，可充分調動學生學習的積極性，有助于培養學生的創新能力，能明顯提高教學效果。

【關鍵詞】單片機；Proteus仿真；CDIO

1.單片機實踐教學現狀分析

單片機是高職院校電類專業的一門非常重要的技術應用型課程，實踐教學在其教學過程中起著至關重要的作用。

目前，多數高職院校的單片機實踐教學是在試驗箱上完成的，這種教學安排存在諸多缺陷：第一，由于課時有限，難以滿足高職院校注重學生實操能力及技能培養的教學要求；第二，在單片機實驗箱這種半成品上完成實踐教學，學生只需要連接幾個關鍵器件，下載程序后就可以完成設計項目，很難掌握完整的硬件電路，甚至不清楚元器件如何選擇；第三，雖然有些院校為學生提供了設計性的實訓教學，但需要購買耗材，消耗大量經費。鑒于這種情況，我們在單片機教學中引入了Proteus仿真。

2.Proteus簡介

Proteus ISIS是英國Labcenter Electro-nics公司開發的EDA工具軟件，該軟件與Keil C軟件構建的單片機虛擬仿真實驗室，可以實現在微機上完成單片機應用系統從原理圖設計、PCB設計到軟件代碼調試、測試和驗證的整個開發過程，是一款極具實用價值的教學及研發平臺[1]。

3.Proteus輔助教學實施建議

教學過程建議采用CDIO工程教育模式。以產品研發到產品運行的生命周期為教學載體，按照構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）四個環節組織教學[2]。下面以秒表的設計、仿真、制作為例，來說明Protues在單片機實訓教學中的應用。

本項目將利用單片機和LED數碼管完成百以內秒表的設計、仿真與制作。計時時間顯示在兩位數碼管上，利用彈性按鍵實現對秒表的啟動、暫停、清零控制。

3.1 構思（Conceive）

教師講授與該項目相關的理論知識，為項目的設計與制作奠定理論基礎，學生查閱搜集與該項目相關的資料，分組確定設計方案。

3.2 設計（Design）

3.2.1 硬件設計

本項目的硬件電路主要包括：

（1）AT89C51單片機最小系統；

（2）顯示模塊。由兩個共陰極LED數碼管構成，采用靜態顯示方法。其中，十位的數碼管由P0口控制，外接10KΩ的上拉電阻，個位的數碼管由P2口控制；

（3）按鍵模塊。P3.2的彈性按鍵實現啟動/暫停/清零功能。

在Protues中繪制原理圖，并設置元件參數。電路連接如圖1所示。

3.3 實現（Implement）

通過Keil C51生成.hex文件。

在Keil uVision軟件環境下，對編寫好的程序進行編譯，編譯成功后生成*.hex文件。開Proteus仿真軟件，在畫好的原理圖中雙擊AT89C51，裝載剛才生成的*.hex文件開始運行，可以看到仿真后的結果，如圖1所示。

3.4 運作（Operate）

在Proteus仿真軟件中，可以根據原理圖進一步制作PCB板。為正確完成PCB設計，原理圖的每一個元件必須帶有封裝信息。畫封裝的時候，要注意元件封裝中的引腳標號要與電路原理圖中引腳標號一致。布線時先設置規則，再采用自動布線或手工布線，最后生成PCB圖。有條件的可以按設計圖選擇所需元件，制作硬件電路板，完成產品制作[3]。

4.總結

采用Proteus軟件輔助單片機實踐教學過程，操作靈活、節約了實驗教學成本，給學生更多的實際動手機會，充分調動學生學習的積極性，有助于培養學生的動手能力和創新能力。實踐教學表明這種教學方式能夠幫助學生更好地學習單片機技術，能明顯提高教學效果。

參考文獻

[1]楊鎮博，張加宏.Proteus軟件在單片機教學改革中的應用[J].科技信息，2013，5.

[2]彭芳，劉寶軍.CDIO教學理念下的單片機教學改革探討[J].課程教育研究，2013，10.

[3]李麗榮，張常全，鄭建紅.51單片機應用設計[M].北京：北京理工大學出版社，2012.

基金項目：河北省高等教育學會項目（項目編號：GJXH2013-177）“CDIO教育模式下高職院校電類專業仿真教學實踐及研究”。

作者簡介：王惠貞（1974—），女，河北石家莊人，研究生，工程師，講師，現供職于河北交通職業技術學院電氣與信息工程系，主要從事過程控制、智能控制等方面的教學與研究。