Proteus在單片機教學中的應用

郭莉莉 河南省新密市職教中心

Proteus在單片機教學中的應用

郭莉莉 河南省新密市職教中心

單片機原理與應用課程對許多專業來說是一門重要的專業課。目前，國內各高校以MCS-51單片機(簡稱51系列)為主要內容進行教學。近年來，隨著計算機技術的飛速發展，大量高性能、采用新技術的嵌入式系統CPU的面世，給傳統的單片機教學帶來沖擊，對微機教學方法的改進提出了新的課題。本文通過對單片機教學改革的思考，分析單片機實驗教學中存在的弊端，提出了一種新的實驗教學方法，為相關的教學研究工作提供了理論參考。

Proteus 單片機教學 實驗系統

1 引言

1970年微處理器研制成功之后，隨著就出現了單片機(即單片的微型計算機)。1971年美國的INTEL公司生產的4位單片機4004和1972年生產的雛形8位單片機8008，特別是1976年9月INTEL公司的MCS-48單片機問世以來，在短短的十幾年間，經歷了多次更新換代，其發展速度大約每兩、三年要更新一代，集成度增加一倍，功能翻一番。單片機發展速度之快、應用范圍之廣已達到了驚人的地步，它已滲透到生產和生活的各個領域，應用非常廣泛。

在許多院校的教學實踐中總會有人提出與“單片微機原理及應用”有關的課程既難教又難學，教學效果不太理想，其主要原因在于：傳統的“老師講、學生聽”的教學方法抑制了學生的學習積極性。針對“單片微機原理及應用”課程特點，尋求一種能較好地培養學生能力的教學方法是每一位任課教師迫切關注的問題。現在各學校的單片機實驗教學一般分為兩種：驗證性實驗教學和綜合設計性實驗教學。但是這兩種實驗教學方式中都存在了諸多缺陷。

各大電子生產廠家紛紛涉足學校的驗證性實驗教學領域，推出了先進、智能、完善的實驗設備，并配備了詳盡的使用說明書及實驗講義，這樣表面上實驗設備的先進與否體現了學校的實驗水平，但是對學生們來說，實驗設備越是智能，學生們動手和動腦的深度及廣度就越小，而且，實驗教學板有教學中硬件電路固定、學生不能更改、實驗內容固定等方面的局限性，對擴展學生的思路和提高學生的學習興趣方面收效甚微。傳統的實驗教學中，忽視了學生實驗能力的培養，對于實驗設計能力的培養，則很少涉及到。學生學習了理論，要想將其應用到實際的工程實踐中，其難度是比較大的。

因此，近年來學校中普遍提倡在實驗教學中加入綜合性設計實驗，讓學生們通過來選定自己感興趣的題目，查找大量的文獻資料，再對多種方案進行比較及篩選，選擇一到兩種較為完善的設計方案，進行硬件電路的搭建和軟件的設計，通過觀察和分析，完成整體電路的設計。這種方法確實能夠擴展學生的思路和提高學生的動手能力、實驗設計能力及學習興趣，也取得了一定的成績。但是這種設計性實驗也存在著許多弊端，有的題目由于種種原因，根本無法實現。

2 Proteus簡介

Proteus軟件是由英國Lab Center Electronics公司開發的EDA工具軟件。Proteus軟件已有近20年的歷史，在全球已得到廣泛使用。Proteus軟件集成了高級原理布圖、混合模式SPICE電路仿真、PCB設計以及自動布線來實現一個完整的電子設計系統。如圖1所示，Proteus是一個完整的嵌入式系統軟、硬件平臺：ISIS為功能強大的原理布線工具；ARES PCB設計為一個完整的PCB設計系統。

3 設計理念

本文以PROTEUS為平臺，設計一套單片機學習系統以達到時代對單片機教學的要求。構造出的全新課題式教學內容體系，把所要教授的各項理論知識和實踐技能按由淺入深、夠用、現學現用的原則，并結合本文所開發的開放式單片微機綜合實驗系統，將教學內容分解到一個個具有明確應用目標的實驗課題中，通過讓學生在規定時間內依次完成這些課題來達到教學目的。同時，在課題的設計和順序安排上必須注意循序漸進，各部分內容緊密相依，前面的課題應為后面的課題打基礎，后面的課題在不斷注入新內容和新概念的同時，也應對前面課題提到的知識點進行適當的重復這就是本文進行上述實驗系統設計的目的。

①實用性。虛擬板必須實現普通51板的實驗；

②開放性。發揮Proteus開放自主的設計優勢，在模塊設計上不僅能滿足基礎實驗的要求，而且能夠在各個模塊基礎上進行開放性的實驗；

③客觀性。不電路設計的客觀性，能因為Proteus設計的工程不會有任何元器件的損壞而不顧及到保證每個元器件都能在額定狀態下工作；

④趣味性。合理的布局和精心設計的實驗項目將給學生耳目一新的感覺；

⑤拓展性。實驗系統需具有良好的進行拓展型實驗的功能。

由于Proteus強大的交互可視功能，本系統的實驗相對于一般的實物板功能更強大，實驗項目更復雜，實驗項目更豐富，且更容易進行開放性實驗。該系統主要包括LED模塊、鍵盤模塊、蜂鳴器模塊、LCD模塊、數碼管模塊、串口模塊、ADD模塊。整個實驗系統將單片機的I/O口控制、計時、中斷、串口通信、外部器件擴展等基礎實驗項目綜合起來，設計的實驗項目將原本的基礎實驗互相融合，實驗難度有所增加。

[1]廖平.單片微機實驗教學的改革[J].實驗室研究與探索,2004.7:36(3)

[2]屈莉莉,李先祥,何乃淇,楊兆華.單片機課程實踐性教學環節的建設與改革[J].中山大學學報論叢,2004(3)

[3]周航慈.單片機應用程序設計技術[M].北京:北京航空航天大學出版社,1991