虛擬仿真技術在高職單片機課程教學中的應用與實踐

周克輝

（湖南財經工業職業技術學院，湖南衡陽，421002）

1 高職單片機教學中存在的問題分析

1.1 學生實踐動手能力有待提升

在高職傳統的單片機課程教學中，實驗箱是輔助教學以及完成實驗課程的基礎。受到這種傳統教學模式的影響，學生的動手實踐能力以及實踐經驗往往是來源于現有實驗設備的。學生在進行這一部分的學習時僅僅是機械的完成孔線連接。在這種教學模式下，學生的創造性思維得到了扼殺，學習單品機課程的學習興趣完全喪失。這樣的教學模式下學生的實踐動手能力并沒有得到有效的鍛煉，實踐動手能力有待提升。

1.2 教學過程中軟、硬件結合內容缺失

高職單片機教學目標是：讓學生具備一定的單片機內部結構和軟件編程基礎，并逐漸培養結合單片機最小系統和外部硬件的能力。教師在教學過程中通常是按照教材編寫的順序啦進行理論和實踐課程教學的。但是作為一門實踐應用范圍較為廣泛的應用型課程，這樣的教材編寫架構是很難讓學生的實踐應用能力得到有效提升的。軟件和硬件之間相互獨立的教學導致了整個教學過程過后，學生很難構建完善的單片機知識系統。

1.3 學生整體設計、協調能力有待提升

現階段高職院校的單片機課程教學中軟件和硬件分離教學的方式導致了學生很難從單片機系統的角度來理解和掌握單片機軟件和硬件相互結合的技術，同時教學中具體的工程實踐設計的缺失直接導致了學生整體設計和協調能力的喪失。目前很多高職院校在實驗投入方面非常有限，很難進行大型綜合性實驗操作，使得學生不能夠從實驗中理解和掌握單片機的相關系統概念等。長此以往，學生很難從工程角度出發來進行試驗，整體設計以及協調能力嚴重缺失。

2 虛擬仿真技術簡介

2.1 虛擬仿真技術構成

虛擬仿真技術也被稱為模擬技術或者是虛擬現實技術，具體是指利用該技術實現一個虛擬系統的構建，并通過這個虛擬系統來完成對另一個真實系統進行模仿的技術。Proteus軟件作為一款電路分析模擬軟件，被廣泛的應用于高職單片機系統的模擬仿真教學中，并取得了一定的教學效果。Keil軟件作為一種實現了C語言、匯編、混合編程的單片機系統開發軟件，其應用范圍也非常廣泛。

在虛擬仿真技術應用于單片機課程中可以利用Proteus軟件來模擬單片機工作系統從而建立單片機虛擬系統，并利用Keil軟件對該模擬系統的單片機程序進行調試，將程序運行結果顯示于Proteus軟件環境中。通過Proteus軟件以及Keil軟件之間的有機結合能夠模擬出“單片機系統+仿真器+開發軟件”這種和單片機實際系統運行效果類似的模擬系統，進而取得良好的教學效果。

2.2 虛擬仿真技術特點

Proteus軟件的開發者是英國的Labcenter公司。作為世界上非常著名的EDA工具，Proteus軟件實現了從原理圖分布、代碼調試到單片機與外圍電路協同的仿真，在轉換到PCB設計中實現了一鍵切換，真正意義上實現了從概念到產品的完整設計。到今天為止，由Proteus軟件和Keil軟件共同構成的單片機虛擬仿真系統集合了電路仿真軟件、PCB設計軟件以及虛擬模式仿真軟件三合一的設計，為單片機教學創造了良好的教學平臺，有利于學生更好的完成課程學習。

2.3 虛擬仿真技術在高職單片機課程教學中應用意義

首先，通過將虛擬仿真技術應用于高職單片機課程教學能夠幫助課程實現既定的教學目標。通過理論知識講解和反正演示驗證相結合教學方式能夠將抽象的單片機工作原理生動的展現在學生面前，并抽象為具體，使學生更加容易達成教學目標。不僅如此，學生能夠通過該技術應用來按照自己的思路完成任意單片機系統的設計，從而有效提升學生的實踐能力。學習過程中，學生學習興趣得到了有效激發，培養和提升了學生的實踐應用能力。

其次，實現了單片機教學方法的豐富。將虛擬仿真技術應用于高職單片機課程教學中極大的豐富和該課程教學方法，促進了教學效果的顯著提升。將虛擬仿真技術應用于高職單片機課程教學中能夠充分的展現現代教育理念，實現了高職單片機教學中硬件資源缺失的困境，實現了實踐內容設定依賴于硬件實驗板的矛盾，改變了傳統的教學模式，有效的提升了學生的綜合應用能力，并有效激發了學生的創新意識。

3 虛擬仿真技術在高職單片機課程教學中的應用與實踐

3.1 以Proteus軟件與Keil軟件為應用基礎的聯合仿真步驟

準備階段：要將虛擬仿真技術應用于高職單片機課程教學中首先要將Proteus與Keil軟件聯系起來。

步驟一：以Keil軟件應用環境為基礎實現Proteus VSM軟件驅動程序的安裝。

步驟二：在Proteus軟件開發環境中，建立項目文件，并繪制單片機系統電路圖。

步驟三：在Proteus開發環境中，通過Debug菜單項選擇“Use Remote Debug Monitor”。

步驟四：建立項目文件要在Keil軟件開發環境中完成，按照仿真內容完成單片機程序代碼的編寫。

步驟五：設置Keil開發環境下的項目文件的“Target”選項，選擇“Debug”方式為“Proteus VSM Simulator”。

步驟六：項目文件的編譯要在Keil開發環境下完成，并運行單片機程序。然后通過Proteus軟件環境來實現對運行結果的觀測，假如結果有錯誤可以通過返回Keil環境中的操作來完成單片機程序的修改，直到運行結果正確為止。

3.2 虛擬仿真技術應用實例分析

以單片機AT89C51控制4位7段數碼管的動態掃描顯示為例，介紹了虛擬仿真技術在單片機教學中的具體應用過程。

Proteus軟件環境下完成對硬件電路的設計。在Proteus軟件環境下要以數碼管動態掃描所顯示的原理和要求當作依據來完成設計，單片機的P3實現對4位7段數碼管的段選信號控制，單片機的P1.4～P1.7來控制位選信號，位選信號實現對PNP型三極管的導通與截止的控制，來實現對功能灌電流的停止或供應，也就是實現選擇數碼是否點亮。

在Keil軟件環境下的軟件編程與調試。軟件編程實現4位數碼管的動態掃描顯示功能，在Keil項目文件中能夠新建ASM文件或C文件，在文件中編寫相應的語言程序代碼。給出該實例的程序流程，顯示內容為25.78。

待軟件內容編寫完成后，要將之前的步驟作為依據來實現對整個系統內軟件和硬件的仿真操作，數碼管能夠將仿真運算結果真實的反映出來。隨著逐漸增加延時時間，數碼管從閃爍顯示到按位輪流顯示，通過這樣的方式幫助學生完成對這一知識點的掌握。

4 結論

現階段高職單片機教學課程存在著學生動手能力較差，軟件和硬件相互結合有待提升以及學生試驗能力較差等問題，嚴重的影響了高職單片機教學效果的提升。隨著科技的進步，虛擬仿真技術得到了快速的發展，將虛擬仿真技術應用于高職單片機課程教學中能夠在為學生提供良好學習平臺的同時來有效的幫助學生提供動手能力，是現代高職單片機教學中重要的輔助教學工具。