淺談虛擬教學(xué)系統(tǒng)在《單片機(jī)原理與應(yīng)用》教學(xué)中的運(yùn)用

韓鑫磊

摘 要 虛擬教學(xué)系統(tǒng)是建立在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)上的新型教學(xué)模式，通過采用這種教學(xué)技術(shù)手段能營造出一個(gè)仿真的學(xué)習(xí)環(huán)境，使人體驗(yàn)到身臨其境的感覺，刺激學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，提高學(xué)習(xí)熱情，從而實(shí)現(xiàn)快速提高學(xué)習(xí)能力的目的。將Proteus仿真軟件引入單片機(jī)課堂教學(xué)中，能夠?qū)崿F(xiàn)理論與實(shí)踐教學(xué)一體化，經(jīng)過實(shí)際教學(xué)實(shí)踐，取得良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 虛擬教學(xué)系統(tǒng)；《單片機(jī)原理與應(yīng)用》教學(xué)；Proteus仿真軟件

前言

《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程是電子信息類專業(yè)課程，包含了單片機(jī)硬件、軟件編程、串行通信及接口技術(shù)。要學(xué)好《單片機(jī)原理與應(yīng)用》這門課程，需要學(xué)生有很強(qiáng)的動(dòng)手操作能力及電路分析能力。為了讓學(xué)生更有效學(xué)習(xí)《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程，授課教師需要對(duì)教學(xué)方式進(jìn)行改革，在課堂教學(xué)中根據(jù)實(shí)際需求實(shí)施信息化教學(xué)手段。

1 Proteus仿真軟件簡介

Proteus軟件是由英國Labcenter Electronics公司開發(fā)的EDAI工具軟件，由ISIS和ARES兩個(gè)軟件構(gòu)成。其中的ISIS是一款電子系統(tǒng)仿真平臺(tái)軟件，ARES則是一款高級(jí)的布線編輯軟件，它集成了高級(jí)原理圖布線圖、混合模式SPICE電路仿真、PCB設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線來實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)[1]。

2 Proteus在教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 Proteus在理論教學(xué)中的應(yīng)用

以往的單片機(jī)教學(xué)過程中，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)是分開的。課堂上只講授理論知識(shí)，而單片機(jī)的相關(guān)應(yīng)用只能在實(shí)驗(yàn)室中才能得到驗(yàn)證。這樣的課堂教學(xué)內(nèi)容比較抽象，教學(xué)效果不好。在引入Proteus仿真軟件后，教師在備課時(shí)就可以針對(duì)本堂的授課內(nèi)容，事先準(zhǔn)備好相關(guān)的案例，并可以用Proteus完成電路繪制、程序編寫及調(diào)試，然后在課堂上給學(xué)生進(jìn)行演示，使原來只能在實(shí)驗(yàn)室中才能看到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象在課堂上就能直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前。

2.2 Proteus在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要使用的是單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱，這些設(shè)備主要的外圍電路都已經(jīng)搭建完成，學(xué)生只需要做一些基本的線路連接，學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐動(dòng)手的能力得不到充分的鍛煉。而把Proteus引入到實(shí)踐教學(xué)當(dāng)中形成虛擬實(shí)驗(yàn)室有著傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。

虛擬實(shí)驗(yàn)室可以及時(shí)更新，這使得課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目能夠緊跟工程技術(shù)的發(fā)展，不斷地進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，使學(xué)生學(xué)到更多的實(shí)用技術(shù)；采用虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生首先要在理解硬件模塊設(shè)計(jì)原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行電路原理圖的繪制，而后編寫控制程序，加載、仿真運(yùn)行，對(duì)電路和程序進(jìn)行反復(fù)調(diào)試，才能完成一次完整的實(shí)驗(yàn)，這樣的實(shí)驗(yàn)過程非常接近于實(shí)際系統(tǒng)的開發(fā)過程；虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境的搭建只需要在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上安裝Proteus軟件即可，便于學(xué)生的課外自學(xué)提高，有效地解決實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)有限的問題[2]。

3 Proteus仿真在單片機(jī)原理及應(yīng)用課程教學(xué)中的應(yīng)用

在單片機(jī)原理及應(yīng)用課程教學(xué)中，單片機(jī)控制LED點(diǎn)亮這一節(jié)在課堂講授時(shí)，因?yàn)閷W(xué)生沒有感性認(rèn)識(shí)，教師的各種理論分析使學(xué)生感到煩躁，失去興趣。如果聯(lián)系生活中的實(shí)際問題比如汽車左右轉(zhuǎn)向燈的控制，結(jié)合proteus仿真軟件實(shí)際操作，將有助于激發(fā)學(xué)生的興趣并加深理解。下面以模擬汽車左右轉(zhuǎn)向燈的控制為例，說明Proteus仿真技術(shù)在課堂教學(xué)中的應(yīng)用。

運(yùn)行Proteus的ISIS程序，進(jìn)入仿真軟件的主界面，點(diǎn)擊Library選擇Pick Device/Symbol以打開元件庫，將電路所需的元件添加到對(duì)象選擇器窗口，在圖形編輯窗口將各個(gè)元器件按設(shè)計(jì)原理圖放置并連線，完成仿真電路圖的搭建，效果如圖1。利用Keil編譯器或文本文檔編寫相應(yīng)程序，生成.c文件，在主菜單欄點(diǎn)擊source菜單，選擇Add，添加源程序.c文件，再選擇Builled All進(jìn)行編譯，編譯無誤后生成.hex文件，并加載到51芯片中。最后點(diǎn)擊菜單Debug→Execute或按Play鍵進(jìn)行電路仿真。

在本例中，并行口P1的P1.0和P1.1控制兩個(gè)發(fā)光二極管，當(dāng)引腳輸出為0時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮；用兩個(gè)連接到單片機(jī)P3.0和P3.1引腳的撥動(dòng)開關(guān)S0、S1來模擬駕駛員發(fā)出左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的命令[3]。

4 結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有開發(fā)成本低、不需要昂貴的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備、只需在客戶端安裝相應(yīng)插件即可，應(yīng)用價(jià)值較高，推廣性強(qiáng)，更適合應(yīng)用于教學(xué)之中。將Proteus軟件引入到單片機(jī)的教學(xué)中，不僅解決了理論教學(xué)過程中進(jìn)行課堂演示實(shí)驗(yàn)難的問題，而且使學(xué)生能夠擺脫單片機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)室，在課余時(shí)間有一個(gè)動(dòng)手的平臺(tái)進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。從而極大地提高了理論教學(xué)的效果和學(xué)生的動(dòng)手能力，使教學(xué)工作真正做到了以學(xué)生為中心。

參考文獻(xiàn)

[1] 惲如偉.虛擬現(xiàn)實(shí)的教學(xué)應(yīng)用及簡易虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)[D].南京：南京師范大學(xué)，2005.

[2] 萬松峰.Proteus在單片機(jī)理實(shí)一體化教學(xué)的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2016，（1）：85-88.

[3] 張毅剛.單片機(jī)原理及接口技術(shù) （C51編程） （第2版） [M].北京：人民郵電出版社，2016：117.