基于Proteus仿真軟件的單片機(jī)教學(xué)模式

文/劉淑芬

傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是用仿真器加實(shí)驗(yàn)板加編譯軟件的模式，在這種模式下學(xué)生做實(shí)驗(yàn)硬件電路是事先固定好的，不能由學(xué)生來(lái)設(shè)計(jì)硬件電路，學(xué)生最多只能編程序，并調(diào)試程序，但是掌握單片機(jī)應(yīng)該是一半電路設(shè)計(jì)，一半是編程序，所以傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ讲荒茏寣W(xué)生有全面的動(dòng)手鍛煉的機(jī)會(huì)，尤其硬件的設(shè)計(jì)方面，而基于Proteus仿真軟件的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ骄湍軌蚝芎玫慕鉀Q這個(gè)問(wèn)題。在課堂教學(xué)中和課程設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)引入Proteus仿真軟件同樣也能起到很好的作用。

1 Proteus仿真軟件簡(jiǎn)介

PROTEUS 軟件是英國(guó)Labcenter Electronics 公司開發(fā)的一款仿真軟件?？梢栽O(shè)計(jì)電路原理圖，PCB版圖，還可以仿真、分析各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：

（1）可以對(duì)單片機(jī)進(jìn)行完整的仿真。RS232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；

（2）可以對(duì)各種模擬電路、數(shù)字電路等各種外圍電路進(jìn)行仿真，有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。

（3）支持各種單片機(jī)類型及各個(gè)廠家的單片機(jī)和DSP芯片。

（4）支持大量的存儲(chǔ)器芯片。總之，該軟件是一款集單片機(jī)和SPLCE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大，是其他任何一款軟件都不能比的。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式介紹

在基于Proteus仿真軟件的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中，教師只要布置任務(wù)，硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)都由學(xué)生自主完成，這樣可以給學(xué)生很大的自主發(fā)揮的余地，有利于對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，例如在做數(shù)碼管顯示這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師可以讓學(xué)生自己根據(jù)自己所掌握的程度選擇用一個(gè)數(shù)碼管或多個(gè)數(shù)碼管，自己選擇用共陽(yáng)數(shù)碼管或共陰數(shù)碼管，自主選擇靜態(tài)顯示模式或動(dòng)態(tài)顯示模式，或者學(xué)生可以選擇由淺入深做多種嘗試，這樣學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力會(huì)得到很大的發(fā)揮，因?yàn)槭撬约涸O(shè)計(jì)的電路，在編制程序時(shí)他會(huì)思路更加清晰，因?yàn)檐浖O(shè)計(jì)是建立在硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之上的，是相輔相成的。

以前基于硬件的實(shí)驗(yàn)方式在做實(shí)驗(yàn)之前要求學(xué)生預(yù)習(xí)，通常學(xué)生只能看看指導(dǎo)書，實(shí)驗(yàn)的過(guò)程只能想象一下。而在引入PROTEUS軟件以后，學(xué)生就可以在宿舍里自己的電腦上用PROTEUS軟件進(jìn)行仿真實(shí)訓(xùn)，先設(shè)計(jì)硬件，再設(shè)計(jì)軟件，到軟硬件的聯(lián)合調(diào)試都可以親手提前做一遍，等到了實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生就可以通過(guò)實(shí)物電路進(jìn)行電路的驗(yàn)證。以此種方式進(jìn)行實(shí)訓(xùn)的話，學(xué)生對(duì)整個(gè)實(shí)訓(xùn)的原理、過(guò)程和現(xiàn)象就有一個(gè)深刻的認(rèn)識(shí)和理解，各種燈亮的效果，顯示器顯示數(shù)字等等，效果很好。在單片機(jī)綜合實(shí)訓(xùn)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中，要求學(xué)生根據(jù)自己的課題先在PROTEUS軟件上進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，在運(yùn)行正確無(wú)誤以后，再購(gòu)買電子器件進(jìn)行硬件的搭建、軟件編程和最后的調(diào)試，最后完成一件真實(shí)的作品。以此種方式可以節(jié)省因方案不正確改電路所造成的投入浪費(fèi)，也可以大大縮短開發(fā)設(shè)計(jì)的時(shí)間，學(xué)習(xí)和工作效率大大提高。

3 基于Proteus仿真軟件的課堂教學(xué)模式

上課前，教師先根據(jù)教學(xué)內(nèi)容準(zhǔn)備好硬件和軟件的PROTEUS仿真模型，在課堂上，在大屏幕上運(yùn)行出所需要產(chǎn)生的結(jié)果，比如數(shù)碼管的顯示，比如流水燈，比如交通燈，比如矩陣式鍵盤，使學(xué)生看到實(shí)實(shí)在在的運(yùn)行現(xiàn)象或結(jié)果，讓學(xué)生產(chǎn)生一種好奇感。教師還要提出與課堂內(nèi)容相關(guān)的幾個(gè)問(wèn)題，讓學(xué)生帶著問(wèn)題思考剛剛看到的結(jié)果是如何產(chǎn)生的；然后，學(xué)生帶著興趣和問(wèn)題聽課，教師圍繞剛剛看到的效果以及知識(shí)點(diǎn)講解效果就比較好；理論知識(shí)點(diǎn)講完以后，再把硬件設(shè)計(jì)原理和軟件設(shè)計(jì)流程給學(xué)生講授清楚，這樣學(xué)生按照老師講授的知識(shí)點(diǎn)加以消化，在此基礎(chǔ)上再在PROTEUS中做出剛才的效果就比較容易理解和接受了。

比如在講授數(shù)碼管顯示內(nèi)容時(shí)可以多做幾個(gè)仿真，有靜態(tài)顯示，有動(dòng)態(tài)顯示，還有BCD碼顯示等。結(jié)合仿真效果給學(xué)生講解編程時(shí)的不同方法，這樣會(huì)使學(xué)生深刻理解數(shù)碼管使用的方法，如圖1、2分別是幾種不同數(shù)碼管仿真運(yùn)行效果。

圖1：BCD數(shù)碼管靜態(tài)顯示仿真

圖2：多位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示

4 結(jié)束語(yǔ)

單片機(jī)的教學(xué)中引入PROTEUS軟件是非常能夠提高教學(xué)效果的，另外在畢業(yè)設(shè)計(jì)、電子競(jìng)賽中也有許多課題要使用單片機(jī)，單片機(jī)課堂上學(xué)生學(xué)會(huì)了使用PROTEUS軟件，在這些教學(xué)活動(dòng)中學(xué)生就會(huì)自覺(jué)使用這個(gè)工具，這會(huì)起到事半功倍的效果。PROTEUS 軟件不僅可以用于單片機(jī)的教學(xué)，同樣可以用于數(shù)電、模電、電路分析、嵌入式系統(tǒng)等等課程的教學(xué)。