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淺述Proteus在單片機教學(xué)中的角色
摘要：單片機課程是應(yīng)用電子技術(shù)類專業(yè)的重要課程，本文系統(tǒng)分析了傳統(tǒng)單片機課程教學(xué)中可能存在的問題，提出應(yīng)用仿真軟件Proteus的解決方案。分析了Proteus在課程的課堂教學(xué)、課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用特點，最后指出Proteus的仿真結(jié)果需應(yīng)用于具體電路系統(tǒng)才能真正鍛煉學(xué)生的軟硬件綜合開發(fā)能力。
關(guān)鍵詞：單片機 仿真 教學(xué)
單片機課程是電子信息、自動化和機電等專業(yè)的一門專業(yè)必修課，成為電子信息類專業(yè)學(xué)生就業(yè)的一個主要專長。而單片機又是一門實踐性很強的課程，加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生充分掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的基本概念和方法，是提高教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)實用型人才的一個重要內(nèi)容。
一、傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題
目前，涉及單片機方面的主要教學(xué)環(huán)節(jié)是單片機課堂教學(xué)、課內(nèi)實驗、課程設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計中的單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計。而在這幾個方面都不同程度存在一些問題。
在單片機課堂教學(xué)中，主要介紹的是單片機片內(nèi)資源、程序設(shè)計及接口電路。學(xué)生在一開始接觸這些問題時，缺乏感性認識，對片內(nèi)資源的應(yīng)用、程序的執(zhí)行及接口的意義總是有些不明就里，甚至有些學(xué)生在學(xué)完課程后，還不知道中斷服務(wù)程序是什么時候開始執(zhí)行的，其原因之一是缺乏某種有效的演示方法。即使在多媒體教學(xué)廣泛應(yīng)用的今天，光有幾幅幻燈片還不能解決這些問題。通常，在課內(nèi)實驗和課程設(shè)計中，一般都是采用實驗箱或?qū)嶒炁_完成。課內(nèi)實驗主要是一些驗證性實驗，實驗過程主要是：連接導(dǎo)線一運行程序一觀察效果。學(xué)生按部就班做完實驗后，對實驗的具體硬件電路和程序編寫卻知之甚少。比如問及本實驗中包含哪些模塊或芯片，或某條語句的作用等，就無法回答了。一旦實驗出現(xiàn)問題，原因查找更為困難。如存在實驗箱和使用軟件的通訊問題;實驗箱本身的線路通斷、焊點虛實及芯片好壞等問題。由于實驗箱系統(tǒng)比較大，維護也很困難。因難以對損壞的設(shè)備維修，只能更換設(shè)備。
使用實驗箱的另一個問題就是，設(shè)計只能在現(xiàn)有系統(tǒng)上完成，使得很多設(shè)計結(jié)果有些牽強附會。學(xué)生也不能針對具體的功能要求進行設(shè)計。對于可以簡化的問題，也以為只能通過總線模式來完成，誤認為無論是怎樣的系統(tǒng)，都得設(shè)計成一個龐大的結(jié)構(gòu)。對于學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計，一般要求在原理結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計實物。這時原理圖的正確性就成為一個至關(guān)重要的問題。原理圖不正確，就會給以后的設(shè)計工作帶來很多問題，甚至做出的印制板不能用。另外，對于沒有實踐經(jīng)驗的學(xué)生來說，設(shè)計過程中容易造成器件和儀器儀表的損壞。故學(xué)生的課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計需要購置的元器件數(shù)量增多，開支增大。
二、Proteus在單片機教學(xué)中的應(yīng)用
2.1 Proteus在單片機教學(xué)中的意義
目前企業(yè)單位對單片機應(yīng)用人才的需求量仍然很大，但對技術(shù)水平的要求也越來越高。面對傳統(tǒng)教學(xué)中存在的諸多問題，Proteus等仿真工具為我們的教學(xué)提供了一個很好的輔助手段。借助Proteus的對CPU和外圍電路強大的仿真能力以及豐富的資源庫，可以有效替代硬件仿真器進行先期的軟硬件調(diào)試。等到仿真結(jié)果基本理想時再進行實際的硬件調(diào)試。這樣的開發(fā)過程不僅高效，而且會盡可能地減少損失，這對于解決實驗室資源緊張的問題是一個很好的思路。
2.2將Proteus引入單片機課堂教學(xué)
在單片機課堂教學(xué)中，首先，采用Proteus可以進行實例演示，增強教學(xué)生動性和直觀性。比如教師可以制作一些典型的應(yīng)用系統(tǒng)，如流水燈、交通燈、數(shù)字鐘及LCD顯示等實驗。讓學(xué)生對單片機應(yīng)用系統(tǒng)有一個感性認識，明白一個完整系統(tǒng)的含義，清楚單片機在一個系統(tǒng)中的作用和地位以及應(yīng)用情況。其次，采用Proteus有助于明確概念，解決難點。在單片機教學(xué)中，P口作為準雙向口的這個概念以及如何應(yīng)用是較難掌握的一個問題。還有如中斷如何產(chǎn)生，LED燈的位選和線選如何區(qū)別，串行通信如何實現(xiàn)等等教學(xué)中的重點和難點，都可以通過Proteus的演示讓學(xué)生掌握清楚。而且，Proteus具有用色點顯示芯片管腳狀態(tài)的功能，教師可通過單步調(diào)試的方法讓學(xué)生觀察引腳的高低電平變化。另外，也可通過示波器、邏輯分析儀和發(fā)光二極管進行觀察。還有，Proteus也有助于理解指令含義。通過改變某段程序或指指令，觀察運行效果，從而理解語句含義。
2.3用Proteus改進單片機實驗教學(xué)
單片機課程的實踐性很強，實驗環(huán)節(jié)的教學(xué)應(yīng)引起高度重視。而單片機課程的課內(nèi)實驗學(xué)時有限，使用實驗僅停留在演示性及驗證性實驗的層次。為了解決這個問題，可以應(yīng)用Proteus所提供的元器件模型和外設(shè)模型按照實驗內(nèi)容來設(shè)計原理圖，再利用儀器儀表的輸入輸出效果對實驗結(jié)果進行檢測。這樣，學(xué)生一方面了解了單片機應(yīng)用系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)，鍛煉了編程技術(shù)，也學(xué)習(xí)了儀器儀表的使用，提高了設(shè)計水平。
2.4用Proteus單片機課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計
在課程設(shè)計中，要求學(xué)生首先應(yīng)用Proteus自主設(shè)計仿真，在設(shè)計硬件電路時最好能考慮實驗箱的資源狀況，以使仿真的結(jié)果可以在實驗箱上實現(xiàn)。等編程調(diào)試通過后可以移植到實驗箱上實現(xiàn)，驗證實物效果。在進行畢業(yè)設(shè)計時，也可以讓學(xué)生根據(jù)愛好和掌握知識的程度自由選擇設(shè)計題目，培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新意識。教師與學(xué)生共同探討方案的可行性之后，由學(xué)生在Proteus中設(shè)計硬件電路，編制程序并調(diào)試。等仿真成功之后，再購買元器件進行電路焊接、系統(tǒng)調(diào)試和程序固化，最終每組獨立完成一件作品。這種方法可以節(jié)省因方案不正確所造成硬件投入的浪費，并且在實驗過程中不會出現(xiàn)元器件的損耗問題。而使學(xué)生實驗?zāi)芰烷_發(fā)能力都得到較大提高。
Proteus仿真軟件在單片機教學(xué)中的應(yīng)用，有利于促進課程和教學(xué)改革，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力。利用Proteus提供的可靠的虛擬儀器和儀表，不但經(jīng)濟優(yōu)勢明顯，而且大大提高了教學(xué)效率，對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)具有現(xiàn)實意義。但必須指出，仿真不能完全代替實物，在實際應(yīng)用中會遇到很多新的問題，我們不可能拋棄已有的教學(xué)模式和實驗手段而僅僅依靠虛擬的實驗環(huán)境。只有將Proteus的仿真結(jié)果應(yīng)用于具體電路系統(tǒng)，才能真正鍛煉學(xué)生的軟硬件綜合開發(fā)能力。
參考文獻：
[1] 代啟化.基于Proteus的電路設(shè)計與仿真[J].北京：現(xiàn)代電子技術(shù)，2006(19).
[2] 林志琦等.基于Proteus的單片機可視化軟硬件仿真[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.
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