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淺述Proteus在單片機教學(xué)中的角色
摘要：單片機課程是應用電子技術(shù)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的重要課程，本文系統分析了傳統單片機課程教學(xué)中可能存在的問(wèn)題，提出應用仿真軟件Proteus的解決方案。分析了Proteus在課程的課堂教學(xué)、課程設計和畢業(yè)設計中的應用特點(diǎn)，最后指出Proteus的仿真結果需應用于具體電路系統才能真正鍛煉學(xué)生的軟硬件綜合開(kāi)發(fā)能力。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C 仿真 教學(xué)
單片機課程是電子信息、自動(dòng)化和機電等專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)必修課，成為電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生就業(yè)的一個(gè)主要專(zhuān)長(cháng)。而單片機又是一門(mén)實(shí)踐性很強的課程，加強實(shí)踐教學(xué)環(huán)節，使學(xué)生充分掌握單片機應用系統設計的基本概念和方法，是提高教學(xué)質(zhì)量和培養實(shí)用型人才的一個(gè)重要內容。
一、傳統教學(xué)中存在的問(wèn)題
目前，涉及單片機方面的主要教學(xué)環(huán)節是單片機課堂教學(xué)、課內實(shí)驗、課程設計及畢業(yè)設計中的單片機應用系統設計。而在這幾個(gè)方面都不同程度存在一些問(wèn)題。
在單片機課堂教學(xué)中，主要介紹的是單片機片內資源、程序設計及接口電路。學(xué)生在一開(kāi)始接觸這些問(wèn)題時(shí)，缺乏感性認識，對片內資源的應用、程序的執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(shí)候開(kāi)始執行的，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)廣泛應用的今天，光有幾幅幻燈片還不能解決這些問(wèn)題。通常，在課內實(shí)驗和課程設計中，一般都是采用實(shí)驗箱或實(shí)驗臺完成。課內實(shí)驗主要是一些驗證性實(shí)驗，實(shí)驗過(guò)程主要是：連接導線(xiàn)一運行程序一觀(guān)察效果。學(xué)生按部就班做完實(shí)驗后，對實(shí)驗的具體硬件電路和程序編寫(xiě)卻知之甚少。比如問(wèn)及本實(shí)驗中包含哪些模塊或芯片，或某條語(yǔ)句的作用等，就無(wú)法回答了。一旦實(shí)驗出現問(wèn)題，原因查找更為困難。如存在實(shí)驗箱和使用軟件的通訊問(wèn)題;實(shí)驗箱本身的線(xiàn)路通斷、焊點(diǎn)虛實(shí)及芯片好壞等問(wèn)題。由于實(shí)驗箱系統比較大，維護也很困難。因難以對損壞的設備維修，只能更換設備。
使用實(shí)驗箱的另一個(gè)問(wèn)題就是，設計只能在現有系統上完成，使得很多設計結果有些牽強附會(huì )。學(xué)生也不能針對具體的功能要求進(jìn)行設計。對于可以簡(jiǎn)化的問(wèn)題，也以為只能通過(guò)總線(xiàn)模式來(lái)完成，誤認為無(wú)論是怎樣的系統，都得設計成一個(gè)龐大的結構。對于學(xué)生的畢業(yè)設計，一般要求在原理結構的基礎上設計實(shí)物。這時(shí)原理圖的正確性就成為一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題。原理圖不正確，就會(huì )給以后的設計工作帶來(lái)很多問(wèn)題，甚至做出的印制板不能用。另外，對于沒(méi)有實(shí)踐經(jīng)驗的學(xué)生來(lái)說(shuō)，設計過(guò)程中容易造成器件和儀器儀表的損壞。故學(xué)生的課程設計和畢業(yè)設計需要購置的元器件數量增多，開(kāi)支增大。
二、Proteus在單片機教學(xué)中的應用
2.1 Proteus在單片機教學(xué)中的意義
目前企業(yè)單位對單片機應用人才的需求量仍然很大，但對技術(shù)水平的要求也越來(lái)越高。面對傳統教學(xué)中存在的諸多問(wèn)題，Proteus等仿真工具為我們的教學(xué)提供了一個(gè)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(jìn)行先期的軟硬件調試。等到仿真結果基本理想時(shí)再進(jìn)行實(shí)際的硬件調試。這樣的開(kāi)發(fā)過(guò)程不僅高效，而且會(huì )盡可能地減少損失，這對于解決實(shí)驗室資源緊張的問(wèn)題是一個(gè)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(jìn)行實(shí)例演示，增強教學(xué)生動(dòng)性和直觀(guān)性。比如教師可以制作一些典型的應用系統，如流水燈、交通燈、數字鐘及LCD顯示等實(shí)驗。讓學(xué)生對單片機應用系統有一個(gè)感性認識，明白一個(gè)完整系統的含義，清楚單片機在一個(gè)系統中的作用和地位以及應用情況。其次，采用Proteus有助于明確概念，解決難點(diǎn)。在單片機教學(xué)中，P口作為準雙向口的這個(gè)概念以及如何應用是較難掌握的一個(gè)問(wèn)題。還有如中斷如何產(chǎn)生，LED燈的位選和線(xiàn)選如何區別，串行通信如何實(shí)現等等教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，都可以通過(guò)Proteus的演示讓學(xué)生掌握清楚。而且，Proteus具有用色點(diǎn)顯示芯片管腳狀態(tài)的功能，教師可通過(guò)單步調試的方法讓學(xué)生觀(guān)察引腳的高低電平變化。另外，也可通過(guò)示波器、邏輯分析儀和發(fā)光二極管進(jìn)行觀(guān)察。還有，Proteus也有助于理解指令含義。通過(guò)改變某段程序或指指令，觀(guān)察運行效果，從而理解語(yǔ)句含義。
2.3用Proteus改進(jìn)單片機實(shí)驗教學(xué)
單片機課程的實(shí)踐性很強，實(shí)驗環(huán)節的教學(xué)應引起高度重視。而單片機課程的課內實(shí)驗學(xué)時(shí)有限，使用實(shí)驗僅停留在演示性及驗證性實(shí)驗的層次。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以應用Proteus所提供的元器件模型和外設模型按照實(shí)驗內容來(lái)設計原理圖，再利用儀器儀表的輸入輸出效果對實(shí)驗結果進(jìn)行檢測。這樣，學(xué)生一方面了解了單片機應用系統硬件電路結構，鍛煉了編程技術(shù)，也學(xué)習了儀器儀表的使用，提高了設計水平。
2.4用Proteus單片機課程設計和畢業(yè)設計
在課程設計中，要求學(xué)生首先應用Proteus自主設計仿真，在設計硬件電路時(shí)最好能考慮實(shí)驗箱的資源狀況，以使仿真的結果可以在實(shí)驗箱上實(shí)現。等編程調試通過(guò)后可以移植到實(shí)驗箱上實(shí)現，驗證實(shí)物效果。在進(jìn)行畢業(yè)設計時(shí)，也可以讓學(xué)生根據愛(ài)好和掌握知識的程度自由選擇設計題目，培養學(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中設計硬件電路，編制程序并調試。等仿真成功之后，再購買(mǎi)元器件進(jìn)行電路焊接、系統調試和程序固化，最終每組獨立完成一件作品。這種方法可以節省因方案不正確所造成硬件投入的浪費，并且在實(shí)驗過(guò)程中不會(huì )出現元器件的損耗問(wèn)題。而使學(xué)生實(shí)驗能力和開(kāi)發(fā)能力都得到較大提高。
Proteus仿真軟件在單片機教學(xué)中的應用，有利于促進(jìn)課程和教學(xué)改革，提高學(xué)生的學(xué)習興趣和創(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(shí)踐能力的培養具有現實(shí)意義。但必須指出，仿真不能完全代替實(shí)物，在實(shí)際應用中會(huì )遇到很多新的問(wèn)題，我們不可能拋棄已有的教學(xué)模式和實(shí)驗手段而僅僅依靠虛擬的實(shí)驗環(huán)境。只有將Proteus的仿真結果應用于具體電路系統，才能真正鍛煉學(xué)生的軟硬件綜合開(kāi)發(fā)能力。
參考文獻：
[1] 代啟化.基于Proteus的電路設計與仿真[J].北京：現代電子技術(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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