单片机的实验教学改革

摘 要：在单片机教学过程中,应用现成的实验箱,虽然可靠性高,但是学生无法进行设计性实验.完全进行硬件搭建实验平台,成本太高.综合考虑,本文提出采用Proteus虚拟实验平台,不但丰富了实践性教学的手段,又培养了学生的创新能力.

关 键 词：单片机；Proteus虚拟实验平台；实验教学

单片机技术是现代电子工程领域一门迅速发展的技术,应用于各种嵌入式系统中,单片机技术的发展和推广极大地推动了电子工业的发展.单片机技术是电子、电气、机电一体化等专业的主干课程,具有很强的技术性和实践性.实践教学平台在单片机实验教学中占有十分重要的位置,是单片机实验教学的基础[1].

传统的实验对硬件的要求很高,为节省硬件实验的投入成本,我院在2009年使用现成的单片机实验箱进行单片机实验,这种教学实验平台主要是以验证性实验为主,实验装置上各器件的固定搭配限制了学生的思维,使学生们无法进行设计性实验.为节省成本和克服实验箱的不足,从2010年开始,我院采用Proteus单片机仿真软件来进行单片机实验教学.采用Proteus仿真软件进行虚拟单片机的实验有比较明显的优势,如涉及的实验内容全面、硬件投入少、学生可自行实验、实验过程中损耗小、与工程实践最为接近等特点.虚拟实验丰富了实践性教学的手段,有利于现代实验教学观念的更新.

一、采用Proteus虚拟实验平台的优点

1.Proteus软件的系统资源丰富：提供可仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件和多达30多个元件库；该软件提供多种现在存在的虚拟仪器仪表,如示波器、逻辑笔、逻辑分析仪、SPI调试器等；支持单片机汇编源码级和C源码级仿真与调试；无需硬件电路就可对单片机电路进行软硬件的开发与调试；支持单片机类型非常多,8051、ACR、PIC10/12、PIC18、HC11、ARM7[2].

2.实验室运行成本降低：传统的实验,为保证教学的需要,必然要投入各种实验设备,如示波器、信号发生器、逻辑分析仪等,这必然要投入资金.在实验过程中,也会因为学生操作不当造成仪器仪表的损坏.采用Proteus软件仿真进行实验,基本没有元器件的损耗问题,在实验的过程中是比较安全的.

3.培养学生的创新性：Proteus软件支持单片机及其设备仿真,学生可以计算机上自行设计所需的实验,画原理图、编写源代码、反复调试、观察结果,直到达到满意的结果.这极大地调动了学生实践动手的兴趣,提高了学生学习的主动性和积极性.

二、Proteus的仿真应用实例

下面以基于单片机的电子计算器设计为例,阐述利用Proteus软件进行设计及仿真的过程.

1.使用Keil软件编写应用程序

进入KeilμVision2开发集成环境,新建文件,输入可实现计算器计算功能的源程序.输入源程序后,保存文件,文件名加后缀.a.他建一个新项目,为该项目选合适的单片机,并将写有源程序的文件加入到项目中去.

2.Keil软件设置

单击Project菜单中的OptionorTarget选项,弹出窗口,点击Debug按钮,选择窗口右边的Use,如图1所示.

在后面的下拉菜单中选择ProteusVMonitor-51Driver,再点击Setting按钮,这里我们在同一台电脑上进行仿真,所以在Host后面添上“127.0.0.1”,设置完毕.最后将工程编译,进入调试状态,并运行.

3.绘制仿真电路图

启动ProteusISIS在主窗口界面点击窗口左侧的元器件选择区的P按钮,会弹出PickDevices窗口,输入关键字80C51,在结果栏里会出现多种类型的CPU器件,找到80C51后双击,80C51就被添加到当前窗口左侧的元器件列表区.再用同样的方法,依次把74LS00、74LS373、6264、7407、KEYPAD-ALLCALC、LM020L添加到器件列表区里.然后再依次点击列表区里的器件,把它们放到绘图区并编辑其属性,接着进行合理的布局后,就可以进行连线.绘制出电路原理图如图2所示.

4.系统仿真

在ProteusISIS中,点击菜单Debug选项,选中“useromotedebugmonitor”.选中单片机80C51,出现对话框,在ProgramFile中填入编译好的仿真文件（.HEX）,然后点击“OK”,在ISIS窗口左下方有4个模拟调试控制按钮：运行、步进、暂停和停止按钮,点击运行按钮,即可仿真.

三、改革后的教学效果

在2010、2011两年的单片机教学中,我校采用Proteus虚拟实验平台来搭建电路.学生在上Proteus实验课时,可以利用所学知识编写程序,上机运行程序,并在虚拟实验平台上看到仿真效果.我们发现学生可以利用此平台跟踪、调试并观察实验的效果,可以自主地进行实验方案设计,进行电路分析和设计,增强了学生自主学习的能动性.

四、结论

基于Proteus的单片机仿真实验方式,从培养学生运用基础理论知识和提高实际操作能力出发,在物理原型出来之前,Proteus仿真软件可实现设计的开发和测试,这在单片机实验教学中发挥着重要的作用.这种新的实验方式是单片机实验教学的一种很好的辅助手段,并且为学生进行综合性、创新性实验提供了一个很好的平台,在全面提高教学质量、培养学生思维能力、创新能力和动手能力等方面发挥着重要的作用.