单片机实验教学的改革

【摘 要】我校在单片机实验教学过程中,应用过单片机实验箱,这样虽然提高了可靠性,但是却无法培养学生的创新能力.如果完全采用硬件搭建进行实验,会提高成本.综合考虑,在单片机实验教学中采用虚拟实验平台,且取得了明显的教学效果.

【关 键 词】单片机虚拟实验平台仿真

一、前言

单片机技术是现代电子工程领域一门迅速发展的技术,是高职高专院校电子、电气、自动化、计算机、机电一体化等专业掌握的一项基本技能,而学生在该课程学习过程中却感到难学,单片机课程教师也感到难教[1].

传统的搭建实验对硬件的要求很高,为了节省实验的投入成本,我院在2009年使用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,实验箱上面各种实验装置的固定搭配,不利于学生拓展思维,使学生们无法进行设计性实验.从2010年开始,我院采用Proteus仿真软件和Keil编译软件进行的虚拟单片机实验有明显的优势,如实验内容不受局限性、减少了硬件成本的投入、学生可进行自主性实验、减少了实验过程中的损耗、较接近工程实践等特点.采用虚拟实验,不但能丰富了实践教学手段,还有利于更新实验教学的观念.

二、采用虚拟实验平台的优点

(一)Proteus仿真软件

Proteus软件的系统资源丰富,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[2].采用Proteus软件仿真进行实验,基本没有元器件的损耗问题,不但在实验的过程中是比较安全的,还降低了实验室运行成本.

(二)Keil编译软件

Keil软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具,全Windows界面.该软件生成的目标代码效率非常高,多数语句生成汇编代码很紧凑,容易理解.通过虚拟实验平台,学生可以在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,培养了学生的创新性.

三、虚拟实验平台应用实例

下面以简单计算器设计为例,阐述利用Proteus软件和Keil软件进行设计及仿真的过程.

进入KeilμVision2开发集成环境,新建文件,输入可实现所设计计算器电路计算功能的源程序.输入源程序后,将文件保存,文件名加后缀.a.建立一个新项目,为该项目选择适合的单片机型号,将载有源程序的文件添加到项目中去.

单击Project菜单,选择OptionorTarget选项,选择选项卡Output,使其生成HEX文件.点击Debug选项卡,选择窗口右侧的Use,如图1所示.在后面的下拉菜单中选择ProteusVMonitor-51Driver,设置完毕.最后将工程编译,进入调试状态,并运行.

图1设置Debug选项卡

(三)使用Proteus软件绘制仿真电路图

启动ProteusISIS,点击窗口左侧P按钮进行元器件的选择,会弹出PickDevices窗口,输入关 键 词80C51,在结果栏里找到80C51后双击,80C51就被添加到当前左侧窗口的元器件列表区.使用同样的方法,可以依次把电路中所需其他器件添加到器件列表区里.进行合理的布局后,使用列表中的器件,在绘图区将设计的电路绘制出来,可对器件的属性进行编辑.

(四)查看仿真效果

在ProteusISIS中,点击菜单Debug选项,选中“useromotedebugmonitor”.双击单片机80C51,出现对话框,在ProgramFile中添入在Keill软件中编译好的HEX文件,然后点击“OK”.在ISIS窗口左下角有运行、步进、暂停和停止按钮,我们点击运行按钮,可以进行仿真.

四、使用虚拟实验平台的教学效果

在2011、2012、2013三年的单片机教学中,我校采用虚拟实验平台进行单片机实验教学.学生在上实验课时,可以利用所学知识设计实现指定功能的电路,并使用Proteus绘制出相应电路图.运用Keil软件可编写程序,运行程序.在程序和电路都正确的情况下,会看到仿真效果.我们的学生可以利用此平台跟踪、调试并观察实验的效果,增强了学生自主学习的能动性.从培养学生运用基础理论知识和提高实际操作能力出发,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.