Proteus在單片機課程教學中的應用

摘要：分析了單片機教學中造成教師難教、學生難學的原因，討論了基于Proteus軟件仿真的單片機教學方案，讓Proteus軟件貫穿于單片機教學的各個環節，并給出實際的教學例子。實踐證明，此方法使單片機的課堂教學更為形象、直觀，能夠激發學生的學習興趣。同時，學生的實踐能力得到了提高，教學質量得到了改善。

關鍵詞：單片機Proteus；實踐能力；教學方法；教學效果

引 言

單片機原理與實踐課程是機電、電氣、自動化等專業的一門重要課程，在完善學生專業知識技能結構上占有重要地位。學好這門課程，對學生技能的提高和就業有著很大的作用。然而各層次的學生普遍感到這門課比較難學，同時單片機課程教師也感覺難教，教學效果一般都不夠理想。從而造成教師難教、學生難學的尷尬境地，究其原因有以下幾點。

首先，理論知識的缺乏。單片機技術是一門實用性、綜合性很強的學科，具有理論與實踐結合、軟件與硬件結合等特點。單片機的開發者除了應具有單片機本身的專業知識外，還必須了解一些數字電子、模擬電子、計算機甚至通信等多學科的知識。單片機課堂教學雖然多以理論教學為主，但對于初學者或普通學生來說，對這些學科有一個完整的知識體系并不是一件容易的事情。

其次，實踐能力的脫節。單片機教學多以理論教學為主，事實上單片機課程是一門實踐性很強的學科，教學中需要很多硬件設備，如計算機、仿真器、燒寫器、實驗電路等等，—般理論課堂難以采用硬件輔助進行教學，即便演示，效果也不好。有些學校盡管開設了若干課外實驗或單片機課程設計，對這類難學的課程來說仍是遠遠不夠的，應該給學生創造條件讓他們能在課后獨立做實驗，但是傳統的單片機實驗室不容易做到這一點。還有就是設備數量不足與老化問題，而學校要不斷地重建單片機實驗室，務必帶來資金耗費嚴重等問題。因此，在課時有限和實驗經費不足的情況下，學生實踐能力不能得到更好地鍛煉。

再次，學生經濟條件有限。設計方案在軟、硬件系統最后調試之前是較難確定其成功率有多大，而且單片機開發所需的仿真器、編程器及各類元器件，對于一個沒有經濟收入的學生來說是一筆不小的開支，一旦出現致命性的問題，很多情況下需要重新設計系統和搭接電路，這對于學生的經濟支出和自身信心的損失都將是很大的。因此，學生除了上課外，平時難得有機會實踐。

為此，利用Proteus與Keil整合構建單片機虛擬實驗室，讓Proteus軟件貫穿于單片機教學的各個環節，借以進行仿真演示能夠取得很好的教學效果。

Proteus軟件在教學中的應用

一套實驗開發系統包括開發板、仿真器、電源以及示波器等，應用系統及開發環境的搭建也要花一定的時間，非常不便于教師在理論課堂上作大量的演示。因此，選用優秀的單片機軟件仿真系統(Proteus仿真軟件)來構建單片機虛擬實驗室，能在課堂教學中通過多媒體的演示生動地表現出真實實驗開發系統的實現效果。

下面通過使用Proteus軟件來實現單片機函數發生器設計的實例來說明該工具的使用方法。本實例的主要內容為：利用定時器資源，在每次中斷服務程序中查找正弦函數表，并將查得的數據作D/A轉換，從而得到正弦波形。通過Proteus仿真的結果來調試軟硬件。

系統設計與仿真過程如下：

第一步：打開Proteus軟件，運行ISIS，繪制函數發生器電路原理圖，并在原理圖放置好需要使用的儀器(如示波器等)。

第二步：在Keil中編制源程序，編譯生成目標文件。為了與Proteus中的硬件系統聯調，事先還要設置好Keil的調試工具(同時在Proteus的debug下選中“Use remote debug monitor”)。

第三步：在Keil的Debug中，采用單步或全速運行等方法，對系統進行硬、軟件調試。該實例全速運行的仿真效果如圖所示。

通過以上實例可以看出，從最初的設計到最后的實現都是通過運行計算機上的軟件來實現的。利用開發軟件、仿真軟件和現有的多媒體教學設備(一臺電腦和一臺投影儀)，便能在課堂中完成軟件、硬件和系統集成等內容的教學，并讓學生在有限的時間內理解掌握，這是以往很難做到的。

在教學過程中，教師可多設計一些問題，讓學生討論解決方案，利用仿真軟件，驗證方案的正確性，并加以分析與解釋，將教與學逐步推向深入。如果在多媒體機房上課，全部學生還可自己繪制電路原理圖，自己編制程序，在仿真軟件里進行調試。自主設計和實施電路仿真，有利于系統、科學、有效地培養學生的專業實踐能力。學生在調試過程中經常會出現一些意想不到的問題，教師通過引導學生解決這些問題提高學生解決實際問題的能力。運用Keil和Proteus的聯合虛擬仿真調試的方法，由于不涉及硬件，沒有任何危險，不需要教師現場指導，學生可以利用個人配置的計算機來完成單片機學習與實踐，實現了從傳統教學地點學習知識到不受時間、空間和資金等方面局限的跨越。所選擇的實現方案可以相互不同，有利于發揮其創新能力。實踐證明，在單片機教學中運用Proteus軟件能夠激發學生的學習興趣，豐富教學內容，獲得良好的教學效果。

教學效果分析

利用Proteus仿真軟件來進行教學具有許多優勢，首先是速度快，程序修改、編譯后馬上就可以看到效果，不需要實物設計中的拔片、寫片和插片等過程，提高了課堂教學的效率；其次是課堂教學效果非常好，教師可以用多媒體教室上課，將仿真結果投影在大屏幕上，比真實的實驗板要大很多，便于觀看，加上教師的講解，學生很容易掌握所學的知識；再次是培養的學生起點高，由于Keil和Proteus是目前開發單片機最流行、通用性最好的軟件，很多電子工程師都在使用這些軟件，所以使用這些軟件將使學生獲得實際的工作經驗，為學生就業打下堅實的基礎。

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