PROTEUS仿真技術在單片機教學中的應用

郭文慧

【摘要】在單片機教學中引入Proteus仿真技術，不僅提高了課堂效率，還鍛煉了學生的動手操作能力。筆者根據多年的單片機教學經驗，對單片機教學中存在的問題進行了簡單分析，同時重點論述了Proteus軟件的特點及在單片機教學中的應用。

【關鍵詞】單片機；Proteus軟件；教學：

【中圖分類號】G424，1 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）04-0328-01

引言

隨著信息技術的全面發展，單片機的應用領域愈加廣泛，目前主要應用于數據采集、通信系統、工業自動化、家用電器設備等方面，同時它也在教學工作中得到越來越廣泛的關注。為了滿足學生就業與社會發展需求，全國各高校已經將“單片機的原理及應用”這門課程引入到信息類教學當中，并且作為了學生的必修科目。

為了提高單片機的教學效果，提高學生的創新能力，可在單片機教學中引入Proteus仿真軟件和Keil軟件，有效的實現軟件與硬件的結合。可以利用Keil軟件調試單片機程序，又可以利用Proteus仿真軟件模擬單片機的工作情況，將單片機程序加載到仿真軟件中，再現單片機工作狀態。這樣既可以利用現有計算機設備，使學校有效資源得到充分利用，又可以為學生提供實踐平臺。本文通過設置實驗平臺的方法，分析了Proteus仿真軟件在單片機教學中的應用。

1、單片機教學中存在的問題

單片機是一科基于理論知識、注重動手操作的課程。根據它自身的特點，我們可以將單片機的教學簡單分為理論教學和實驗教學兩部分。下面針對單片機在理論與實驗教學工作的不足進行簡單介紹：

1.1 單片機在理論教學中的不足

單片機涵蓋的知識面、涉及的領域范圍比較廣，對學生而言，學習起來比較難，難于接受，因此在單片機教學中需要直觀的、全方位的把教學內容展示給學生。傳統的單片機教學方法，都是按照課本目錄，從單片機結構的學習出發，按部就班的介紹它的工作原理、指令系統、應用端口擴展等，對單片機應用實例介紹的比較少，把軟件學習與硬件學習分開討論，增加了學生的學習難度。在單片機的理論教學過程中我們要轉換教學模式，將單片機的各功能器件緊密結合，形成一個完整的應用系統，使學生便于理解，讓學生學會事物之間的聯系發展。培養學生學習興趣，充分發揮學生的主觀能動性，注重實踐，實現軟件與硬件相結合的教學方法，提高教學質量，讓學生在構建單片機的應用系統時更全面化、更系統化。

1.2 單片機在實驗教學中的不足

現在大部分的高校均是利用實驗箱對單片機課程進行實驗教學。這種方法雖然方便，但也存在很多不足。單片機實驗箱屬于成品器材，它的內部電路已經連接好，學生只能利用實驗箱盲目的照搬教師講課時的演示內容，對實驗箱硬件電路連接的認識只能處于表面層次，很難真正參與其中，發揮自身能力的空間較小；學校實驗室的資源有限，它不可能擁有所有種類的單片機，制約了實驗課程的進行。由于單片機的發展比較迅速，所以我們在教學工作中要不斷引入新設備，這需要高要求的實驗環境和大量的經費支持；一般情況下，理論教學的課時要求明顯多于實驗教學，實驗教學只是輔助理論教學，沒有從根本沒有意識到實驗教學的重要性。單片機課程需要大量的實驗課程來鞏固課堂知識，我們應該給學生創造良好的實驗條件。

2、Proteus軟件簡介

針對上述情況，我們將Proteus軟件引入到單片機課程的學習中，在Proteus軟件的運行環境下，我們只需要一臺計算機就可以完成單片機的系統設計，可以實現學生親身實踐，全面的參與單片機課程的理論學習與實驗操作，提升了教學質量。

3、Proteus仿真軟件在單片機教學中的應用

Proteus軟件是目前最先進、最全面的嵌入式系統設計平臺。同時，可以將Proteus與Keil軟件結合使用，構建出虛擬的單片機模擬實驗室，只需要通過一臺計算機，就可以實現設計電路、原理圖仿真及程序的調試和運行等過程。由于軟件的靈活性和適應性，使得仿真內容包含了單片機課程的所有知識點，為實踐性教學內容的設計帶來很大靈活性。

在實驗教學過程中，學生可以通過Proteus軟件本身所具有的單片機器件模型和規格參數來自行設計硬件電路圖。首先，選出實驗所需單片機類型，再根據單片機設置外圍電路，如，電源處高低電平的設置、各端口的布線設置等等；再通過Keil軟件編寫程序（如圖1所示），對單片機的運行過程進行程序模擬，調試程序，及時改正程序中的錯誤；最后將調試的程序添加到單片機原理圖中，在Proteus軟件中運行，最終得到實驗仿真結果。這樣的教學方法讓學生了解了單片機的工作原理，使學生的編程能力得到提高，為他們開闊了更大的學習空間。

將Proteus軟件引入單片機的課堂，通過原理圖的設置，可以讓學生明了的理解單片機的原理和單片機學習中的難點、重點內容。例如，在講述單片機的功能結構時，我們以AT89C51系列的單片機為例，對它的內部結構、時鐘震蕩電路、復位電路等各功能模塊詳細論述；將Proteus軟件引入單片機的課堂，可以為學生展示更多實例過程，可以讓學生更生動、更形象的了解單片機技術的應用。如，對汽車照明燈的設計我們可以通過Proteus軟件仿真實現。在設計過程中我們首先要了解汽車燈的轉向問題，然后通過設計和編寫程序代碼，運行程序。根據汽車轉向燈的原理，設計硬件原理圖，運行結果即，當撥動相應的開關后，其對應的汽車信號指示燈狀態將發生變化，閃爍或長亮，直到下一個動作為止，剛開始時信號燈的動作與實際的操作不匹配，經過小組成員的協同努力，最終在運行程序后能得到與要求相匹配的結果。通過軟件與硬件相結合的方法構成一個完整的系統。利用條件轉移指令判斷開關狀態，根據開關的狀態決定是繼續轉移還是繼續向下執行。如，圖2的仿真結果是單片機通電時，因為單片機只通電不工作時各引腳為高電平，由下圖的引腳狀態可知。P3口輸出為高電平，另外一端接地，因此二極管發光。

采用Proteus軟件進行單片機的實驗教學，具有明顯的優勢。Proteus軟件包含的資源豐富，并且可以與外圍應用軟件很好的連接；要求的硬件投入較少，具有明顯的經濟優勢；在實驗研究的學習過程中，學習可以對實驗進行自行設計，實驗內容貼近工程實踐，提高解決實際問題的能力。

結論：實踐證明，將Proteus仿真軟件引入到教學體系中，既可充分利用學校現有的資源設備，節省經濟開支，減少實驗設備的維護；又實現了教學內容的形象化、具體化，實現了單片機教學工作中的軟硬件的結合。同時，Proteus仿真軟件的引入，不僅改變了學生對單片機課程的學習態度，激發了學生的學習興趣，提高了學生的自主學習能力，還提高了課堂效率，改善了教學質量，同時鍛煉了學生的動手能力，為學生學習水平的提升打下了堅實的基礎。