基于Proteus仿真與實操的單片機教學改革

游乙龍

摘 要：針對當前單片機課程教學效果不佳，學生普遍反映難理解，缺乏實際操作等問題。筆者提出一種基于Proteus仿真與實操的單片機課程教學改革思路。該思路以實操為主、以Proteus仿真軟件為輔，引入目前主流的C語言，并采用模塊化方式重新整合課程內容，對單片機課程展開全方位的改革。經學校高技層次班級試點，改革能很好地提高學生學習興趣、增強動手能力、分析與解決問題的能力，取得了較好的教學效果。

關鍵詞：單片機 實操 Proteus 仿真 課程設計 C語言 改革

一、問題的提出

單片機作為電氣專業高技層次的專業主干課程，對全面培養在校生的專業能力起著十分重要的作用。但現行的適用教材幾乎都是一樣的組織架構，即按硬件結構—指令系統—匯編語言程序—接口技術的順序展開教學。教師如果按照教材內容展開教學，往往只能介紹基本硬件結構、指令系統和匯編語言程序設計等內容，最后再草草編一個“流水燈”就結束課程。這種形式的教學，勢必難以取得令人滿意的教學效果。作為非計算機專業的技校生，他們缺乏基本的計算機基礎知識，往往堅持聽講幾次課后，就會因為聽不懂而放棄課程學習，轉為睡覺、玩手機。哪怕堅持到最后的那部分學生，課程結束后，還在困惑：到底什么是單片機？它有什么用途？我能用它做什么？

筆者在幾年的單片機課程教學反思后，認為該課程必須改革，經過幾個學期的嘗試、實踐，逐步形成了基于Proteus仿真與實操的單片機教學改革思路，并在高技班試點。

二、改革思路與實踐

1.以實操為主，仿真為輔

技校學生引以為傲的是具備過硬的實操技能，而非扎實的理論知識。技校必須注重對學生實操技能的培養，一方面動手做比聽講“更有意思”，另一方面實操也是學習單片機的捷徑。在實際操作中，有兩種方法，一是使用現成的學習板，二是使用萬能板進行焊接電路板。考慮到學生在先修課程和實訓中，已掌握了一定的焊接技能，因此筆者認為，使用萬能板讓學生自己進行焊接電路，學習一個模塊，焊接一個相應電路，并實際操作、驗證，能幫助學生理解并掌握單片機系統的設計，并能從“電子技術”課程平穩過渡到“單片機”課程。

在每個模塊教學過程中，教師充分利用當前十分流行的單片機仿真軟件Proteus開展仿真教學。利用Proteus軟件，可以虛擬真實的設計過程（軟件名稱：From Concept To Completion），完成從基本的原理圖繪制—程序設計—仿真調試等全過程。通過軟件仿真，可以產生直觀的現象，學生可以獲取直觀的認識，并逐步熟悉單片機系統的設計流程。

2.以C語言作為編程語言

單片機程序設計語言有機器語言、匯編語言和高級語言。機器語言計算機能直接識別和使用，但對人類而言，則難以理解，因為它全為0、1代碼。匯編語言能夠直接對底層寄存器進行操作，對深刻認識和學習單片機原理很有幫助，但其實質上是機器語言的“符號化”，依然顯得“深不可測”。以此編寫簡單的小程序還行，若是進行項目設計，會使很多學生頭疼，且開發周期長，維護困難。因此，采用高級語言進行單片機開發，自然成為大多數單片機工程師的首選。

C語言是一種結構化語言，按模塊化組織程序，具備豐富的運算符和數據類型，可以直接訪問內存地址，進行位（bit）操作，實現對硬件的編程操作，既有高級語言的功能，也有低級語言的優勢。采用C語言進行程序設計，用戶只要大致了解單片機的基本結構、相關部件的結構和特殊功能寄存器即可進行開發，用戶如果有需要還可以通過反匯編等手段學習匯編語言，因此C語言獲得了廣泛的使用。

本著學以致用的原則，筆者堅定認為技工院校的單片機課程必須采用C語言，而非匯編語言。實踐證明，由于C語言的簡單、易學，學生雖然沒學過《C語言程序設計》，但結合項目的案例講解分析，不斷總結，大多數學生均能較好地掌握C語言的基本內容，并進行單片機程序設計。

3.以模塊化整合教學內容

傳統的單片機教材脫離實際操作，側重對單片機內部結構的講解，未能突出實際應用。而且教材中有不少內容，陳舊過時、技術上還沿用幾十年前的思路。因此，筆者大膽對教材進行改革，結合學生理解、接收實際，整合出以下單片機教學模塊（見表1）。

通過上述模塊的學習，大多數學生可以掌握單片機的基本操作、簡單的程序設計，并能夠形成單片機系統的認識，熟悉單片機系統開發的基本流程。如此，單片機教學目標也就實現了。

4.以課程設計全方位考核

通過各個模塊的學習，學生理解并掌握了單片機的基本知識和操作技能，可以自行搭建最小系統，諸如發光二極管、按鍵燈的簡單外設。但這只是相對獨立的各個模塊，無法真正形成應用系統。因此，在教學安排上，筆者建議安排1～2周時間開展微機控制課程設計。這也是對教師、學生綜合、全方位技能的考驗。

在設計課程設計題目時，筆者充分考慮到學生的實際情況，力求避免過于復雜、難度大的題目，而偏向于總體難度不大，但具備一定綜合性的題目。以筆者的實際經驗看，經過1～2周的設計、調試，當學生完成相關任務形成“作品”后，大多數學生的表現是自豪的。下面是筆者給出的幾個課程設計題目，每個課題給出相應的控制要求、設計指導，學生可根據自身的學習情況，自行選擇設計課題（見表2）。

三、小結

技工院校以“技”立身。筆者結合教學經驗、項目經驗、技校學生特點，提出一種單片機教學改革思路，并積極探索實踐。通過教學實踐表明，這種教學改革是可行的，能很好地提升學生的學習積極性、培養學生動手能力、資料檢索能力和一定的分析問題、解決問題的能力。

參考文獻：

[1]徐愛鈞.單片機原理實用教程——基于Proteus虛擬仿真[M].北京：電子工業出版社，2011.

[2]凌明.嵌入式系統高級C語言編程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2011.

（作者單位：廣東省粵東高級技工學校）