虛擬仿真技術在單片機技術課程實踐教學中的應用

[摘 要] 信息技術的迅速發展對現代教育教學產生了重要影響。在單片機教學體系中，積極引入虛擬仿真技術能夠充分利用先進信息技術的優勢，實現單片機技術課程實踐教學的改革?；诖?，分析了當前單片機教學的發展現狀與主要問題，提出虛擬仿真技術的具體應用方案，以期通過虛擬仿真技術的應用，大幅度增加單片機課程教學的可視性與直觀性，同時提高學生的學習興趣與創新能力。

[關 鍵 詞] 虛擬仿真技術；單片機技術；課程；實踐教學

[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）19-0109-01

單片機技術課程屬于基礎性應用課程，是應用電子技術、通信技術等專業的平臺課程。其主要教學目標是培養電子技術應用能力較強的高素質技能型專門人才，以適應經濟社會發展的需要。這就需要高校在開設本課程時，要根據人才培養目標設計人才培養計劃與教學實踐體系，通過加強對學生的自主學習能力、程序設計能力、創新能力等綜合能力的培養提高學生的工程理論知識與實際解決問題能力。

一、目前單片機技術課程實踐教學的主要問題

現階段，我國開設單片機課程的高校多以MCS-51內核單片機為核心進行授課教學，其重點內容為該類型單片機的匯編語言編程與開發。而與之關聯的單片機技術課程實踐教學，由于實驗課時比較有限，所開設的實驗項目僅驗證了書本內容，不能夠有效調動起學生的學習興趣?？傊?，單片機技術實踐課程教學仍然存在一些問題，具體如下：

（一）實踐課程以驗證性實驗為主，較為單調

由于整體教學大綱的要求，單片機技術課程設置仍以理論知識為主，導致實驗課時極少。而且為了進一步鞏固基礎理論知識，實驗課程的教學內容主要安排涉及課本內容的驗證性實驗。并且，教師在進行實驗教學時，會具體給出實驗目的、實驗要求、實驗步驟以及實驗程序，使得學生在實踐中處于被動接受的地位，不能夠鍛煉學生的獨立思考、解決問題、創新等各種能力。

（二）學生的硬件設計能力鍛煉匱乏

在實驗教學時所涉及的實驗設備，以高度集成的實驗箱或實驗臺為主，而且要求學生在實驗過程中，不用自己搭建硬件電路，進行簡單連線便可達到實驗的硬件設計要求。所以，學生的實際動手能力沒有得到有效鍛煉與提升，無法進行單片機硬件電路的設計以及通過實驗驗證自行設計的電路正確與否。

（三）實驗條件落后，開展綜合性實驗難度較高

學習單片機技術，需要學生在熟練掌握單片機內部結構和軟件編程的基礎上，結合單片機最小系統及外部硬件。通過進一步的驗證與實踐，學生才能切身體會與了解單片機系統的概念與應用價值。然而，目前高校的實驗投入有限，實驗條件有限，開展綜合性實驗的難度較大，所以難以全面而立體地讓學生掌握單片機系統概念。

二、虛擬仿真技術的應用

本文基于Proteus和Keil虛擬仿真軟件，構建單片機技術實踐的虛擬實驗環境。通過開展單片機應用系統開發、實驗項目創新、實驗內容自選、設計任務書制訂等具體環節，將機電綜合設計、科技方法訓練、創新設計的教學內容，有效融入單片機技術的實踐課程教學，進而強化學生的現代工程意識及創新設計能力。

Proteus嵌入式系統仿真軟件，能夠將SPICE電路仿真與單片機仿真結合起來，構建支持主流單片機的仿真環境。通過設置單步、設置斷點、全速等調試功能，能夠觀察各個寄存器與變量的狀況。并且，Proteus嵌入式系統仿真軟件支持第三方軟件編譯和調試環境，能夠同時提供豐富的虛擬儀器及外圍接口器件。而單片機系統設計工具Keil軟件同步支持C語言以及混合編程，還兼備軟件仿真調試功能。通過將Proteus與Keil軟件整合起來，能夠構建單片機虛擬實驗的開發環境，這兩個軟件所具備的強大仿真功能，將固化設計調試程序，能夠有效完善軟硬件結合的單片機應用系統。Proteus軟件主要負責設計、調試及仿真硬件電路，Keil軟件則對應用程序實現編寫與調試，再將調試好的程序下載到仿真電路MCU中，最后由Proteus與Keil軟件進行整合，完成整個系統的調試。此外，Proteus與Keil軟件的應用，不僅能夠使學生直接觀看仿真效果，還能夠具體分析仿真結果。

可見，在單片機技術課程實踐教學中，引入虛擬仿真技術能夠創建強有力的虛擬實驗環境。而在虛擬實驗環境下，單片機技術課程實踐教學工作的全部過程變得更加直觀形象，教師與學生可以在原理圖的虛擬模型上完成編程，同時對源碼級程序實現仿真調試。通過各種虛擬儀表展現的單片機系統運行過程，學生能夠評估整個單片機應用系統的設計，還可驗證所設計電路是否達到技術指標要求。在虛擬實驗設計階段，學生或教師發現設計不合理時能夠改變元器件參數，來優化整個電路性能。如此能夠有效降低實際元器件的損壞幾率，還可以節省設計時間與費用，進而提高設計的效率與質量。

單片機課程實踐教學，能夠有效培養學生的動手實踐能力。不僅驗證理論知識與單片機技術的應用價值，還能夠在實驗后讓學生分清系統和芯片的工作原理與程序，進而實現對單片機技術的靈活運用與創新設計。通過引入虛擬仿真技術，能夠讓學生切身經歷與體會單片機應用系統的設計與開發的完整過程，進而展現工程設計的開發規范，有力促進學生動手能力、創新能力的提升，實現培養創新型應用人才的教學目標。

參考文獻：

[1]王瑾，袁戰軍.虛擬仿真技術在單片機課程教學中的應用[J].電子設計工程，2016（1）：45-47.

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