基于Proteus仿真軟件的單片機教學模式

文/劉淑芬

傳統的單片機實驗教學模式是用仿真器加實驗板加編譯軟件的模式，在這種模式下學生做實驗硬件電路是事先固定好的，不能由學生來設計硬件電路，學生最多只能編程序，并調試程序，但是掌握單片機應該是一半電路設計，一半是編程序，所以傳統的實驗模式不能讓學生有全面的動手鍛煉的機會，尤其硬件的設計方面，而基于Proteus仿真軟件的實驗模式就能夠很好的解決這個問題。在課堂教學中和課程設計等環節引入Proteus仿真軟件同樣也能起到很好的作用。

1 Proteus仿真軟件簡介

PROTEUS 軟件是英國Labcenter Electronics 公司開發的一款仿真軟件。可以設計電路原理圖，PCB版圖，還可以仿真、分析各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點是：

（1）可以對單片機進行完整的仿真。RS232動態仿真、I2C調試器、SPI調試器、鍵盤和LCD系統仿真的功能；

（2）可以對各種模擬電路、數字電路等各種外圍電路進行仿真，有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發生器等。

（3）支持各種單片機類型及各個廠家的單片機和DSP芯片。

（4）支持大量的存儲器芯片。總之，該軟件是一款集單片機和SPLCE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大，是其他任何一款軟件都不能比的。

2 實驗教學模式介紹

在基于Proteus仿真軟件的實驗教學模式中，教師只要布置任務，硬件電路設計和軟件設計都由學生自主完成，這樣可以給學生很大的自主發揮的余地，有利于對學生創新能力的培養，例如在做數碼管顯示這個實驗時，教師可以讓學生自己根據自己所掌握的程度選擇用一個數碼管或多個數碼管，自己選擇用共陽數碼管或共陰數碼管，自主選擇靜態顯示模式或動態顯示模式，或者學生可以選擇由淺入深做多種嘗試，這樣學生的動手能力和創新能力會得到很大的發揮，因為是他自己設計的電路，在編制程序時他會思路更加清晰，因為軟件設計是建立在硬件設計基礎之上的，是相輔相成的。

以前基于硬件的實驗方式在做實驗之前要求學生預習，通常學生只能看看指導書，實驗的過程只能想象一下。而在引入PROTEUS軟件以后，學生就可以在宿舍里自己的電腦上用PROTEUS軟件進行仿真實訓，先設計硬件，再設計軟件，到軟硬件的聯合調試都可以親手提前做一遍，等到了實驗室，學生就可以通過實物電路進行電路的驗證。以此種方式進行實訓的話，學生對整個實訓的原理、過程和現象就有一個深刻的認識和理解，各種燈亮的效果，顯示器顯示數字等等，效果很好。在單片機綜合實訓和畢業設計中，要求學生根據自己的課題先在PROTEUS軟件上進行仿真設計，在運行正確無誤以后，再購買電子器件進行硬件的搭建、軟件編程和最后的調試，最后完成一件真實的作品。以此種方式可以節省因方案不正確改電路所造成的投入浪費，也可以大大縮短開發設計的時間，學習和工作效率大大提高。

3 基于Proteus仿真軟件的課堂教學模式

上課前，教師先根據教學內容準備好硬件和軟件的PROTEUS仿真模型，在課堂上，在大屏幕上運行出所需要產生的結果，比如數碼管的顯示，比如流水燈，比如交通燈，比如矩陣式鍵盤，使學生看到實實在在的運行現象或結果，讓學生產生一種好奇感。教師還要提出與課堂內容相關的幾個問題，讓學生帶著問題思考剛剛看到的結果是如何產生的；然后，學生帶著興趣和問題聽課，教師圍繞剛剛看到的效果以及知識點講解效果就比較好；理論知識點講完以后，再把硬件設計原理和軟件設計流程給學生講授清楚，這樣學生按照老師講授的知識點加以消化，在此基礎上再在PROTEUS中做出剛才的效果就比較容易理解和接受了。

比如在講授數碼管顯示內容時可以多做幾個仿真，有靜態顯示，有動態顯示，還有BCD碼顯示等。結合仿真效果給學生講解編程時的不同方法，這樣會使學生深刻理解數碼管使用的方法，如圖1、2分別是幾種不同數碼管仿真運行效果。

圖1：BCD數碼管靜態顯示仿真

圖2：多位數碼管動態顯示

4 結束語

單片機的教學中引入PROTEUS軟件是非常能夠提高教學效果的，另外在畢業設計、電子競賽中也有許多課題要使用單片機，單片機課堂上學生學會了使用PROTEUS軟件，在這些教學活動中學生就會自覺使用這個工具，這會起到事半功倍的效果。PROTEUS 軟件不僅可以用于單片機的教學，同樣可以用于數電、模電、電路分析、嵌入式系統等等課程的教學。