Proteus在《單片機(jī)原理與應(yīng)用》跨校修讀課程中的應(yīng)用

魏偉　任艷　趙育霆

課題來源：2018年遼寧省教育改革項(xiàng)目-優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源建設(shè)與共享項(xiàng)目《<單片機(jī)原理與應(yīng)用>跨校修讀課程教學(xué)模式研究與實(shí)踐》，項(xiàng)目編號(hào)48;2018年遼寧省教育改革項(xiàng)目-一般項(xiàng)目《虛擬仿真技術(shù)在電子類課程教學(xué)中的應(yīng)用與實(shí)踐》，項(xiàng)目編號(hào)882。

摘要：跨校修讀作為一種“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的新型教學(xué)模式，能夠加強(qiáng)區(qū)域各高校間的資源互補(bǔ)，促進(jìn)教育質(zhì)量提升。由于近期疫情的原因，各高校普遍采用網(wǎng)絡(luò)授課的模式，對(duì)實(shí)踐教學(xué)產(chǎn)生較大影響。因此，本文介紹了虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，將Proteus仿真軟件融入到《單片機(jī)原理與應(yīng)用》跨校修讀課程的在線理論與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，有效提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：跨校修讀;單片機(jī);虛擬仿真;Proteus

中圖分類號(hào)：TP368.1-4;G434文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-9129（2020）07-0118-01

Abstract：As a new teaching mode of "Internet + education"， inter-school study can strengthen the resource complementation among regional colleges and universities and promote the improvement of education quality. Due to the recent epidemic， online teaching has been widely adopted in colleges and universities， which has a great impact on practical teaching. Therefore， this paper introduces the advantages of virtual simulation technology and integrates the Proteus simulation software into the online theoretical and practical teaching of the cross-school courses of "Principles and Applications of Single Chip Microcomputer" to effectively improve the teaching quality.

Key words：inter-school study;Single chip microcomputer;Virtual simulation;Proteus

引言：跨校選課，是近幾年對(duì)于教學(xué)改革模式的深入研究與探討，可以有效整合區(qū)域內(nèi)優(yōu)質(zhì)的教育教學(xué)資源，滿足高校學(xué)生多樣化學(xué)習(xí)和發(fā)展的需要，讓更多的學(xué)生能夠享受到更優(yōu)質(zhì)的教育資源和教學(xué)服務(wù)。由課程主講教師與選用課程學(xué)校的任課教師組建教學(xué)團(tuán)隊(duì)，探索數(shù)字化教學(xué)資源共享框架下的智慧學(xué)習(xí)，基于傳統(tǒng)教學(xué)課堂探索合理開展在線教學(xué)[1]。

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真技術(shù)的不斷成熟，其在教學(xué)應(yīng)用過程的作用備受關(guān)注[2]。尤其是電子信息類專業(yè)，課程龐雜，各科所需理論知識(shí)關(guān)聯(lián)性、銜接性、實(shí)踐性較強(qiáng)，再加上科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，實(shí)驗(yàn)設(shè)備推陳出新，周期較短，高校的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)往往更新?lián)Q代不夠及時(shí)，影響教學(xué)質(zhì)量。

《單片機(jī)原理與應(yīng)用》是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)課程，涉及到的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)相對(duì)較多，并且尤為重要。本文結(jié)合Keil C51和Proteus軟件，提出將虛擬仿真技術(shù)的教學(xué)方法應(yīng)用于跨校修讀課程的在線教學(xué)——以電子打鈴器的設(shè)計(jì)為例，推動(dòng)跨校選課線上線下“混合式”教學(xué)模式改革，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性，從而不斷提升教學(xué)水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量。

1Proteus簡(jiǎn)介

Proteus是著名的EDA軟件，其最大特點(diǎn)是對(duì)單片機(jī)及其外圍器件進(jìn)行仿真，包括LCD液晶屏，數(shù)碼管，矩陣鍵盤等。其功能還包括原理圖的繪制，代碼調(diào)試，外圍電路協(xié)同仿真等，可以一鍵切換PCB，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)，是世界上唯一將電路仿真軟件，PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三者合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)。

2Proteus在單片機(jī)仿真中的應(yīng)用實(shí)例

對(duì)于剛接觸單片機(jī)課程的學(xué)生來說，由于缺乏相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，不能很好地將理論與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相融合，實(shí)驗(yàn)比較枯燥，難以理解。利用Proteus仿真軟件，可以由教師實(shí)時(shí)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行仿真演示。學(xué)生方便靈活地利用仿真軟件來設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)，對(duì)電路設(shè)計(jì)的合理性進(jìn)行理論驗(yàn)證，節(jié)省制板過程，高效修改電路的設(shè)計(jì)，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生元器件的損耗[3]。本文通過電子打鈴器的實(shí)例對(duì)Proteus的仿真效果進(jìn)行介紹。

2.1電子打鈴器程序設(shè)計(jì)。本實(shí)例設(shè)計(jì)通過LCD1602液晶顯示當(dāng)前的時(shí)間和選擇的模式，通過六個(gè)按鍵調(diào)節(jié)當(dāng)前的時(shí)間和定時(shí)打鈴的時(shí)間，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)單片機(jī)會(huì)控制蜂鳴器發(fā)出響鈴聲音。通過Keil軟件對(duì)單片機(jī)的源程序進(jìn)行編輯，并編譯生成.Hex文件。

2.2電子打鈴器硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。當(dāng)編譯完成后，在Proteus中繪制硬件電路圖，首先運(yùn)行Proteus軟件，新建一個(gè)文件，并在右上角的窗口中選擇所需的元器件，電子打鈴器是以AT89C51單片機(jī)為主控芯片，通過LCD1602液晶屏顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)信息，通過按鍵對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行修改，將時(shí)間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到DS1302時(shí)鐘芯片中，實(shí)現(xiàn)掉電走時(shí)功能。將編譯好的源程序加載到Proteus軟件的虛擬單片機(jī)中，設(shè)置參數(shù)后運(yùn)行。

2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在program file中添加編譯好的.hex文件，并在Clock Frequency中設(shè)置晶振頻率為11.0592MHz，單機(jī)OK即可。回到Proteus界面后再單擊運(yùn)行按鈕，可以看到以下仿真結(jié)果：

可以看到，每個(gè)管腳旁都有一個(gè)顯示框，紅色代表該管腳輸出為高電平，藍(lán)色方框代表該管腳輸出為低電平，直觀顯示出單片機(jī)引腳的輸出狀態(tài)，方便后續(xù)對(duì)單片機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行分析，并且可以在液晶屏上顯示當(dāng)前的運(yùn)行結(jié)果。在其界面上顯示有當(dāng)前的日期和時(shí)間以及星期等信息，在屏幕的右下方有模式設(shè)置，在實(shí)際硬件制作中只需按此電路設(shè)計(jì)連接即可。

3結(jié)語

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，建立網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，使教育教學(xué)管理日漸程序化、規(guī)范化是大勢(shì)所趨[4]，跨校修讀也正是基于此而不斷日益發(fā)展與完善。通過跨校修讀也加強(qiáng)了區(qū)域內(nèi)院校的合作與互通，促進(jìn)各學(xué)校資源的有效共享。本文將Proteus仿真軟件應(yīng)用于《單片機(jī)原理與應(yīng)用》的跨校修讀課程中，完成單片機(jī)系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)、源代碼調(diào)試與仿真，為在線課程中單片機(jī)電路設(shè)計(jì)提供方便、快捷的新思路，能有效解決理論課程與實(shí)踐環(huán)節(jié)相脫離的問題，提高在線授課的效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]叢俏.基于高校教育資源共享的跨校修讀研究[J].淮陰師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，19（02）：167-169+177.

[2]朱文博，陳龍，崔怡，戚麗杰.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的機(jī)械制圖教學(xué)[J].教育教學(xué)論壇，2014（09）：57-58.

[3]高志遠(yuǎn).虛擬仿真技術(shù)在單片機(jī)原理及其應(yīng)用教學(xué)中的應(yīng)用分析[J].中國教育技術(shù)裝備，2019（12）：31-33.

[4]譚冬平.高職跨校選修網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)學(xué)分互認(rèn)體制的建設(shè)研究[J].課程教育研究，2016（11）：42-43.

作者簡(jiǎn)介：魏偉（1986-），男，漢族，遼寧沈陽人，講師，研究方向：教學(xué)模式研究。