單片機原理及應用實驗“虛實結合”教學改革及實踐

韓 劍

（桂林電子科技大學信息科技學院，廣西 桂林 541004）

傳統課程是以“教師課堂演示，學生聽課學習”為主方式，其難以掌握并拓展各種電子電路的設計，加之傳統電子電路系統的實驗箱體積龐大難以攜帶，各類芯片、顯示電路、驅動電路和電源等在實驗時均需要用導線一一連接，接線復雜使得學生往往在硬件接線上花費大量的時間，難以把精力主要放在電子電路系統的電路設計上，且操作過程中連線復雜、芯片易損等問題，使得硬件系統很容易出現問題，導致學生無法及時發現電路設計缺陷所在。

1 “虛實結合”教學改革方法

為解決以上傳統電子電路實驗課程出現的問題，引入LabVIEW、Proteus和NI Multisim等仿真軟件進行電路虛擬仿真,學生們在做實驗之前首先能夠在宿舍電腦上進行虛擬仿真，接著在開放的多個“虛實”實驗室進行自主設計，最后在實驗課上進行實操。異曲同工的是，學生可以在真實電路設計和仿真電路設計之間進行轉換修改，直至最后完成正確的電路設計為止，在完成實驗的過程中提高學生們設計電路的效率，提高學生的創新實踐動手能力。

當虛擬仿真完成后,利用硬件實踐平臺完成電路的實體調試，使得學生們提高對開發電路的設計興趣，激發對開發電路的設計能力，拓展了對發開電路的設計思維，學生可以結合大學生創新創業項目或者教師的科研項目，開發更加復雜的綜合實驗項目，提高創新實踐能力。

2 教改應用

本項目成果從2013年開始使用KEIL+proteus仿真軟件進行虛擬仿真，每個實驗按照實物電路設計一個proteus仿真圖，以滿足學生在宿舍也可以編寫程序，在仿真電路圖上進行聯調調試電路，不用局限于一定要去實驗室才能做實驗的困境。即：學生通過在proteus仿真軟件上繪制硬件電路圖，結合KEIL開發環境編寫程序進行仿真設計，直到設計任務要求完成，再到實驗室實際實驗箱上運行程序或者制作硬件電路板，圖1為單片機原理及應用實驗“虛實結合”示例圖。

圖1 單片機原理及應用實驗proteus仿真圖和硬件電路圖

單片機綜合實訓題目如圖2所示，先讓學生根據題目要求，利用KEIL+proteus仿真軟件進行虛擬仿真，KEIL調試程序，proteus虛擬仿真軟件進行軟硬件聯調，最后根據調試好的正確軟件和硬件制作出實物電路板，大大提高了學生們的學習興趣和實驗室的使用效率。

圖2 單片機原理及應用實訓proteus仿真圖和硬件

3 結論

項目組自主研制多個適用于應用型本科學生的“虛實實踐平臺”，且都申請了實用新型發明專利。研制的多款虛實結合實踐教學平臺通用的特點是，成本低、體積小方便攜帶、USB通信適用于筆記本電腦；結合以上幾個優點，可以方便借給學生在實驗室以外的地方開展電路設計，課程設計的時候也提供學生借出實驗室設計，大大提高學生創新實踐能力和團隊協作能力。區內多個本科院校不同專業推廣使用，共享優質教學資源，實現了“一人多教、一實多用、一課共享”，把實驗室資源利用最大化。