单片机的实验教学改革

摘要：在单片机教学过程中，应用现成的实验箱，虽然可靠性高，但是学生无法进行设计性实验。完全进行硬件搭建实验平台，成本太高。综合考虑，本文提出采用Proteus虚拟实验平台，不但丰富了实践性教学的手段，又培养了学生的创新能力。

关键词：单片机；Proteus虚拟实验平台；实验教学

单片机技术是现代电子工程领域一门迅速发展的技术，应用于各种嵌入式系统中，单片机技术的发展和推广极大地推动了电子工业的发展。单片机技术是电子、电气、机电一体化等专业的主干课程，具有很强的技术性和实践性。实践教学平台在单片机实验教学中占有十分重要的位置，是单片机实验教学的基础[1]。

传统的实验对硬件的要求很高，为节省硬件实验的投入成本，我院在2009年使用现成的单片机实验箱进行单片机实验，这种教学实验平台主要是以验证性实验为主，实验装置上各器件的固定搭配限制了学生的思维，使学生们无法进行设计性实验。为节省成本和克服实验箱的不足，从2010年开始，我院采用Proteus单片机仿真软件来进行单片机实验教学。采用Proteus仿真软件进行虚拟单片机的实验有比较明显的优势，如涉及的实验内容全面、硬件投入少、学生可自行实验、实验过程中损耗小、与工程实践最为接近等特点。虚拟实验丰富了实践性教学的手段，有利于现代实验教学观念的更新。

一、采用Proteus虚拟实验平台的优点

1. Proteus软件的系统资源丰富：提供可仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件和多达30多个元件库；该软件提供多种现在存在的虚拟仪器仪表，如示波器、逻辑笔、逻辑分析仪、SPI调试器等；支持单片机汇编源码级和C源码级仿真与调试；无需硬件电路就可对单片机电路进行软硬件的开发与调试；支持单片机类型非常多，8051、ACR、PIC10/12、PIC18、HC11、ARM7[2]。

2. 实验室运行成本降低：传统的实验，为保证教学的需要，必然要投入各种实验设备，如示波器、信号发生器、逻辑分析仪等，这必然要投入资金。在实验过程中，也会因为学生操作不当造成仪器仪表的损坏。采用Proteus软件仿真进行实验，基本没有元器件的损耗问题，在实验的过程中是比较安全的。

3. 培养学生的创新性：Proteus软件支持单片机及其外围设备仿真，学生可以计算机上自行设计所需的实验，画原理图、编写源代码、反复调试、观察结果，直到达到满意的结果。这极大地调动了学生实践动手的兴趣，提高了学生学习的主动性和积极性。

二、Proteus的仿真应用实例

下面以基于单片机的电子计算器设计为例，阐述利用Proteus软件进行设计及仿真的过程。

1. 使用Keil 软件编写应用程序

进入Keil μVision2开发集成环境，新建文件，输入可实现计算器计算功能的源程序。输入源程序后，保存文件，文件名加后缀.asm。他建一个新项目，为该项目选合适的单片机，并将写有源程序的文件加入到项目中去。

2. Keil软件设置

单击Project菜单中的Options for Target选项，弹出窗口，点击Debug按钮，选择窗口右边的Use，如图1所示。

在后面的下拉菜单中选择Proteus VSM Monitor-51 Driver，再点击Setting按钮，这里我们在同一台电脑上进行仿真，所以在Host后面添上“127.0.0.1”，设置完毕。最后将工程编译，进入调试状态，并运行。

3.绘制仿真电路图

启动Proteus ISIS在主窗口界面点击窗口左侧的元器件选择区的P按钮，会弹出Pick Devices窗口，输入关键字80C51，在结果栏里会出现多种类型的CPU器件，找到80C51后双击，80C51就被添加到当前窗口左侧的元器件列表区。再用同样的方法，依次把74LS00、74LS373、6264、7407、KEYPAD-SMALLCALC、LM020L添加到器件列表区里。然后再依次点击列表区里的器件，把它们放到绘图区并编辑其属性，接着进行合理的布局后，就可以进行连线。绘制出电路原理图如图2所示。

4.系统仿真

在Proteus ISIS中，点击菜单Debug选项，选中“use romote debug monitor”。选中单片机80C51，出现对话框，在Program File中填入编译好的仿真文件（.HEX），然后点击“OK”，在ISIS窗口左下方有4个模拟调试控制按钮：运行、步进、暂停和停止按钮，点击运行按钮，即可仿真。

三、改革后的教学效果

在2010、2011两年的单片机教学中，我校采用Proteus虚拟实验平台来搭建电路。学生在上Proteus实验课时，可以利用所学知识编写程序，上机运行程序，并在虚拟实验平台上看到仿真效果。我们发现学生可以利用此平台跟踪、调试并观察实验的效果，可以自主地进行实验方案设计，进行电路分析和设计，增强了学生自主学习的能动性。

四、结论

基于Proteus的单片机仿真实验方式，从培养学生运用基础理论知识和提高实际操作能力出发，在物理原型出来之前，Proteus仿真软件可实现设计的开发和测试，这在单片机实验教学中发挥着重要的作用。这种新的实验方式是单片机实验教学的一种很好的辅助手段，并且为学生进行综合性、创新性实验提供了一个很好的平台，在全面提高教学质量、培养学生思维能力、创新能力和动手能力等方面发挥着重要的作用。■

参考文献

[1] 陈龙，张亚君. Proteus仿真软件在单片机实验教学中的应用[J].实验技术与管理，2009，26（8）：73-75.

[2] 冯刚.单片机实验教学平台的改革[J].计算机教育，2010，25(2)：144-146.

作者简介：

王丽（1982－），女，汉族，黑龙江省富锦市人，宿迁泽达职业技术学院机电信息系，硕士，助理讲师，研究方向传感器解调。