PROTEUS仿真技术在单片机教学中的应用

郭文慧

【摘要】在单片机教学中引入Proteus仿真技术，不仅提高了课堂效率，还锻炼了学生的动手操作能力。笔者根据多年的单片机教学经验，对单片机教学中存在的问题进行了简单分析，同时重点论述了Proteus软件的特点及在单片机教学中的应用。

【关键词】单片机；Proteus软件；教学：

【中图分类号】G424，1 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）04-0328-01

引言

随着信息技术的全面发展，单片机的应用领域愈加广泛，目前主要应用于数据采集、通信系统、工业自动化、家用电器设备等方面，同时它也在教学工作中得到越来越广泛的关注。为了满足学生就业与社会发展需求，全国各高校已经将“单片机的原理及应用”这门课程引入到信息类教学当中，并且作为了学生的必修科目。

为了提高单片机的教学效果，提高学生的创新能力，可在单片机教学中引入Proteus仿真软件和Keil软件，有效的实现软件与硬件的结合。可以利用Keil软件调试单片机程序，又可以利用Proteus仿真软件模拟单片机的工作情况，将单片机程序加载到仿真软件中，再现单片机工作状态。这样既可以利用现有计算机设备，使学校有效资源得到充分利用，又可以为学生提供实践平台。本文通过设置实验平台的方法，分析了Proteus仿真软件在单片机教学中的应用。

1、单片机教学中存在的问题

单片机是一科基于理论知识、注重动手操作的课程。根据它自身的特点，我们可以将单片机的教学简单分为理论教学和实验教学两部分。下面针对单片机在理论与实验教学工作的不足进行简单介绍：

1.1 单片机在理论教学中的不足

单片机涵盖的知识面、涉及的领域范围比较广，对学生而言，学习起来比较难，难于接受，因此在单片机教学中需要直观的、全方位的把教学内容展示给学生。传统的单片机教学方法，都是按照课本目录，从单片机结构的学习出发，按部就班的介绍它的工作原理、指令系统、应用端口扩展等，对单片机应用实例介绍的比较少，把软件学习与硬件学习分开讨论，增加了学生的学习难度。在单片机的理论教学过程中我们要转换教学模式，将单片机的各功能器件紧密结合，形成一个完整的应用系统，使学生便于理解，让学生学会事物之间的联系发展。培养学生学习兴趣，充分发挥学生的主观能动性，注重实践，实现软件与硬件相结合的教学方法，提高教学质量，让学生在构建单片机的应用系统时更全面化、更系统化。

1.2 单片机在实验教学中的不足

现在大部分的高校均是利用实验箱对单片机课程进行实验教学。这种方法虽然方便，但也存在很多不足。单片机实验箱属于成品器材，它的内部电路已经连接好，学生只能利用实验箱盲目的照搬教师讲课时的演示内容，对实验箱硬件电路连接的认识只能处于表面层次，很难真正参与其中，发挥自身能力的空间较小；学校实验室的资源有限，它不可能拥有所有种类的单片机，制约了实验课程的进行。由于单片机的发展比较迅速，所以我们在教学工作中要不断引入新设备，这需要高要求的实验环境和大量的经费支持；一般情况下，理论教学的课时要求明显多于实验教学，实验教学只是辅助理论教学，没有从根本没有意识到实验教学的重要性。单片机课程需要大量的实验课程来巩固课堂知识，我们应该给学生创造良好的实验条件。

2、Proteus软件简介

针对上述情况，我们将Proteus软件引入到单片机课程的学习中，在Proteus软件的运行环境下，我们只需要一台计算机就可以完成单片机的系统设计，可以实现学生亲身实践，全面的参与单片机课程的理论学习与实验操作，提升了教学质量。

3、Proteus仿真软件在单片机教学中的应用

Proteus软件是目前最先进、最全面的嵌入式系统设计平台。同时，可以将Proteus与Keil软件结合使用，构建出虚拟的单片机模拟实验室，只需要通过一台计算机，就可以实现设计电路、原理图仿真及程序的调试和运行等过程。由于软件的灵活性和适应性，使得仿真内容包含了单片机课程的所有知识点，为实践性教学内容的设计带来很大灵活性。

在实验教学过程中，学生可以通过Proteus软件本身所具有的单片机器件模型和规格参数来自行设计硬件电路图。首先，选出实验所需单片机类型，再根据单片机设置外围电路，如，电源处高低电平的设置、各端口的布线设置等等；再通过Keil软件编写程序（如图1所示），对单片机的运行过程进行程序模拟，调试程序，及时改正程序中的错误；最后将调试的程序添加到单片机原理图中，在Proteus软件中运行，最终得到实验仿真结果。这样的教学方法让学生了解了单片机的工作原理，使学生的编程能力得到提高，为他们开阔了更大的学习空间。

将Proteus软件引入单片机的课堂，通过原理图的设置，可以让学生明了的理解单片机的原理和单片机学习中的难点、重点内容。例如，在讲述单片机的功能结构时，我们以AT89C51系列的单片机为例，对它的内部结构、时钟震荡电路、复位电路等各功能模块详细论述；将Proteus软件引入单片机的课堂，可以为学生展示更多实例过程，可以让学生更生动、更形象的了解单片机技术的应用。如，对汽车照明灯的设计我们可以通过Proteus软件仿真实现。在设计过程中我们首先要了解汽车灯的转向问题，然后通过设计和编写程序代码，运行程序。根据汽车转向灯的原理，设计硬件原理图，运行结果即，当拨动相应的开关后，其对应的汽车信号指示灯状态将发生变化，闪烁或长亮，直到下一个动作为止，刚开始时信号灯的动作与实际的操作不匹配，经过小组成员的协同努力，最终在运行程序后能得到与要求相匹配的结果。通过软件与硬件相结合的方法构成一个完整的系统。利用条件转移指令判断开关状态，根据开关的状态决定是继续转移还是继续向下执行。如，图2的仿真结果是单片机通电时，因为单片机只通电不工作时各引脚为高电平，由下图的引脚状态可知。P3口输出为高电平，另外一端接地，因此二极管发光。

采用Proteus软件进行单片机的实验教学，具有明显的优势。Proteus软件包含的资源丰富，并且可以与外围应用软件很好的连接；要求的硬件投入较少，具有明显的经济优势；在实验研究的学习过程中，学习可以对实验进行自行设计，实验内容贴近工程实践，提高解决实际问题的能力。

结论：实践证明，将Proteus仿真软件引入到教学体系中，既可充分利用学校现有的资源设备，节省经济开支，减少实验设备的维护；又实现了教学内容的形象化、具体化，实现了单片机教学工作中的软硬件的结合。同时，Proteus仿真软件的引入，不仅改变了学生对单片机课程的学习态度，激发了学生的学习兴趣，提高了学生的自主学习能力，还提高了课堂效率，改善了教学质量，同时锻炼了学生的动手能力，为学生学习水平的提升打下了坚实的基础。