基于Proteus仿真与实操的单片机教学改革

游乙龙

摘 要：针对当前单片机课程教学效果不佳，学生普遍反映难理解，缺乏实际操作等问题。笔者提出一种基于Proteus仿真与实操的单片机课程教学改革思路。该思路以实操为主、以Proteus仿真软件为辅，引入目前主流的C语言，并采用模块化方式重新整合课程内容，对单片机课程展开全方位的改革。经学校高技层次班级试点，改革能很好地提高学生学习兴趣、增强动手能力、分析与解决问题的能力，取得了较好的教学效果。

关键词：单片机 实操 Proteus 仿真 课程设计 C语言 改革

一、问题的提出

单片机作为电气专业高技层次的专业主干课程，对全面培养在校生的专业能力起着十分重要的作用。但现行的适用教材几乎都是一样的组织架构，即按硬件结构—指令系统—汇编语言程序—接口技术的顺序展开教学。教师如果按照教材内容展开教学，往往只能介绍基本硬件结构、指令系统和汇编语言程序设计等内容，最后再草草编一个“流水灯”就结束课程。这种形式的教学，势必难以取得令人满意的教学效果。作为非计算机专业的技校生，他们缺乏基本的计算机基础知识，往往坚持听讲几次课后，就会因为听不懂而放弃课程学习，转为睡觉、玩手机。哪怕坚持到最后的那部分学生，课程结束后，还在困惑：到底什么是单片机？它有什么用途？我能用它做什么？

笔者在几年的单片机课程教学反思后，认为该课程必须改革，经过几个学期的尝试、实践，逐步形成了基于Proteus仿真与实操的单片机教学改革思路，并在高技班试点。

二、改革思路与实践

1.以实操为主，仿真为辅

技校学生引以为傲的是具备过硬的实操技能，而非扎实的理论知识。技校必须注重对学生实操技能的培养，一方面动手做比听讲“更有意思”，另一方面实操也是学习单片机的捷径。在实际操作中，有两种方法，一是使用现成的学习板，二是使用万能板进行焊接电路板。考虑到学生在先修课程和实训中，已掌握了一定的焊接技能，因此笔者认为，使用万能板让学生自己进行焊接电路，学习一个模块，焊接一个相应电路，并实际操作、验证，能帮助学生理解并掌握单片机系统的设计，并能从“电子技术”课程平稳过渡到“单片机”课程。

在每个模块教学过程中，教师充分利用当前十分流行的单片机仿真软件Proteus开展仿真教学。利用Proteus软件，可以虚拟真实的设计过程（软件名称：From Concept To Completion），完成从基本的原理图绘制—程序设计—仿真调试等全过程。通过软件仿真，可以产生直观的现象，学生可以获取直观的认识，并逐步熟悉单片机系统的设计流程。

2.以C语言作为编程语言

单片机程序设计语言有机器语言、汇编语言和高级语言。机器语言计算机能直接识别和使用，但對人类而言，则难以理解，因为它全为0、1代码。汇编语言能够直接对底层寄存器进行操作，对深刻认识和学习单片机原理很有帮助，但其实质上是机器语言的“符号化”，依然显得“深不可测”。以此编写简单的小程序还行，若是进行项目设计，会使很多学生头疼，且开发周期长，维护困难。因此，采用高级语言进行单片机开发，自然成为大多数单片机工程师的首选。

C语言是一种结构化语言，按模块化组织程序，具备丰富的运算符和数据类型，可以直接访问内存地址，进行位（bit）操作，实现对硬件的编程操作，既有高级语言的功能，也有低级语言的优势。采用C语言进行程序设计，用户只要大致了解单片机的基本结构、相关部件的结构和特殊功能寄存器即可进行开发，用户如果有需要还可以通过反汇编等手段学习汇编语言，因此C语言获得了广泛的使用。

本着学以致用的原则，笔者坚定认为技工院校的单片机课程必须采用C语言，而非汇编语言。实践证明，由于C语言的简单、易学，学生虽然没学过《C语言程序设计》，但结合项目的案例讲解分析，不断总结，大多数学生均能较好地掌握C语言的基本内容，并进行单片机程序设计。

3.以模块化整合教学内容

传统的单片机教材脱离实际操作，侧重对单片机内部结构的讲解，未能突出实际应用。而且教材中有不少内容，陈旧过时、技术上还沿用几十年前的思路。因此，笔者大胆对教材进行改革，结合学生理解、接收实际，整合出以下单片机教学模块（见表1）。

通过上述模块的学习，大多数学生可以掌握单片机的基本操作、简单的程序设计，并能够形成单片机系统的认识，熟悉单片机系统开发的基本流程。如此，单片机教学目标也就实现了。

4.以课程设计全方位考核

通过各个模块的学习，学生理解并掌握了单片机的基本知识和操作技能，可以自行搭建最小系统，诸如发光二极管、按键灯的简单外设。但这只是相对独立的各个模块，无法真正形成应用系统。因此，在教学安排上，笔者建议安排1～2周时间开展微机控制课程设计。这也是对教师、学生综合、全方位技能的考验。

在设计课程设计题目时，笔者充分考虑到学生的实际情况，力求避免过于复杂、难度大的题目，而偏向于总体难度不大，但具备一定综合性的题目。以笔者的实际经验看，经过1～2周的设计、调试，当学生完成相关任务形成“作品”后，大多数学生的表现是自豪的。下面是笔者给出的几个课程设计题目，每个课题给出相应的控制要求、设计指导，学生可根据自身的学习情况，自行选择设计课题（见表2）。

三、小结

技工院校以“技”立身。笔者结合教学经验、项目经验、技校学生特点，提出一种单片机教学改革思路，并积极探索实践。通过教学实践表明，这种教学改革是可行的，能很好地提升学生的学习积极性、培养学生动手能力、资料检索能力和一定的分析问题、解决问题的能力。

参考文献：

[1]徐爱钧.单片机原理实用教程——基于Proteus虚拟仿真[M].北京：电子工业出版社，2011.

[2]凌明.嵌入式系统高级C语言编程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.

（作者单位：广东省粤东高级技工学校）