浅析基于Proteus的仿真实验室构建——以单片机应用课程为例

(南昌理工学院电子与信息学院 江西 南昌 330013)

浅析基于Proteus的仿真实验室构建
——以单片机应用课程为例

耿健杨威

(南昌理工学院电子与信息学院江西南昌330013)

实验平台的建设是实验教学系统及实验教学内容改革的基本措施,通过分析目前电子类实验室平台建设存在的缺陷及建立Proteus实验室的必要性,阐述了建立Proteus虚拟实验室是建立综合型、开放型、创新型、先进型、易管理及维护型实验室的良好选择,并就Proteus实验室架构进行了有益的探索。

虚拟实验室:Proteus;仿真

一、引言

实验是课程教学中一个重要组成部分,通过这一实践性教学环节,一方面可以验证和巩固所学的理论知识,另一方面可以运用基础理论分析和解决实际问题。目前在数字电子技术、模拟电子技术和单片机的教学中,仍然采用传统的实验室实物教学模式,实验需要在实验室中进行,往往受到诸如硬件资源、时间和空间等条件的限制,要求初学者对于需要进行实验的元件特性比较理解,然后再进行连线实验。但由于很多初学者的动手能力较差,在连接线路上浪费了大量的时间,经常由于连线错误,造成元器件损坏或者无法工作。

伴随着计算机技术的迅猛发展,虚拟实验室应运而生。虚拟实验室也称为合作实验室,最早在1989年由美国UniversityofVirginaia的William Wulf教授提出,用来描述一个计算机网络化的虚拟实验室环境。虚拟实验就是利用鼠标的点击、拖动,将微机上各种虚拟仪器,按实验要求、过程组装成一个完整的实验系统,同时在这个系统上完成整个实验,包括元件的添加、实验条件的改变、数据采集以及实验结果的模拟、分析。作为传统实验的重要补充,虚拟实验克服了诸多条件的限制,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。

二、Proteus仿真软件简介

Proteus仿真软件是一种功能强大的电子设计自动化软件,提供智能原理图设计、SPICE模拟电路、数字电路及MCU器件混合仿真系统和PCB设计功能,不仅可以仿真传统的电路原理实验,模拟电子线路实验、数字电路实验等,而且可以仿真嵌入式系统的实验,其最大的特色在于可以提供嵌入式系统(单片机应用系统、ARM应用系统)的仿真实验,这也是其他任何仿真软件无力所及的。例如,其支持单片机和周边设备,可以仿真51系列、8086、AVR、PIC、Mo torola 的68系列等常用的MCU,并提供周边设备的仿真,例如373、led、示波器等。Proteus提供了大量的元件库,有RAM、ROM、键盘、马达、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件等。另外在编译调试方面,支持Keil和MPLAB等第三方集成开发工具。

三、单片机虚拟仿真实验的建构

Proteus软件具有动态的模仿优势，在教学中可以通过《单片机原理与应用》这门课程的教学内容进行分析研究，对教学的知识点进行拆分和综合，可将Proteus单片机仿真实验分为基础性试验、综合性试验和创新性实验。基础性试验是对单片机系统相关课程中的实验进行模拟设计及设计验证，实验设计的目的将学生在课堂上所学的知识进行消化，同时学会用Proteus软件系统解决课堂上出现的问题，使课堂教学与实验相结合；综合性实验是在学生学习单片机系统模拟实验的基础上，增加实验的内容，在实验教师的指导下，运用MCU解决命题性实验的题目，学生按照拟定的题目内容进行电路图设计、仿真调试、代码的编写、PCB设计、制作PCB和验证PCB设计等一系列过程。由于在Proteus软件平台上，一个产品项目可以做到从原理图设计、单片机编程、系统仿真到PCB设计的完整过程，实现从概念到产品的完整设计。而完整的工作过程包括资讯、计划、决策、实施、检查、评估6个环节，项目化实验主要有四个步骤：(1)工作任务的描述。包括工作任务在整个工作体系中所表现的出的作用、所处的地位，完成工作任务需要的设备、工具和材料等等；(2)现场演示与理论讲解。教师根据工作任务，进行现场作品演示，演示作品制作的过程，加深学生的感性认识，同时在演示文本的过程穿插理论的讲解，引导学生在Proteus仿真实验中构建理论知识；(3)项目的实施。根据老师的讲解和工作任务对题目进行设计和制作，完成课题项目；(4)对仿真实验进行总结。教师对学生完成的作品进行评价，包括作品的外观、产品制作水平和质量等级等，在学生之间进行对比分析，找出优点和缺点。因此，引入Proteus虚拟仿真实验系统后的单片机系统相关课程，非常适应于采用基于工作过程的项目式教学模式，利于单片机系统课程开展基于工作过程的项目化课程教学改革。

四、结语

虚拟实验室中做实验可以将大量教学信息直接地表现出来,不仅有利于促进课程和教学改革,提高人才培养的质量,而且解决了传统单片机实验室设备资金短缺和维护困难的问题,为实践性教学设计过程带来了很大的灵活性,并且打破了空间和时间的限制,避免真实实验或操作所带来的各种危险。

在教学上,教师利用电脑资源,结合虚拟实验室,将课本知识及时运用于实际仿真,让学生更好地理解掌握课堂知识。同时学生还可以充分利用课余时间,在自己的PC机上设计电路及仿真,培养学生独立判断、分析和解决问题的能力,提高学生的实践能力和设计能力,拉近了学习与就业的距离。

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