虚拟仿真技术在高职单片机课程教学中的应用与实践

周克辉

（湖南财经工业职业技术学院，湖南衡阳，421002）

1 高职单片机教学中存在的问题分析

1.1 学生实践动手能力有待提升

在高职传统的单片机课程教学中，实验箱是辅助教学以及完成实验课程的基础。受到这种传统教学模式的影响，学生的动手实践能力以及实践经验往往是来源于现有实验设备的。学生在进行这一部分的学习时仅仅是机械的完成孔线连接。在这种教学模式下，学生的创造性思维得到了扼杀，学习单品机课程的学习兴趣完全丧失。这样的教学模式下学生的实践动手能力并没有得到有效的锻炼，实践动手能力有待提升。

1.2 教学过程中软、硬件结合内容缺失

高职单片机教学目标是：让学生具备一定的单片机内部结构和软件编程基础，并逐渐培养结合单片机最小系统和外部硬件的能力。教师在教学过程中通常是按照教材编写的顺序啦进行理论和实践课程教学的。但是作为一门实践应用范围较为广泛的应用型课程，这样的教材编写架构是很难让学生的实践应用能力得到有效提升的。软件和硬件之间相互独立的教学导致了整个教学过程过后，学生很难构建完善的单片机知识系统。

1.3 学生整体设计、协调能力有待提升

现阶段高职院校的单片机课程教学中软件和硬件分离教学的方式导致了学生很难从单片机系统的角度来理解和掌握单片机软件和硬件相互结合的技术，同时教学中具体的工程实践设计的缺失直接导致了学生整体设计和协调能力的丧失。目前很多高职院校在实验投入方面非常有限，很难进行大型综合性实验操作，使得学生不能够从实验中理解和掌握单片机的相关系统概念等。长此以往，学生很难从工程角度出发来进行试验，整体设计以及协调能力严重缺失。

2 虚拟仿真技术简介

2.1 虚拟仿真技术构成

虚拟仿真技术也被称为模拟技术或者是虚拟现实技术，具体是指利用该技术实现一个虚拟系统的构建，并通过这个虚拟系统来完成对另一个真实系统进行模仿的技术。Proteus软件作为一款电路分析模拟软件，被广泛的应用于高职单片机系统的模拟仿真教学中，并取得了一定的教学效果。Keil软件作为一种实现了C语言、汇编、混合编程的单片机系统开发软件，其应用范围也非常广泛。

在虚拟仿真技术应用于单片机课程中可以利用Proteus软件来模拟单片机工作系统从而建立单片机虚拟系统，并利用Keil软件对该模拟系统的单片机程序进行调试，将程序运行结果显示于Proteus软件环境中。通过Proteus软件以及Keil软件之间的有机结合能够模拟出“单片机系统+仿真器+开发软件”这种和单片机实际系统运行效果类似的模拟系统，进而取得良好的教学效果。

2.2 虚拟仿真技术特点

Proteus软件的开发者是英国的Labcenter公司。作为世界上非常著名的EDA工具，Proteus软件实现了从原理图分布、代码调试到单片机与外围电路协同的仿真，在转换到PCB设计中实现了一键切换，真正意义上实现了从概念到产品的完整设计。到今天为止，由Proteus软件和Keil软件共同构成的单片机虚拟仿真系统集合了电路仿真软件、PCB设计软件以及虚拟模式仿真软件三合一的设计，为单片机教学创造了良好的教学平台，有利于学生更好的完成课程学习。

2.3 虚拟仿真技术在高职单片机课程教学中应用意义

首先，通过将虚拟仿真技术应用于高职单片机课程教学能够帮助课程实现既定的教学目标。通过理论知识讲解和反正演示验证相结合教学方式能够将抽象的单片机工作原理生动的展现在学生面前，并抽象为具体，使学生更加容易达成教学目标。不仅如此，学生能够通过该技术应用来按照自己的思路完成任意单片机系统的设计，从而有效提升学生的实践能力。学习过程中，学生学习兴趣得到了有效激发，培养和提升了学生的实践应用能力。

其次，实现了单片机教学方法的丰富。将虚拟仿真技术应用于高职单片机课程教学中极大的丰富和该课程教学方法，促进了教学效果的显著提升。将虚拟仿真技术应用于高职单片机课程教学中能够充分的展现现代教育理念，实现了高职单片机教学中硬件资源缺失的困境，实现了实践内容设定依赖于硬件实验板的矛盾，改变了传统的教学模式，有效的提升了学生的综合应用能力，并有效激发了学生的创新意识。

3 虚拟仿真技术在高职单片机课程教学中的应用与实践

3.1 以Proteus软件与Keil软件为应用基础的联合仿真步骤

准备阶段：要将虚拟仿真技术应用于高职单片机课程教学中首先要将Proteus与Keil软件联系起来。

步骤一：以Keil软件应用环境为基础实现Proteus VSM软件驱动程序的安装。

步骤二：在Proteus软件开发环境中，建立项目文件，并绘制单片机系统电路图。

步骤三：在Proteus开发环境中，通过Debug菜单项选择“Use Remote Debug Monitor”。

步骤四：建立项目文件要在Keil软件开发环境中完成，按照仿真内容完成单片机程序代码的编写。

步骤五：设置Keil开发环境下的项目文件的“Target”选项，选择“Debug”方式为“Proteus VSM Simulator”。

步骤六：项目文件的编译要在Keil开发环境下完成，并运行单片机程序。然后通过Proteus软件环境来实现对运行结果的观测，假如结果有错误可以通过返回Keil环境中的操作来完成单片机程序的修改，直到运行结果正确为止。

3.2 虚拟仿真技术应用实例分析

以单片机AT89C51控制4位7段数码管的动态扫描显示为例，介绍了虚拟仿真技术在单片机教学中的具体应用过程。

Proteus软件环境下完成对硬件电路的设计。在Proteus软件环境下要以数码管动态扫描所显示的原理和要求当作依据来完成设计，单片机的P3实现对4位7段数码管的段选信号控制，单片机的P1.4～P1.7来控制位选信号，位选信号实现对PNP型三极管的导通与截止的控制，来实现对功能灌电流的停止或供应，也就是实现选择数码是否点亮。

在Keil软件环境下的软件编程与调试。软件编程实现4位数码管的动态扫描显示功能，在Keil项目文件中能够新建ASM文件或C文件，在文件中编写相应的语言程序代码。给出该实例的程序流程，显示内容为25.78。

待软件内容编写完成后，要将之前的步骤作为依据来实现对整个系统内软件和硬件的仿真操作，数码管能够将仿真运算结果真实的反映出来。随着逐渐增加延时时间，数码管从闪烁显示到按位轮流显示，通过这样的方式帮助学生完成对这一知识点的掌握。

4 结论

现阶段高职单片机教学课程存在着学生动手能力较差，软件和硬件相互结合有待提升以及学生试验能力较差等问题，严重的影响了高职单片机教学效果的提升。随着科技的进步，虚拟仿真技术得到了快速的发展，将虚拟仿真技术应用于高职单片机课程教学中能够在为学生提供良好学习平台的同时来有效的帮助学生提供动手能力，是现代高职单片机教学中重要的辅助教学工具。