浅谈虚拟教学系统在《单片机原理与应用》教学中的运用

韩鑫磊

摘 要 虚拟教学系统是建立在虚拟现实技术基础上的新型教学模式，通过采用这种教学技术手段能营造出一个仿真的学习环境，使人体验到身临其境的感觉，刺激学生的学习欲望，提高学习热情，从而实现快速提高学习能力的目的。将Proteus仿真软件引入单片机课堂教学中，能够实现理论与实践教学一体化，经过实际教学实践，取得良好的教学效果。

关键词 虚拟教学系统；《单片机原理与应用》教学；Proteus仿真软件

前言

《单片机原理与应用》课程是电子信息类专业课程，包含了单片机硬件、软件编程、串行通信及接口技术。要学好《单片机原理与应用》这门课程，需要学生有很强的动手操作能力及电路分析能力。为了让学生更有效学习《单片机原理与应用》课程，授课教师需要对教学方式进行改革，在课堂教学中根据实际需求实施信息化教学手段。

1 Proteus仿真软件简介

Proteus软件是由英国Labcenter Electronics公司开发的EDAI工具软件，由ISIS和ARES两个软件构成。其中的ISIS是一款电子系统仿真平台软件，ARES则是一款高级的布线编辑软件，它集成了高级原理图布线图、混合模式SPICE电路仿真、PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计[1]。

2 Proteus在教学中的应用

2.1 Proteus在理论教学中的应用

以往的单片机教学过程中，理论教学与实践教学是分开的。课堂上只讲授理论知识，而单片机的相关应用只能在实验室中才能得到验证。这样的课堂教学内容比较抽象，教学效果不好。在引入Proteus仿真软件后，教师在备课时就可以针对本堂的授课内容，事先准备好相关的案例，并可以用Proteus完成电路绘制、程序编写及调试，然后在课堂上给学生进行演示，使原来只能在实验室中才能看到的实验现象在课堂上就能直观地呈现在学生面前。

2.2 Proteus在实践教学中的应用

传统的实验教学主要使用的是单片机实验箱，这些设备主要的外围电路都已经搭建完成，学生只需要做一些基本的线路连接，学生的创新能力和实践动手的能力得不到充分的鍛炼。而把Proteus引入到实践教学当中形成虚拟实验室有着传统实验室无法比拟的优点。

虚拟实验室可以及时更新，这使得课程实验项目能够紧跟工程技术的发展，不断地进行调整和优化，使学生学到更多的实用技术；采用虚拟实验环境进行实验，学生首先要在理解硬件模块设计原理的基础上进行电路原理图的绘制，而后编写控制程序，加载、仿真运行，对电路和程序进行反复调试，才能完成一次完整的实验，这样的实验过程非常接近于实际系统的开发过程；虚拟实验环境的搭建只需要在一台计算机上安装Proteus软件即可，便于学生的课外自学提高，有效地解决实践教学学时有限的问题[2]。

3 Proteus仿真在单片机原理及应用课程教学中的应用

在单片机原理及应用课程教学中，单片机控制LED点亮这一节在课堂讲授时，因为学生没有感性认识，教师的各种理论分析使学生感到烦躁，失去兴趣。如果联系生活中的实际问题比如汽车左右转向灯的控制，结合proteus仿真软件实际操作，将有助于激发学生的兴趣并加深理解。下面以模拟汽车左右转向灯的控制为例，说明Proteus仿真技术在课堂教学中的应用。

运行Proteus的ISIS程序，进入仿真软件的主界面，点击Library选择Pick Device/Symbol以打开元件库，将电路所需的元件添加到对象选择器窗口，在图形编辑窗口将各个元器件按设计原理图放置并连线，完成仿真电路图的搭建，效果如图1。利用Keil编译器或文本文档编写相应程序，生成.c文件，在主菜单栏点击source菜单，选择Add，添加源程序.c文件，再选择Builled All进行编译，编译无误后生成.hex文件，并加载到51芯片中。最后点击菜单Debug→Execute或按Play键进行电路仿真。

在本例中，并行口P1的P1.0和P1.1控制两个发光二极管，当引脚输出为0时，相应的发光二极管点亮；用两个连接到单片机P3.0和P3.1引脚的拨动开关S0、S1来模拟驾驶员发出左转、右转的命令[3]。

4 结束语

虚拟现实技术具有开发成本低、不需要昂贵的虚拟现实设备、只需在客户端安装相应插件即可，应用价值较高，推广性强，更适合应用于教学之中。将Proteus软件引入到单片机的教学中，不仅解决了理论教学过程中进行课堂演示实验难的问题，而且使学生能够摆脱单片机硬件实验室，在课余时间有一个动手的平台进行单片机系统的软硬件设计。从而极大地提高了理论教学的效果和学生的动手能力，使教学工作真正做到了以学生为中心。

参考文献

[1] 恽如伟.虚拟现实的教学应用及简易虚拟学习环境设计[D].南京：南京师范大学，2005.

[2] 万松峰.Proteus在单片机理实一体化教学的应用[J].实验科学与技术，2016，（1）：85-88.

[3] 张毅刚.单片机原理及接口技术 （C51编程） （第2版） [M].北京：人民邮电出版社，2016：117.