仿真技术在电类课程教学中的应用研究

马游春 苏淑靖 张会新 王红亮

摘要：为了解决目前实验教学过程中存在的实验内容单一、验证性实验为主、实验课时及硬件条件有限等问题，文章将Proteus和maxplus II相结合的虚拟仿真技术应用到单片机实验教学中，给出了两者联合仿真的方法与步骤，通过具体实例验证了应用虚拟仿真技术的可行性，表明了虚拟仿真技术在单片机实验教学中具有应用前景。

关键词：实验教学；单片机课程；虚拟仿真；Proteus软件

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）34-0189-02

一、单片机课程实验教学现状及存在的问题

1.单片机课程实验教学现状。由于单片机课程的复杂程度，目前只有少数学生能够清楚地知道该课程的学习目标，在如今的教学环境中，大多数学生能够使用汇编语言直接控制硬件，对软件的了解模糊，还有一部分学生对于单片机复杂的指令系统无法掌握，认为太过难记。为了进一步了解当前大学生对于虚拟仿真教学的认识情况，我们对200名学生进行了问卷调查，调查结果如图1所示。由图1我们可以看到在问卷调查中，99.4%的学生认为仿真教学可以明显提高教学效果，只有0.6%的学生认为仿真教学没有用处。

2.当前教学存在的问题。当前单片机教学存在教学资源有限、教学方法与手段单一、教学时间不足和学习效率低等问题，同时缺乏对课程教学的系统化设计，没有形成适合仿真教学的模式。传统的单片机教材和教学过于重视知识体系的演绎和推理，加之单片机课程本身所固有的抽象性以及教学传统尚存在的诸多问题，使多数学生对单片机课程产生了畏惧心理，以致影响了他们学习的积极性，使之变成了“问题课程”，不仅对学生的后续专业课的学习带来了一定困难，也对开展教学质量工程产生了消极影响。因此，对单片机课程进行教学改革是十分必要的。

二、虚拟仿真技术在单片机教学中的应用

1.传统“单片机技术”课程实验教学分析。以往的实验课程以演示为主，实验开放系统硬件固化、无法选择，硬件完備率不够，维护保障不够，浪费了大量选择实验箱的时间。我们需要解决以下问题：（1）过去的实验课程，学生只能通过演示实验简单了解外观上的器件模型，不能很好地理解处理器内部的工作原理，不能很好地与课本理论知识连接。（2）单片机与接口技术是工程性很强的课程，理论学习之后需要大量的工程应用。我们引入“计算机实验仿真”的教学方式，演示与仿真结合，采取多种实验手段让学生更好地理解课本内容。

2.虚拟仿真技术的应用教学实例。下面以SPI接口通信为例，介绍Proteus与MaxplusII在单片机实验教学中的应用。（1）Proteus环境下的硬件电路设计。DS1302是时钟芯片，内含实时时钟/日历和31字节静态RAM，DS1302与单片机之间能简单地采用SPI同步串行的方式进行通信，通过1602 LCD显示日期和时间，其仿真模型电路如图2所示。（2）SPI接口通信MaxplusII仿真模型。在MaxplusII软件中，我们通过VHDL语言对SPI通信的主从机编程、编译，生成相应的模块，之后调用这两个模块与输入、输出信号组合，如图3所示，图3为SPI主控制模块与从控制模块的组合。实验中可以通过两个FPGA模块来进行通信演示，每个模块的输入输出分别对应8个开关和8个LED。之后我们建立波形文件，对SPI通信功能进行波形仿真，学生可以通过波形直观地了解SPI接口如何通信，比起传统的教学模式具有很大的优势。

三、结语

我们已将Proteus和MaxplusII两款仿真软件引进到单片机原理及应用与综合实践接口部分课程的实验教学中，与传统教学模式相比，教学效果更好，我们统计了近三年来的学生成绩，如表1所示，可以看到经过虚拟仿真技术的教学改革之后，学生的成绩呈逐年上升的趋势，也为学生在单片机类软件与接口类电路方面的毕业设计和进一步深造奠定了良好的基础，对学生在该课程方向的就业和考研有较明显的促进作用。

参考文献：

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