Proteus在单片机项目驱动教学法中的应用

何 玲，雷亚莉，吴恒玉，黄 果

(海南软件职业技术学院 电子工程系，海南 琼海 571400)

Proteus在单片机项目驱动教学法中的应用

何 玲，雷亚莉，吴恒玉，黄 果

(海南软件职业技术学院 电子工程系，海南 琼海 571400)

在单片机的教学中引入Proteus仿真软件和项目驱动教学法，不仅改变了传统的教学模式，而且可以实现单片机项目的仿真设计和调试，用该软件辅助单片机教学可以节约教学资源，提高单片机的教学效果.

单片机；项目驱动教学法；教学改革；Proteus

项目教学法是先引导学生做项目，然后在项目中引入相关知识点，让学生在实践中学习够用的理论知识.传统的单片机理论课教学中，在课堂上演示单片机的设计和调试几乎不可能；在传统的单片机实验教学中，采用硬件仿真器、实验箱或实验板，需采购大量的、昂贵的硬件设备，而且设备维护工作量也非常大,并且单片机的种类繁多，再加上资金的限制，不可能在一个实验室包括所有种类的单片机仿真设备以及各种外围电路，因此，学生能做的实验项目受到限制.在这些现有条件的基础上，实现单片机的项目式驱动教学法，引入了Proteus仿真软件辅助单片机项目教学，这样不仅可以改善单片机教学的教学效果，并且节省了成本，扩展了项目的实施范围[1].

1 项目教学法在单片机教学中的应用

单片机的教学应偏重于操作和实践活动，项目教学法非常适用于学习单片机这门课.选择项目教学法直观形象、通俗易懂.对单片机实用技术及实践，采取项目教学法，主要做了以下工作：第一步：根据《单片机应用系统与开发技术》课程的知识体系，开发出与各项内容相适应的项目课题，课堂上围绕项目课题内容，讲清涉及的硬件、指令、编程方法、程序及达到的目的，要求学生达到基本理解的程度；第二步：在实验室介绍仿真器、实验板的使用方法和相关各种仪器仪表的正确使用.第三步：根据项目课题的设计、安装、调试达到独立完成项目课题，最后以样品或软件仿真的形式来演示项目课题，整理完成项目报告.采用项目教学方法，可以把空洞深奥的理论变成看得见摸得着的实际东西，激发学生学习的兴趣，取得较明显的教学效果.

2 Proteus软件仿真的优势

采用Proteus 仿真软件进行仿真教学，具有比较明显的优势[3].

1) 电子元件丰富，实验内容全面.Proteus软件提供了数千种元器件，能实验的内容包括软件部分的汇编、C语言等的调试过程，也包括硬件接口电路中的大部分类型.对同一类功能的接口电路，可以采用不同的硬件来搭建完成，可以扩展学生的思路和提高学生的学习兴趣.该软件可以加快电路系统开发的速度，节约开发成本，提高开发效率.

2) 硬件投入少，经济优势明显.Proteus所提供的元件库中，大部分可直接用于接口电路的搭建，同时该软件所提供的仪表，在质量和数量上都是可靠和经济的.如果在实验教学中投入真实的仪器仪表，仅仪表的维护，其工作量也是比较大的.因此采用软件的方式进行教学，其经济优势是比较明显的.

3) 接近工程实践，提高解决实际工程问题的能力.采用仿真软件后，对实际工程问题的研究，可以先在软件环境中模拟通过，再进行硬件的投入，这样处理，不仅省时省力，也可以节省因方案不正确所造成的硬件投入的浪费.最后将仿真调试成功的电路移植到一个具体的硬件电路中进行测试.将仿真软件和具体的工程实践结合起来，有利于对工程实践过程的了解和学习.

4) 仿真过程中安全、损耗小.采用Proteus仿真软件进行教学，可以将大量教学信息直接表现出来，节约大量昂贵的实验仪器费用，调动学生的学习积极性和主动性，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，不存在因操作不当而造成的元器件和仪器仪表的损毁.

5) 采用多媒体教学，丰富了教学手段 .在进行多媒体教学时，可设计大量的单片机应用实例，单片机教学过程中必须软件和硬件结合.一般理论教学难以辅助硬件进行教学，利用Proteus仿真软件和现有的多媒体教学设备，可以在课堂中完成软件、硬件和系统集成等内容的教学，运用Proteus软件演示从单片机硬件设计到软件调试的全过程，并演示运行结果，这是以往无法做到的.

6) 大量的范例，可供学生参考处理.在系统的设计时，该仿真系统提供很多比较完善的系统设计方法和设计范例，可供学生参考和借鉴，同时可以在原设计上进行修改处理.

7) 培养学生的团队协调能力.一个比较大的工程设计项目，是由一个开发小组协作完成的.了解和把握别人的设计意图和思维模式，是团结协作的基础，在Proteus中进行仿真实验时，所涉及到的内容是一个团队经过共同努力完成的，因此可以培养学生的团队协作能力.

3 Proteus在单片机教学中的应用

3.1 将Proteus引入单片机课堂教学

在单片机课堂教学中，首先，采用Proteus可以进行项目实例演示，增强教学生动性和直观性.比如教师可以制作一些典型的应用系统，如流水灯、交通灯、数字钟及LCD显示等实验进行演示.让学生对单片机应用系统有一个感性认识，明白一个完整系统的含义，清楚单片机在一个系统中的作用和地位以及应用情况[2].其次，采用Proteus有助于明确概念，解决难点.在单片机教学中，P口作为准双向口的这个概念以及如何应用是较难掌握的一个问题.还有如中断如何产生、LED 灯的位选和线选如何区别、串行通信如何实现等教学中的重点和难点，都可以通过Proteus的演示让学生掌握.而且Proteus具有用色点显示芯片管脚状态的功能，教师可通过单步调试的方法让学生观察引脚的高低电平变化.另外，也可通过示波器、逻辑分析仪和发光二极管进行观察.Proteus也有助于理解指令含义.通过改变某段程序或指令，观察运行效果，从而理解语句含义.

3.2 用Proteus改进单片机实验教学

单片机课程的课内实验学时有限，使用实验箱仅停留在演示性及验证性实验的层次.学生做完实验以后，对实验的具体硬件电路和程序编写知之甚少.为了解决这个问题，可以在开放单片机实验室的同时将Proteus软件引入到实验教学环节中[3].要求学生在实验课前运用Proteus对实验项目进行仿真，在设计硬件电路和编写程序时考虑实验箱的资源状况，以确保仿真的结果可以在实验箱上实现.而Proteus所提供的元器件模型、外设模型和仪器仪表完全可以满足这一要求.学生如果按照这种方法将所有实验做一遍，就相当于自己设计了多个最小的应用系统.学生在PC机上仿真成功后再用实验箱做实验，能够做到目的明确，思路清晰，软硬件理解透彻，收到很好的实验效果.上述方法既保证了实验的质量和数量，又减少了实验箱的损耗和实验经费的投入.

3.3 用Proteus改革单片机课程设计和毕业设计

在课程设计中，要求学生首先应用Proteus自主设计仿真，在设计硬件电路时最好能考虑实验箱的资源状况，以使仿真的结果可以在实验箱上实现.等编程调试通过后可以移植到实验箱上实现，验证实物效果.在进行毕业设计时，也可以让学生根据爱好和掌握知识的程度自由选择设计题目，培养学生的自主创新意识.教师与学生共同探讨方案的可行性后，由学生在Proteus中设计硬件电路，编制程序并调试.等仿真成功之后，再购买元器件进行电路焊接、系统调试和程序固化，最终每组独立完成一件作品.

4 Proteus仿真具体步骤

1) 在Proteus 软件平台中绘制原理图.Proteus软件绘制原理图先从软件包的器件库里取出所需的元件符号并在绘图区布局好，同时编辑好元件的参数，接着进行连线，添加必要的网络标号等[4].

2) 编写程序.对于汇编语言，可直接在Proteus软件的平台编写、编译程序，进行调试和链接，这时候在AT89C51中已经产生HEX文件；也可打开第三方软件Keil Vision3，新建项目，选择微处理芯片，然后编写程序，编译源程序.产生HEX文件，再把产生的HEX 文件导入到AT89C51中.

3) 电路的调试与仿真.Proteus与Keil C的静态结合仿真[5]就是把Keil C软件下生成的HEX文件，嵌入Proteus软件进行软硬件模拟仿真.静态结合仿真优点是简单方便；缺点是HEX文件嵌入Proteus软件后，只能在Proteus软件下仿真，不能在Keil C软件动态观察.Proteus与Keil C的动态结合仿真就是利用Proteus软件支持第三方的软件编译和调试环境的特点，把Proteus软件和Keil C软件动态连接，实现二者的动态实时仿真.动态结合仿真优点是可以实现在Keil C软件动态仿真，在Proteus软件实时观察结果；缺点是Proteus软件和Keil C软件设置相对比较繁琐.可按照以下步骤进行仿真调试.①打开Proteus 绘制电路图，在AT89C51 中导入在Keil平台中编译出的HEX文件，选中Use Remote Debug Monitor.②在Keil中选择调试，可顺序和单步运行程序，调出Proteus ISIS界面，在Debug菜单下选择Virtual Terminal，打开虚拟终端，在键盘上按键，在虚拟终端窗口中就会显示相应的仿真结果.

5 结论

经过近几年的教学实践证明，在单片机课程项目教学中引入Proteus仿真软件，提高了学生的学习热情，开拓了学生思维，调动了学生学习的主观能动性，活跃了学习气氛，大大提高了教学效果.

[1]赵义强，康静，郭向亮. Proteus仿真软件在单片机设计中的应用[J]. 中国集成电路，2007，16(2)：58-61.

[2]刘心红，郭福田，孙振兴，等. Proteus仿真技术在单片机教学中的应用[J]. 实验技术与管理，2007，24(3)：96-98.

[3]刘文秀. 单片机应用系统仿真策略的研究[J]. 现代电子技术，2005，28(14)：25-27.

[4]丁向荣，贾萍. 单片机应用系统与开发技术[M]. 北京：清华大学出版社，2009.

[5]何玲，蔡莉莎. 单片机小系统的设计与制作[M]. 北京：电子工业出版社，2012.

Analysis of the Application of Proteus in MCU Project Driven Teaching Method

HE Ling，LEI Ya-li，WU Heng-yu，HUANG Guo

(Department of Electronical Engineering；Hainan Software Profession Institute，Qionghai 571400，China)

Proteus and project-driven pedagogy is introduced to the teaching of the microcontroller. It can change the traditional teaching mode，and also provide simulation design and debug in MCU project.It can save teaching resource and improve teaching effectiveness of the microcontroller with the use of Proteus in Auxiliary MCU Teaching.

MCU；Project pedagogy；teaching reform；Proteus

G712

A

1008-5475(2012)04-0067-03

2012-03-31；

2012-05-07

海南省教育厅基金资助项目(Hjsk2012-86)；海南软件职业技术学院基金资助项目(Hr201013)

何 玲(1980-)，女，河南驻马店人，讲师，硕士，主要从事电子技术和自动控制技术研究.

(责任编辑：沈凤英)