仿真软件在单片机教学中的应用

李辉

摘 要：keil和proteus这两款功能强大的仿真软件的发展，近年来这两款软件的仿真能力以及稳定性得到了行业内部的认可。另一方面，来自实验器材种类和元件经费的限制，也让学生将目光投向了软件仿真领域，如果在教学中将keil和proteus结合起来，一个基于单片机的虚拟的系统就在软件环境中被虚拟的组建起来了。课堂教学或实践教学中引入keil、proteus软件，对促进课程和教学改革不仅有利，同时对学生的学习兴趣和创新能力方面也是有提高的。

关键词：单片机 虚拟仿真环境 keil Proteus

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（b）-0206-01

单片机的出现改变了整个电子行业的前景。如今，高校里面将单片机这门课程列为专业必修课的有电子信息工程、通信工程和电气工程及其自动化等专业，而从专业的角度讲单片机又是一门实践性很强的课程。教学过程中可以发现，运用传统的教学方式在很多方面都赶不上仿真软件教学。例如：学生只需在电脑上面安装仿真软件即可随时随地编程和仿真练习，而不受教学场地等的影响，这样也便于学生课余时间自主学习。在某些不需要硬件电路的课程中，使用keil软件进行仿真练习就能满足要求了。大多数的情况下学生因受到场地和器械等限制，而无法正常进行电路的焊接以及搭建练习。如果将keil、proteus两款软件在教学环节中有机地结合在一起，那么在组建单片机仿真系统时就会变得容易多了。该系统不仅可以直接仿真硬件，仿真结果还能直接查看，而且操作起来也很灵活。如此一来，学生的学习积极性和教学效果都得到了极大的提高。实践教学的加强，能让学生更好的了解和掌握单片机应用系统设计的概念和方法，也是提高教学质量和培养实用型人才的一个重要环节。

1 新形势下传统教学模式中显现出来的弊端

传统课堂教学介绍的最多的就是单片机片电路接口、程序设计及内资源。而这些教学内容对刚开始接触的学生来说学起来有一定的难度，甚至有些学生在学完整门课程后，还不知道单片机内部的定时器、中断等设备到底是如何工作的。即使在多媒体教学广泛应用的今天，但光靠枯燥的投影、图片是无法让学生真正学懂、学透知识的。在以往的课程设计中通常都是采用操作实验台的方式来完成的。而以往的课内实验过程主要完成的步骤依次是连接导线组成电路-运行程序-观察效果-分析结论，以验证性实验为主。但是实验之后，学生对具体硬件电路和程序编写还是知之甚少。比方说，在学生完成实验后提问其某一元器件在电路中所起到作用，或者某条（段）语句的实现功能等，就无法回答了。另一方面，在实验室做单片机相关实验时，一旦没有得到预期的效果，原因查找更为困难，比如线路通断、焊点虚焊及芯片好坏等问题。实验台体积的庞大以及内部结构的复杂，也给维护增加了困难。

2 将仿真软件引入单片机课堂教学

keil软件为项目的开发制定了一套完整的方案，其中除了有c编译、宏汇编外，就连连接器库管理和仿真调试器都涵盖了。学生在使用过程中可以进行c语言编程或者是利用汇编语言编程，接着可以进行编译和仿真方面的练习。

proteus是集电路分析和硬件电路仿真于一体的软件，有非常好的实用性能，可提供30多个元件库，混合了模拟电路仿真和spice的数字、自动布线功能及pcb的设计，一个完整的电路设计系统也就实现了。同时，该软件还提供交流和直流等数千种元器件，以及像电压表、电流表、示波器、信号发生器等虚拟的电子仪器仪表，使电路测量变得更加方便直观。此外，还可直接在基于原理图的虚拟原型上进行编程，并进一步配合显示及输出，运行后输入输出的效果就可以看到了。结合系统配置的示波器、虚拟逻辑分析仪等，proteus系统还建立了完备的电子设计开发环境。

首先，在进行单片机课堂教学时，可以通过仿真软件来模拟单片机的运行状态和过程，比较常用的有proteus。proteus可以实时显示单片机以及整个电路的工作状态，大大提高了实验效果的直观性。比如：教师可以在课上编写一些经典的程序并演示，如：跑马灯、篮球24 s计时器、电机调速及液晶显示等实验进行演示。让学生对单片机应用系统的笼统的感性认识转变为更为直观的认识，知其然知其所以然。其次，教学中引入proteus对明确概念、解决疑难也是有利的。教学中较难掌握的一个问题如P0端口作为准双向口的这个概念以及如何来应用，另外还有中断是如何产生的，如何区别数码管的位选和段选，每一位数据是如何在串行通信过程中传输教学的重点和难点，这些问题通过在proteus虚拟环境中的演示，就可以让学生清楚地掌握。另一方面，在仿真过程中，单片机的每一个管脚上面的高低电平变化也被proteus仿真环境中用色点显示的方式直观地反映给了使用者。除此之外，学生还可以观察通过单步调试的方法而导致的引脚的高低电平变化。

3 仿真软件使单片机实验教学效果得以提高

在实验环节的教学过程中，应该高度重视像单片机这种实践性很强的课程。学生使用实验台来完成实验，因受到单片机课程的课内实验学时的限制，其效果只能达到演示性及验证性实验的层次。要使问题得以解决，则可通过proteus所提供的外设模型和元器件模型，按实验内容来设计原理图，再利用仪器仪表的输入输出的相关资料来检测实验结果，整个显示电路是由80C51单片机、一个排阻和一个四位一体数码管便组成。但刚学习单片机的学生在简单系统的结构、组成及连接方式方面还是很陌生，而这个棘手的问题遇到proteus仿真软件便迎刃而解了。在课堂上不能见到的实际器件，能够通过proteus提供的元件库虚拟化地展现在学生面前，使学生在理解系统硬件组成及设计方法时更加容易，并且学生们可以大胆放手地去做，不必担心损坏元器件、仪器。再通过keil软件编写相关的程序源代码，最后编译得到可以输入到虚拟芯片上面的可执行代码文件，也就是Led.Hex文件，这个Hex文件不仅可以用于仿真，当仿真完成后也可不做任何改动地直接“烧写”到实际芯片中。原理图经过proteus绘制后，再将编译好的目标代码文件：Led.Hex调入其中，然后在芯片上双击，通过Program File后的文本框调入代码所在的路径，通过proteus的原理图就可以看到模拟的实物运行状态和过程。

由以上可以看出，通过proteus除了能将许多单片机实例功能形象化可将许多单片机实例运行过程也被形象化了。

4 结语

随着Proteus软件被引入课堂教学中，大大刺激了单片机这门课程的教学改革，从经济性、安全性、可行性等方面都得到了学生们的认可。甚至有很多学生在自己的宿舍组建了项目小组，通过Proteus仿真模拟在项目中即将要遇到的问题，从而大大提高了学生的动手能力以及项目开发的效率，并在最后将其“烧写”到实际的硬件电路中，获得了喜人的效果！这样也在单片机课程设计、毕业设计和大学生电子设计大赛等方面提供了有利的条件。endprint