基于Proteus的单片机实验教学改革与实践

李 洁，杜玉杰，丁 雷

(滨州学院 光电工程系，山东 滨州 256603)

基于Proteus的单片机实验教学改革与实践

李 洁，杜玉杰，丁 雷

(滨州学院 光电工程系，山东 滨州 256603)

文中介绍了Proteus仿真软件的基本功能和主要特点，阐述了使用该软件在单片机基础实验教学、课程设计、学科竞赛等方面进行的有益探索与实践，并举例说明该软件在单片机实验教学中的应用。实践证明，Proteus仿真软件在单片机课程中的应用有利于调动学生学习的积极性和主动性，提高学生的创新能力和动手能力。

Proteus软件；单片机；实验教学；仿真

单片机具有控制功能强、体积小、功耗低、性能价格比高的特点，广泛应用在家用电器、智能仪器仪表、自动化及工业控制等各个领域。单片机的特点决定了单片机技术是一门实践性很强的课程，该课程是很多高校电子信息、自动化、计算机等专业的专业必修课，单片机实验教学是单片机课程的重要环节。在实践教学过程中，应做到理论与实践相结合，软件与硬件相结合，但传统的单片机实验和课程设计需要在实验室中利用实验箱进行，它往往受到硬件资源、时间和空间等条件的限制[1]。

针对这种情况，滨州学院与很多高校一样采用Proteus仿真软件来弥补单片机实验教学中存在的不足。利用Proteus仿真软件既可以调试单片机程序, 也可仿真单片机外围器件的工作情况；既能充分利用学校计算机房现有计算机, 减少硬件设备的维护工作量，还可为学生提供丰富的实验教学内容，激发学生学习单片机的兴趣，提高教学效果，进一步缩短教学与工程实际的距离[2]。

1 Proteus仿真软件

1.1 Proteus仿真软件介绍

Proteu仿真软件是由英国Labcenter Electronics公司开发的，已有近20年的历史，在全球拥有庞大的企业用户群，是目前世界上最先进、最完整的嵌入式系统设计与仿真平台。它的可视化界面可称为世界一流，能够支持类型广泛的主流单片机内核的仿真，例如：51、 ARM. PIC、 AVR、 Motorola等，并且可以支持当前一些流行单片机开发环境，例如：KEIL、 GCC、ICC进行关联调试与实时仿真[3]。

1.2 Proteus仿真软件在单片机教学中的特点

Proteus仿真软件资源丰富，功能强大，主要有三个特点。

(1)Proteus仿真软件下的器件及其仿真模型有几千种，远远超过现有实验箱上的器件，为各类实验项目提供了可以反复使用且无损耗的器材保证，有效地降低了实验成本。随着Proteus版本的更新，新的技术及器件模型不断出现，从而可开拓出新的实验项目，满足课程实验教学发展要求[4]。

(2)Proteus软件包中包含了大量不同类型的高质量测试用仪器仪表，如交直流电压表、逻辑分析仪和信号发生器等。这些仪器仪表具有理想的参数指标，例如，极高的输入阻抗和极低的输出阻抗。同类仪表还可以随意调用，不存在使用数量的问题。除了现实存在的仪表外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似但功能更多[5]。

(3)Proteus软件支持单片机及其外围设备仿真，学生在进行实验时可以方便地搭建各种电路，并利用Proteus软件自带的各类高质量测试用仪器进行电路分析，克服了传统实验教学时元器件需反复安装调试甚至需重新搭建电路的过程，既节省了实验时间，又可以减少因方案不正确所造成的硬件投入的浪费。

2 Proteus仿真软件在单片机中的应用

为改变传统实验教学中教学资源不足，实验成本高、学生理论与实践脱节等问题，我系在单片机基础实验教学、课程设计、学科竞赛等方面运用Proteus软件进行仿真，取得了较好的效果。

2.1 单片机基础实验教学

现在多数高校在开设单片机实验时采用的是实验箱，学生在实验室做的只是按照实验指导书连接导线，输入给定程序，运行程序，在实验箱上观察实验结果。很少有学生会去考虑具体电路的连接方式和尝试通过改变辅助电路来观察实验结果的变化，这种实验方法不能很好地将硬件电路和软件编程有机结合起来，导致实验教学效果不理想，学生学习积极性不高。近两年我系在传统实验教学中加入Proteus 仿真实验，使学生在进行电路设计时，先采用 Proteus 软件进行仿真设计，设计方案可行性后，再用实验箱进行实验，极大地提高了单片机实验的教学质量和效率。

2.2 单片机课程设计和毕业论文设计

为了培养学生的创新能力，单片机课程设计和学生毕业论文设计一般都会出一些综合性、设计性比较强的题目。由于实验箱上的实验模块都已固定且辅助电路太少，根本无法满足单片机课程设计和毕业论文设计的要求。为了弥补这些不足，我系在单片机课程设计和毕业论文设计中增加了Proteus 仿真内容。学生可以在课后利用电脑进行电路设计、程序编写和仿真，然后到实验室完成硬件电路的焊接、调试工作。这样既可以减少反复进行硬件连线造成的时间浪费和元器件损坏，也可以扩展学生的思路和提高学生的学习兴趣，同时有效地促进学生课外学习活动的开展。

2.3 大学生电子设计竞赛培训活动

近三年我系也将Keil、Proteus等仿真软件引入到电子竞赛培训中，为大学生电子设计竞赛等科技活动提供一个良好的培训学习平台。学生在进行复杂电路设计时，可以先采用 Proteus软件进行设计，验证设计方案的可行性，再搭建实物电路进行调试，取得了较好的效果。本校近几年参加电子设计竞赛获奖层次和数量居省内高校前列，例如：2010年“高教社&XILINX杯”山东省大学生电子设计竞赛获得山东省一等奖7项，二等奖3项，三等奖3项；2011年“瑞萨”杯全国大学生电子设计竞赛中获得全国二等奖3项，省级一等奖5项，二等奖5项；2012年(TI杯)山东省大学生电子设计竞赛获得山东省一等奖3项，二等奖8项。

3 Proteus软件在单片机实验教学中的应用实例

本文通过单片机实验中比较经典的流水灯实验来说明Proteus在单片机实验教学中的应用。

流水灯实验原理图如图1所示，主要由八个发光二极管和单片机最小系统构成。从流水灯原理图中可以看出，八个发光二极管通过电阻接电源，如果要让接在P1.0口的LED灯亮，要求P1.0口的电平为低电平，所以程序中给P1口赋初值为FEH；用汇编语言的左移或右移指令实现灯的循环点亮，考虑到人眼的视觉暂留效应以及单片机执行每条指令的时间，需在程序中加延时子程序，本实验所用的延时时间为1 s，具体程序如下：

START：MOV R0, #08H MOV A, #0FEH

NEXT： MOV P1, A LCALL DELAY RL A DJNZ R0, NEXT SJMP START

DELAY：MOV R1, #64H

DL3： MOV R2, #0AH

DL2： MOV R3, #7DH

DL1：NOP NOP DJNZ R3, DL1 DJNZ R2, DL2 DJNZ R1, DL3 RET END

图1 流水灯仿真电路图

打开Proteus ISIS编辑环境，按图1绘制仿真电路原理图，将编译好的“.hex”文件装入，然后点击模拟调试按钮的运行按钮，进入调试状态，即可以进行仿真实验，同时可以实时观察仿真的结果[5]。

4 结束语

将Proteus仿真软件应用与单片机教学中，可以有效缓解传统实验教学中教学资源不足，实验成本高、学生理论与实践脱节等问题，为学生进行综合设计性实验、课程设计和毕业论文等提供了一个很好的平台，深受指导老师和学生的好评。实践证明，Proteus仿真软件在单片机课程中的应用有利于调动学生学习积极性和主观能动性，学生的创新和动手能力得到较大提高。同时，必须强调Proteus仿真实验只是对现实实验的一种模拟，并不能完全代替传统的实验方法，只能作为辅助实验教学的工具使用。但若把Proteus 仿真实验和传统的实验教学有机地结合起来，取长补短，将会达到事半功倍的效果。

[1]刘珊. 关于单片机教学改革的探讨[J].九江职业技术学院学报，2007(1)：50-51.

[2]陈霞. Proteus 在单片机实验教学中应用的研究[J]. 教育研究，2007(12)：45-46.

[3]安新艳.Proteus仿真技术在单片机教学中的应用[J].常州信息职业技术学院学报，2008(11)： 287-289.

[4]夏新恩.基于PROTEUS仿真设计的实验教学探索[J]. 韶关学院学报，2009(6)：146-154.

[5]朱震华.Proteus在电工电子实验教学中的应用[J].现代教育装备，2008(6)：72-73.

Reform and Practice on the Experiment Teachingof Proteus-based Single Chip Microcomputer

LI Jie, DU Yujie, DING Lei

(Department of Optoelectronic Engineering, Binzhou University, Binzhou 256603, China)

The basic functions and the main features of simulation software Proteus were introduced in this paper firstly, and then some useful exploration and practice based on this software, including Single Chip Microcomputer (SCM) experiment teaching, curriculum design and subject competition, were described in detail. Furthermore, some specific applications in SCM experiment teaching were illustrated as much detail as possible. It is proved by practice that the applications, which are SCM experiment teaching with simulation software Proteus, are conducive to stimulate the students’ motivation and initiative, and benefit to improve students’ creative ability and practicable ability.

proteus software; single chip microcomputer; experiment teaching; simulation

2014-02-26

山东省高等学校教学改革基金资助项目(2012488)，滨州学院实验技术研究基金资助项目(BZXYSYXM201013)，滨州学院校级重点课程群建设基金资助项目(BYZDKCQ201308)。

李 洁(1982-)，女，实验师，主要从事信号与信息处理研究。

G642.423；TP368.1；TP391.9

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.02.031