“开发板+Proteus仿真”双平台单片机教学改革实践

顾菊芬 杨国华

(无锡商业职业技术学院物联网技术学院，江苏无锡 214153)



“开发板+Proteus仿真”双平台单片机教学改革实践

顾菊芬 杨国华

(无锡商业职业技术学院物联网技术学院，江苏无锡 214153)

通过对我院前期单片机教学采用单一开发板平台的存在问题的分析，提出了“开发板+Proteus仿真”双平台教学改革。实践证明，双平台的单片机教学能够较大程度地提高学生单片机系统的构建能力，有效提高高职学生单片机课程的学习效果，符合高职教育的培养要求。

“开发板+Proteus仿真”双平台；单片机教学改革；单片机系统构建能力

单片机技术是电类专业的专业核心课程之一。我院单片机课程改革起步较早，2003年开始改革传统的试验箱教学模式，采用每位同学人手一套自制开发板进行项目式教学的模式。每位学生在自己的笔记本或台式机上安装相应的驱动程序、相应的编程软件，即可方便的在任何地点完成程序的编写、ISP在系统编程调试，实现了单片机实验平台的便携化，提高了学生学习单片机的便利性，取得较好的课改成绩。

但采用单一的开发板进行教学也存在一些问题，由于开发板是教师设计制版的，学生虽然进行焊接调试，但对于单片机硬件系统的构建过程几乎没有训练，学生的单片机系统设计能力欠缺。在后续的毕业设计和工作过程中，根据控制任务要求完成单片机系统设计的能力相对薄弱。因此，提出改变单一开发板平台的教学模式，采取“开发板+Proteus仿真”双平台教学改革。实践证明，引入Proteus虚拟平台，对于加强学生快速构建单片机系统的能力有非常好的帮助。

1 单一开发板教学模式存在的问题

自制的开发板由于硬件电路已经固定，在实际教学中，如果要修改所涉及到的接口电路，就需要重新设计电路和制版，需要较大的投入和相当长的时间成本。

开发板教学模式中，由于板子线路基本固定，学生做实验时不需要考虑硬件电路的连接，其实忽视了学生实验能力的培养，很少涉及实验设计能力的培养，也就是前面所说的单片机硬件系统的设计能力没有得到训练。因此学生学完了单片机课程后，想将其应用到实际的工程实践中，其难度还是比较大的。

还有一些学生毕业后想对单片机控制技术或智能仪表等有较深的研究和学习，如果采用单一开发板，则学生需要购置的外部设备和仪表比较多，增加了他们学习和研究的投入。

2 单片机教学双平台“开发板+Proteus仿真”构建的必要性

针对单一开发板教学模式存在的问题，我们引入了Proteus虚拟仿真平台，采用“开发板+Proteus仿真”双平台教学模式。

Proteus不仅能仿真单片机CPU的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。Proteus所提供的元件库中，大部分可以直接用于接口电路的搭建，同时该软件所提供的仪表，不管在质量还是数量上，都是可靠和经济的。采用仿真软件后，学习的投入少，而实际工程问题的研究，也可以先在软件环境中模拟通过，再进行硬件的投入，这样不仅省时省力，也可以节省因方案不正确所造成的硬件投入浪费。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，而不需要花费任何硬件成本，鼓励学生的创造精神，这也是工科学生工程素养的重要内容。因此，采用Protues仿真软件作为单片机课程教学平台，不仅克服了用单一开发板中硬件电路固定、学生不能更改、实验内容固定等方面的局限性，也可以扩展学生的思路和提高学生的学习兴趣。

当然Proteus是仿真软件，总是在最理想的状态，其和实际电路还是存在一些区别。比如仿真时默认认为单片机的复位电路和时钟电路是已经存在的；还有EA引脚默认接高电平；还有一些较新的芯片库里没有；有一些芯片即使存在库中，但是仿真时序和实际有区别。所以，改革后的单片机课程教学平台采用1:3比例、先虚拟平台后开发板平台，双平台同时出现，兼顾二者的优点，弥补各自不足之处。

3 “开发板+Proteus仿真”双平台教学课程内容的设计与衔接

课程教学内容按照循序渐进、由浅入深的原则进行编排，包含十个项目：灯光控制系统、数码管显示与应用、键盘原理与应用、中断系统及其应用、定时计数器及其应用、液晶显示及应用、串行总线应用、PWM模块及其应用，具有较强的系统性、先进性、实用性。每个项目以两至三个任务为载体，让学生通过完整的硬件设计、软件流程设计、编程调试等工作过程掌握增强型51单片机的各种片内和扩展资源及典型应用，掌握所需的理论知识和实践技能。

单片机课程内容设计上一方面考虑实际教学过程客观存在的问题，比如开学第一至第四周，单片机开发板通常还在外协加工过程中，同时，学生刚接触单片机，对于单片机的概念模糊，单片机的引脚和最小系统构建的必要要素也还不清晰。这个阶段，采取通过Proteus搭建最小系统，调试一些简单的实验，比如灯光控制系统、数码管显示灯。

通过前期的虚拟平台的训练，学生初步掌握单片机基本的IO控制和最小系统构建的能力。这个时候，每位学生亲手焊接调试自制开发板电路，过程中如果遇到一些问题，正好也能强化学生的软硬件电路分析能力。学生也可以将前期虚拟平台上完成的实验移植至单片机开发板，基本上IO口控制的仿真和实际电路趋近一致。

单片机课程教学的目的是为了更高层次的应用实践，除了课程教学，后期还有课程设计、创新训练等方面围绕单片机的应用设计，单片机学习衔接递进平台如图1所示。这种层级递进式的学习研究对于学生不断强化单片机系统设计和应用能力是非常有帮助的。在各层级学习研究阶段都可以采用双平台模式开展进行，比如在进行课程设计或进行大实验的时候，可以具体的在Proteus中做一个工程项目，也可以在开发板上搭建外围电路完成逻辑状态的调试，并将其最后移植到一个具体的硬件电路中，让学生了解将仿真软件和具体的工程实践如何结合起来，充分利用双平台所提供的资源，帮助自己提高工程应用能力。

图1 “开发板+Proteus仿真”双平台层级递进学习平台

4 结 语

按照以上思路设计的的单片机“开发板+Proteus仿真”双平台教学改革实践，符合高职教育的培养要求，也符合高职学生的学习规律，能有效提高高职学生单片机课程的学习效果。通过课程改革及教学实践，每年都能涌现出不少学生在各级各类的创新训练、电子设计大赛等活动取得佳绩，也有不少学生直接参与校企合作的智能化应用项目，受到了用人单位的好评。

1 顾菊芬.虚拟实验在单片机教学中的应用[J].科技信息(学术研究).山东济南，2008(7)2 顾菊芬.拓宽教研平台,探索高效的单片机应用型人才培养模式[J].晋城职业技术学院学报，2014(11)

3 徐国庆.职业教育项目课程开发指南[M].上海：华东师范大学出版社，2009

4 杨新秀.以就业能力为导向的高职课程开发模式研究[R].天津大学职教学院.天津，2009

(责任编辑：谭银元)

SCM Teaching Reform Based on “Development board+ Proteus Simulation” Platform

GU Ju-fen,YANG Guo-hua

(Wuxi Institute of Commerce, Wuxi 214153, China)

Through analysis of problems exiting in SCM teaching based on one platform, this essay puts forward SCM teaching reform based on double platform-“Development board +Proteus simulation” platform. The practice proves that SCM teaching based on the double platform can better develop students’ ability of constructing SCM system and improve the course studying efficiency of students in higher vocational colleges meeting the talents training requirements of higher vocational education.

"Development board +Proteus simulation" double platform; SCM teaching reform; the ability of constructing SCM system

2015-01-23

顾菊芬，硕士，研究方向：应用电子技术、嵌入式应用技术。

G712

A

1671-8100(2015)03-0122-02