Proteus在单片机教学中的应用

郭莉莉 河南省新密市职教中心

Proteus在单片机教学中的应用

郭莉莉 河南省新密市职教中心

单片机原理与应用课程对许多专业来说是一门重要的专业课。目前，国内各高校以MCS-51单片机(简称51系列)为主要内容进行教学。近年来，随着计算机技术的飞速发展，大量高性能、采用新技术的嵌入式系统CPU的面世，给传统的单片机教学带来冲击，对微机教学方法的改进提出了新的课题。本文通过对单片机教学改革的思考，分析单片机实验教学中存在的弊端，提出了一种新的实验教学方法，为相关的教学研究工作提供了理论参考。

Proteus 单片机教学 实验系统

1 引言

1970年微处理器研制成功之后，随着就出现了单片机(即单片的微型计算机)。1971年美国的INTEL公司生产的4位单片机4004和1972年生产的雏形8位单片机8008，特别是1976年9月INTEL公司的MCS-48单片机问世以来，在短短的十几年间，经历了多次更新换代，其发展速度大约每两、三年要更新一代，集成度增加一倍，功能翻一番。单片机发展速度之快、应用范围之广已达到了惊人的地步，它已渗透到生产和生活的各个领域，应用非常广泛。

在许多院校的教学实践中总会有人提出与“单片微机原理及应用”有关的课程既难教又难学，教学效果不太理想，其主要原因在于：传统的“老师讲、学生听”的教学方法抑制了学生的学习积极性。针对“单片微机原理及应用”课程特点，寻求一种能较好地培养学生能力的教学方法是每一位任课教师迫切关注的问题。现在各学校的单片机实验教学一般分为两种：验证性实验教学和综合设计性实验教学。但是这两种实验教学方式中都存在了诸多缺陷。

各大电子生产厂家纷纷涉足学校的验证性实验教学领域，推出了先进、智能、完善的实验设备，并配备了详尽的使用说明书及实验讲义，这样表面上实验设备的先进与否体现了学校的实验水平，但是对学生们来说，实验设备越是智能，学生们动手和动脑的深度及广度就越小，而且，实验教学板有教学中硬件电路固定、学生不能更改、实验内容固定等方面的局限性，对扩展学生的思路和提高学生的学习兴趣方面收效甚微。传统的实验教学中，忽视了学生实验能力的培养，对于实验设计能力的培养，则很少涉及到。学生学习了理论，要想将其应用到实际的工程实践中，其难度是比较大的。

因此，近年来学校中普遍提倡在实验教学中加入综合性设计实验，让学生们通过来选定自己感兴趣的题目，查找大量的文献资料，再对多种方案进行比较及筛选，选择一到两种较为完善的设计方案，进行硬件电路的搭建和软件的设计，通过观察和分析，完成整体电路的设计。这种方法确实能够扩展学生的思路和提高学生的动手能力、实验设计能力及学习兴趣，也取得了一定的成绩。但是这种设计性实验也存在着许多弊端，有的题目由于种种原因，根本无法实现。

2 Proteus简介

Proteus软件是由英国Lab Center Electronics公司开发的EDA工具软件。Proteus软件已有近20年的历史，在全球已得到广泛使用。Proteus软件集成了高级原理布图、混合模式SPICE电路仿真、PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。如图1所示，Proteus是一个完整的嵌入式系统软、硬件平台：ISIS为功能强大的原理布线工具；ARES PCB设计为一个完整的PCB设计系统。

3 设计理念

本文以PROTEUS为平台，设计一套单片机学习系统以达到时代对单片机教学的要求。构造出的全新课题式教学内容体系，把所要教授的各项理论知识和实践技能按由浅入深、够用、现学现用的原则，并结合本文所开发的开放式单片微机综合实验系统，将教学内容分解到一个个具有明确应用目标的实验课题中，通过让学生在规定时间内依次完成这些课题来达到教学目的。同时，在课题的设计和顺序安排上必须注意循序渐进，各部分内容紧密相依，前面的课题应为后面的课题打基础，后面的课题在不断注入新内容和新概念的同时，也应对前面课题提到的知识点进行适当的重复这就是本文进行上述实验系统设计的目的。

①实用性。虚拟板必须实现普通51板的实验；

②开放性。发挥Proteus开放自主的设计优势，在模块设计上不仅能满足基础实验的要求，而且能够在各个模块基础上进行开放性的实验；

③客观性。不电路设计的客观性，能因为Proteus设计的工程不会有任何元器件的损坏而不顾及到保证每个元器件都能在额定状态下工作；

④趣味性。合理的布局和精心设计的实验项目将给学生耳目一新的感觉；

⑤拓展性。实验系统需具有良好的进行拓展型实验的功能。

由于Proteus强大的交互可视功能，本系统的实验相对于一般的实物板功能更强大，实验项目更复杂，实验项目更丰富，且更容易进行开放性实验。该系统主要包括LED模块、键盘模块、蜂鸣器模块、LCD模块、数码管模块、串口模块、ADD模块。整个实验系统将单片机的I/O口控制、计时、中断、串口通信、外部器件扩展等基础实验项目综合起来，设计的实验项目将原本的基础实验互相融合，实验难度有所增加。

[1]廖平.单片微机实验教学的改革[J].实验室研究与探索,2004.7:36(3)

[2]屈莉莉,李先祥,何乃淇,杨兆华.单片机课程实践性教学环节的建设与改革[J].中山大学学报论丛,2004(3)

[3]周航慈.单片机应用程序设计技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,1991