基于Proteus的软件仿真在单片机教学中的应用

赵永涛��

摘要：《单片机原理与应用》是电子、电气和机电类专业的一门重要的专业课程。此课程要求理论结合实践，传统教学模式中以讲授为主，验证性试验为辅不能达到良好的教学效果，本文引入Proteus与Keil C51软件联合仿真平台，以单片机中I/O接口功能章节为例，借助仿真平台实现流水灯实验，将单片机与外围器件具体化，增强了学生的感性认知，有助于对单片机相关理论知识应用的理解，进一步提高教学效果。并且，在教学过程中引入仿真环境，避免了教学中因仪器仪表元器件不足的局限性，硬件投入少、避免损耗，并且为学生进行课程或毕业设计提供了创作园地，更有利于专业人才培养，提高了学生学习兴趣和创新能力，具有很大的灵活性和可扩展性。

关键词：Proteus；仿真平台；教学

一、 前言

《单片机原理与应用》是电子信息工程、电气自动化、机电一体化等专业的一门重要的必修课程。这是一门对实践环节要求很高而且与实际应用紧密的课程。课程需要将讲授环节与时间操作环节有机结合起来，以实现学生对理论知识的掌握及软硬件动手能力提高的目的。

此课程传统的教学以讲授为主，验证性实验为辅，但是此类教学方法很难良好地实现预期的教学效果，导致学生在学习的过程中发现课程难度大，理论抽象，以至于丧失学习积极性与兴趣。

为了解决在传统单片机课程存在的这些问题，本文将Proteus软件与KeilC51软件联合仿真应用于单片机课程教学中以辅助教学，让课程理论不再繁琐枯燥，同时又与实践密切关联起来，这有助于增强学生在理论基础上加强实践能力的培养。采用软件中仿真环境代替单片机实验板进行教学，可以将单片机及外围器件形象具体，增强了学生的感性认知，有助于对单片机相关理论知识应用的理解，进一步提高教学效果。

二、 仿真平台介绍

单片机教学仿真平台主要是利用Proteus软件和Keil软件联合调试实现的。

Proteus是国外一款功能强大、应用范围广泛的电路仿真软件，它不仅能够实现原理图的绘制，同时能够对单片机的程序进行开发、仿真验证，还能够快速进入PCB设计。因此，它是一款真正融合了产品设计理念的成熟商业产品。

目前，对于Proteus软件，其主要支持的处理器模型有8051系列、PIC系列、ARM、以及MSP430等类型。在2010年又新增了Cortex和DSP系列处理器，而且随着公司对研发的大量投入，将会适应更多的处理器类型。另外，在编译方面，它也具有对应的接口对多种编译器进行转换。

KeilC51则是一款兼容C语言的单片機编译软件，它不同于其他编译软件，仅采用汇编语言，而是创新性的创建了C语言的接口，从而使它在进行单片机程序的开发、书写时，更加方便。因此，这款软件被许多单片机爱好者所喜爱，在高校教学中也被广泛使用。

Keil提供了一个功能强大的仿真调试器，其中主要包括C编译器、宏汇编和链接器等主要核心模块，这些模块组成了一个完整的开发路径，当操作者在进行单片机程序设计、开发时，能够使工作事半功倍。

三、 仿真教学实例

在学习单片机I/O接口这一章节中，单片机可以利用32个并行接口可以实现信号的感知与控制外部资源，此时引入利用单片机AT89C51流水灯实验，结合I/O接口的作用观察输出控制现象，以实验现象结合理论，来进一步加深学生对该知识点的印象。

1. 硬件仿真设计

启动Proteus中硬件设计模块ISIS绘制电路原理图，添加AT89C51单片机及外围电路构成单片机的最小系统（仿真软件中电源电路省略）。

图1流水灯实验仿真原理图

2. 软件设计并联合仿真

（1） 利用KeilC51设计流水灯驱动程序（如下）。

（2） 调试、创建目标文件：*.hex，

（3） 在Proteus仿真环境中将目标文件下载至AT89C51单片机中。

流水灯实验程序如下：

#include

#define LED P0

void delay（int x）；

main（）

{

unsigned char i；

while（1）

{

LED=0xfe；

for（i=0；i<8；i++）

{

delay（100）；

LED=（LED<<1）|0x01；

}

}

}

void delay（int x）

{

int i，j；

for（i=0；i

for（j=0；j<600；j++）；

}

3. 观察仿真结果

点击仿真环境中开始按钮，可以观察到8个LED发光二极管的流水灯点亮现象。

通过本实验可以将单片机I/O接口的功能形象化，可以在一定程度上实现了实物实验的展示效果，但是又不需要各种各样的实验设备器材，加深了学生对该知识点的印象，提高了学生学习的兴趣。

四、 结语

结合上述教学实例，可以发现将Proteus软件仿真引入单片机课堂教学，将具有一些传统教学所不具备的优势：

（1） 便于课堂演示，教师可以通过PPT的形式将仿真过程投影在大屏幕上，或者直接在线操作仿真过程，这样教学相当直观，能够让更多学生了解。因为传统的实验演示只有一部分人能够观察到，而且在修改方面繁琐，需要拔片、写片和插片。因此，这种方式更加方便，易于操作。

（2） 学生不用担心犯错，可以课下单独多次实验，因为只需要下载一个软件就可操作，他们可以在课堂上教师教授相关内容后，课后反复的进行练习，并为下一节课的内容进行提前准备。另外，由于是纯软件仿真实现，学生能够完成整个设计过程，这样接近工程实践。相比于传统实验，它克服了实验箱教学中实验内容固定的局限性，不仅提高了学生的实验兴趣，还拓展了学生的思路、培养了学生分析问题解决问题的能力。

（3） 使用Proteus教学，可以减少对硬件的损坏，教师可以让学生先在软件中运行，确定没有错误后，再进行实训操作，这样不仅省时省力，还可以节省因方案不正确造成的硬件投入的浪费，减少器材的损耗。同时，该软件提供丰富的虚拟仪表，不管在质量还是在数量上都是经济可靠的。

（4） Proteus是一款用途广泛的软件，无论是学生电子电路的课程设计、毕业设计；抑或是参加各类电子设计大赛，均可用该款软件完成。除此之外，Proteus提供了丰富的元器件库，可以丰富学生对相关知识的了解。因此，通过课堂教学引入该款软件，又为学生提供了一个培养实践精神、创造精神的平台，学生可以将课堂学到的东西进行拓展，从而更好的学有所用，这也是教学的最终目的。

综上所述，在单片机教学过程中引入Proteus软件与KeilC51的联合仿真相结合教学，有利于促进课程和教学效果，更有利于专业人才培养，提高了学生学习兴趣和创新能力，具有很大的灵活性和可扩展性。另外更重要的是Proteus软件提供了大量可靠的虚拟器件和仪表，能够有助于提高教学效率，也对学生实践能力的培养具有重大的现实意义。

但是仿真平台不能代替实际硬件电路，在教学过程中要强调仿真与实际的区别，在实际中一些具体的问题还是以具体的硬件电路为准，仿真手段只能作为参考。

参考文献：

[1]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].3版.北京：清华大学出版社，2010：16-18.

[2]吕景泉.单片机原理与应用[M].2014年6月第1版.华东师范大学出版社，2014：37-38.

[3]杨俊起.仿真软件在单片机教学中的应用[J].专业教学研究，2007：94-95.