摘要:随着信息化技术的不断发展,单片机已成为各类智能化设备的控制末端,得到了较为广泛的使用。但从教学实践来看,学生反映课程抽象概念多、指令不易背记、程序设计困难、接口电路复杂,很难熟练掌握知识技能。Proteus作为一种新兴的电子设计仿真辅助软件,不仅能够有效仿真单片机设计过程及运行效果,而且不需要借助额外的硬件资源,运行速度快、实现效率高、接口资源丰富,是破解当前单片机教学原理讲授枯燥、程序下载繁琐等难题,提高教学运作效率的一种有效手段。
关键词:Proteus；单片机；教学；应用
一、Proteus软件概述
Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件，Proteus具有仿真功能，还能仿真单片机,还能把电路原模型、动态外设以及微处理器的仿真结合起来，是目前较好的辅助教学软件，受到世界各地单片机教学者和从业者的喜爱。Proteus软件的原件库非常庞大，具有各种原件，它的存储芯片包括各种的ROM和RAM等30多个元件库，更重要的是它的元件库在不断更新。Proteus软件只要完成好元件的属性并导入原理图，就可以进行仿真虚拟测试。Proteus软件可以仿真许多常见的微处理器，例如51系列、AVR、PIC、ARM、等主流处理器单片机，Proteus软件可以在原理图的虚拟原型上编程的基础上，实现软件代码级的调试，也可以直接实现动态模拟按钮、键盘的输入、显示的输出，并配合虚拟工具如示波器、逻辑分析仪等进行测量分析。可以通过模拟环境输入输出，给单片机教学提供一个模拟现实的环境。
二、Proteus在单片机教学中的应用优点
2.1推进课程改革和人才培养
因为Proteus软件在单片机中可以模拟环境，更加经济、可移植、可推广。仿真系统不仅能够缩短研究开发时间，而且还能够降低成本。如此便可对元器件参数进行设置来对电路环境进行模拟，以实现优化单片机达到教学效果。如此一来便可节约多次制作印刷电路板以及采购元器件的成本，不但缩短了设计时间，还有效提升效率。而Proteus软件有着良好的灵活性和可调整性，有利于推进课程改革和人才培养。
2.2提高自主学习能力
在单片机教学中学生以项目研究作为重点及任务的明确，之后开展仿真与程序调试过程中，学生不能至关注单片机制定部分语句中诸如存储器是否改变这种简单的东西，最重要的是在于确认电路与程序运行情况与结果，因而仿真实验地应用发挥出了积极的意义。此外，从另一个角度来看，仿真实验的开展不仅能够将学生实验和工程应用二者中所存在的脱节情况予以弥补，同时还可以使其借助于仿真平台将有关知识点与技能予以深化。最后，得益于Proteus软件平台虚拟实验支持，不仅能够改变学生以前枯燥乏味的理论知识学习，同时也有助于培养他们较好的实践能力，从而为他们成才培养奠定坚实的基础。
三、Proteus软件在单片机教学做一体化中的应用探索
3.1在理论讲授环节,使枯燥的理论知识更加形象具体
传统的单片机理论讲授,很难结合工作生活中常见的鲜活的实例来进行讲解,加之展示例程成套的平台又都固化在实验箱中,学生往往只能看到诸如“流水灯”之类的简易现象,却无法去观察分析具体的内部实现细节。利用Proteus的实验仿真功能则可以有效解决此类矛盾。借助于ISIS软件包丰富的虚拟仿真资源,教师不仅可以方便的展现各类信号、虚拟仪表,而且能够形象的表述信号处理的过程、以及最终输出的结果。以讲授“计数器/定时器”一节为例,利用Proteus可将51单片机的计数器/定时器的原理组成示意、实际运行效果、数字累加信息等清晰的呈现在学生面前,使整个知识的呈现更为具体直观,特别适合形象化思维较强的士官学生对其进行理解。
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3.2在程序下载环节,显著降低学生编程的出错几率
在引入Proteus进行电路设计和仿真后,学生并不直接在单片机开发板进行操作,而是先在ISIS软件上进行模拟操作,只要程序编写正确、电路设计合理,在Proteus显示的最终输出同单片机开发板的显示现象基本一致。由于在软件中“试错”并没有额外的硬件成本,使得学生敢于操作并勇于大胆尝试验证自己对程序和电路的一些设想。于是当学生在Proteus中将掌握的知识技能逐步稳定固化后,教师就可以安排学生运用单片机开发板进行实际的程序下载,这样出错的几率就小多了,而且即便这个时候再出错,也能够借助软件进行合理的分析并对故障进行有效的排除。
3.3在课终考核环节,丰富完善考核的形式和内容
Proteus软件不像开发板等硬件系统易受环境的影响、具有较大的不稳定性,而是能够准确依据用户操作给出相应输出结果,因此借助Proteus进行技能考核就已完全可行。在题目设计上,可进行绘制硬件电路图、调试KeilC51源代码、模拟下载程序等科目,以更好的检测学生的操作技能。将其用于考核中,则可以充分发挥促进学生加强巩固动手操作技能的正面导向性。
四、Proteus软件辅助教学中应把握的要点
4.1在辅助工具上,注意选择KeilμVision和AVR_fighter、STC-ISP作为配套软件,形成开发流程闭环
Proteus软件主要功能是系统的仿真以及电路设计,而对于程序编写和固化部分,则必须借助于其他软件来完成。目前,在程序编写时,主要使用KeilμVision软件进行编程;在烧写下载程序时,根据芯片类型型号,可以选择使用AVR_fighter或STC-ISP;在进行系统电路设计和仿真,则使用Proteus,最终形成“设计->编程->仿真->下载”的全流程教学实践过程。而学生在参与完成整个单片机开发设计流程中,将不断学习知识,固化技能,最终形成实际设计开发能力。
4.2在语言选择上,优先采用C语言,降低学习难度
对于编程语言的选择,单片机课程教材一般都在相关章节提供了以汇编语言为基础的程序设计。然而,汇编语言固然有速度快、占用资源少等优点,但其编写的程序可读性、可兼容性均不佳,也不利于对整个程序进行优化设计。C语言不仅兼具汇编语言与高级语言的优点,而且课程开设时学生已经预先学习过C语言知识,因此在教学过程中稍加指导,学生就能够掌握单片机的编程语言,有利于学习过程中自信心和学习兴趣的培养。
4.3在开发模式上,充分利用网络既有资源,提高程序开发效率
Proteus软件在单片机教学、工程等各领域的使用已经较为普及,在互联网上也存有大量的配套资源可供下载使用。例如在“CSDN”、“中国程序员联合开发网”等网站上,均有丰富的Proteus单片机共享资源可供利用。要提高课程教学效率,必须学会学好“拿来主义”,将这些资源根据自身需求进行二次开发利用,使之成为辅助完成教学的好帮手,以更快更好的服务于课程的教学实践。
结语
总而言之，在单片机实验教学中运用Proteus软件能够实现仿真环境的模拟，并且个人则能够运用该软件来开展个人工作室的仿真实验。学习控制方向或是电子技术专业的学生,可以使用Proteus软件来充分利用它所提供的资源，帮助自己提高工程应用能力。推动自身的素质拓展，并提高单片机的教学质量并降低教学成本，推动教学改革。
参考文献：
[1]李轲,庄小叶,王小康.Proteus软件在单片机教学中的应用探索[J].科技展望,2016.
[2]张建兵.Proteus在单片机教学中的应用研究[J].软件导刊,2015.
作者简介：
柯娜（1980.8-），女，广东茂名人，华中科技大学软件工程领域工程硕士，讲师，单位：茂名职业技术学院，研究方向：电气自动化，
曾宪桥（1977.9-），男，广东茂名人，广东工业大学电子与通信工程硕士，讲师，单位：茂名职业技术学院，研究方向：电气自动化，
论文作者:柯娜,曾宪桥
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/9
标签：单片机论文; 软件论文; 学生论文; 茂名论文; 程序论文; 资源论文; 环境论文; 《电力设备》2017年第29期论文;