隨著計算機的高速發展,大量EDA軟件被引入電子類專業的課程教學中。例如在電路分析、模擬電子技術和數字電子技術課程中經常把EWB仿真軟件引入到教學中以提高教學質量。同樣，在單片機的領域里也有功能強大的EDA軟件可以作為教學的輔助手段。本文將Proteus仿真軟件引入到單片機課程的教學改革中，取得了較好的效果。

1 單片機課程現狀

1.1 單片機課程的重要性

單片機課程是自動化、嵌入式等工科專業的一門專業方向課，目的是培養實際動手能力強的高技能型人才。掌握單片機基礎知識,具備基本應用技能，才能符合當前社會對自動化、嵌入式專業人才的要求。同時，單片機教學的效果對后續課程的學習和專業技能的掌握也具有重要意義。作為一門應用性極強的課程，教師不僅要在理論課上下功夫，還必須在實驗實踐課積極做出探索，充分利用身邊資源，結合現代計算機技術，提高該課程的教學質量。

1.2 傳統單片機教學存在的問題

1.2.1 理論教學存在的問題

由于單片機課程本身比較抽象，所以在教學中必須把教學內容更直觀地展示給學生。把實驗板或者仿真器引入到課堂上進行演示實驗。但采用這種方法往往效果不是很好。一方面教師在課堂上做演示很浪費時間，降低了教學的效率；另一方面小小的實驗板和仿真器演示起來很難讓所有學生都觀察到效果。

1.2.2 實踐教學存在的問題

實驗課是本課程重要的教學環節，其目的是提高學生的動手能力和分析、解決問題的能力，使學生能熟練應用單片機的集成環境和開發系統，進行單片機應用系統設計，為今后進一步設計與應用單片機打下扎實的基礎。以往實踐教學通常在單片機實驗室進行，學生使用高度集成化的實驗箱完成老師布置的實驗任務，學生每次實驗用到的只是實驗箱的固定模塊，只要簡單地連接幾根導線、輸入相關程序就能完成該次實驗，學生搞不清楚硬件原理及設計步驟，失去了分析問題、解決問題的機會，硬件設計的能力得不到很好提高。因而，對單片機實驗課進行教學改革勢在必行。

2 Proteus仿真軟件介紹

Proteus仿真軟件是目前較先進、完整的嵌入式系統設計與仿真平臺軟件。它可以方便地安裝在普通PC機上，與Keil C軟件共同構建起個人的單片機虛擬仿真實驗室。Proteus內含6 000種模擬和數字器件模型，功能強大，具體如下：(1)用于數字、模擬電路及單片機應用系統等原理圖的繪制；(2)對數字、模擬電路及單片機應用系統進行分析與仿真； (3)利用自動布線或人工布線將原理圖轉換為PCB圖。

Proteus軟件與其他EDA軟件相比,具有革命性的特點：(1)用戶可采用諸如LED/LCD、鍵盤、RS232終端等動態外設模型對設計進行交互仿真； (2)仿真處理器及其外圍電路，并配合顯示及輸出，能直觀看到運行后輸入輸出的效果。

3 Proteus在單片機課堂教學中的應用

為了解決單片機課程理論教學中存在的問題，將Proteus仿真軟件應用到課堂教學中,利用仿真的形象、生動、實在等特性，對單片機課程理論教學產生積極的影響，是其他教學手段難以替代的。

3.1預先案例設計 現場效果演示

利用Proteus仿真軟件預先設計大量的單片機應用實例，課堂上，用Proteus軟件向學生演示單片機軟硬件設計開發、調試的全過程，并觀察硬件的工作和程序執行效果，使學生通過實例對單片機的工作原理、工作過程、工作效果有更多的了解，對提高學生的學習興趣和學習積極性有非常大的幫助。圖1為電子時鐘課程實例的仿真及效果演示圖。

3.2合理布置作業 拓展學生思維

對理論課中的重點內容，合理地布置作業，讓學生利用Proteus來驗證作業，不僅可以讓學生思維得到擴展，還可讓學生的動手能力得到一定的提高。以圖1所示的電路為例，要求學生在圖1的基礎上添加獨立鍵盤K0～K2做輸入設備，通過軟件編程設計并實現一個可調的電子時鐘，要求如下：

(1) K0作為時鐘調節的菜單鍵，第一次按下K0秒鐘處閃爍并時鐘停止，提示可以調節時間秒；第二次按下分鐘處閃爍，提示可以調節時間分；第三次按下時鐘處閃爍，提示可以調節時；第四次按下退出調時菜單，時鐘開始繼續走動；

(2) K1和K2分別是時分秒調節的加減鍵。只有當菜單鍵按到相應的時分秒時，才可使用K1和K2來加減調節。圖2為調節時間分時的可調電子時鐘課程實例的仿真圖及效果演示圖。

4 Proteus在實踐教學中的應用

在實踐教學環節中，在以下幾個方面進行了教學方法和教學手段的改革。

4.1常規實驗 加強理論基礎知識的掌握

在實踐教學環節中引入Proteus仿真軟件，學生可根據實驗內容的要求,在Proteus元件庫中選擇所需要的虛擬元件設計應用電路，這樣，學生不僅可以調試自己編寫的程序，而且可以形象、直觀地看到程序執行效果并且能鍛煉硬件電路的設計能力。雖然引入Proteus仿真軟件對學生動手能力的提高有一定幫助，但為了盡量避免學生淡化對基本技能訓練的重視程度、忽視規范掌握儀器操作等弊端，在實際的教學過程中采用了虛實互補的原則安排教學，仿真完成后要求學生利用實驗室中的集成試驗箱進行最后的硬件連接與調試。

4.2 增加綜合開放性實驗 拓展綜合思維

為了提高學生獨立分析和解決工程實際問題的能力，讓學生具備獨立開發單片機應用系統的技能，專門開設了單片機綜合課程設計，題目由老師推薦或學生自薦。先讓學生組隊自己設計方案，了解并選用電子元器件，在計算機上進行仿真設計，然后到電子市場購買元器件最后進行硬件設計與調試。使學生了解從選題、調研、制定設計方案、采購元器件、軟硬件設計、線路焊接、調試檢測等整個設計調試過程，從而進一步提高了學生自主開發和實際動手能力及興趣。另外，這種先仿真后實物的制作，不僅大大降低了系統開發的周期，而且降低了硬件電路制作的損耗。

4.3科技制作提升創新能力

課程設計、畢業設計、各種競賽是學生走向就業的重要實踐環節。在各種科技制作活動中，學生利用Proteus仿真軟件進行仿真實現后，再進行硬件的設計和調試，這樣不僅可以避免由于設計上的錯誤所造成的硬件投入上的浪費,而且可以縮短學生完成大型設計的時間。

 

 

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