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摘要： 本文首先对单片机实验教学存在的问题进行了分析，然后提出了引入Proteus仿真教学的解决办法，最后详细阐述了Proteus仿真在实验教学中的应用措施和取得的实际效果。
关键词： Proteus仿真 设计能力 实践能力 电子竞赛培训
1.引言
随着社会信息化程度的不断提高，嵌入式技术越来越广泛地应用于我们的生活，成为当今最热门的行业技术。作为典型代表的单片机技术在各高校也成了一门热门的、重要的就业方向性课程，然而，单片机技术课程是一门与工程实践结合紧密的课程，要想让学生掌握好这门技术，需要加强实验实践环节的教学，提高学生的动手能力，培养学生对工程对象的设计能力和应用性编程能力。
2传统实验教学存在的问题
笔者从事于单片机实验教学工作多年，2007年开始就积极地进行单片机实验教学研究，从专业的角度来看：目前，大部分的高校都是采用实验箱进行教学，而实验箱是仪器开发公司的成品，设计时具有整体规划性，例如实验模块整体地址的设计，学生很难了解到其中的细节设计内涵。对于初学者，局部实验难以吃透，很难有良好的实验效果。这样，一般的单片机实验箱也只能起到验证实验的作用，学生只是看看实验现象而已，达不到实验教学的目的。
3.解决的办法
英国Labcenter Electronics公司开发Proteus软件是一种混合电路仿真工具，Proteus不仅能仿真单片机CPU的工作情况，而且能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其他电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时，从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，解决了实验和工程应用脱节的矛盾，有利于学生实践能力的培养。
2009年笔者立足我院实际教学需要，主持成立了《基于Proteus仿真单片机实验实践课程教学改革》课题研究小组，研究课题获得了学院的大力支持与省级教改立项。我们主要从以下几个方面的内容展开了研究：
（1）以Proteus虚拟仿真软件为核心构建单片机虚拟仿真实验室。
（2）结合仿真软件构建新的实验教学体制和方法。
（3）在传统硬件实验箱教学中引入电子仿真教学实现跨越性、自由性、创新性实验实践教学。
2010年该课题成果在电子信息工程专业和应用电子技术专业三个班的学生中进行了改革试点，取得了良好的效果，院级教研顺利结题。
4.单片机实验教学改革上的几点应用
4.1单片机实验教学
通过上述教学研究，我们形成了单片机实验实践教材，教材分为三章：第一章为实验部分，主要是针对理论授课内容的重难点设计开发的基于Proteus仿真平台的单片机基础实验，共为10个实验，主要是对单片机内部资源编程应用的简单实验，例如P1口的使用—流水灯实验、定时器实验、外部中断实验和串口通信等基础实验，学生可以自由使用Proteus元件库提供元器件按实验内容自己画原理图，尝试改写或编写简单的应用程序，通过Proteus提供的虚拟仪表进行检测，让学生观察实验现象，了解实验内涵。这样既可以让学生掌握单片机的内部硬件资源结构，又可以锻炼学生的编程能力，还可以对常见的仪器仪表进行学习；第二章为开放性实验部分，这部分主要是设计性实验，对课内实验起着补充作用，可以由老师在课堂上提出问题与拓展思路，学生自主基于Proteus仿真平台完成课外实验。第三章为综合性实验部分，由老师给出10个由易到难的设计性课题，让学生自主完成设计，可以给出参考设计思路、原理图、模块程序。由学生自己根据设计要求完成整个电路的设计，并在Proteus虚拟仿真系统上进行验证，目的是培养学生的主动思维能力与单片机系统综合设计能力。
在单片机实验课堂硬件实验的基础上引入Proteus虚拟仿真教学的优点就在于：相互辅助、相互补充配合。Proteus虚拟仿真实验的优点在于可以不需要实验硬件设备投入就可以完成大量的实验，对于学生而言，计算机平台容易普及利用，而不可能每个人都拥有一台实验箱。这样，不受实验室条件的限制，学生可以很容易开展自主实验，在老师的指导下完成课外拓展性实验。
4.2实验考核方式改革
当然，新的实验教学方法还必须配套新的考核方式。传统的考核方式一般采用实验箱操作抽签实验完成，但是学生往往对线路虚焊、导线接触不良、仿真器烧坏了等问题苦恼，就算是平时都做出来的实验，因为选定的设备问题导致焦虑情绪影响了实验过程，这个情况在教学过程中经常遇到。新的考核方式主要是基于Proteus虚拟仿真平台完成，不存在设备器材问题，学生具有最大的自主发挥的自由度，老师给出课堂实验相近的设计性实验课题，学生设计电路图、编写或改写程序完成，以最终运行的实验效果评定实验成绩。实验报告必须有详细的电路设计过程、源程序设计和实际运行效果图片（Proteus截图）。
成绩算法为：实验报告占20分，仿真实验考核占60分，平时出勤10分，课外拓展实验10分。
4.3开放性实验
由于Proteus虚拟仿真平台没有局限性，实验内容无限，可以开设的实验课题与设计课题无限，可以扩展学生的思路和提高学生的学习兴趣。软件平台的易搭建性，也可以有效地促进学生课外学习活动的开展。在我院，以Proteus软件为核心建立的虚拟仿真实验室N501作为长期对学生开放的重点实验室，是我院电子、电气等专业学生的课外创新实验室，是具有电子兴趣爱好的学生自主学习进行课外实验的场所，主要是为了培养学生的创新能力，提供给学生一个自由开发的良好学习平台。
4.4课外电子竞赛培训活动
同时，我们也将Proteus软件平台引入到电子竞赛培训活动当中，为各年度大学生电子设计竞赛等科技活动提供一个良好的培训学习平台。
Proteus虚拟仿真实验室的建立有利于创建兴趣团队，组织竞赛培训工作。工程设计项目一般由一个开发小组协作完成，可以培养和锻炼学生的团队协作精神。而我们采用培训过程实际上就是单片机技术工程应用设计的实践实训过程：以项目为载体，以小组团队为单位，借助电子仿真平台，完成教学任务的同时培养了学生综合素质、工程意识与职业素养。既促进了学生的系统开发能力培养，又促使学生形成基本的职业规范与职业技能，使学生能更快地与市场需求接轨。
5.结语
2011年9月份在江西省首届“单片机技术Proteus电路仿真设计大赛”上，我院就获得了一等奖（全省分数排名前三）的好成绩，今年10月份在该项目上又连续获得了一等奖的佳绩。实践再次表明，我院采取的Proteus仿真软件在单片机实验教学的几项改革措施可以有效地促进学生创新设计能力提高。
关键词： Proteus仿真 设计能力 实践能力 电子竞赛培训
1.引言
随着社会信息化程度的不断提高，嵌入式技术越来越广泛地应用于我们的生活，成为当今最热门的行业技术。作为典型代表的单片机技术在各高校也成了一门热门的、重要的就业方向性课程，然而，单片机技术课程是一门与工程实践结合紧密的课程，要想让学生掌握好这门技术，需要加强实验实践环节的教学，提高学生的动手能力，培养学生对工程对象的设计能力和应用性编程能力。
2传统实验教学存在的问题
笔者从事于单片机实验教学工作多年，2007年开始就积极地进行单片机实验教学研究，从专业的角度来看：目前，大部分的高校都是采用实验箱进行教学，而实验箱是仪器开发公司的成品，设计时具有整体规划性，例如实验模块整体地址的设计，学生很难了解到其中的细节设计内涵。对于初学者，局部实验难以吃透，很难有良好的实验效果。这样，一般的单片机实验箱也只能起到验证实验的作用，学生只是看看实验现象而已，达不到实验教学的目的。
3.解决的办法
英国Labcenter Electronics公司开发Proteus软件是一种混合电路仿真工具，Proteus不仅能仿真单片机CPU的工作情况，而且能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其他电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时，从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，解决了实验和工程应用脱节的矛盾，有利于学生实践能力的培养。
2009年笔者立足我院实际教学需要，主持成立了《基于Proteus仿真单片机实验实践课程教学改革》课题研究小组，研究课题获得了学院的大力支持与省级教改立项。我们主要从以下几个方面的内容展开了研究：
（1）以Proteus虚拟仿真软件为核心构建单片机虚拟仿真实验室。
（2）结合仿真软件构建新的实验教学体制和方法。
（3）在传统硬件实验箱教学中引入电子仿真教学实现跨越性、自由性、创新性实验实践教学。
2010年该课题成果在电子信息工程专业和应用电子技术专业三个班的学生中进行了改革试点，取得了良好的效果，院级教研顺利结题。
4.单片机实验教学改革上的几点应用
4.1单片机实验教学
通过上述教学研究，我们形成了单片机实验实践教材，教材分为三章：第一章为实验部分，主要是针对理论授课内容的重难点设计开发的基于Proteus仿真平台的单片机基础实验，共为10个实验，主要是对单片机内部资源编程应用的简单实验，例如P1口的使用—流水灯实验、定时器实验、外部中断实验和串口通信等基础实验，学生可以自由使用Proteus元件库提供元器件按实验内容自己画原理图，尝试改写或编写简单的应用程序，通过Proteus提供的虚拟仪表进行检测，让学生观察实验现象，了解实验内涵。这样既可以让学生掌握单片机的内部硬件资源结构，又可以锻炼学生的编程能力，还可以对常见的仪器仪表进行学习；第二章为开放性实验部分，这部分主要是设计性实验，对课内实验起着补充作用，可以由老师在课堂上提出问题与拓展思路，学生自主基于Proteus仿真平台完成课外实验。第三章为综合性实验部分，由老师给出10个由易到难的设计性课题，让学生自主完成设计，可以给出参考设计思路、原理图、模块程序。由学生自己根据设计要求完成整个电路的设计，并在Proteus虚拟仿真系统上进行验证，目的是培养学生的主动思维能力与单片机系统综合设计能力。
在单片机实验课堂硬件实验的基础上引入Proteus虚拟仿真教学的优点就在于：相互辅助、相互补充配合。Proteus虚拟仿真实验的优点在于可以不需要实验硬件设备投入就可以完成大量的实验，对于学生而言，计算机平台容易普及利用，而不可能每个人都拥有一台实验箱。这样，不受实验室条件的限制，学生可以很容易开展自主实验，在老师的指导下完成课外拓展性实验。
4.2实验考核方式改革
当然，新的实验教学方法还必须配套新的考核方式。传统的考核方式一般采用实验箱操作抽签实验完成，但是学生往往对线路虚焊、导线接触不良、仿真器烧坏了等问题苦恼，就算是平时都做出来的实验，因为选定的设备问题导致焦虑情绪影响了实验过程，这个情况在教学过程中经常遇到。新的考核方式主要是基于Proteus虚拟仿真平台完成，不存在设备器材问题，学生具有最大的自主发挥的自由度，老师给出课堂实验相近的设计性实验课题，学生设计电路图、编写或改写程序完成，以最终运行的实验效果评定实验成绩。实验报告必须有详细的电路设计过程、源程序设计和实际运行效果图片（Proteus截图）。
成绩算法为：实验报告占20分，仿真实验考核占60分，平时出勤10分，课外拓展实验10分。
4.3开放性实验
由于Proteus虚拟仿真平台没有局限性，实验内容无限，可以开设的实验课题与设计课题无限，可以扩展学生的思路和提高学生的学习兴趣。软件平台的易搭建性，也可以有效地促进学生课外学习活动的开展。在我院，以Proteus软件为核心建立的虚拟仿真实验室N501作为长期对学生开放的重点实验室，是我院电子、电气等专业学生的课外创新实验室，是具有电子兴趣爱好的学生自主学习进行课外实验的场所，主要是为了培养学生的创新能力，提供给学生一个自由开发的良好学习平台。
4.4课外电子竞赛培训活动
同时，我们也将Proteus软件平台引入到电子竞赛培训活动当中，为各年度大学生电子设计竞赛等科技活动提供一个良好的培训学习平台。
Proteus虚拟仿真实验室的建立有利于创建兴趣团队，组织竞赛培训工作。工程设计项目一般由一个开发小组协作完成，可以培养和锻炼学生的团队协作精神。而我们采用培训过程实际上就是单片机技术工程应用设计的实践实训过程：以项目为载体，以小组团队为单位，借助电子仿真平台，完成教学任务的同时培养了学生综合素质、工程意识与职业素养。既促进了学生的系统开发能力培养，又促使学生形成基本的职业规范与职业技能，使学生能更快地与市场需求接轨。
5.结语
2011年9月份在江西省首届“单片机技术Proteus电路仿真设计大赛”上，我院就获得了一等奖（全省分数排名前三）的好成绩，今年10月份在该项目上又连续获得了一等奖的佳绩。实践再次表明，我院采取的Proteus仿真软件在单片机实验教学的几项改革措施可以有效地促进学生创新设计能力提高。