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【摘 要】本文针对当前高校单片机教学存在的问题，提出通过Proteus软件构建单片机教学平台，激发学生学习单片机的兴趣，提高教学效果和培养学生的软硬件综合设计能力。
【关键词】嵌入式系统 单片机 Proteus软件 教学改革
在嵌入式系统中，虽然硬件以32位ARM核的微处理器为核心，软件采用实时多任务操作系统的嵌入式系统已经出现，并迅猛发展成为嵌入式系统的热点，但是目前社会对单片机应用系统的开发人才需求比较大，单片机仍然占有重要的地位。绝大多数高校的计算机、电子信息、自动控制、通信工程等专业都开设有单片机课程，并没有被32位微处理器的嵌入式系统所取代，这种局面会存在很长的时间。单片机仍然是相关专业重要的专业基础课。
从高校单片机的教学情况看，学生普遍反映单片机硬件基础部分抽象概念多，入门难，软件部分指令不易记，汇编程序的编程难，软硬件结合的接口技术部分则更难，而且整个课程的学习还要结合电子技术、计算机应用课程，综合性和工程实践性很强。学习的难度大，教学效果不佳，主要体现在：在教学安排上有理论教学和实验教学，该讲的理论讲了，该做的实验也按照实验教程要求都做了。表面上好像理论教学和实验教学紧密结合了，理论联系实际，本质上理论教学和实验教学还是脱节的，突出表现在只能做验证性实验，而综合性实验特别是创造性实验就无从下手，缺乏实验设计能力。为此，针对上述一些问题，本文通过Proteus
构建单片机平台,为提高教学效果和培养学生综合设计能力做一些探讨与研究。
一、Proteus在单片机教学的应用
Proteus是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，突出特点是：能实时动态地仿真单片机及其外围电路构成的应用系统；支持主流单片机ARM7、51系列、AVR系列、PIC PIC10/12/16/18系列、HC11系列；提供各种如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等虚拟仪器。该软件功能强大，为改革和创新单片机理论教学及实验提供了一个良好的平台。
1.理论教学辅助手段
传统的课堂理论教学都是按照教材的顺序，先讲单片机硬件基础知识，再讲指令系统和汇编语言程序的编制，最后讲接口技术和一个单片机应用实例。学生只有在课程学习的最后才接触到单片机的实际应用系统，对于刚刚开始学习单片机的学生来讲，就会感到学习内容枯燥乏味，学习的兴趣不高，教学效果肯定不佳。由于Proteus能对单片机及其外围电路进行实时动态仿真，在单片机课堂教学中采用多媒体和Proteus 软件相结合方式，可以使传统的枯燥教学变得直观、生动。
现结合8051单片机驱动液晶显示器LCD实例，说明利用Proteus仿真单片机及外围电路。打开Proteus的开发环境，根据控制系统要求从Proteus元件库调出8051、LM032L和74LS373等相应的元件，按硬件电路要求连线绘制好原理图。程序下载到单片机非常简便。8051 为应用系统的核心器件，右键选中8051, 左键进入属性设置窗口，就可以把针对系统功能编好的源程序编译成相应的目标代码*Hex，在Program File 中加入编译生成的目标文件，同时设置好工作频率，点击“运行”按钮就可以看到运行状态，可以进行单步、断点和连续运行等多种调试方式。运用调试仿真达到了控制程序代码与被控对象运行过程的协同仿真，使抽象的程序容易理解，如图1所示。
程序的运行状态在原理图中相关期间实时显示出来，模拟了实际电路的运行状况。由此可见，Proteus 不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程直观化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则可获得实物演示实验难以达到的效果。因此，在进行单片机理论教学中，运用Proteus软件构建教学平台，并结合案例教学，使学生更容易理解单片机的硬件系统，抽象的程序具体化，易激发学生学习单片机的兴趣。
2.构建实验教学的虚拟平台
目前，绝大多数高校的单片机实验室都是以单片机实验箱或开发板和计算机为实验器材，配置相应的仪器仪表，如示波器、万用表等构成的。单片机应用系统的硬件和软件是紧密连在一起的，开发一个应用系统，不仅涉及到软件的开发，而且要设计硬件系统。传统的单片机实验是在实验箱进行的，而实验箱是成品，硬件电路固定，不能修改其电路，学生很难参与到其中的硬件设计，因此，学生的硬件设计能力就得不到训练和提高。基于Proteus软件平台的实验不仅要求学生编写程序，而且要设计硬件电路才能仿真，就很好的解决硬件设计能力得不到训练这个问题。训练了学生的软硬件综合能力。
培养和提高学生的设计能力、团结协作能力和创新能力是工科专业教学需要解决的突出问题，因此，为学生提供自行设计和创新性设计平台尤为重要。单片机实验箱硬件电路固定，元器件有限，只能做常规的实验，一些比较大的综合实验和工程设计实验由于资金、时间场地等原因是无法实现的。Proteus软件平台的元件库提供了大量的虚拟元器件和仪器仪表，这样学生可以自行设计项目和激发他们的创造性。对于比较复杂的单片机应用系统，不是一个学生能独立完成的，可以组建一个开发小组，由他们协作完成，这对培养学生的团队意识和团队精神是非常有益的，为学生毕业后从事工程项目开发奠定了一个坚实的基础。
二、结束语
Proteus仿真软件功能强大，形象直观并且全面。因此，以Proteus软件构建的单片机教学平台，为更新教学观念、促进教学改革和丰富教学手段提供了新的思路，学生们可以通过强大的Proteus平台，直观、深入了解技术细节，做到理论与实际的结合，做到知其能还知其所以能，比较好地解决了单片机理论教学和实验教学存在的问题。但是，纯粹的仿真软件平台代替不了现实的客观环境，这对实际系统的认识与掌握还是不够的，最终还必须结合真正的硬件系统。这样，才能真正培养出一个出色的社会需要的应用型人才。因此，提倡从“虚”到“实”，“虚”“实”结合的教学方法，开辟单片机教学新模式。
参考文献：
[1]李岩，王小玉，孙永春.嵌入式系统教学研究[J].电气电子教学学报，2006，28(3).
[2]彭勇.单片机课程教学改革的实践与探讨[J].重庆社会工作职业学院学报，2006，6(1).
[3]Proteus帮助文档.
(作者单位：湖南怀化学院）
【关键词】嵌入式系统 单片机 Proteus软件 教学改革
在嵌入式系统中，虽然硬件以32位ARM核的微处理器为核心，软件采用实时多任务操作系统的嵌入式系统已经出现，并迅猛发展成为嵌入式系统的热点，但是目前社会对单片机应用系统的开发人才需求比较大，单片机仍然占有重要的地位。绝大多数高校的计算机、电子信息、自动控制、通信工程等专业都开设有单片机课程，并没有被32位微处理器的嵌入式系统所取代，这种局面会存在很长的时间。单片机仍然是相关专业重要的专业基础课。
从高校单片机的教学情况看，学生普遍反映单片机硬件基础部分抽象概念多，入门难，软件部分指令不易记，汇编程序的编程难，软硬件结合的接口技术部分则更难，而且整个课程的学习还要结合电子技术、计算机应用课程，综合性和工程实践性很强。学习的难度大，教学效果不佳，主要体现在：在教学安排上有理论教学和实验教学，该讲的理论讲了，该做的实验也按照实验教程要求都做了。表面上好像理论教学和实验教学紧密结合了，理论联系实际，本质上理论教学和实验教学还是脱节的，突出表现在只能做验证性实验，而综合性实验特别是创造性实验就无从下手，缺乏实验设计能力。为此，针对上述一些问题，本文通过Proteus
构建单片机平台,为提高教学效果和培养学生综合设计能力做一些探讨与研究。
一、Proteus在单片机教学的应用
Proteus是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，突出特点是：能实时动态地仿真单片机及其外围电路构成的应用系统；支持主流单片机ARM7、51系列、AVR系列、PIC PIC10/12/16/18系列、HC11系列；提供各种如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等虚拟仪器。该软件功能强大，为改革和创新单片机理论教学及实验提供了一个良好的平台。
1.理论教学辅助手段
传统的课堂理论教学都是按照教材的顺序，先讲单片机硬件基础知识，再讲指令系统和汇编语言程序的编制，最后讲接口技术和一个单片机应用实例。学生只有在课程学习的最后才接触到单片机的实际应用系统，对于刚刚开始学习单片机的学生来讲，就会感到学习内容枯燥乏味，学习的兴趣不高，教学效果肯定不佳。由于Proteus能对单片机及其外围电路进行实时动态仿真，在单片机课堂教学中采用多媒体和Proteus 软件相结合方式，可以使传统的枯燥教学变得直观、生动。
现结合8051单片机驱动液晶显示器LCD实例，说明利用Proteus仿真单片机及外围电路。打开Proteus的开发环境，根据控制系统要求从Proteus元件库调出8051、LM032L和74LS373等相应的元件，按硬件电路要求连线绘制好原理图。程序下载到单片机非常简便。8051 为应用系统的核心器件，右键选中8051, 左键进入属性设置窗口，就可以把针对系统功能编好的源程序编译成相应的目标代码*Hex，在Program File 中加入编译生成的目标文件，同时设置好工作频率，点击“运行”按钮就可以看到运行状态，可以进行单步、断点和连续运行等多种调试方式。运用调试仿真达到了控制程序代码与被控对象运行过程的协同仿真，使抽象的程序容易理解，如图1所示。
程序的运行状态在原理图中相关期间实时显示出来，模拟了实际电路的运行状况。由此可见，Proteus 不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程直观化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则可获得实物演示实验难以达到的效果。因此，在进行单片机理论教学中，运用Proteus软件构建教学平台，并结合案例教学，使学生更容易理解单片机的硬件系统，抽象的程序具体化，易激发学生学习单片机的兴趣。
2.构建实验教学的虚拟平台
目前，绝大多数高校的单片机实验室都是以单片机实验箱或开发板和计算机为实验器材，配置相应的仪器仪表，如示波器、万用表等构成的。单片机应用系统的硬件和软件是紧密连在一起的，开发一个应用系统，不仅涉及到软件的开发，而且要设计硬件系统。传统的单片机实验是在实验箱进行的，而实验箱是成品，硬件电路固定，不能修改其电路，学生很难参与到其中的硬件设计，因此，学生的硬件设计能力就得不到训练和提高。基于Proteus软件平台的实验不仅要求学生编写程序，而且要设计硬件电路才能仿真，就很好的解决硬件设计能力得不到训练这个问题。训练了学生的软硬件综合能力。
培养和提高学生的设计能力、团结协作能力和创新能力是工科专业教学需要解决的突出问题，因此，为学生提供自行设计和创新性设计平台尤为重要。单片机实验箱硬件电路固定，元器件有限，只能做常规的实验，一些比较大的综合实验和工程设计实验由于资金、时间场地等原因是无法实现的。Proteus软件平台的元件库提供了大量的虚拟元器件和仪器仪表，这样学生可以自行设计项目和激发他们的创造性。对于比较复杂的单片机应用系统，不是一个学生能独立完成的，可以组建一个开发小组，由他们协作完成，这对培养学生的团队意识和团队精神是非常有益的，为学生毕业后从事工程项目开发奠定了一个坚实的基础。
二、结束语
Proteus仿真软件功能强大，形象直观并且全面。因此，以Proteus软件构建的单片机教学平台，为更新教学观念、促进教学改革和丰富教学手段提供了新的思路，学生们可以通过强大的Proteus平台，直观、深入了解技术细节，做到理论与实际的结合，做到知其能还知其所以能，比较好地解决了单片机理论教学和实验教学存在的问题。但是，纯粹的仿真软件平台代替不了现实的客观环境，这对实际系统的认识与掌握还是不够的，最终还必须结合真正的硬件系统。这样，才能真正培养出一个出色的社会需要的应用型人才。因此，提倡从“虚”到“实”，“虚”“实”结合的教学方法，开辟单片机教学新模式。
参考文献：
[1]李岩，王小玉，孙永春.嵌入式系统教学研究[J].电气电子教学学报，2006，28(3).
[2]彭勇.单片机课程教学改革的实践与探讨[J].重庆社会工作职业学院学报，2006，6(1).
[3]Proteus帮助文档.
(作者单位：湖南怀化学院）