Proteus虚拟实验环境在单片机教学中的应用.doc

Proteus虚拟实验环境在单片机教学中的应用 　　摘要:结合计算机专业单片机教学实践,分析基于Proteus软件搭建的虚拟实验环境在单片机教学中的应用优势,阐述如何合理地应用虚拟实验环境改进课堂教学和实践教学,指出虚拟实验环境应用中存在的某些误区及应注意的问题。 　　关键字:单片机; Proteus;仿真;虚拟实验环境;教学改革 　　 　　计算机专业的单片机系统及应用课程,是从MCU为核心的系统入手,使学生掌握单片机及嵌入式系统设计中各类实用性硬件模块的软、硬件设计方法的一门实用课程。初次接触单片机知识的学生普遍感觉,该课程中有关硬件设计的概念、思路、方法等过于抽象、难以理解和接受,因此,如何应用新技术改革课程的教学方法,改变课程难教、难学的教学现状,成为单片机课程教学研究的重要内容。 　　1Proteus虚拟实验环境 　　单片机课程的实践教学环节主要依靠传统的硬件实验平台完成,而随着计算机技术和软件技术的发展,将虚拟实验环境引入单片机教学,作为改善课堂教学和实践教学的有利手段,已得到了广泛的应用。 　　所谓“虚拟实验环境”,就是将计算机上的各种虚拟仪器,按实验要求和设计原理,虚拟出与现实相同的实验系统,进而在这个软件系统上完成整个实验,由此可见,虚拟实验环境搭建的关键是合理地选用支持仿真功能的EDA软件[1]。Proteus电路设计与实物仿真软件具有电路原理图(SCH)和印刷电路板图(PCB)的设计功能;支持主流单片机系列和常用器件的仿真库,能够形象地显示电路动态运行效果;提供多种虚拟仪器仪表,能够对仿真运行状态的电路进行即时测量,方便电路的设计与调试;自带汇编编译器,且提供编译器接口,能够与ADS、KEIL等多种专业编程调试工具进行连接,通过在原理图中的MCU器件上加载编译通过的目标代码,可以在没有实际电路的情况下,进行系统的软、硬件联合调试,非常适用于单片机等硬件课程的实践教学,采用该软件与KEIL等集成开发工具共同搭建的虚拟实验环境,已在单片机教学中得到了广泛的认可。 　　2采用虚拟实验环境提高单片机教学效果 　　2.1激发学生学习兴趣 　　单片机课程作为一门偏重硬件系统设计的课程,从基础理论到工程应用,涉及到方方面面的知识,最初接触该课程,学生通常缺乏感性认识,难以理解,容易产生抵触情绪和挫败感,从而丧失对课程的学习兴趣。如果能够发挥Proteus动态仿真的优势,通过研究教学内容,针对知识点进行拆分和综合,设计针对基础知识点的模块仿真演示实例和阶段性应用系统演示实例(如图1所示),并将其应用于课堂教学,就可利用现有的多媒体教学资源,提高课堂教学质量。在教学过程的安排上,每个单元开讲之初,首先使用Proteus演示有针对性的综合系统仿真实例,创设教学情景,形象地展现各个硬件模块的作用及构建系统的方法,这样既能抓住学生的好奇心,使学生对所学知识的用处产生直观的认识,激发学习兴趣,又可以培养学生整机设计的概念和思维方式。在单元模块教学中,边讲解原理性基础知识,边利用相应的仿真演示实例针对每个基础硬件模块的硬件连线和软件编程进行随堂演示,做到课堂教学既有理论支撑又有实践证明,这可以增加课堂上师生之间的互动,将更多的工程实践知识融入到课堂教学中,在很大程度上提高了学生对课堂知识的理解和应用能力。 　　2.2优化实践教学模式 　　对于单片机技术这样的系统应用型专业课程,应该给予学生充分的实践锻炼机会,使他们在实际动手的过程中,巩固理论知识,掌握解决问题的方法,培养设计能力和创新意识,成为可直接进入工程岗位的应用型人才。 　　在单片机实践教学中引入虚拟实验环境,能够在以下方面弥补传统硬件实验平台的不足。首先,硬件实验台支持的电路模块固定、缺乏灵活性,能够开出的实验项目有限,而虚拟实验环境支持的仿真器件比较全面,且可以不断更新,这使得课程实验项目能够紧跟工程技术的发展,不断地进行调整和优化,使学生学到更多的实用技术。其次,采用硬件实验平台进行实验的过程大多由电路连线、下载给定程序、观察实验结果等几步组成,实验过程和方法都非常简单,往往只适合开出验证性实验,与实际工程开发脱节较大,难以达到学习的目的。而采用虚拟实验环境进行实验,学生首先要在理解硬件模块设计原理的基础上进行电路原理图的绘制,而后编写属于自己的控制程序,加载、仿真运行,对电路和程序进行反复调试,才能完成一次完整的实验。这样的实验过程非常接近于实际系统的开发过程,因此更有利于学生理解和掌握单片机系统设计的原理和方法。再者,还可利用虚拟实验环境开设单片机课程设计,在课程设计中通常要求学生进行完整的综合性应用系统设计,使用硬件实验台模块组合往往难以达到功能要求,而采用绘制原理图-制板-焊接电路板-调试电路板-编写控制程序-在电路板上下载调试程序的设计