利用proteus软件拓展高职院校单片机技术课程的教学

2022-09-11

单片机技术是电子、通讯、自动化等专业的一门重要课程, 是一门理论性、实践性都很强的课程, 同时也是一门历届学生反应难学的课程。单片机在现实生活中应用越来越广泛, 这门课程对学生今后的就业有着重要的影响, 从就业的角度出发又不得不让学生扎扎实实学好单片机技术这门课程。

1 单片机教学的现状

高职学生的特点:高职院校学生跟本科学生有着明显的区别, 这不仅表现在录取分数线上, 更重要的是表现在学习积极性、主动性、知识接受能力方面。高职生生源很广泛, 有普高生, 有从职技校考进来的三校生, 有3+2和2+3学生没有经过考试直接从技校升上来的, 生源的差异性决定了教学方法的差异。高职生普遍来说文化基础差, 逻辑思维能力不强, 学习主动性差, 喜欢动手做东西, 动手实践能力强, 三校生、2+3和3+2学生动手能力特别强, 因为他们高中时就学过很多专业知识, 做过很多电子产品。通过分析高职学生的特点和我多年从事教学实践得出这样的结论, 直接、形象的教学才能使学生听懂、理解理论知识, 让学生动手做过东西才能使他们掌握重要的知识点, 生动形象的实验是引起他们学习兴趣最直接最有效的方法。

目前绝大多数高职院校都有单片机实验室, 配备了单片机实验箱、仿真器等硬件设备。由于单片机种类烦多, 用单片机开发的产品差异很大, 技术发展快, 用单片机实验箱进行教学硬件电路上受到很大程度上的限制。利用Proteus软件进行虚拟仿真实验, 可以弥补单片机实验中的不足, 克服实验箱硬件电路固定、实验内容较难改动的局限性, 同时可以拓展学生的学习场所, 只要有一台电脑, 就可以进行单片机仿真实验, 学生在寝室、机房都能进行单片机实验。通过单片机技术课堂、实验箱实验、proteus仿真实验这三方面共同作用, 可以帮助学生更好地理解单片机技术的知识点, 提高单片机产品的开发能力, 扎扎实实学好单片机技术这门课程。

2 Proteus软件的介绍

Proteus由英国Labcenter公司开发, 是目前世界上比较先进的嵌入式系统设计和仿真平台, 该软什主要由三大部分组成:原理图设计、电路板设计和功能强大的虚拟仿真环境。它提供的元件库近九十个 (Ver7.1) 、八千多种元件, 元件涉及电阻、电容、二极管、三极管、M O S管、变压器、继电器、运算放大器、微控器、门电路等等, 并且用户也可以自己建模。提供多种激励源:直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频 (W A V文件) 、指数信号、单频F M、数字时钟等。Proteus不但提供有示波器、交直流电压表、电流表、逻辑分析仪、定时器、计数器、信号发生器等多种仪表, 还提供了图形显示功能, 可以将线路上变化的信号以图形方式实时显示出来, 实现了现实环境中许多仪器没有或无法实现的功能。

虽然有很多软件可以进行电路仿真, 如multisim 9能对数电、模电、单片机进行仿真, 但Proteus 10是目前最好的模拟单片机外围器件工具的仿真软件, 它不仅能仿真单片机C P U的工作情况, 还能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时, 关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变 (学生对于通过看寄存器变化理解并修改程序这一点普遍感到很难, 入门难, 熟练应用更难) , 而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。引入proteus仿真可以让学生直观地学习单片机知识, 在不断的仿真实验中学生也学会如何开发单片机相关的产品。

Proteus单片机仿真软件还有一个好处就是学生可自行实验, 锻炼解决实际工程问题的能力、实验能力和实验设计能力的培养, 其中高职学生解决实际工程问题能力较为重要的。在传统的实验教学中, 忽视了学生实验能力的培养, 对于实验设计能力的培养, 也很少涉及到。因此学生学习了理论, 要想将其应用到实际的工程实践中, 难度比较大的。此外, 当学生毕业后想对单片机控制技术或智能仪表等有更深的研究和学习, 如果采用传统的实验教学方法, 则学生需要购置仿真器, 每做一个方案都要购买电子元器件, 进行实物实验来检验设计方案的可行性, 这样就增加了他们学习和研究的投入。采用仿真软件后, 学习的投入变得比较的小, 先在软件环境中模拟通过, 再进行硬件的投入。这样处理, 不仅省时省力, 也可以节省因方案不正确所造成的硬件投入的浪费。Protues与工程实践最为接近, 学生可以了解实际问题的解决过程, 在进行课程设计或大实验的时候, 可以在Protues中做一个工程项目, 仿真成功后移植到具体的硬件电路中去, 让学生了解将仿真软件和具体的工程实践是如何结合起来的, 切实加强学生的工程实践能力。

现在各高校都在推行基于工作过程的项目教学, 开展Protues仿真教学正符合当前的改革方向, 用项目进行教学, 让学生从简单的产品开始设计, 逐步加强难度。每一个项目都先让学生提出方案, 然后让学生自已用Protues单片机仿真软件检验此方案是否正确, 如果有不足之处进行不断修改, 最后用元器件做成实物来检验最终效果, 整个项目过程中老师只给予适当理论指导, 具体的方案设计不参与, 让学生对自已的设计负责, 这样可以充分发挥每一个学生的创造性, 培养学生的设计责任心。

3 具体实例

基于8 0 5 1单片机设计的计算器

该系统包括8 0 5 1单片机、键盘与显示电路、串口通信电路等组成部分。

设计步骤: (1) 启动Proteus ISIS, 在编辑窗口中绘出如图1所示的电路。其功能是通过按键输入想要计算的数字, 经过8051单片机运算后把结果输出到L C D显示。

(2) 程序编制

在ISIS编辑窗口选择SourceDefine Code Generation Tools菜单项, 在Tool下拉列表框中选择代码生成工具, 电路中的微处理芯片是5 1系列单片机, 因此选ASEM工具, 同时选中Alwys Build复选框, 在Source Extn (原文件扩展名) 文本框中键入A S M (因为使用汇编语言编写程序, 所以扩展名为A S M) , 单击O K按钮, 结束代码生成工具的定义。

选择SourceAdd/Remove Source File菜单项, 在Code Generation Tool选项区, 选A S E M 5 1工具, 然后单击N e w按键, 输入源文件的路径和文件名。打开S o u r c e菜单, 点击刚才输入的文件名, 出现源程序编辑窗口, 在此窗口编写程序。

(3) 编译程序。程序编写完后, 选择SourceBUILD ALL菜单项编译文件, 将生成H E X文件。编译成功后系统输出编译日志。

如编译出错, 编译日志窗口会提示错误信息, 在源程序编辑窗口中修改, 直到编译成功。

(4) 在I S I S编辑窗口中右键单击微处理器, 选择Edit properties, 弹出编辑元器件对话框, 在program file中添加目标代码文件, 后缀为h e x的文件, 然后单击“O K”, 此时, 完成了程序的编制。

(4) 运行仿真。点Debug/Execute, 点击按键看能不能正常计算和显示。

4 结语

Proteus仿真软件在单片机教学中的应用有利于促进课程和教学的改革, 有利于学生知识的全面培养, 对提高教学质量、提高学生的学习兴趣、培养专业人才都有着重要的作用, 对学生今后的就业更有重大的现实意义。Proteus在单片机课程的教学中具有广阔前景, 利用计算机的电子设计自动化 (EDA) 是今后微电子技术实践教学的发展方向。

摘要：本文针对高职类单片机技术课程教学特点, 提出了在单片机课程教学中引入Proteus仿真软件, 结合实例, 说明Proteus软件的功能及在单片机实践教学中的应用。Proteus在单片机课程的教学中具有广阔前景, 利用计算机的电子设计自动化 (EDA) 是今后微电子技术实践教学的发展方向。

关键词：单片机,实践,Proteus,仿真