浅谈单片机实验教学的改革

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【摘 要】我校在单片机实验教学过程中，应用过单片机实验箱，这样虽然提高了可靠性，但是却无法培养学生的创新能力。如果完全采用硬件搭建进行实验，会提高成本。综合考虑，在单片机实验教学中采用虚拟实验平台，且取得了明显的教学效果。

【关键词】单片机 虚拟实验平台 仿真

一、前言

单片机技术是现代电子工程领域一门迅速发展的技术，是高职高专院校电子、电气、自动化、计算机、机电一体化等专业掌握的一项基本技能，而学生在该课程学习过程中却感到难学，单片机课程教师也感到难教[1]。

传统的搭建实验对硬件的要求很高，为了节省实验的投入成本，我院在2009年使用单片机实验箱进行单片机实验，这种教学实验平台主要是以验证性实验为主，实验箱上面各种实验装置的固定搭配，不利于学生拓展思维，使学生们无法进行设计性实验。从2010年开始，我院采用Proteus仿真软件和Keil编译软件进行的虚拟单片机实验有明显的优势，如实验内容不受局限性、减少了硬件成本的投入、学生可进行自主性实验、减少了实验过程中的损耗、较接近工程实践等特点。采用虚拟实验，不但能丰富了实践教学手段，还有利于更新实验教学的观念。

二、采用虚拟实验平台的优点

（一） Proteus仿真软件

Proteus软件的系统资源丰富，支持单片机汇编源码级和C源码级仿真与调试，无需硬件电路就可对单片机电路进行软硬件的开发与调试[2]。采用Proteus软件仿真进行实验，基本没有元器件的损耗问题，不但在实验的过程中是比较安全的，还降低了实验室运行成本。

（二）Keil编译软件

Keil软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。该软件生成的目标代码效率非常高，多数语句生成汇编代码很紧凑，容易理解。通过虚拟实验平台，学生可以在计算机上自行设计所需的实验，画原理图、编写源代码、反复调试、观察结果，直到达到满意的结果。这极大地调动了学生实践动手的兴趣，提高了学生学习的主动性和积极性，培养了学生的创新性。

三、虚拟实验平台应用实例

下面以简单计算器设计为例，阐述利用Proteus软件和Keil软件进行设计及仿真的过程。

（一）使用Keil 软件编写和编译程序

进入Keil μVision2开发集成环境，新建文件，输入可实现所设计计算器电路计算功能的源程序。输入源程序后，将文件保存，文件名加后缀.asm。建立一个新项目，为该项目选择适合的单片机型号，将载有源程序的文件添加到项目中去。

（二）Keil软件设置

单击Project菜单，选择Options for Target选项，选择选项卡Output，使其生成HEX文件。点击Debug选项卡，选择窗口右侧的Use，如图1所示。在后面的下拉菜单中选择Proteus VSM Monitor-51 Driver，设置完毕。最后将工程编译，进入调试状态，并运行。

图1 设置Debug选项卡

（三）使用Proteus软件绘制仿真电路图

启动Proteus ISIS，点击窗口左侧P按钮进行元器件的选择，会弹出Pick Devices窗口，输入关键词80C51，在结果栏里找到80C51后双击，80C51就被添加到当前左侧窗口的元器件列表区。使用同样的方法，可以依次把电路中所需其他器件添加到器件列表区里。进行合理的布局后，使用列表中的器件，在绘图区将设计的电路绘制出来，可对器件的属性进行编辑。

（四）查看仿真效果

在Proteus ISIS中，点击菜单Debug选项，选中“use romote debug monitor”。双击单片机80C51，出现对话框，在Program File中添入在Keill软件中编译好的HEX文件，然后点击“OK”。在ISIS窗口左下角有运行、步进、暂停和停止按钮，我们点击运行按钮，可以进行仿真。

四、使用虚拟实验平台的教学效果

在2011、2012、2013三年的单片机教学中，我校采用虚拟实验平台进行单片机实验教学。学生在上实验课时，可以利用所学知识设计实现指定功能的电路，并使用Proteus绘制出相应电路图。运用Keil软件可编写程序，运行程序。在程序和电路都正确的情况下，会看到仿真效果。我们的学生可以利用此平台跟踪、调试并观察实验的效果，增强了学生自主学习的能动性。从培养学生运用基础理论知识和提高实际操作能力出发，Proteus仿真软件可实现设计的开发和测试，这在单片机实验教学中发挥着重要的作用。这种新的实验方式是单片机实验教学的一种很好的辅助手段，并且为学生进行综合性、创新性实验提供了一个很好的平台，在全面提高教学质量、培养学生思维能力、创新能力和动手能力等方面发挥着重要的作用。

参考文献：

[1]赵方，赵霞，摆银龙，郑小梅. “教学做一体化”教学模式在高职单片机教学中的应用[J].中国现代教育装备，2009，22：81-83.

[2]冯刚.单片机实验教学平台的改革[J].计算机教育，2010，25（2）：144-146.