華玉明

（江蘇省惠山職業(yè)教育中心校,江蘇 無(wú)錫 214153）

在單片機(jī)教學(xué)中使用Proteus仿真軟件實(shí)施項(xiàng)目式教學(xué)

華玉明

（江蘇省惠山職業(yè)教育中心校,江蘇 無(wú)錫 214153）

本文分析了傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)中教學(xué)方法和教學(xué)手段存在的問(wèn)題，提出了使用Proteus仿真軟件實(shí)施項(xiàng)目式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、實(shí)踐動(dòng)手能力的觀點(diǎn)，介紹總結(jié)了仿真教學(xué)中的優(yōu)點(diǎn)、不足及改進(jìn)措施。

Proteus軟件；單片機(jī)教學(xué)；項(xiàng)目式教學(xué)；創(chuàng)新能力。

單片機(jī)原理與應(yīng)用課程是計(jì)算機(jī)應(yīng)用、機(jī)電、數(shù)控、自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)課。國(guó)內(nèi)高等院校的單片機(jī)教學(xué)與研究已經(jīng)有了近30年的歷程，目前大部分院校開(kāi)設(shè)的單片機(jī)課程是以MCS-51系列單片機(jī)作為教學(xué)內(nèi)容，以匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言為編程設(shè)計(jì)語(yǔ)言，以并行擴(kuò)展為核心講述單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)。隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，市場(chǎng)上出現(xiàn)了AVR、PIC、ARM等單片機(jī)。但是，教師在課堂教學(xué)過(guò)程中沿用傳統(tǒng)的授課模式，往往存在許多問(wèn)題。Proteus軟件強(qiáng)勢(shì)推出以后，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)方法，筆者在多年單片機(jī)教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，使用Proteus仿真軟件實(shí)施項(xiàng)目式教學(xué)，為進(jìn)行單片機(jī)課堂教學(xué)改革和學(xué)生的學(xué)習(xí)提供了很好的平臺(tái)，提高了教學(xué)效率和質(zhì)量。

一、傳統(tǒng)的教學(xué)方法與實(shí)驗(yàn)手段面臨的困難

傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)，首先學(xué)習(xí)教材順序安排的單片機(jī)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，然后使用計(jì)算機(jī)在偉福或KEIL等編譯軟件上編寫(xiě)程序，通過(guò)調(diào)試分析寄存器、存儲(chǔ)器單元、并行輸出口的內(nèi)容來(lái)檢驗(yàn)程序設(shè)計(jì)是否符合要求，或者學(xué)生自己制作單片機(jī)硬件電路，將目標(biāo)程序代碼下載到單片機(jī)芯片中運(yùn)行，觀察外部設(shè)備的運(yùn)行效果。這二種學(xué)習(xí)方法能收到一定的教學(xué)效果，但是，學(xué)生從單片機(jī)第一節(jié)課開(kāi)始到第一次做單片機(jī)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間拖得比較長(zhǎng)，理論與實(shí)踐的結(jié)合不緊密，如果所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)比較復(fù)雜，則難以分析相關(guān)寄存器的內(nèi)容變化，或者由于硬件成本過(guò)高，難以制作硬件電路，實(shí)驗(yàn)困難而被迫停止，使學(xué)生的學(xué)習(xí)深入和拓展受到限制。

二、使用Proteus仿真軟件實(shí)施項(xiàng)目式教學(xué)

項(xiàng)目式教學(xué)是“以培養(yǎng)關(guān)鍵能力為核心”，師生通過(guò)共同實(shí)施一個(gè)完整的項(xiàng)目而進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)。單片機(jī)項(xiàng)目式教學(xué)，就是將整門(mén)課程圍繞項(xiàng)目展開(kāi)，以項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)步驟作為講課順序，將單片機(jī)課程編排在各章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)插入到開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生邊干邊學(xué)，在完成一個(gè)又一個(gè)項(xiàng)目的實(shí)踐過(guò)程中學(xué)習(xí)。與傳統(tǒng)的教學(xué)方法相比，單片機(jī)項(xiàng)目式教學(xué)有效地建立了課堂與生產(chǎn)實(shí)踐之間的聯(lián)系，能將教學(xué)課題的理論知識(shí)和實(shí)際技能結(jié)合起來(lái)，學(xué)生有獨(dú)立制定計(jì)劃并實(shí)施的機(jī)會(huì)，利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。生動(dòng)有趣的課程，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，較好地解決了傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問(wèn)題。

三、利用Proteus進(jìn)行項(xiàng)目式教學(xué)的實(shí)例

Proteus軟件可以仿真51、AVR、PIC和ARM等系列的單片機(jī)，下面以“基于AT89C5l單片機(jī)的中斷優(yōu)先級(jí)電路實(shí)驗(yàn)”為例，介紹利用Proteus在單片機(jī)教學(xué)中進(jìn)行項(xiàng)目式教學(xué)。

1、硬件電路設(shè)計(jì)

運(yùn)行Proteus的ISIS程序后，進(jìn)入該仿真軟件主界面。從Proteus庫(kù)中選取元器件：

⑴AT89C51：?jiǎn)纹瑱C(jī)；

⑵3WATT470R、MINRES10K、RESPACK-8：電阻、帶公共端的排阻；

⑶7SEG-COM-AN-GRN：帶公共端共陽(yáng)七段綠色數(shù)碼管；

⑷BUTTON：按鈕；

⑸PHYC0402NPO22P、HITEMP10U50V：電容、電解電容；

⑹CRYSTAL：晶振。

中斷優(yōu)先級(jí)實(shí)驗(yàn)電路原理圖如圖所示，Proteus和Protel、Multisim等軟件相似，繪制原理圖都要先從軟件包的器件庫(kù)里取出元件符號(hào)并在繪圖區(qū)布局好，同時(shí)編輯元器件屬性設(shè)置、放置電源和地、接著進(jìn)行連線、添加必要的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)、電氣檢測(cè)等等步驟，整個(gè)設(shè)計(jì)都在ISIS平臺(tái)中完成。

2、源程序設(shè)計(jì)

通過(guò)菜單“Source-----Add/RemoveSourceFiles(s)…”,新建源程序文件“中斷優(yōu)先級(jí).ASM”。通過(guò)菜單“Source-------中斷優(yōu)先級(jí).ASM”，打開(kāi)PROTEUS提供的文本編輯器SRCEDIT，在其中編輯如下源程序：

程序編輯好后，保存文件“中斷優(yōu)先級(jí).ASM”。

3、生成目標(biāo)代碼文件

通過(guò)菜單“Source--------BuildAll”編譯源程序，生成目標(biāo)代碼文件中斷優(yōu)先級(jí).HEX。

4、加載目標(biāo)代碼文件

打開(kāi)元器件單片機(jī)屬性窗口，在“ProgramFile”欄中添加編譯好的目標(biāo)代碼文件中斷優(yōu)先級(jí).HEX，在“Clock Frequency”欄中輸入晶振頻率為：12MHZ。

5、仿真運(yùn)行

啟動(dòng)仿真，就可以系統(tǒng)運(yùn)行的結(jié)果了。單片機(jī)主程序控制P0口數(shù)碼管循環(huán)顯示0~8；外中斷0（INT0）、外中斷1（INT1）發(fā)生時(shí)分別在P2、P1口依次顯示0~8；INT1為高優(yōu)級(jí)中斷，INT0為低優(yōu)先級(jí)中斷。本實(shí)驗(yàn)使用PROTEUS仿真功能形象直觀地演示了AT89C51單片機(jī)高、低兩級(jí)優(yōu)先組級(jí)工作原理。高優(yōu)先級(jí)可中斷低優(yōu)先級(jí)，但低優(yōu)先級(jí)的中斷請(qǐng)求不能中斷高優(yōu)先級(jí)，同一優(yōu)先級(jí)不能相互中斷。

如圖所示：當(dāng)前在主程序控制P0口顯示“8”的時(shí)刻，單擊“低優(yōu)先級(jí)”按鈕，觸發(fā)INT0中斷，INT0服務(wù)程序控制P2口依次顯示1~8，在P2口顯示“2”的這時(shí)刻，再單擊“高優(yōu)先級(jí)”按鈕，觸發(fā)高優(yōu)先級(jí)INT1，INT1服務(wù)程序控制P1口依次顯示1~8，運(yùn)行片段如圖所示，當(dāng)前P1 口輸出“3”。接下來(lái)，INT1 控制 P1 口輸出 4、5、6、7、8，關(guān)閉顯示，中斷返回到INT0顯示“2”的斷點(diǎn)，接著P2口輸出 3、4、5、6、7、8。中斷返回到主程序斷點(diǎn)顯示“8”，接著主程序控制 P0 口輸出循環(huán)顯示 1、2、3、4、5、6、7、8。用Proteus的圖形化仿真功能，很好地演示了中斷優(yōu)先級(jí)的原理。

四、用 Proteus軟件虛擬單片機(jī)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)和不足

與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，利用Proteus仿真軟件實(shí)施單片機(jī)項(xiàng)目式教學(xué)具有許多優(yōu)勢(shì)：一是Proteus可以方便地與Keil軟件結(jié)合實(shí)現(xiàn)聯(lián)合調(diào)試，速度快，程序修改、編譯后運(yùn)行程序就馬上可以看到效果，提高了課堂教學(xué)的效率；二是教師可以用多媒體教室上課，將仿真結(jié)果投影在大屏幕上，課堂教學(xué)效果非常好；三是部分學(xué)生已擁有筆記本電腦，安裝了Proteus仿真軟件后，實(shí)驗(yàn)操作可以在宿舍或家中完成，不受時(shí)間和空間的限制，降低了成本，可以擴(kuò)展學(xué)生的思路和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

雖然Proteus軟件功能較強(qiáng)，在我們經(jīng)費(fèi)、儀器、設(shè)備很有限的情況下為單片機(jī)教學(xué)提供了新的方法，但缺點(diǎn)也是存在的，畢竟不能完全取代實(shí)際的單片機(jī)硬件設(shè)備的實(shí)驗(yàn)，為了使學(xué)生的學(xué)習(xí)不脫離實(shí)際，必須給學(xué)生提供硬件仿真和驗(yàn)證的機(jī)會(huì)。做法是，讓學(xué)生將仿真軟件里調(diào)試通過(guò)的程序編譯好，并將目標(biāo)程序下載到真正的硬件單片機(jī)芯片中，觀察運(yùn)行結(jié)果。

五、結(jié)束語(yǔ)

Proteus是多功能的EDA軟件，真正實(shí)現(xiàn)了虛擬物理原型的功能。利用Proteus軟件進(jìn)行單片機(jī)項(xiàng)目式教學(xué)，改變了單片機(jī)的傳統(tǒng)教學(xué)方法，對(duì)于單片機(jī)的教學(xué)或者系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)都能提供有力的幫助。在教學(xué)中，可以在沒(méi)有硬件電路的情況下，做教材中全部的軟件實(shí)驗(yàn)和大多數(shù)的硬件系統(tǒng)，進(jìn)行相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)與調(diào)試，可以幫助學(xué)生更快、更好地掌握課堂講述的內(nèi)容，加深對(duì)概念、原理的理解，同時(shí)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力、綜合分析能力和創(chuàng)新能力具有重要意義。

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G712

A

1008-7508（2012）08-0040-02

2012-06-15

華玉明（1958—），江蘇省惠山中等專(zhuān)業(yè)學(xué)校督導(dǎo)，高級(jí)講師。研究方向：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)研究；嵌入式系統(tǒng)。