浅谈Proteus仿真在单片机教学中的应用

【摘要】Proteu s软件是集电路设计、制版及仿真等多种功能于一身的嵌入式系统仿真平台，不仅能够对电工、电子技术学科涉及的电路进行设计与分析，还能够对微处理器进行设计和仿真。本文针对传统单片机课程实验教学中存在的问题，提出了应用Proteus软件进行单片机教学的解决方案。

【关键词】单片机 实验教学 仿真

一、引言

单片机自20世纪70年代问世以来，广泛应用于工业检测系统、数据采集系统、自动控制系统、智能仪器仪表等领域，如今单片机控制系统已经成为一种常规的控制工具，单片机原理这门课程也成为各中职学校电类、机电类专业的重要专业基础课。本门课程具有很强的实践性，而中职学校又以培养技术应用能力为主，这就对中职学校的单片机教学提出了更高的要求。如何提高学生的实践能力和创新能力是我们在单片机教学中的重要着眼点。

二、单片机传统实验教学中存在的问题

大多数学校的单片机实验室通常采用实验箱或者实验板进行实验，采取这种方法进行实验虽然方便，但是也存在不足。首先，使用的单片机实验箱属于成品，其电路连接都是已经固定连接好的，实验内容只能停留在演示性及验证性实验的层次，学生很难参与到其中的设计，也不能充分了解硬件电路的实际连接情况，动手能力得不到训练与提高。其次，单片机的种类繁多，而实验箱、实验板上的资源有限，在一个实验室里不可能包括所有种类的单片机设备以及各种外围电路，因此，对实验内容造成了很大的制约。这也是因为单片机技术的迅速更新和发展，使许多学校设备落后、老化，不断地购买仪器设备又会带来资金耗费严重等问题。第三，实验箱只有实验室才有，课内实验学时有限，而单片机课程需要大量的实验来巩固课堂知识，应该给学生创造条件在课后动手做实验，传统的实验教学显然无法满足学生的学习要求。第四，实验仪器的损耗与维护问题严重实验过程中需要用到的仪器较多，易造成设备的损坏，维护工作量也很大。因此，传统的单片机实验教学存在着很大的不足。

三、Proteus在实验教学中的优点

Proteus引入实验教学当中有着传统实验室无法比拟的优点。

1.硬件投入少、损耗小。Proteus支持8051、8086、AVR、ARM等多种处理器模型，为我们提供了30多个元件库，超过27000个仿真器件，其中元件涉及模拟和数字、直流和交流等，还提供了电压表、电流表、计数计时器、示波器、逻辑分析仪等丰富的虚拟仪器，还有包括直流、正弦、脉冲、音频等多种激励源，为学生提供了丰富的实验资源。这样，在实验中可以使用虚拟元器件来代替实际器件，而不用去购买实际的元件，节省了大量的实验经费，另外在实验过程中不会造成元器件和仪器仪表的损耗，既减少了损耗，又可以使学生能够大胆地进行创新性的设计。

2.接近于实际工程。Proteus中提供的虚拟元件参数都是由各生产厂家提供的，学生在仿真调试成功后再进行实际电路的搭建和调试，基本上就能够成功了，即使需要修改也不会有大的变动，可以获得事半功倍的效果。利用基于Proteus的虚拟实验室，学生可以完成从硬件设计、软件编程到联机调试的整个过程，与实际工程最为接近，可以使学生了解实际问题的解决过程。

3.易于管理与维护。基于Proteus的虚拟实验室的核心是Proteus仿真软件，其硬件是基于网络平台的。学生的实验可以在机房进行，也可以在寝室完成，不受传统实验室的时间和空间的限制，实现了实验室的开放性管理。而实验室的管理只不过是用户账号的管理和软件的更新与维护，极大地减少了教师进行实验室管理与维护的工作量。利用Proteus平台进行学习，学生可以完成从设计、仿真到最后制板调试的整个过程，激发了学生的学习兴趣，提高了学生的创新和设计能力，学生普遍反映比单纯地学习书本知识更容易掌握和理解。

四、用Proteus改进单片机实验教学的解决方法

1.利用仿真软件Proteus构建虚拟实验室。由于软件的灵活性和较宽的适应性，使得可以仿真的内容几乎囊括了单片机课程的所有知识点，为实践性教学内容的设计带来了很大的灵活性。在实验过程中，学生可以利用Proteus所提供的元器件模型和外设模型亲自设计硬件电路图，独立进行软件编程，最后联合调试，并能及时看到实验结果。这样的教学方法一方面可以让学生了解应用系统硬件电路的结构，锻炼编程技术，同时也给学生提供了较大的创新空间。

2.用Proteus改革单片机课程设计。单片机课程设计是以学生为主的实践教学活动，需要设计一些基于单片机的系统，以提高学生的综合能力。传统方法中应用程序需要在硬件完成的情况下才能进行调试，这就必须进行制版、元器件焊接。另外，如需修改硬件，还要重新制版，在时间和经济投入上会带来很大麻烦。利用Proteus的仿真功能，可以使学生尝试脱离实物电路进行软硬件调试，减少系统设计与开发的难度。在Proteus仿真软件构建的虚拟实验室里，学生可以根据教师布置的设计项目的任务和要求自主设计，也可以根据自身喜好和掌握知识的程度自选设计题目，这样就培养了学生的独立创新意识。仿真成功之后，再购买元器件进行电路焊接、系统调试和程序固化，最终达到每组独立完成一件作品的目的。

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