目前，单片机技术已经广泛应用于工业控制、计算机外围设备、数控机床、仪器仪表等各个方面，是当前教学和科研的热门技术。单片机原理与应用是电子信息、自动化等专业学生的必修课程，它涵盖数字电子、模拟电子及通信技术等多学科的实践性课程。如何在教授单片机课程的过程中，能让学生快速掌握单片机的原理及实践技术？加强实践教学，引入Proteus仿真软件构建虚拟实验，结合“仿真器、试验箱及示波器”等硬件实验平台，让学生很好地开展单片机的入门学习，较快速地理解和掌握单片机的原理及其软硬件系统设计，从而激发学生学习单片机的兴趣。
1Proteus构建的虚拟实验
Proteus是英国Labcenter Electronics公司开发的EDA软件，它是目前应用最广泛的单片机系统及外围器件的仿真软件。Proteus库内器件丰富、功能齐全、界面多彩，它主要功能包括：智能原理图输入系统ISIS、虚拟系统模型VSM、高级布线编辑软件ARES三个部分。能够实现原理图设计、PCB设计、单片机编程及软硬件系统仿真等功能，而且仿真结果与实际接近，两者之间的误差很小，是在校大学生的电子和单片机学习的好帮手。
Proteus仿真软件构建虚拟实验，实现单片机最小系统和外围电路设计，通过单片机开发平台Keil编辑系统的程序，利用Proteus构建的虚拟实验系统对软件源代码进行实时调试，配合Proteus软件里键盘、LED/LCD等动态外设模型，实时显示系统的输入和输出结果，通过调试使单片机虚拟实验的结果达到预期结果。在教学过程中，引入Proteus仿真软件构建虚拟实验，能动态演示单片机系统的工作过程，能使抽象变形象，使重点、难点容易被理解。Proteus构建虚拟实验涉及到的单片机课程的内容全面、硬件投入少、学生可自行实验、实验过程中损耗小等特点，学习Proteus仿真软件，有助于学生顺利完成单片机实验、课程设计等。
2将Proteus引入教学过程中
2.1将Proteus引入单片机课堂
在传统教学中，老师先讲解单片机，介绍单片机的指令、再根据指令编写软件及接口电路。通过多媒体向学生展示大量单片机制作产品，列举一些实例来说明单片机技术的应用广泛性，这些举措确实能让一部分同学对单片机系统有感性认识。但很难让学生领悟单片机在系统运行起到什么作用。把Proteus引入课堂，老师引领学生一起在Proteus ISIS窗口中一步一步设计单片机系统原理图，测试分析电路、编写应用程序，调试系统，让学生直观感受单片机系统软硬件设计调试过程。利用Proteus色点（红色表示低电平、蓝色表示高电平、黄色表示冲突、灰色表示浮空）显示芯片引脚状态功能，单步调试让学生观察单片机及外围芯片的“0”、“1”的电平状态，也可以通过Proteus软件自带的示波器、逻辑分析仪等来观察，提高系统过程工作的动态效果。2.2用Proteus构建虚拟实验改进单片机实验
以往的单片机实验教学中，实验只在实验箱上固有器件和设备上进行，实验内容有限，在实验过程中，学生先熟悉实验箱的操作步骤、按图接线、编辑软件程序、观看结果。由于时间和空间的限制，虽然学生熟悉了实验步骤和实验操作，但不熟悉整个实验箱的软硬件构成，单片机实验基本上演示性和验证性。
在实验课前，学生独立自主利用Proteus软件构建虚拟实验，根据实验箱设计，利用库元件设计单片机系统原理图，编写软件并调试，确保仿真的结果能在实验箱上验证。学生先通过Proteus软件仿真成功后，再在实验箱验证，能够做到目标明确、思路清晰达到良好的实验效果，加深了单片机软硬件设计的理解。
3Proteus在单片机实验中的仿真应用实例
根据“单片机”课程的教学任务与学生应掌握的能力，制订了基于Proteus虚拟实验的教学实验与培养学生能力方案，包括：流水灯；实时时钟设计；抢答器的设计；计时器设计；电铃的设计；交通灯以及电子琴等实践设计。下面介绍利用Proteus仿真软件设计及仿真实时时钟的过程，讨论单片机虚拟实验教学的具体实施过程。
3.1实验方案的确立
本文设计的实时时钟系统由单片机最小系统、蜂鸣器、按健、外部时钟芯片DS1302等组成。单片机系统的实时时间由时钟芯片DS1302提供，它是美国DALLAS公司生产的一款高性能、低功耗、带内部RAM的实时时钟芯片（RTC）。系统利用DS1302实现年、月、周、日、时、分、秒的计时，通过外部接口为单片机系统提供日历和时钟，通过按键调节时间参数。按键部分包括四个独立按键，分别为调时选择、加1、减1、确定键。利用LCD1602显示时间。
3.2实验硬件设计
启动Proteus软件，从软件包的器件库里取出所需的仿真元件，在原理图编辑窗口放置并布局好，同时编辑好元件的参数，添加好元件后，接着进行连线等步骤。根椐以上步骤，在Proteus界面工作区中画出如图1所示的电路原理图。
图1时钟系统电路图
3.3项目软件设计
根椐图2所示程序的流程图，用Keil C51对原程序编译，产生. hex文件。在Proteus原理图编辑窗口中，左键双击单片机，打开“Edit component”对话框，在其中设置“Clock Frequency”，设定为12MHz；在Component Value中，设定“AT89C51”；在“program File”中添加编译生成的目标文件“时钟.hex”文件，至此，单片机程序加载（下转第33页）
Ｐｒｏｔｅｕｓ软件在单片机实验教学中的应用
孙驷洲陆华才
(安徽工程大学电气工程学院，安徽芜湖241000)
【摘要】与传统单片机教学相比，Proteus软件能构建的单片机虚拟实验为单片机教学和实验提供了一个开放性平台，达到“教、学、做”一体化的目标和要求。Proteus软件具有系统资源丰富、硬件投入少、形象直观等优点，能更好地培养学生解决实际问题的能力。
【关键词】单片机；仿真；Proteus；
教学
※基金项目：此文为安徽工程大学教研基金项目阶段性研究成果，项目编号2012xjy31。
作者简介：孙驷洲(1976—)，男，安徽和县人，安徽工程大学电气工程学院，讲师。
陆华才(1978—)，男，安徽天长人，安徽工程大学电气工程学院，副教授。
（上接第25页）完成。点击“运行”按钮，进行动态仿真并观看LCD 显示时间，如图1所示。若仿真结果没有达到设计要求，可以进一步有针对性地分析原理图、调试程序，直到达到理想的实验结果。
图2程序的流程图
4结束语
本文通过案例介绍了Proteus 软件仿真功能，利用Proteus 仿真软件构建单片机虚拟实验，能够让学生成为实验的主体，达到对传统的验证性实验教学方式的改革。在单片机教学过程中，在多媒体教室里向学生展示单片机软件及硬件设计、硬件及软件联调等仿真运行等教学内容，实现“教中做，做中教”的模式，让学生在短时间内理解和掌握单片机知识。Proteus
软件引入实验教学中，对全面提高实验教学质量、培养学生思维、创新及动手能力等方面发挥重要的作用。【参考文献】
［1］张宏伟，王新环，王新.基于Proteus 和Keil 的单片机实验教学改革[J].南京：电气电子教学学报，2008(6)：64-65.
［2］朱健，李兴宁.Proteus 软件在单片机课程教学改革中的应用[J].泰州职业技术学院学报，2011(8)：22-25.
［3］侯玉宝.基于Proteus 的51系列单片机设计与仿真[M].北京:电子工业出版社，2004.
［责任编辑：汤静］
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科
1）定义（此方法用于所有的系统）；2）利用单位脉冲响应
h （n ）=T [σ（n ）]
（4）当n<0时，h （n ）=0，则该系统为因果系统（此方法用于线性时不变系统）；3）利用系统函数H （z ），如果系统函数H （z ）的收敛域包括无穷点，即无穷点不是极点，极点分布分布在某个圆内，收敛域在某个圆外，则该系统是因果系统。此方法用于线性时不变系统。
4系统的“稳定性”分析
1）对有界输入，系统输出也是有界（所有的系统）；2）系统的单位
脉冲响应绝对可和
∞
－
∞
Σ
h （n ）<∞（5）
则该系统为稳定系统。此方法用于线性时不变系统；3）利用系统函数H （z ），如果H （z ）的收敛域包括单位圆，则该系统为稳定系统。此方法用于线性时不变系统；4）用单位阶跃序列作为输入信号，如果稳态输出趋于常数（包括零），则系统一定稳定，否则系统不稳定！
例：设某线性时不变系统的单位脉冲响应h （n ）=0.9^n*u （n ），当输入为矩形脉冲x （n ）=u （n ）-u （n
-15）时，分析系统因果性与稳定性：
图3
离散系统的因果性稳定性
x=[ones(1，15)]%产生1行十列元素全为1的矩阵
x1=[ones(1，10)，zeros(1，40)]%产生1行十列元素全为1的矩阵和1行40列元素全为1的矩阵
N1=length(x)%求x 矩阵的长度10n1=0:N1-1%令n1取0到9N2=50%令N2等于50
n2=0:N2-1%令n2取0到49
h=0.9.^n2%此处用点乘
y=conv(x ，h)%输出y 等于x 与h 的卷积N=N1+N2-1%令N 等于59n=0:N-1%令n 取0到58subplot(3，1，1)
stem(n2，x1)%在一个3行一列的图中第一列画x1的波形xlabel('n')ylabel('x1')subplot(3，1，2)
stem(n2，h)%在一个3行一列的图中第二列画h 的波形xlabel('n')ylabel('h')subplot(3，1，3)
stem(n ，y)%在一个3行一列的图中第三列画y 的波形xlabel('n')ylabel('y')
分析因果性：
由分析可知，因为该系统为线性时不变系统，当n <0时，系统的单位脉冲响应为0，所以该系统为因果系统。
分析稳定性：
由分析可知，单位阶跃序列作为输入信号，稳态输出趋于零，所以系统一定稳定。故该系统为稳定系统。
5结论
利用Matlab 软件强大的数学计算能力，我们可以解决很多数字信号处理学里面的很多问题，本文主要给出在时域离散系统中分析稳定性和因果性中的应用，利用Matlab 可以使设计直观表现出来，大大减小了计算量、工作量。还能直观看出最后的结果。【参考文献】
［1］高西全,丁玉美.数字信号处理[M].3版.西安电子科技大学出版社.［2］张威.matlab 基础与编程入门.2版[M].西安电子科技大学出版社.
［3］[美]维纳·K ·恩格尔,约翰·G ·普罗克斯.数字信号处理（使用MATLAB ）[M].刘树棠,译.西安交通大学出版社.
［4］刘小群,张亚妮,周云波.基于Matlab 的离散系统时域和Z 域的分析[J].2010,11
(135):17.
［责任编辑：王洪泽］
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