基于虚拟实验室的单片机教学改革

・６７・　哈尔滨职业技术学院学报 ２０１２年第１期 Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈａｒｂｉｎ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　＆　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ

当前，各地开设单片机的高职院，教师对单片机教学方式相对老套，枯燥。针对此种现状，笔者在教学实践中尝试运用Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真软件于教学过程中，教学效果较为明显。本文就高职单片机教学现状以及运用Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真软件对这种现状的破解进行探讨。一、目前高职单片机教学的现状[1]（一）教学以理论为主，枯燥抽象目前很多院校将单片机教学安排以理论为主体。理论沿用以前本科教学安排，先讲单片机内部结构，再讲指令系统及编程，最后是外部扩展技术，这种安排各知识点分割很清楚，却在刚开始学习时没有整体观，学生不知道学了有什么用，调动不起学生学习的积极性。（二）缺乏实践操作平台传统的单片机理论课教学中，单片机的教学手段以讲授为主，等到学期结束再安排实训，缺乏学生动手机会，学起来枯燥乏味，以致学生学了后面忘了前面，理论还没结束，大部分学生已经放弃这门学科了。（三）实践教学缺乏创新性当前的实验教学，大多数院校都是采用电路固定的单片机实验箱为实验平台，学生调试好程序下载到单片机验证结果。导致实训变成另一种形式的理论，发挥不了实训的直观性，也就谈不上靠直观性来调动学生学习积极性。究其原因，一是教育投入不足，很多学校单片机实训设备不能满足学生全部或大部分直接在实训室进行，所以只能在教室进行理论教学。二是学生是初学者，又好动，实训课不易掌握。老师担心真正的实训设备容易被学生误操作损坏。二、Proteus在单片机教学中的优势解决上述单片机教学中的不足的尝试是变填鸭［收稿日期］２０１１－１０－０６［作者简介］１．曾树华（１９８０－），男，湖南铁路科技职业技术学院电子电气系讲师；　２．黄银秀（１９８０—），女　，湖南化工职业技术学院信息系讲师。中图分类号：Ｇ７１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—８９７０—（２０１２）０１—００６７—０２基于虚拟实验室的单片机教学改革曾树华１；黄银秀２（１．湖南铁路科技职业技术学院， 湖南 株洲 ４１２００３； ２．湖南化工职业技术学院， 湖南 株洲 ４１２００４）摘要：本文介绍当前高职学院单片机教学现状，指出单片教学存在的不足，并就其原因进行了初步剖析。就这些不足，在作者的教学改革实践中做了一些有益的尝试：利用Ｐｒｏｔｅｕｓ软件建成单片机虚拟实验室，通过教学做一体化和项目驱动法来组织教学，取得比较好的教学效果。关键词：虚拟实验室；Ｐｒｏｔｅｕｓ；高职单片机教学；项目驱动法

式教学为任务驱动型教学，精心组织教学内容，以一个一个简单易实现的任务为载体，把知识灌输其中，从第一堂课就做到让学生参与进来而不是做听众，调动起学生的积极性，让学生在完成一系列的任务过程中体会整个单片机开发的流程，掌握其要领。教学任务的设计应该遵循先易后难，先简单再综合的原则，循序渐进，把学生调动参与进来是关键所在。学生参与就必须有物质基础，Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真软件可以很好的满足低成本下的上述教学方案的实现，它具有资金投入低，易实现，学生易学习掌握，仿真度高，可以灵活设计教学，从课程开始时就使用，不易损坏，使用成本低等特点。Ｐｒｏｔｅｕｓ是英国Ｌａｂｃｅｎｔｅｒ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ公司开发的电路分析与实物仿真软件。它可以仿真、分析各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：实现了单片机仿真和ＳＰＩＣＥ电路仿真相结合。具有模、数电路仿真，单片机以及外围电路组成的系统的仿真功能；而且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。配合它提供了多种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等，可以实现对整个电路的仿真调试。同时，当硬件调试成功后，利用ＰｒｏｔｅｕｓＡＲＥＳ软件，很轻松就可以获得其ＰＣＢ图，为直接生产提供了方便。支持第三方的软件编译和调试环境，如Ｋｅｉｌ等软件；具有强大的原理图绘制功能。是一款使用很广泛的软件。Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真软件不仅可以作为学校单片机教学，也可用于学生实验。由于是纯仿真软件，学生可以自己绘制电路原理图，自己编制程序，在仿真软件里进行调试。特别是学生在综合实训和毕业设计中需要设计制作一些实际应用电路时，可先采用仿真软件进行模拟，调试通过后再制作，这样可以避免硬件电路制・６８・　哈尔滨职业技术学院学报 ２０１２年第１期 Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈａｒｂｉｎ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　＆　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ作的盲目性，少走弯路，提高制作的成功率。由于不涉及硬件，没有任何危险，可以避免由于设计上的错误所造成的硬件投入上的浪费。另外，Ｐｒｏｔｅｕｓ是纯软件系统，只要有电脑的地方就可以建立实验室，学生甚至可以在宿舍、在家中建立自己的实验室，学生可以利用个人配置的计算机来完成实验，实验所选择的方案可以相互不同。锻炼解决实际工程设计的能力。三、单片机教学的方案实施[2][3]教学方案实施分为任务布置、学生实施、相互检查、汇报和总结、教师评价五个阶段。以单灯闪烁为例，任务布置：详细的列出任务要求，并提供相关知识或者查阅方法。用单片机控制发光二极管闪烁２０次，亮灭都是１秒钟，使用的晶振频率为１２ＭＨｚ，详细填写表格并保留各阶段的电子文档，完成时间１２０分钟。在课堂的组织形式上两个同学为一组，但分别单独完成任务，任务实施阶段可以相互讨论，任务检查阶段互相检查。整个项目学生自己在电脑上实施，分为方案确定、硬件设计、软件编程、加载程序调试三个阶段。确定方案：学生自己查阅相关资料后确定实施方案，包括硬件方案，软件方案，预期仿真结果，并需要填写详细的元件清单表格，硬件电路原理图，软件流程图。学生上机：独立完成硬件电路设计，软件程序设计、编译，综合调试，要求学生保留详细的电路图和程序（电子文档），并且保留调试修改过程中的各种版本。相互检查：同组相互检查是否达到设计要求，文档是否填写规划。汇报和总结：挑选几个有代表性的方案进行汇报，大家一起讨论方案的利弊，总结经验，提高水平。评价是正确引导学生的关键，合适的评价能激起学生进一步学习积极性，提高学习兴趣，也能对不足保持足够的认识。在单片机课程中评价应该采用过程评价与结果评价相结合原则，并且更偏重过程评价，通过学生的元件清单、电路图和程序等，结合学生自己的总结对学生进行科学的评价，评价应该既反映学生现在水平，更应反映学生的进步。四、Proteus在单片机教学的应用（单灯闪烁设计为例）[4]（一）硬件设计１．新建一个设计文件，点击Ｐｒｏｔｅｕｓ软件“ＩＳＩＳＰｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ”，打开Ｐｒｏｔｅｕｓ软件，新建一个设计文件，选择设计模板。２．选择元件，放置好位置，并设计好参数。３．放置电源和地。４．连接导线。绘制完的电路图如图１所示（二）编程如下ＯＲＧ ０００ＨＬＩＭＰ ＭＡＩＮＯＲＧ ００３０ＨＭＡＩＮ：　ＭＯＶ Ｒ４，　＃２０Ｌ１： ＣＬＲ Ｐ１．０ＬＣＡＬＬ ＤＥＬＡＹＳＥＴＢ Ｐ１．０ＬＣＡＬＬ ＤＥＬＡＹＤＪＮＺ Ｒ４，Ｌ１ＬＪＭＰ ￥ＤＥＬＡＹ：　ＭＯＶ Ｒ３，　＃１０ＬＯＯＰ３：　ＭＯＶ Ｒ２，　＃１００ＬＯＯＰ２：　ＭＯＶ Ｒ１，＃２５０ＬＯＯＰ１：　ＮＯＰＮＯＰＤＪＮＺ Ｒ１，　ＬＯＯＰ１ＤＪＮＺ Ｒ２，　ＬＯＯＰ２ＤＪＮＺ Ｒ３，　ＬＯＯＰ３ＲＥＴＥＮＤ其中程序文件可以用ｗａｖｅ　６０００软件进行编译，注意保持时扩展名必须是ＡＳＭ格式。编译得到ＨＥＸ文件。（三）加载程序调试双击ＡＴ８９Ｃ５１，在出现的属性编辑窗口的“ｐｒｏｇｒａｍ　ｆｉｌｅ”栏指出ＨＥＸ程序文件的文章，就完成了程序加载。点击仿真可以观察结果，如果程序没达到目的可以再修改，重新编译，加载，仿真。四、结语高职的单片机课程教学必须符合高职学生的活泼好动的特征，必须有效的把学生这个特点变成优点，所以我们的教学必须从一开始就调动学生参与进入，以学生成为教学活动的主体。Ｐｒｏｔｅｕｓ软件比较好的解决了低成本下的高学生参与的问题，有力的吸引学生的兴趣。通过自己动手做成一个个产品，学生全面了解单片机开发的流程，满足了希望参与并获得成功心理，提高其动手能力和创新能力，达到比较良好的教学效果。【参考文献】［１］宋锦．单片机教学中培养学生创新能力探讨［Ｊ］．中国成人教育，２００６（０５）．［２］宋志平．单片机接口技术课程教学新方法探索［Ｊ］．中国电力教育，２００９（３）：１２２－１２３　．［３］陈伟华．陈华兵单片机课程任务式启发教学改革［Ｊ］．计算机教育，２００８（１６）：４６．［４］彭勇．单片机技术［Ｍ］．北京：电子工业出版社．２００９．　（责任编辑：杨晓娜）