基于Proteus仿真与实验板结合的单片机实验教学改革探讨

高艳芬　蔡恒

摘要：针对目前单片机实验教学中存在的问题，本文对单片机实验教学进行了探讨，提出在单片机实验教学过程中引入Proteus仿真软件，与传统的实验板或者实验箱硬件平台相结合的方法。以一个小灯亮灭为例，详细介绍了Proteus软件在单片机实验教学中的应用。通过仿真实验与硬件相结合，这样在一定程度上摆脱了传统硬件条件的束缚和局限，加深了学生对单片机原理的理解，激发了学生的学生兴趣，提高了单片机实验效果。

关键词：单片机实验教学；Proteus仿真；实验箱；一个小灯亮灭

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）41-0138-02

单片机原理及应用这门课程是高校计算机、电子信息工程、通信工程、自动化等很多工科电类专业的基础课程，该课程具有较强的理论性和实践性，学生初次学习往往感觉该课程难以理解，内容枯燥。而传统的单片机课程实验教学主要是依靠实验板或者实验箱这样的硬件平台完成，该实验平台开展的大多是一些验证性实验，学生只需要简单地在实验箱上搭几条线，或者简单地下载几条程序在实验箱上运行观察结果即可，这样学生不能够真正地理解其中的原理，从而导致学生学习兴趣下降[1]。另外，实验箱使用时间长，会存在损坏和接触不良的现象，会影响到实验结果，降低了学生对实验的兴趣，影响了实验效果。而且，实验箱只存放在实验室里，如果学生对实验内容有兴趣，想继续学习，又受到限制[2]。

一、Proteus仿真软件及应用

Proteus是Lab center Electronics公司于1989年推出，为单片机应用系统开发提供的功能强大的虚拟仿真工具。除具有模拟电路、数字电路的仿真功能外，最大特色是对单片机应用系统连同程序运行以及所有的外围接口器件、外部测试仪器一起仿真。针对单片机的应用，可直接在基于原理图的虚拟模型上进行编程，并实现源代码级实时调试。用软件手段对单片机应用系统进行仿真开发，与用户样机硬件无任何联系，只需在PC机安装Proteus，就可进行单片机应用系统的设计开发、虚拟仿真与调试。

Proteus仿真软件不仅节约实验成本，减少实验开支，而且“绿色”，“环保”，例如，制作PCB板，传统的做法是先画原理图（电路图），再布线，然后焊接，接着就是调试，如果调试期间发现问题，那么就存在着重新布线，或者重新焊接问题，甚至有时候会因为某个布线出错，导致整个板子作废，需要重新设计一块新电路板的后果。这样，既造成浪费，又因反反复复布线“污染”了实验室环境。而用Proteus仿真软件模拟PCB板制作，就可以直接在proteus软件上构造设计PCB板，并可以将其反复调试，调试成功以后，再实际制作PCB板，这样设计调试周期短，成功率高，也避免了器件浪费。

（一）Proteus软件与单片机实验教学

利用Proteus仿真软件进行仿真实验不仅可将单片机实验功能形象化，也可将许多单片机实验运行过程形象化，达到实物演示的效果。该软件具有各种常用仿真元器件库，能够提供实验所用的元器件，从而实现仿真电路与传统的单片机实验硬件电路高度对应[1]，学生通过亲自动手，用导线将元器件按正确的方向连接起来，加深其对相关电路知识的理解，也加深了对单片机元器件功能的了解，激发了学生学习单片机的兴趣。利用Proteus仿真软件进行单片机实验教学具有实验内容广泛、硬件投入少、损耗小等优势。

（二）单片机实验仿真应用实例

Proteus可以将一些现象虚拟放大，实验者通过观察现象，加深对理论的理解。以单片机实验教学中控制一个小灯的亮灭为例，详细介绍Proteus软件的实验仿真过程。首先，绘制实验电路原理图。打开Proteus ISIS软件，ISIS（智能原理图输入）界面用来绘制单片机系统的电路原理图，在该界面下，可进行单片机系统的虚拟仿真。在元件库中选择所需元件，按照实验电路连接元器件，即完成了仿真电路图的绘制，如图1所示。

其次，进行软件调试及仿真。在实验教学中通常采用Keil软件来完成软件的调试。本实验采用汇编语言进行程序的编写，按照实验内容编制程序如下：

ORG 0000H

MOV P1，#00H

MOV P1，#01H

LJMP 0000H

编写好源程序后，在Keil软件中编译，调试无误，并通过编译生成可执行的“一个灯亮灭.hex”文件，以备仿真时调用。如图2所示。

然后，介绍在protues ISIS软件中如何调用源程序及仿真运行。打开已经绘制好的实验电路原理图，选中单片机芯片AT89C51，点击鼠标右键选择“Edit Properties”属性，出现编辑元器件对话框，在Program File选项中加载编译好的“一个灯亮灭.hex”文件，其他选项可以设置为默认，最后点击“OK”完成设置。

接下来，就可以点击运行按钮进入电路仿真运行状态，若程序无误，且硬件电路连接正确，则会出现一个小黄灯亮灭交替的仿真运行结果，其中，元器件引脚还会出现红、蓝两色的方点（在微机显示器上可分辨出颜色），来表示此时引脚电平高低。红为高电平，蓝表示低电平。

而实际上，因为程序中没有加延时子程序，小灯亮灭的速度非常快，用肉眼是捕捉不到小灯变化的，因此，如果用单片机实验板或者实验箱做此实验的话，看到的只是小灯保持一个灭的状态不变的想象。

尽管Proteus具有开发效率高，不需要附加的硬件开发装置成本，且在多数场合可以获得和实际一样的效果，但是需要注意的是，使用Proteus来对用户系统仿真，是在理想的状况下的仿真，对硬件电路的实时性还不能完全准确地模拟，因此不能进行用户样机硬件部分的诊断与实时在线仿真。而且，如果完全依靠仿真，学生获得的感性认识远远不够，因此，基于实验板或者实验箱的实验教学仍然是不可缺少的环节[3]。

二、仿真与实验板结合的实验教学设计

通过proteus仿真软件，打破时间限制，实验课的课时有限，只靠课堂时间，学生很难完全掌握所学知识。通过Proteus软件，只需要一台电脑，学生就可以利用课余时间来设计电路，编程仿真。教师可以在实验课前让学生熟悉实验课的内容，用Proteus画好原理图，编好程序完成仿真，确认软件没有问题。在实验课的时候，再在实验板或者实验箱上完成实际的操作。这样软硬件结合，理论联系实际，学生对实验内容掌握得更透彻[2]。

在实验板或者实验箱实际操作过程中，如果实验结果与仿真结果不一样，还能促进学生找原因，例如，是实验箱接线不对呢，还是Proteus仿真不精确，亦或者是实验箱硬件部分有损坏等，这样激发了学生学习单片机实验的兴趣，加深了对单片机原理的认识，提高了单片机的应用水平。

三、结束语

将Proteus引入实验教学并结合实验板，不但弥补了传统实验教学中存在的设备紧张、更新速度慢、元器件损耗大等不足，而且实现了理论与实践的有机结合，使教学过程更加丰富且易于表达清楚，亦打破了时间和空间的限制，提高了学生学习的主动性。实践证明，只有在教学中将现代化的手段和传统实验方式有机结合起来，充分发挥各自优势，才能达到事半功倍的效果[4]。

参考文献：

[1]朱永涛，李明菜，高凤梅.基于Proteus仿真软件的单片机实验教学改革探讨[J].科技信息，2011，（27）.

[2]常淑俊，黄杰勇.单片机实验教学的探讨[J].实验科学与技术，2013，11（2）.

[3]伦翠芬，张海峰.Proteus仿真与实验板结合的单片机教学[J].武汉职业技术学院学报，2012，11（4）.

[4]朱震华.Proteus在电工电子实验教学中的应用[J].中国现代教育装备，2008，（6）.