基于Protues的单片机原理及应用教学改革研究

葛恒清 王欣

摘 要 针对传统单片机原理及应用课程教学中所存在的问题，提出运用Protues软件进行辅助教学改革研究，通过教学实例低频信号发生器介绍了整个设计和仿真过程，这种教学模式可以丰富教学内容，激发学生的学习兴趣，提高学生自主解决问题和自主创新能力，达到了较好的教学效果。

关键词 单片机 Protues 教学改革

中图分类号：G642文献标识码：A

0引言

单片机原理及应用是高校电子电气类等相关专业的一门专业必修课。该课程是以MCS-51单片机为范例学习单片机原理的课程，是一门面向应用的、具有很强的实践性与综合性的课程。该课程的目的是培养学生的软硬件设计能力，提升学生的动手实践能力和创新能力。随着电子技术的发展，单片机技术已经广泛应用于办公自动化、智能家居、通信等各个领域。在全国电子设计大赛、全国物联网大赛、中国工程机器人大赛等学科竞赛中，单片机技术已经称为参赛选手必备的技术。能否熟练的应用单片机进行项目开发已成为用人单位筛选电子电气专业人才的标准。

Protues软件是一款功能强大的虚拟仿真软件，不仅可以仿真传统的模拟电路和数字电路，而且可以提供嵌入式系统（单片机应用系统、ARM应用系统）的仿真实验。它支持单片机和周边设备，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU，并可以提供周边设备的仿真，如LED、键盘、电机、示波器等。在编译方面，它可以与Keil C51集成的开发环境相连接，进行高级语言的源码级仿真和调试。

1单片机原理及应用教学中存在的问题

1.1学生动手实践能力较差

在传统的单片机课程教学中，除了理论课上的原理介绍之外，实验箱是辅助教学的重要手段，而实验箱所设计的实验往往是验证性的，内容比较单一，学生只要按照步骤进行接线、下载即可，学生不需要动手设计电路，这限制了学生的主观能动性和创新意识，很难提升学生的动手实践能力。

1.2软硬件结合内容缺失

该课程是一门实践应用范围较为广泛的应用型课程，要求学生能够搭建出解决实际问题的控制系统，这就要求学生能够独立设计硬件电路、调试软件程序，并将这两者合理进行结合。而教师在传统的教学过程中，往往按照教材编写的顺序进行理论教学，学生很难将课堂上的理论知识与真实的硬件电路进行结合，难以构建系统的单片机知识。

2 Protues在单片机教学改革中的应用

2.1提升学生的动手实践能力

教师在讲授单片机实例的时候，可以直接通过Protues进行演示仿真，使理论知识与实践教学相互渗透，这种将理论讲解与仿真验证相结合的教学手段可以将抽象的单片机理论生动的向学生进行展示，使学生更好的进行理解。同时，学生可以通过Protues软件仿真自己所设计的系统，可以锻炼学生解决实际问题的能力，提升学生的动手实践能力。

2.2构建软硬结合教学载体

教师在上课的过程中，可以利用Protues软件将教学内容融入到具体项目的设计和开发中，更加生动的展示项目的设计和调试过程。利用Protues软件搭建硬件仿真平台，利用Keil C51对代码进行编写和调试，极大的拓展了课堂教学的软硬件环境条件，使学生能够将硬件设计和软件调试结合起来。

3教学实例

本文以设计低频信号发生器为例，首先根据需求分析，给出系统的设计方案，然后通过Protues软件搭建仿真电路，通过Keil进行程序编写和调试，最后将调试后的可执行文件下载到Protues软件的单片机中，实现低频信号发生器的仿真。

3.1设计方案

本系统利用单片机作为信号数据产生源，用中断查表法完成波形数据的输出，再用DA转换模块输出所需的波形信号。操作人员可以通过按键模块切换波形的类别，改变其频率大小。

3.2系统硬件设计

本系统主要由单片机模块、DA转换模块、运放模块、DA转换模块、按键控制模块、电源模块、液晶显示模块等构成。电源模块为各个模块提供稳定电源，单片机通过程序编程的方法产生数字信号，D/A转换模块将其转换为模拟电流信号，而运放模块将其转换为电压信號，通过示波器可以监测到对应的波形信号波形类型及频率大小。通过Protues所设计的硬件仿真电路。

3.3系统软件设计

3.3.1波形数据产生程序

波形数据是通过定时器T0的中断程序产生的，当定时器计数溢出时发生一次中断，当发生中断时，单片机将按顺序将波形数据表中的波形数据一一送入DAC0832，DAC832根据输入的数据大小输出相应的电压，波形数据产生程序流程图。

3.3.2按键扫描程序

按键扫描程序的功能为不断检测4个按键是否被按下，如有按下则执行相应的功能，4个按键的作用分别为：频率加、频率减、波形选择和步进值设置，按键扫描程序流程。

3.4仿真验证

通过以上分析后，在Keil软件进行程序编写、调试，调试成功后，将编译生成的HEX文件下载到硬件仿真电路的51单片机中，运行后观察仿真效果。可以通过按钮改变波形频率和类型。为仿真所得的正弦波、方波和三角波。

4教学改革的成效

和传统的教学模式相比，在单片机原理及应用课程中引入Protues软件，使软件仿真和硬件电路调试紧密的融合在一起，突破了理论和实验相互分离的局面。通过近几年在学院的教学实践，使用这种教学模式，其所取得的成效如下：

4.1激发了学生的学习热情，由被动学习转为主动学习

教师在讲课的过程中，可通过Protues软件实时设计电路并进行验证，激发了学生的学习热情，更好的引导学生如何自主学习，将学习中的被动性转化为主动性，学生更好的对理论课程知识进行理解。

4.2培养了学生分析问题和解决问题的能力

教师将Protues软件引入理论教学，转变了传统的教师讲解，学生被动接受的模式，针对教师布置的项目任务，每位学生都要承担相应的项目工作，在教师的引导和团队讨论中，学生通过独立思考和实际动手操作，学生分析问题和解决问题的能力得以提升。

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