Proteus虚拟试验箱在单片机项目教学法中的应用

Proteus虚拟实验箱在单片机项目教学法中的应用由于体积小、价格低、应用方便、功能强等原因，单片机目前在我们的生活中可以说无处不在，目前高职院校电子信息类相关专业都开设了单片机相关课程，在这门课程的教学过程中，绝大部分专业课程开设的模式都是课上讲解单片机的结构与原理、指令系统、程序设计，然后再领着学生在实验室里将提前已经编写好的程序利用实验箱进行验证。经过我多年的工作实践经验，发现这样的教学方法存有多种弊病，比如说：理论与实践的严重脱节；学习缺乏自主性，注重完成实验结果的验证，实验箱工作不稳定等等问题，给单片机教学带来很大的负面影响，但是当采用Proteus虚拟实验箱这样的技术与真实实验箱共同配合为教学服务就可以使以上这些问题得到很好的解决。一、传统教学的弊病.传统理论教学的弊端单片机这门课程基础理论性较强，知识点抽象，而且传统实验室配备的实验箱，由于资源有限，而且模式固定，所以很难做到边讲理论知识，边做验证实验，所以很多教师在教学的过程中习惯采用在课堂上深入讲解单片机的理论知识，在莫些情况下采用开发板或者演示实例来进行演示性的教学，这种教学确实能够起到一定的激发学生学习兴趣，取得了一些直观化教学的目的，但是这种教学，却存在着明显不足：这种传统化的教学手段，其实还是一种以知识为本位的教学过程，这种教学注重的是课本知识的学习，这本身就是一种间接经验的学习，与此对应的就是直接经验，直接经验的获取是要通过个人的实践操作，不断累计、总结而得由的，可是现在的传统教学却注重的间接经验的获取，这种经验获取的方法虽然可以快速、有效的促进学生知识的获取，但是，这只像是往瓶中灌水而已，学生只有通过了直接经验的获得才能更好的将间接经验融会贯通。这种以书本为本位的教学必然会导致重理论轻实践、重理性轻感性、重结论轻过程的现象。虽然在教学过程中仍然会穿插一些实验的演示过程，但这种教学还会由现很多的不足，比如说：由于所处不是实验室的标准实验环境，就会花费大量的时间来组建实验环境，效率低下，实验过程中极易损坏实验教学设备，在演示过程中只能使部分学生看到实验现象，不能够照顾到大多数同学，实验过程不清晰等等问题。因此这种教学模式已经非常不适应这种应用性较强的课程。.传统实验教学的弊端很多院校在开设单片机实验课程中都是选用了组建单片机实验室这种模式，虽然这种教学模式能够给学生比较好的直观印象，但是这种实验教学模式其实存在很多弊端。比如说，因为实验器材较为笨重，而且多个班级都开设这门课程，所以实验箱并不能随着课堂教学而使用，这必然导致学生在课堂上学完理论知识再走进实验室完成理论验证，要经过一定时间的延迟，使得学生很多的知识点在走进实验室时已经遗忘，从而由现理论与实践教学严重脱节的情况。另外,实验箱上的实验器件以及电路都是预先固定好的，有一些甚至紧紧密闭在实验箱内部，这就使得学生缺乏了自主搭建实验电路的机会，在学习过程中只是重视了固定控制程序的编写，这就使学习上变得不再全面。二、项目教学法的实践应用项目教学法就是学生在教师的指导下亲自处理一个项目的全过程，在这一过程中学习掌握教学计划内的教学内容。学生全部或部分独立组织、安排学习行为，解决在处理项目中遇到的困难，提高了学生的兴趣，自然能调动学习的积极性。因此“项目教学法”是一种典型的以学生为中心的教学方法。在通过单片机课程的学习后，学生应该达到单片机基础应用的硬件设计方法，以及相应应用软件的编写及调试的方法，为了实现以上课程教学目标，必须要在教学过程中注重学生的实践应用能力的提升，而目前达到这种提升的最好教学方法就是项目教学法，项目教学法与传统的教学方法相比，能够非常明显的提高教学活动的效率以及效果，它更为突生的表现是项目教学法能够对于学生在直接经验的获取上起到很好的推进作用，这正是传统教学所不能比拟的。项目教学能够很好的促进学生的创新精神与创新能力，培养学生的项目统筹能力以及耐受力，培养学生的团队精神。三、Proteus虚拟实验箱技术I.Proteus技术简介Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司由版的EDA工具软件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051.HC11.PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33.AVR、ARM、8086.MSP430、Cortex和DSP系歹U处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IARKeil和MPLAB等多种编译器。他与传统的EDA软件具有的革命性特点是可以进行互动的电路仿真，还可以可以仿真51系列、AVRPICARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输由，能看到运行后输入输生的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。2.Proteus虚拟实验箱简介这是一套基于Proteus技术的虚拟实验箱，利用这个实验箱，可以完成单片机课程全部的实验内容，该虚拟实验箱比传统实验箱具有很多优势，虚拟实验箱可以说完全没有任何损耗，而且安全性高，可扩展性非常强，而且由于其特有的虚拟性，所以学生可以很好利用现在强大的网络进行下载,并非常方便彼此交流学习心得。该虚拟实验箱是利用Proteus虚拟完成核心CPU模块、串行通信模块、数码管显示模块、128*64液晶模块、1602液晶模块、温度传感器模块、发声模块、继电器模块、键盘模块等组成，各模块间是利用网络标号进行连接的，在实训中还可根据具体需求进行功能模块的增减。这个虚拟实验箱搭建了51单片机的最小工作系统，以及常用外围接口电路比如数码管、12864液晶显示器、1602液晶显示器、led发光二极管、串行通信口、嗡鸣器、温度传感器、甚至还搭载有复杂可编程逻辑器件等等。利用Proteus技术还可以利用虚拟仪表等进行测试，虚拟仪表见图'O四、Proteus虚拟实验箱使用方法现在我就以一个利用虚拟单片机实验箱的完成的实验来说明怎么使用这个实验箱。.硬件搭建传统实验箱都是利用导线来完成实验线路的搭建的，而在虚拟实验箱里却并不是这样完成的，在虚拟实验箱里是利用网络标号这一定义来完成电器链接关系的。也就是在相应的器件引脚上标识相同的网络标号，这样，具有同样网络标号的引脚就相当于连接在了一起。比如说将单片机的P1.0-P1.7这几个引脚与12864液晶屏的9-16因脚相连，我们就将相应引脚定义成相同的的网络标号，参考图二。（a）单片机引脚网络定义（b）液晶显示器引脚定义然后我们将其余的引脚P2.0-P2.7.VCCGND等都定义好,这样我们就完成了实现线路的基本连接。.软件编写我们可以利用常用的单片机C语言开发工具来编写这个实验源程序，（由于实验源程序较大，所以此处就不再罗列，如有需要可以和本文作者联系。）然后进行编译、链接，最终生成可以在单片机上运行的.HEX文件，在单片机上双击左键，可以弹由如图三的窗口。在第四项ProgramFile:选项里选中刚刚编译好的.HEX文件，然后单击右上角的确定按钮。.运行仿真在硬件视图下就可以单击左下角的运行仿真开始按钮，可以观察到程序运行的模拟仿真结果。参考图四。五、Proteus虚拟实验箱在项目教学中的作用利用这个虚拟实验箱就可以很方便的完成单片机的课程教学，而且利用Proteus强大的功能还可以很好的进行系统扩展，完成几乎所有的单片机甚至嵌入式系统等课程的实验教学。在教学过程中可以摒弃传统实验箱的束缚，非常容易的将每一个知识点都转变成相应的实验内容，从而实现可以自己轻松动手搭建个性化的实验环境，这种方法可以使学生很好的进行实际动手练习，将理论与实践完美结合，是学生直接经验的获取最佳教学手段，值得推广。六、结束语在虚拟实验箱上做实验，可以很方便的进行各种创造性的学习，最为客观的教学效果是，可以将大量的书本理论知识直观的表达由来，通过学生的自主创作性的学习，可以将间接经验与直接