利用Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真软件增强单片机教学的多媒体效果
摘要:在传统的单片机课程理论教学中,由于缺乏形象直观的教学载体,多为抽象的理论描述和难懂的汇编代码;而实践环节中知识点覆盖面窄,硬件投入大。这对于强调教学的形象直观性,注重实践能力培养的高等职业学院的教学十分不利,因此文中提出在单片机教学中引入Proteus仿真软件,以增强单片机教学的多媒体效果,加强教学的形象直观性,同时在实践环节中运用该软件,以达到节约教学成本,加强学生实践动手能力的目的。
关键词:Proteus;单片机;多媒体教学;仿真;虚拟实验
中图分类号:TP37文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)24-6991-04
Making Use of Simulation Software Proteus to Enhance the Multimedia Effect in Teaching of the SCM
XU Xiao-dong
(Yunnan Vocational Institute of Energy Technology, Qujing 655001, China)
Abstract: In the theoretical teaching of Single Chip Micyoco (SCM), it is always abstract theoretical description and elusive assembly codes because of the lack of intuitionistic teaching carrier. In the practical process, the knowledge points are insufficient to use and the investment of hardware is large. All of those go against the emphasis of visual teaching and practical abilities in vocational education. So this paper points out to use simulation software Proteus in the teaching of single chip micyoco to enhance the multimedia and intuitionistic effects, and reach the goal of saving educational costs and improving students" abilities for hands-on practice.
Key words: proteus; single chip micyoco; multimedia teaching; simulation; Virtual Experiment
单片机由于体积小,重量轻,具有高度的灵活性且价格低廉,具有逻辑判断、定时计数等多种功能,因此广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备的智能化管理和过程控制等领域。以单片机为核心的嵌入式系统已经成为目前电子设计最活跃的领域之一。目前,在很多高等职业学院的电子类和计算机类相关专业中都开设了不同类型的单片机课程及相关的实验和综合设计。而该课程属于理论和实践紧密结合的学科,在教学过程中必须软件与硬件相结合。但在传统的单片机课程理论教学中,由于缺乏形象直观的教学载体,多为抽象的理论描述和难懂的汇编代码,因此造成了老师感到难教,学生觉得难学的尴尬局面[1]。特别是在课堂教学过程中,虽然现在很多学校有多媒体教室,有计算机、投影仪等设备,也有单片机实验台,但却难以将多媒体教学设备、单片机实验设备和将要讲授的教学内容有机地结合起来,达到形象直观的多媒体教学效果。单片机课堂教学演示难以见到效果的原因很多,其中一个很重要的原因是课堂教学演示较困难,效果也不理想。通常,要做一次课堂演示实验需要用到如下设备:计算机、仿真器或编程器、电源和实验电路板。其中仿真器或编程器要与计算机相连,电源要接到实验电路板上,为了上一节课,教师要准备较长的时间。如果用仿真器做实验,那么仿真头要与实验电路板相连,教师在课堂教学中需展示实验电路板,稍有不慎就可能会损坏仿真头或实验电路板。如果用编程器写芯片的方法来验证实验结果,那么就得多次在实验板与编程器之间拔、插芯片,很麻烦且效率低。即使勉强做下来,由于实验电路板上的器件尺寸较小,学生很难看清楚有关的细节,教学效果不佳[2]。以一个简单的片内内存置位(或清零)的MCS-51汇编程序为例,为运行该程序,假设需要一个MCS-51单片机的最小系统,该系统的原理图可以幻灯片的形式显示在投影屏幕上,程序也可在投影屏幕上显示,单片机实验设备也可以实物形式展现在学生面前,但程序在单片机中是如何运行的,执行效果如何,如果不使用仿真器或仿真软件,教师也只能按照汇编程序代码一条指令一条指令的解释一遍,达不到多媒体教学所应有的效果。再说目前一般学校所使用单片机实验开发系统,一般是制成成品的教学实验箱,以验证性实验居多,而且只能做一些最基础的实验,无论是教师还是学生,使用这些实验箱很难十分顺手地搭建所需的教学演示(或实验)系统,因此达不到训练与提高学生实践动手能力的目的。而如果在单片机教学中使用Proteus仿真软件,不但在课堂教学中可根据教学需要灵活设计单片机系统,并使用其提供的各种虚拟仪器和设备增强多媒体教学的效果,并且在实践教学环节中,学生也可使用该软件制作自己的单片机应用系统,通过该软件的仿真功能完成自己的系统设计,以达到训练与提高学生实践动手能力的目的。通过在教学过程中使用Proteus软件仿真,增强了系统设计的灵活性,减少了相应的硬件投入,节约了教学成本。
1 Proteus简介
Proteus是由英国Labcenter公司开发的一款基于SPICE3F5仿真引擎的混合电路仿真软件,该软件不仅是模拟电路、数字电路、模/数混合电路的设计与仿真平台,更是目前世界上最先进、最完整的多种型号微控制器(即单片机)系统的设计与仿真平台。它真正实现了在计算机上完成从原理图设计、电路分析与仿真、单片机代码级调试与仿真、系统测试与功能验证到形成PCB的完整的电子设计、研发过程[3]。Proteus由两部分组成:一部分是智能原理图输入系统ISIS(Intelligent Schematic Input System)和虚拟系统模型VSM(Virtual Model System);另一部分是高级布线及编辑软件ARES(Advanced Routing and Editing Software)。Proteus具有如下特点:
[1]实现了单片机仿真与SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统仿真、动态仿真、IIC调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能。
[2]提供了多种虚拟仪器,如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等;多种显示设备,如模拟仪表、数字仪表、串口终端、噪声与失真信号显示器等,还有各种调试信号,直流、交流、脉冲及各种变化信号等,极大地方便了仿真调试。