Proteus在單片機(jī)仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究

袁夢鑫　張靜

摘 要 通過對如何利用Proteus進(jìn)行單片機(jī)軟硬件仿真進(jìn)行簡述，以期在單片機(jī)理論教學(xué)中力避枯燥，并以Proteus作實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將教學(xué)融于實(shí)踐，可以讓學(xué)生感知所編程序的實(shí)際效果從而更好地掌握所學(xué)知識(shí)。

關(guān)鍵詞 Proteus 單片機(jī) 電路軟件 硬件仿真

中圖分類號(hào)：TP368.1-4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著我國教育信息化步伐和“互聯(lián)網(wǎng)+”建設(shè)的不斷加快，利用現(xiàn)代化教育資源構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、個(gè)性化的教育教學(xué)方式方法已經(jīng)成為一種新的發(fā)展趨勢。同時(shí)基于軟件仿真設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也越來越多，越來越重要。軟件仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為理論教學(xué)的擴(kuò)展和補(bǔ)充，不僅可以改善原理簡述的抽象性，還可以幫助學(xué)生加深對理論知識(shí)的理解，并進(jìn)一步拓展知識(shí)面，激發(fā)學(xué)生的探究興趣和能力。

1研究現(xiàn)狀

作為計(jì)算機(jī)技術(shù)在控制領(lǐng)域的應(yīng)用。單片機(jī)以其體積小、性能強(qiáng)、集成度高、功耗低、控制能力強(qiáng)、易擴(kuò)展等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化方面、儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、信息和通信產(chǎn)品方面、航空航天、軍事、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域。

目前的單片機(jī)教學(xué)采用項(xiàng)目教學(xué)法，不少內(nèi)容抽象、乏味，若不通過實(shí)驗(yàn)很難讓學(xué)生提起興趣，得到更好的理解，而以前的實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)能做的實(shí)驗(yàn)有限，效果不理想，開設(shè)成本也很高，培養(yǎng)出來的學(xué)生既不知如何設(shè)置電路，也不知選擇芯片的哪些引腳，只會(huì)單一的編程驗(yàn)證，且編寫的程序都是為了實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)箱上的功能，根本滿足不了實(shí)際項(xiàng)目課題的需要。

2研究意義

現(xiàn)在使用的教學(xué)仿真軟件有多種，這些軟件各具特點(diǎn)，在教學(xué)實(shí)踐中根據(jù)不同專業(yè)及需求可以選用不同的軟件。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布圖，代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模擬仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)。Proteus仿真軟件具有數(shù)字、模擬及數(shù)字/模擬混合電路的仿真能力；還提供了電路的直流工作點(diǎn)分析、瞬態(tài)分析、噪聲和失真分析等多種常用的電路仿真分析方法。這些分析方法基本能滿足一般電路的分析設(shè)計(jì)要求。

在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用Proteus軟件能更好地解決采用虛擬技術(shù)解決單片機(jī)及其外圍電路的設(shè)計(jì)和協(xié)同仿真的問題，無需硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，只需利用個(gè)人計(jì)算機(jī)進(jìn)行單片機(jī)軟硬件同步仿真，仿真結(jié)果即可直接運(yùn)用于真實(shí)設(shè)計(jì)。因此采用Proteus電路仿真軟件建立的網(wǎng)上單片機(jī)實(shí)訓(xùn)室既解決了以往單片機(jī)編程過程中的抽象性問題，同時(shí)還極大程度地?cái)U(kuò)展了單片機(jī)硬件電路資源，降低了實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本，也使教學(xué)過程更加直觀，還為學(xué)習(xí)者提供了一個(gè)即時(shí)可學(xué)式實(shí)驗(yàn)室。

3 Proteus在單片機(jī)功能開發(fā)中的作用

目前，實(shí)物單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室的基本功能主要包括元器件選擇、電路連線、單片機(jī)程序編寫、系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試和硬件電路測試，而利用Proteus仿真軟件所提供的不同功能可以完全保證對其完全實(shí)現(xiàn)。

（1）系統(tǒng)資源。任何一種單片機(jī)都提供了一定的系統(tǒng)資源。對于51系列單片機(jī)來講，所供的資源是以寄存器和存儲(chǔ)器的方式體現(xiàn)出來的。Proteus仿真軟件所提供的元器件包括了電阻、電容、二極管、三極管、MOS管、555定時(shí)器等模擬元器件和74系列1vrL芯片、4000系列CMOS芯片、存儲(chǔ)器、FC元器件等數(shù)字元器件以及PIC、AVR、8051系列單片機(jī)，學(xué)習(xí)者可以通過選取所需的元器件并對參數(shù)進(jìn)行修改實(shí)現(xiàn)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)元器件的選擇。

（2）硬件電路的設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試。硬件電路的設(shè)計(jì)包括兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)的擴(kuò)展；二是系統(tǒng)的配置。大部分常用的硬件電路設(shè)計(jì)可以通過Proteus軟件來實(shí)現(xiàn)，學(xué)生通過Proteus軟件的使用，可以很方便地掌握硬件電路的設(shè)計(jì)方法。Proteus仿真軟件具有導(dǎo)線自動(dòng)連線功能，使用時(shí)只需單擊元器件的引腳系統(tǒng)就可進(jìn)行自動(dòng)布線，同時(shí)，學(xué)習(xí)者也可根據(jù)需要對走線方式進(jìn)行調(diào)整，完成系統(tǒng)電路的整體線路連接，此功能使學(xué)習(xí)者更加方便的對電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行理解。

（3）程序編寫。利用Proteus仿真軟件的編程功能學(xué)習(xí)者可以進(jìn)行單片機(jī)程序編寫實(shí)驗(yàn)，并在軟件中進(jìn)行目標(biāo)代碼的仿真運(yùn)行，利用軟件所提供的診斷及追蹤信息，學(xué)習(xí)者可以發(fā)現(xiàn)代碼中所存在的問題并進(jìn)行修改。

（4）系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試。利用Proteus軟件的仿真調(diào)試可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)試。Proteus可以作為硬件仿真和調(diào)試界面。Proteus仿真軟件還提供了系統(tǒng)單步運(yùn)行仿真調(diào)試功能，并可以通過此功能模擬單片軟件調(diào)試器功能，使學(xué)習(xí)者觀察設(shè)計(jì)效果，同時(shí)，在程序運(yùn)行過程中單片機(jī)引腳的電平狀態(tài)也將實(shí)時(shí)地顯示出來，這為學(xué)習(xí)者更好地理解程序運(yùn)行提供了很好的幫助。

（5）硬件電路測試。除了上述功能，Proteus仿真軟件還包含了大量的虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、函數(shù)發(fā)生器、時(shí)鐘計(jì)數(shù)器、電壓計(jì)和電流計(jì)等單片機(jī)硬件電路測試所需的試驗(yàn)儀器，學(xué)習(xí)者可以通過此功能仿照真實(shí)情況完成對硬件電路的測試與檢查。

通過實(shí)地教學(xué)反饋，針對單片機(jī)控制系統(tǒng)是軟、硬件結(jié)合的應(yīng)用系統(tǒng)，若將Proteus軟件引入單片機(jī)課堂教學(xué)，可以構(gòu)建一個(gè)適合“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)的單片機(jī)虛擬實(shí)訓(xùn)室，大大提高學(xué)習(xí)效率，方便實(shí)踐操作。

4結(jié)論

敘述了單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了Proteus仿真軟件創(chuàng)新性的功能，研究了Proteus仿真軟件在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用。通過實(shí)踐證明，其構(gòu)建的虛擬實(shí)驗(yàn)室與傳統(tǒng)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室相比，具有開放、靈活和成本低等特點(diǎn)。使用該實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)崿F(xiàn)以教師為引導(dǎo)、以項(xiàng)目為主線、以學(xué)習(xí)者為實(shí)驗(yàn)主體的教學(xué)新方法，在提高教學(xué)效率的同時(shí)，使學(xué)習(xí)者形成工程設(shè)計(jì)思路，并利用電路仿真和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、開發(fā)、調(diào)試并形成產(chǎn)品的全過程，增強(qiáng)了單片機(jī)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新性。

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