Proteus技术在单片机应用教学中的应用

摘 要：单片机课程作为一门应用性较强的学科，强化实验环节、培养学生的实际动手能力是该课程教学的重点，但是传统的单片机课程教学存在着许多缺点，针对单片机课程传统教学存在的弊端，本文提出引入Proteus软件。并对其在教学中的应用提出了探讨。

关键词：单片机；Proteus软件；实验教学

单片机自诞生以来，以其独特的结构和优点，在社会生产和生活的各个领域都得到了广泛的应用。单片机原理是一门许多工科专业学生必修的专业基础课，它介绍了单片机的硬件结构、工作原理、汇编语言程序、设计及接口技术，内容比较抽象、逻辑性强。单片机作为计算机应用技术的一大分支，在智能化产品开发中占有重要地位。掌握单片机技术知识，对工科学生而言具有重要意义。因此，对于高校教师搞好单片机教学，显得尤为重要。

如何在教授单片机课程的过程中.能让学生快速掌握单片机的原理及实践技术？ 加强实践教学，引入Proteus仿真软件构建虚拟实验，让学生很好地开展单片机的入门学习，较快速地理解和掌握单片机的原理及其软硬件系统设计，从而激发学生学习单片机的兴趣。

1、传统教学中存在的问题

目前，涉及单片机方面的主要教学环节是单片机课堂教学、课内实验、课程设计。而在这几个方面都不同程度存在一些问题。

在单片机课堂教学中，主要介绍的是单片机片内资源、程序设计及接口电路。学生在一开始接触这些问题时，缺乏感性认识，对片内资源的应用、程序的执行及接口的意义总是有些不明就里，甚至有些学生在学完课程后，还不知道中断服务程序是什么时候开始执行的，其原因之一是缺乏某种有效的演示方法。

通常，在课内实验和课程设计中，一般都是采用实验箱或实验台完成。学生按部就班做完实验后，对实验的具体硬件电路和程序编写却知之甚少。比如问及本实验中包含哪些模块或芯片，或某条语句的作用等，就无法回答了。一旦实验出现问题，原因查找更为困难。由于实验箱系统比较大，维护也很困难。因难以对损坏的设备维修，只能更换设备。

使用实验箱的另一个问题就是，设计只能在现有系统上完成，使得很多设计结果有些牵强附会。学生也不能针对具体的功能要求进行设计。对于可以简化的问题，也以为只能通过总线模式来完成，误认为无论是怎样的系统，都得设计成一个庞大的结构。

2、Proteus仿真软件

Proteus是英国Labcenter Electronics公司开发的EDA软件.它是目前应用最广泛的单片机系统及外围器件的仿真软件。Proteus库内器件丰富、功能齐全、界面多彩，它主要功能包括：智能原理图输入系统ISIS、虚拟系统模型VSM、高级布线编辑软件ARES三个部分。能够实现原理图设计、PCB设计、单片机编程及软硬件系统仿真等功能，而且仿真结果与实际接近.是在校大学生的电子和单片机学习的好帮手。

① Proteus仿真软件的功能和特点：

（1）ISIS智能原理图输入系统。ISIS是Proteus系统的核心，它具有控制原理图画图外观的超强的设计环境。ISIS提供给用户的图形外观包括线宽、填充类型、字符等的全部控制，使用户能够生成精美的原理图，画完图可以以图形文件输出，或者拷贝到剪切板以便其他文件使用。

（2）Spice 3F5混合型仿真器。Proteus是结合ISIS原理图设计环境使用的混合型电路仿真器。基于工业标准Spice 3F5的模拟内核，加上混合型仿真的扩展以及交互电路动态，Spice为开发和测试设计提供了的强大的交互式环境。虚拟仪器以及用户可定义的动态元件支持基于曲线图和交互电路模型。有：直流电压/电流表、交流电压/电流表、信号发生器、数字发生器、示波器、逻辑分析仪、频率计数虚拟终端、SPI调试器、12C调试器和逻辑探头等14种虚拟仪器。独特的Proteus VSM技术实现微处理器设计的协同仿真。

（3）高级图形仿真。Spice高级仿真选件可以加入到所有Proteus PCB Design和Proteus VSM产品中，它以全图形化的分析界面扩展了基础仿真器的功能。

（4）Proteus VSM虚拟系统模型。Proteus虚拟系统模型组合了混合模式的Spice电路仿真、动画器件和微控制器模型，实现了完整的基于微控制器设计的协同仿真；第一次真正使在物理原型出来之前，对这类设计的开发和测试成为可能；支持ARM7、PIC、AVR、HCll以及8051系列的微处理器CPU模型；交互外设模型有LCD显示、RS232终端、通用键盘、开关、按钮、LED等；强大的调试功能，如访问寄存器与内存，设置断点和单步运行模式；支持如IAR、Keil和Hitech等开发工具的C源码和汇编的调试。

②Proteus的工作过程

运行Proteus的ISIS后，首先选择所需类型的元器件，然后添加元件，调整元件参数设置，再进行元器件问连线。

电路图绘制完成后，需添加89C51的应用程序。应用程序可使用第三方编辑器，并生成一个可运行的目标文件（如HEX文件）。将鼠标移至89C51上，点右键选中，打开编辑属性对话框。在Program File栏添加编译好的十六进制格式的程序文件，单击OK按钮完成程序添加工作，就可以进行系统仿真了。Proteus所进行的是一种交互式仿真，在仿真进行中可以对各控制按钮、键盘的按键等进行操作，系统会将对输人的响应真实的反映出来。

3、Proteus在单片机教学中的应用

单片机教学过程中必须理论和实践结合。一般理论课堂难以用实验设备辅助教学，利用Proteus仿真软件和现有的多媒体教学设备，能够在课堂中完成软件、硬件和系统集成等内容的教学，演示从单片机硬件设计到软件调试的全过程，并演示运行结果，这是传统的单片机理论课教学中无法做到的。采用Proteus仿真软件进行虚仿真实验，具有如下优势：

（1）内容全面。实验的内容包括软件部分的汇编、C51等语言的调试过程，也包括硬件接口电路中的大部分类型。对同一类功能的接口电路，可以采用不同的硬件来搭建完成，因此采用Proteus仿真软件进行仿真实验教学，克服了传统实验教学中硬件电路固定、学生不能更改等方面的局限性，可以扩展学生的思路和提高学生的学习兴趣。

（2）实验时间、地点更加灵活。通过该实验平台学生可自行设计电路图进行实验，如果在实验室未完成的综合性的实验，学生可以在业余时间自己搭建该实验平台进行实验，从中锻炼解决实际工程问题的能力。

（3）硬件投人少，与工程实践最为接近。采用Proteus软件构建仿真实验平台，投入比较小，经济优势明显，Proteus所提供的元件库中。大部分可以直接用于接口电路的搭建，同时该软件所提供常用的仪表。而实际工程问题的研究，可以先在软件环境中模拟通过，再进行硬件的投入。这样处理，不仅省时省力，也可以节省因方案不正确所造成的硬件投入的浪费，同时让学生了解如何将仿真软件和具体的工程实践结合起来，利于学生对工程实践过程的了解和学习。

4、结束语

将Proteus软件引入单片机实验教学，有助于学生缩短从理论知识到实际应用的过程，提高学生的学习兴趣和创新能力。在经费有限的情况下，可有效弥补传统教育存在的弊端。尽管采用Proteus仿真可简化电路板制作，元器件焊接等过程，但是仿真不能完全代替实物，我们不可能完全抛弃已有的教学模式和实验手段，而仅仅依靠虚拟的实验环境。只有将Proteus虚拟开发电路应用于实际电路中，才能真正锻炼学生的软硬件综合开发能力。

参考文献

[1]张靖武，周灵彬.单片机系统的Proteus设计与仿真[M].北京. 电子工业出版社，2007.

[2]周润景，张丽娜.基于Protues的电路及单片机系统设计与仿[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

作者简介：黄子豪（1988-），男，赣南医学院信息工程学院助教。