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1、Proteus仿真软件在中职单片机教学中的应用 本文分析了传统教学方式的缺陷，介绍了运用Proteus仿真软件在单片机教学中的优势，并结合笔者的教学实践，就如何在单片机中实施Proteus理实一体化教学进行了阐述，以提高中职单片机教学效果。一、传统教学方式的缺陷1. 讲授式。或称教师主导式、填鸭式、照本宣科式。这是一种学生被动接受知识的教学方式，此种教学方法因枯燥乏味，学生参与性、自主学习性、趣味性欠佳，已遭到学生的厌倦，革新的呼声越来越高。但在欠发达地区却仍然占主导地位，因师资、结构与水平、设备条件及教学观念的落后影响了其革新的力度、深度和持久性。用这种方法备课、备学生，虽最容易最轻松，但却
2、与激发学生兴趣与潜能，培养创造性思维、合作意识背道而驰，往往气氛沉闷，使中职课堂教学效果不理想。而由教师讲授、板书、学生做笔记的教学模式，到多媒体课件演示教学模式的转变，虽然有所改善，但手、脑、口并用的追求却得不到学生的配合，学生自主参与性不高。2. 实验验证式。教学过程在实验室完成，学生通过完成教师设计的项目来达到接受知识和探究疑惑的目的。虽然这种教学方式灵活、有趣、有效，但组织、准备的难度大，硬件的成本、室场的限制及实验项目设计的滞后，这些因素制约了它的全面开展，在实施过程中存在诸多缺陷。（1）实验室有限。除了机房，相同功用的实验功能室，学校一般是建一个，如我校电子专业二年级共9个班，每班
3、每周有4节单片机课，其中2节为实验课，但仅建有一个单片机实验室，且该室还是6个班的Protel DXP课程的实训场所，远远无法满足教学需要。（2）师资的需求倍增。平均50人一个班，在教室上课只用一位教师，但在实验室必须要配两位教师，或一位教师和一位实验指导员，否则很难按计划完成教学任务，无法达到预想的教学效果。（3）设备投资、损耗大，易过时、滞后、使用率低。电子技术的发展日新月异，与文、理科的实验室相比，设备使用周期较短，无法保证及时更新；实验仪器设备损耗、损坏、烧毁严重，增加教师的工作量；我校曾花十几万元配备了三向教仪的单片机实验室，但只用了六年就被淘汰报废，而新建的单片机实验室所需资金投入
4、较大，给学校财政带来了巨大的压力。现有部分学校采用实验箱或项目模块，虽所投入成本降低，但却存在缺陷。如我校的单片机模块缺乏校本实操项目“LED点阵显示”模块，电源只12V内可调，单片机烧录器仅两个，这些设计上的缺陷教师是无法纠正的，这制约了实验项目的按需完成。我校以往的单片机教学是教师在课室讲解单片机的构造、原理和基本指令，再纸上谈兵般地教学生编程序，后再到实验室进行编程训练。接近期末，再进行为期两个星期的单片机“点阵显示”项目的实训，学生用万能板根据选定的电路图进行布局设计与焊接，学生往往花费大量的时间在焊接上，而焊接成功且能插上单片机正常工作，达到实训项目要求的不足40%，调试与测量、创新
5、、编程等技能得不到有效培养。二、Proteus仿真软件在单片机教学中的优势Proteus软件具有非常丰富的仿真元器件库，还为仿真系统配置有虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。除了具有EDA工具软件的电路仿真功能外，还具有交互式的仿真能力和支持第三方的软件编译功能；针对微处理器的应用，它可以编译软件联调，调试与仿真相应的接口技术，还能看到电路运行后输出的声、光、信号波形等逼真的仿真效果。Proteus软件集电路仿真与软件调试于一体，成为了一个完备的电子设计开发环境，真正实现了在计算机中完成电路原理图的设计、电路分析与仿真调试、微处理器程序设计与仿真、系统测试与功能验证到形成印制电路板的
6、完整电子设计和研发过程。Proteus软件的应用，不需要传统实践教学所需的大量硬件设备，也不需要更多地占用实训场地，所以无需对这些硬件的购置、损耗、维修和更新投入很大的资金和精力，这对于需要大量实践、实训的课程来说，是高效且低成本的最好选择。一种教学手段的实施能否取得成功，要看学生接受程度和教学效果。笔者在教学实践中发现，学生对计算机应用软件的接受和使用能力并不缺乏，且对学习仿真软件的态度是积极的，绝大多数学生已从被动地听课转化到主动地求知，能够软、硬两方面分析问题所在，再进行实时修改、仿真，最后掌握相关技能，体现了利用仿真软件收到了较好的教学效果。三、实施Proteus的理实一体化教学过程0
7、7年我校开始在电子技术与单片机两门课程中广泛应用Proteus进行仿真教学，收到了良好的效果，现以单片机教学为例进行展示。1.单片机的构造、原理。通过在课室的多媒体教学完成，并把所有的知识点，通过问题的形式用多媒体板书，让学生自主或与同学相互探讨解决。难点可作为前置作业，让学生通过网络、到图书馆查阅资料等方式进行突破，教师再适时用Proteus演示单片机控制的新颖霓虹灯，或带他们到单片机实验室观摩往届学生的作品及教师提前准备好的演示模块，让学生体验单片机程序的魅力，激发学生的兴趣与求知欲。2.指令与编程。教师把指令整理印发给学生，让学生利用课余时间多阅读。在教学过程中，教师每讲解一个指令或一段
8、程序，就用Proteus进行仿真演示，学生可直观看到不同的指令所产生的效果，增强了趣味性，从而提高学生课堂参与的热情，达到预期的教学效果。同时要注重“软硬兼施”，Proteus课堂仿真助理解，实验硬件模块助实践。学生每学完一类型的指令，教师就提供实验室的模块让学生进行实践操作，通过自己的思维，自己的编程，转化为电路的多彩状态。硬件缺乏的，就利用Proteus让学生自己仿真，真正习得技能。3.综合项目训练。下文以AT89C51单片机控制的交通灯项目为例来说明实施Proteus的理实一体化教学过程。（1）电路设计首先从Proteus库中选取所需的元器件，在编辑区中放置元器件、电源和地、连线、元器件
9、属性设置和电气检测等，保存为“交通灯.DSN”文件。 （2）源程序设计、生成目标代码文件通过菜单“源文件添加/移除源文件（S）”，新建源程序文件“交通灯.ASM”。通过菜单“源文件交通灯.ASM”，打开Proteus提供的文本编辑器“Source Editor”，在其中编辑源程序，程序编辑好后保存。通过菜单“源文件构建所有”编译源程序，生成目标代码“交通灯.HEX”。若编译失败，对程序进行修改直至编译成功。（3）Proteus仿真加载目标代码文件，双击打开元器件单片机的属性窗口“Edit Component”，在“Program File”栏中添加上面编译好的目标代码文件“交通灯.HEX”，在
10、“Clock Frequency”栏中输入晶振频率为12MHz。点击按钮?荩进行仿真。当发现硬件电路有问题时可随时修改，直到软硬件都满足要求。（4）在ARES中进行PCB设计电路图后期处理，如添加电源、地、输入输出端等连接器、对没有封装的罕见元件制作定义封装、设定层面、布局、设置约束规则、调整文字面、布线、规则检查、铺铜、输出CADCAM文件。（5）安装与调试雕刻机钻孔、刻板后要进行安装与调试。因学校建有元件库，学生所需的元器件由教师统一发放，学生领取元件测量无误后直接焊接。因调试在软件上已经仿真完成了，一般不用调试就能正常工作。相比用万能板，学生做项目的效率大大提高。因为一旦发现布局有缺陷，
11、可以任意、随时修改，直到满意为止。对于短路、漏接线、导线纵横交错等方面的问题，也得到了解决。且全自动化雕刻机刻板，效率、成本、效果都改善了，使花在焊接上的时间大大缩短，为学生进行编程、调试预留了更多的时间，学生做项目的成功率提升到85%以上，教学、学习重点得到强化与完成。通过实施新的教学手段，运用Proteus仿真教学，理实一体化，教学效果明显。（1）学生期末综合项目的成功率由40%以下提升到85%以上；（2）学生在省单片机技能竞赛中从无到有，从有到优，获奖佳绩不断；（3）学生学以致用，毕业后从事单片机应用开发的人数增多；（4）学生单片机项目作品一届比一届难，却一届比一届好。Proteus仿真软件的应用，可充分利用学校计算机机房的现有设备，减少了实验设备的硬件维护工作量，实验环境又与实际工程系统非常接近，且能够以软件代替硬件逼真地模拟单片机应用系统开发的全过程，适应了当代学生的认知能力。在教学效果上，它不但方便有效地提高了学生的学习积极性和综合应用知识分析问题、解决问题的能力，还大大地节省了教学时间，降低了教学成本，尤其是教学实践后期的应用电路的实际制作，获得了较好的教学效果。（清远市职业技术学校）第 8 页