基于Proteus的单片机原理及应用实验教学改革与实践
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）32-0114-02
一、引言
《单片机原理及应用》是计算机、自动化、通信工程、机电一体化等专业的专业基础课。学习该课程，要求学生熟悉和掌握单片微型计算机的硬件组成及工作原理，会使用编程语言进行程序设计，熟悉典型的接口芯片和接口技术，综合培养学生单片机设计及应用能力，是一门理论性和实践性都较强的课程，具有一定的难度。
单片机课程的学习对学生的基本理论、设计方法和应用开发能力都提出了较高的要求，因而实验教学尤为重要。在实践教学中，传统方法多数是利用硬件实验箱来完成，这存在着实验内容固定、灵活性差；缺乏创新性和开放性；实验室资金投入大、维护费用高，且无法长期保持先进性的不足。
为了突破当前单片机教学中的诸多限制，将Proteus仿真软件应用于实验教学，使用Proteus软件进行仿真模拟和程序设计，可灵活的设计实验，方便的扩展实验项目，降低实验室的建设和维护成本，充分调动学生学习单片机的积极性，提高教学效果。
二、Proteus在单片机实验教学中的优势
Proteus软件是英国Labcenter公司开发的一款仿真平台，可以对多款单片机及相关接口芯片提供支持，还提供了示波器、信号发生器等虚拟仪表，支持Keil等第三方编译开发软件，是一个全开放性的仿真实验平台，相当于一个设备齐全的综合性实验室[1]。与传统实验方法相比，借助Proteus进行单片机虚拟实验教学具有如下优势。
1.灵活性。传统实验方法采用的硬件实验箱，由于实验箱的电线、芯片多已焊接固定，实验中学生一般进行课堂教学的验证性实验，不能灵活自主的进行设计[2]。而采用Proteus软件实验平台，改变了“教师说，学生连”的传统实验模式，学生可自由选择电路连接方式，调动了学生学习的主动性。
2.创新性。由于实验箱硬件的限制，实验步骤和内容常常很难扩展。由于实验课程安排有限，实验内容相对固定，学生很难在实验中进行创新应用。而采用软件仿真的实验平台，可以扩展实验项目，让学生根据兴趣和能力去选择，并且可以随时更新实验内容，培养学生的创新意识。
3.开放性。由于实验箱价格较为昂贵、设备维护困难等诸多因素的限制，使得实验室无法做到全面开放。而采用软件实验平台，只需定期维护安装仿真软件的计算机即可，降低了实验室的建设和维护成本，使全面开放实验室成为可能，促进了学生学习的积极性。
采用单片机仿真软件Proteus对传统教学实验进行补充，实现实践教学与理论教学紧密联系，解决实验教学中硬件条件与实验学时不足的问题，丰富实践性教学的手段，强化学生所学知识[3]。
三、Proteus仿真软件在单片机实验教学中的应用实例
为了让学生更好地掌握单片机，应从实用的角度出发，鼓励学生编写一些简单的小程序，通过实践指引理论知识的学习。本文通过单片机端口操作实验模拟汽车左右转向灯的控制来说明Proteus在单片机实验教学中的应用。
1.实验任务。单片机端口操作模拟汽车转向灯实验中，P1口作为输出口，P3口作为输入口，P3.4、P3.5接拨动开关K3、K4；P1口接发光二极管L1～L8。K3作为左转弯开关，K4作为右转弯开关，L1作为左转弯灯，L2作为右转弯灯。要求编程实现向上打K3时，左转弯灯L1以一定频率闪烁；向下打K4时，右转弯灯L2以一定频率闪烁[4]。
2.硬件和软件的设计。
模拟汽车转向灯的单片机端口操作实验电路原理图如图1所示。电路主要由单片机最小系统、LED发光二极管和拨动开关组成。电路通过P3.4和P3.5口读取拨动开关的状态，但要注意准双向口P3作为输入口时，需先向锁存器写入“1”才能读取；为了让接在P1.0和P1.7口的LED发光二极管亮，需使P1.0和P1.7口的电平为低电平，所以，在程序中点亮左右转向灯时，给P1口赋值分别为FEH和7FH；为了实现转向灯闪烁点亮，需在程序中加延时子程序，本实验所用的延时时间为1s，具体程序如下4：
ORG 0000H
AJMP MAIN
ORG 0200H
MAIN：MOV P3，#0FFH
MOV A，P3
CJNE A，#0EFH，L1
MOV P1，#0FEH
CALL DELAY
MOV P1，#0FFH
CALL DELAY
L1：CJNE A，#0DFH，L2
MOV P1，#7FH
CALL DELAY
MOV P1，#0FFH
CALL DELAY
L2：AJMP MAIN
DELAY：MOV R5，#10
DE0：MOV R7，#200
DE1：MOV R6，#248
DE2：DJNZ R6，DE2
DJNZ R7，DE1
DJNZ R5，DE0
RET
END
3.系统调试与仿真。打开Proteus ISIS编辑环境，按图1绘制仿真电路原理图。运行Keil u Vision，建立工程项目并设置相关属性，将编写好的程序通过编译后生成hex文件。通过Proteus将hex文件导入到单片机中，然后点击模拟调试按钮的运行按钮，进入调试状态，既可以进行仿真实验，又可以实时观察仿真的结果。
采用Proteus软件对单片机学习中涉及的元器件和电路进行仿真实验，有效克服了传统实验受实验设备数量以及时间和空间限制的困难。由于软件仿真的实验平台不用担心设备的损坏，且实验室的维护成本较低，使得实验室的全面开放成为可能。学生可根据自己的情况随时进行实验，提高了学习的自主性和创造性。
