基于PROTEUS的单片机教学改革与学生实践能力培养

摘 要：围绕“基于PROTEUS的单片机技术与实践”课程特点开展教学改革，以PROTEUS仿真为教学载体，采用项目化教学，以培养学生实践能力为指导思想贯穿整个教学过程，快速提高学生的动手操作能力。

关键词：单片机；实践能力；PROTEUS仿真；动手操作

单片机课程是强调高技能型人才培养的高等院校中一门重要的专业课，旨在为从事电子产品、智能仪器仪表、工业测控、机电产品的生产与开发的企业培养熟练掌握单片机技术，并能开发、应用和维护管理这些智能化产品的实践型人才，在培养高级工程技术人才、应用型人才的过程中起着至关重要的作用。但是，由于该课程知识面广、逻辑性强，强调实际动手操作，不仅存在教师难教的问题，同时三本院校学生普遍基础知识薄弱，学习缺乏自主性、主动性，因此教学效果不理想。为了解决此问题，本文从教学内容出发，以提高教学效果、培养学生实践动手能力为目标，从教学内容和教学方法两方面进行了改革探索，实现“讲、练、做”的统一。

一、课程改革与创新

1.教学内容改革

在教学内容、实践教学体系上，体现应用型技术院校的特色，坚持“实用为主，够用为度”的原则，以提高学生的实践能力和应用能力为指导，重新构建课程内容体系。在讲解一个新的知识点时，强调以实际应用引入理论体系为主。“基于Proteus的单片机技术与实践”课程内容和要求如下所示。

（1）用Proteus仿真软件绘制单片机最小系统（10课时）

知识要求：通过对单片机最小系统电路的绘制，掌握使用Proteus仿真软件绘制电路的步骤，并学会与Keil uVision2仿真软件的联机，运行程序观察仿真结果。

技能要求：掌握利用Proteus仿真软件绘制硬件电路、仿真观察结果的技能；掌握利用Keil uVision2仿真软件编辑、编译源程序的技能；能设计时钟电路、复位电路；能通过测量复位引脚电压来检测复位电路工作是否正常；并能熟练进行数制之间的数值转换。

（2）流水灯的设计与制作（6课时）

知识要求：了解51单片机存储空间的配置；熟悉51单片机I/O端口的结构及工作原理；了解51单片机的引脚功能。

技能要求：能将I/O端口输出高（低）电平；能从I/O端口上读入数据到单片机；会编写程序实现流水灯功能。

（3）单片机显示系统（8课时）

知识要求：掌握数字、字符转换成显示段码的方法；掌握动态（静态）显示的原理及程序编写。

技能要求：能进行程序编写；能在4位数码管上从左至右显示数字1～4（动态）；在数码管上循环显示数字0～9（静态）。

（4）电子时钟（14课时）

知识要求：掌握定时器的使用和编程方法；掌握中断处理程序的编程方法。

技能要求：会设计LED数码管与单片机的接口电路；能编写程序由左向右分别显示时、分、秒。

（5）查询式键盘（10课时）

知识要求：掌握查询式键盘的硬件组成和软件编程方法；掌握键盘和显示器的接口方法和编程方法。

技能要求：能连接按键电路；无键按下时，键盘输出全为“1”，发光二极管全部熄灭；有键按下时，对应发光二极管点亮。

（6）温度过程控制（14课时）

知识要求：熟悉A/D变换原理和编程方法；掌握D/A转换器与单片机接口工作原理和编程方法。

技能要求：能设计A/D、D/A转换电路；能编写程序实现键盘扫描和LED显示原理。

2.教学方法改革

（1）多媒体结合板书开展教学

利用教室多媒体设备进行理论教学，利用Proteus仿真软件化抽象为形象，侧重讲原理、讲应用。多媒体教学信息量大，一节课能讲很多东西，学生对一些难的知识点不能完全掌握，对一些重要知识（如源程序代码的讲解），用板书的教学效果会更好。最好的方法是先用多媒体讲解，对难点和重点用板书的形式再进一步讲解。

（2）在实验室完成理论和实践的教学

单片机实验室有多媒体设备和实验设备。学生学完理论知识后可马上进行实践验证，也可先进行实践教学，让学生先进行实验，然后再进行理论学习，这样就大大提高了学生学习的积极性。

（3）每次上课给学生一个任务

每节课都给学生布置一个任务，此任务包含本节课的重点。如计算延时子程序等。

二、典型教学案例

智能数字钟的设计与制作项目的主要部分是计时和键盘/显示。

要求掌握的知识点：了解键盘的接口方法；掌握定时/计数器的使用、外部中断、LED显示及相关程序设计。

要求掌握的技能有：能连接按键电路，能实现时间显示、调整、闹钟设置/启动/停闹功能。

利用51内部的定时/计数器进行中断定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时。该方案节省硬件成本，且能使学生在定时/计数器的使用、中断及程序设计方面得到锻炼与提高，因此本项目将采用软件方法实现计时。

智能数字钟教学案例：

1.教学任务

完成智能数字钟的设计与制作。

2.教学目标

最终目标：掌握定时/计数器的使用、外部中断、LED显示及相关程序的设计。

促成目标：（1）自动计时，由6位LED显示器显示时、分、秒；（2）具备校准功能，可以直接由0～9数字键设置当前时间；（3）具备定时起闹功能；（4）一天时差不超过1秒钟。

3.教学准备

（1）电脑、仿真器、单片机实验箱、Proteus、Keil uVision2仿真软件。

（2）教学PPT、教案、教材、项目指导书、任务书等。

（3）将一个班的学生分为若干小组，每组3人，分工合作完成。

4.教学课时数

8课时。

5.教学过程

（1）收集信息（1课时）

下发任务书，描述项目完成目标，发放相关学习资料，教师作20分钟辅导。

（2）制订计划（3课时）

每小组学生分工：原理图的绘制；程序编写；调试运行。

（3）实施计划（2课时）

小组间讨论如何保证具备定时起闹功能，并编写程序。

（4）检查（2课时）

完成原理图的绘制之后，加载程序进行软件仿真，然后再连接硬件电路通过实验箱再次验证实验结果。根据学生完成情况及仿真结果，教师检查评分。

笔者近几年通过这种教学模式，使学生利用Proteus仿真软件对传统51单片机的理论和实践的掌握理解程度大幅提高，摒弃了传统的先理论后实践的教学模式，并使学生具备一定的单片机电子产品的开发、维护能力。

参考文献：

张毅刚，胡瑞强.基于Proteus的单片机课程的教学改革与实践能力培养[J].教育教学论坛，2012（5）.