單片機實(shí)驗室的建設

單片機課程是一門(mén)實(shí)踐性非常強的課程，原理性非常抽象，學(xué)生學(xué)習起來(lái)比較困難，因此需要開(kāi)設單片機實(shí)驗實(shí)訓課程輔助教學(xué)，通過(guò)大量的實(shí)驗項目幫助學(xué)生更好的理解課程理論知識，同時(shí)不斷提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力，讓學(xué)生真正掌握單片機在實(shí)際生活中的運用。近年來(lái)，隨著(zhù)仿真技術(shù)的發(fā)展，仿真單片機的建設已經(jīng)在高校得到了
廣泛的應用。
1、仿真單片機實(shí)驗室的建設方案
1．1 傳統單片機實(shí)驗室存在的不足
在傳統的的單片機實(shí)驗室中，學(xué)校需要投入大量的資金建設各項設備，隨著(zhù)高校招生規模不斷擴大，需要建設大量的實(shí)驗設備，者對學(xué)校來(lái)說(shuō)是非常困哪的，很多單片機教學(xué)儀器和設備都得不到及時(shí)的配置和更新，一些硬件設備還停留在比較落后的階段。此外，由于儀器設備的重復使用，很多儀器容易老化和發(fā)生故障，而對儀器設備的維護和維修力度不夠。在實(shí)驗教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)內容往往局限了一些驗證性實(shí)驗，缺乏對學(xué)生自主探究能力的提高和培養。在以往的實(shí)驗教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生通常是在教師的引導下完成實(shí)驗步驟，從而掌握一定的實(shí)驗技能。通過(guò)這種實(shí)驗方式，雖然學(xué)生對于單片機技術(shù)有一定的了解，同時(shí)也掌握了相關(guān)的實(shí)驗技能，在一定程度上提高了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。但是，學(xué)生在實(shí)驗過(guò)程中，依然沒(méi)有進(jìn)行主動(dòng)學(xué)習，無(wú)論是實(shí)驗步驟還是實(shí)驗探究目的都是固定的，學(xué)生并沒(méi)有經(jīng)過(guò)自身的思考，對于提高學(xué)生的實(shí)驗探究能力并沒(méi)有多大幫助。
1．2 仿真單片機實(shí)驗室的優(yōu)勢
考慮到傳統單片機實(shí)驗室存在的多種問(wèn)題，基于仿真軟件的單片機實(shí)驗室建設的運用越來(lái)越廣泛。通過(guò)單片機仿真實(shí)驗室，很多仿真的實(shí)驗和工作都可以在軟件的環(huán)境中得以實(shí)現，不僅使學(xué)生的實(shí)驗教學(xué)更加便捷，同時(shí)還可以減少單片機實(shí)驗室建設的大量資金，解決了資金不足的困境。仿真單片機實(shí)驗室的建設是以Proteus為軟件平臺設計制作的一套單片機實(shí)驗系統，在這套單片機實(shí)驗系統中，主要包括LCD模塊、數碼顯示模塊、板上集成LED模塊、鍵盤(pán)模塊、串口通信模塊和蜂鳴器模塊等，可以實(shí)現串口通信系統、i／o 口設計系統的應用等。在仿真單片機實(shí)驗室中，學(xué)生可以從簡(jiǎn)單到困難掌握單片機技術(shù)，通過(guò)對復雜項目的分解，可以幫助學(xué)生更直觀(guān)的認識、更好的理解。在仿真單片機實(shí)驗室中，可以實(shí)現傳統實(shí)驗室的所有功能，此外，還可以提供開(kāi)放性實(shí)驗的服務(wù)，學(xué)生可以利用自己所掌握的知識設計自己的電子產(chǎn)品。 ，
1．3 Proteus軟件的強大功能
Proteus軟件是混合電路仿真軟件，具有數字電路、模擬電路和模／數混合電路的仿真平臺和設計平臺，也是多種型號微控制器系統的仿真平臺和設計平臺。通過(guò)Proteus軟件，可以在計算機上進(jìn)行電路分析和設計等。Proteus軟件主要有兩個(gè)部分組成，智能原理圖輸入、模擬系統和布線(xiàn)及編輯軟件。Pro'teus軟件具有非常強大的功能，可以提供非常豐富的元器件庫，共有三十多個(gè)庫共八干多個(gè)元器件，具有數字電路、模擬電路的仿真，用戶(hù)主要通過(guò)單機鼠標、可調電阻和電位器等外設的模型，就可以根據輸入的信號使單片機做出對應的響應，并且將處理結果顯示在動(dòng)態(tài)的顯示器中，從而是吸納了用戶(hù)和系統的交互性仿真。其次，Proteus軟件還可以提供多種虛擬儀器和各種調試信號，例如信號發(fā)生器、示波器以及顯示設備，從而使系統的仿真調試更加方便。除此之外，Proteus軟件還可以支持主流單片機系統的仿真，比傳統的單片機實(shí)驗班支持的系統和芯片要多的多。Proteus軟件具有調試功能，具有設置斷點(diǎn)、單步和全速等功能，還可以通過(guò)第三方的軟件編譯和調試環(huán)境實(shí)現調試功能。Proteus軟件還具有PCB設計功能和原理圖繪制功能，可以生成多種不同形式的文件，并且提供的PCB設計工具，從而進(jìn)行設計。
2、仿真單片機實(shí)驗室的建設過(guò)程
在構建仿真單片機實(shí)驗室的過(guò)程中，主要包括四個(gè)方面的過(guò)程，Proteus仿真軟件的安裝運行、設置實(shí)驗室的硬件電路、由Proteus仿真軟件提供實(shí)驗室資源和Proteus仿真軟件的調試。
2．1 Proteus仿真軟件的安裝運行
Proteus仿真軟件的安裝是在默認的目錄下完成的，安裝完成之后就是要運行Proteus仿真軟件的ISIS程序。ISIS程序的運行是在仿真軟件的主頁(yè)面上，將system下的圖形、顏色以及view菜單下的捕捉等設置好。選擇工具欄中的P命令，此時(shí)就可以在pick devices的窗口中選擇實(shí)驗室構建需要使用的元件，并將這些元件放置在相應的位置，設置好元件的參數，并將不同的元器件之間用線(xiàn)連接。完成之后，則需要在source菜單下選擇Define code generation tools菜單命令，選擇編譯程序的方法、擴展名和工具等，在source菜單命令下加入單片
機硬件電路的對應程序，通過(guò)一定的命令仿真電路和程序的具體運行情況。用debug菜單下的execute菜單項或F12快捷鍵啟動(dòng)程序使其運行，選擇debug菜單下的pause健或者pause animation菜單項使系統的運行暫停，而debug菜單下的stop animation菜單項則可以使系統的運行停止。
2．2 設置實(shí)驗室的硬件電路
設置實(shí)驗室的硬件電路需要從兩個(gè)方面來(lái)完成，包括系統擴展和系統配置。系統配置主要是按照系統的實(shí)際要求來(lái)對外周設備進(jìn)行配置，并且設計合適的電路接口。系統擴展是當單片機自身的功能單元不能滿(mǎn)足應用系統的需求時(shí)使用的功能，例如單片機的計數器、定時(shí)器等功能單元不能滿(mǎn)足系統的需求，就需要在片外進(jìn)行擴展，選擇合適的芯片設計電路，從而使容量滿(mǎn)足系統的需求。
2．3 Proteus仿真軟件提供實(shí)驗室資源
Proteus仿真軟件提供的實(shí)驗室資源主要有三個(gè)方面的資源，主要包括元件庫、虛擬測量工具箱和圖形顯示功能模塊。Proteus仿真軟件可以提供三十多個(gè)元件庫，共有八干多個(gè)元器件。元件庫主要包括二極管、三極管、電阻、電路和電容、交流電路、直流電路等各種元器件的元件庫。正是因為Proteus仿真軟件可以提供豐富的元器件庫，因此在進(jìn)行原理布圖時(shí)，只需要通過(guò)對應的元器件之間的連線(xiàn)和調用就可以實(shí)現，正確的設置每一個(gè)元件的屬性，就可以完成整個(gè)原理的繪圖，接下來(lái)就可以進(jìn)行仿真實(shí)驗和虛擬測量了。
Proteus仿真軟件提供的虛擬測量工具箱就是提供虛擬測量功能的工具，在單片機的實(shí)驗室中，儀器儀表的測量工作是一個(gè)非常關(guān)鍵的工作，因此必須要具備一定數量的測量丁具，包括各種類(lèi)型的，才能保證對不同測量要求都可以進(jìn)行測量工作，為了保證測量的精密度，還需要保證工具箱的質(zhì)量。Proteus仿真軟件的虛擬工具箱具有電路測試中常見(jiàn)的工具和儀器，在仿真測罱的過(guò)程中，可以對相關(guān)的電路參數進(jìn)行觀(guān)測，并且在測量過(guò)程中還可以實(shí)時(shí)觀(guān)查測量的結果。
Proteus仿真軟件還具有圖形顯示功能模塊，可以通過(guò)圖形的形式將線(xiàn)路上的變化信號顯示出來(lái)，作用好示波器的功能差不多，但是比示波器的功能更強大。操作人員可以利用圖形顯示功能模塊觀(guān)察電路的運行情況。
2．4 Proteus仿真軟件的調試
Proteus仿真軟件提供了多種測量信號，可以實(shí)現對單片機硬件電路的測量和測試，這些測量信號主要包括數字信號和模擬信號。
Proteus仿真系統中具有調試功能，具有設置斷點(diǎn)、單步和全速等功能，還可以通過(guò)第三方的軟件編譯和調試環(huán)境實(shí)現調試功能。雖然Proteus軟件不支持C語(yǔ)言，但是卻可以連接C語(yǔ)言KeilC51集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，可以將C語(yǔ)言編寫(xiě)的程序使用匯編進(jìn)行編譯，然后進(jìn)行系統的仿真。