本站原创【摘 要】本文针对现有单片机实验开放性的不足,提出将Proteus与Keil应用于实验教学,以软代硬,提出了一种先进的教学手段和方法,也是实验教学改革的发展方向.而将传统教学与新方法有机结合则适当降低了直接进行开发的难度,传统教学时新方法的基础,新方法是传统教学的升华,二者的有机结合在培养学生实验兴趣的同时提高了学生自主开发的能力,为学生就业打下良好的基础.
【关 键 词】单片机；Proteus；Keil；教学改革
0引言
由于单片机体积小、成本低、控制功能强,易扩展等优点,使得它作为智能控制核心被广泛应用到各个领域中.所以说单片机的开发已成为目前高校电子和计算机等相关专业学生必备的能力.
然后现有实验教学中一般的单片机实验系统通常为固定线路,学习者只能依照该实验系统进行简单的接线,然后将代码输入,进行实验的验证,几乎没有自由创新和开发的空间.实验系统的数量也很难达到人手一台的标准,加上课时的限制使得大多数学生无法在课上得到充分的锻炼.基于现如今电脑的普及,软件的高度开发,笔者在此基础上增加了将Proteus与Keil整合应用于单片机实验教学中的环节,使学生可以在课下进行深入学习,培养学生自己开发简单项目的能力,达到理论与实际的合理过渡.
1Keil软件的编程训练
作为一种高级语言,C语言已成为高校好多专业所必修的课程.而在单片机开发中,大多企业的软件开发也是以C51为主.在此形势下,原来实验系统一贯的汇编语言开发环境显然已跟不上时代的发展,对学生就业造成一定的影响.鉴于学生此前学习过C语言程序设计,,加上C51语言编程简单易入门的优点,学生由汇编语言向C语言过渡会容易的多.因而,在实验系统开发环境上可以安装C开发环境――Keiluvision软件.
Keiluvision4是基于C51的集成开发环境,支持汇编和C51编程,可编译生成HEX下载文件.若挂接与目标处理器相应的硬件仿真器可直接进行软硬件联合调试,若纯软件实验还可完全不需要硬件而单独调试程序.学生在实验时,只有在精确控制时,如频率、时间的控制上用汇编语言,其余部分均可用C51来完成编程.C51编程部分还可以通过在自己电脑上安装Keil软件完成对应的课前预习和课后总结任务,使课堂上的时间不会太过紧促.
2采用Proteus辅助设计
Proteus软件是英国LabCenterElectronics公司出品的电路分析与仿真软件.软件特点如下：（1）单片机仿真与SPICE电路仿真相结合；（2）支持示波器、信号发生器、逻辑分析仪等虚拟仪器,器仪具有理想参数指标,例如极高输入阻抗或极低输出阻抗,这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响,支持众多外部模拟和数字器件；（3）自身提供软件调试功能,也支持KeilC51等外部编译和调试环境.
Proteus允许用户搭建以单片机为核心的完整电路系统,并进行整体硬件仿真和软件调试,能真正对单片机系统进行辅助设计.利用Proteus软件,学生的硬件电路将不再受限于实验箱固有的模式,可以充分发挥自己的想象力进行自主开发.在课上老师可以进行简单实验如单片机最小系统的搭建与仿真的任务分配,而课下则要求每人根据自己兴趣进行一个稍微复杂电路的设计.这样,学生即使离开实验室,脱离实验箱,也可以进行完整的系统设计,而且能通过仿真看到结果.学生可以自由发挥设计灵感,不受既有电路的限制,大大锻炼了学生自主创新的能力,可谓之后工作打下扎实的基础.
3基于Proteus+Keil的实验平台
鉴于proteus支持Keil作为外部编译和调试环境的特点,Proteus和Keil软件的结合使用已成为单片机制作初期常用的手段.在电路板实际制作之前,开发者可通过Proteus和Keil软件进行所需功能的仿真,达到要求后再进行具体元器件及PCB板的购写,大大节省了开发周期和开发成本.
单片机实验教学也可以把Proteus与Keil仿真软件整合起来使用.首先采用Proteus软件绘制硬件电路图,然后通过Keil进行软件部分的程序设计,最后再通过两部分的整合进行真调试.在实验室的电脑上安装好这两个软件,老师在实验教学过程中向学生展示其功能及应用,然后在课堂上让学生完成基本功能的使用.要求学生在自己的电脑上也安装这个软件,利用课余时间自己动手做像LED发光管,蜂鸣器发声、键盘控制、数码管、AD模块转换等小实验.
4传统方法与新方法的有机结合
根据单片机课程的特点,传统方法的存在与课堂内容更接近；而文章介绍的新方法则更贴近于就业,因而做到传统方法与新方法的有机结合将是培养高水平人才的关键所在.为达到上述目标,将实验教学内容分为基础实验、综合实验、开放实验三部分.
基础实验主要是基本硬件的认识、基本指令的使用与汇编语言的设计.这是对学生课堂知识的巩固,帮助学生消化课堂上的知识.
综合实验则包括硬件接线和软件编程两部分.实验系统提供基本电路,但完成实验要求还需要学生在掌握各模块功能的前提下自主接线.实验指导书只给出了任务、要求和原理性说明,学生必须根据实验目的和要求来搭建主体电路,然后编写程序,最后进行调试和验证.学生需认真观察实验现象,并对实验结果进行分析,上交实验报告和调试心得,作为实验考核的一部分.
开放实验室是由教师带动学生在课下自主完成实验任务的环节,它是对课堂内容的补充和升华,是学生充分发挥自主创新能力的环节,也是解决仪器损坏、仪器数量不足、内容多等问题的重要手段.指导老师可以鼓励学生自主提出感兴趣的题目进行设计研究,也可提出几个方向供学生选择.这样,领悟能力高的学生有了发展才华的机会,很有可能开发出新颖的实验电路,得到满意的仿真结果,甚至焊接出实现功能的电路板.贪玩的学生也会有完成课余任务的压力与紧迫感,提高他们的自制力,自觉完成任务.另外,学生需在课下利用Proteus和Keil软件进行软硬件的调试,而课堂只作为对学生进行答疑和供学生相互交流的环境.调试过程和结果可以PPT的形式展示,作为实验考核的重点.
基础实验是过渡实验的基础,基础实验和过渡实验又是顺利完成综合实验必不可少的环节.根据课时情况有条理地分配和穿插三部分,培养学生综合应用知识的能力,培养学生自主完成项目开发的能力.
5结束语
传统的实验模式过于贴近课本,是验证性实验,作为基础可以很好的帮助学生消化课堂上的知识.利用Proteus与Keil进行单片机教学,具有比较明显的优势,为单片机实验改革提供了一个很好的思路.在传统模式让学生学会理论联系实际的方法的基础上,利用Proteus与Keil进行单片机有关软硬件技术的自主训练,大大培养了学生的创新能力.这种通过“软硬结合”的实验方法实现了以学生为主体的个性化教育模式,为学生在以后更高层次的深入应用和工作打下扎实的基础.
【参考文献】
[1]胡汉才.单片机原理及其接口技术学习辅导与实践教程[M].北京：清华大学出版社,2004,6.
[2]唐涌杰,王祯岩,等.面向21世纪高校实验教学改革的思路[J].实验室研究与探索,2000（5）：8-10.
[3]刘应群,孙兵,等.Proteus与Keil在单片机教学中的应用[J].中国现代教育装备,2010（11）：42-43.
[4]伍冯洁,谢陈跃,等.Proteus与Keil在单片机开放性实验中的应用[J].电子测量技术,2008（6）：100-103.
[责任编辑：曹明明]