Proteus在单片机教学中的应用研究

摘要：从Proteus虚拟软件概述出发，分析新形势下Proteus虚拟软件对单片机教学质量提高的作用，并对Proteus虚拟软件在单片机教学中的应用进行具体解析。

关键词：Proteus虚拟软件；单片机教学；虚拟仿真技术

中图分类号：G434

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作者简介作者简介：张建兵（1979-），男，江苏常州人，硕士，常州工学院计算机信息工程学院讲师，研究方向为工业控制与智能系统、数据仿真。

0 引言

随着计算机技术的发展，虚拟现实技术在许多领域备受关注并且应用广泛，在教育教学方面也起着重要作用。作为虚拟现实技术中的重要组成部分，Proteus虚拟软件对新形势下单片机教学质量的提高可起到积极的推动作用。在单片机教学中引入Proteus虚拟软件等虚拟仿真技术，让单片机试验脱离设备和场地的要求和限制，可增强课堂的立体感与课程的应用性、实践性，有助于课堂学习效率的提升。下面将通过对Proteus虚拟软件的介绍，具体分析Proteus虚拟软件在单片机教学中的作用，并提出提升单片机教学质量的相关措施。

1 Proteus虚拟软件概述

Proteus虚拟软件是英国Labcenter公司开发的一款EDA工具软件，从诞生到现在已经有20多年的发展历史，其凭借着功能强大、操作简易等优势在世界上被广泛应用，是新时期最为完整与先进的设计和仿真各种类型微控制器系统的平台。Proteus虚拟软件支持C语言、汇编程序语言、PLM等程序的设计。Proteus虚拟软件分为ARES和ISIS两个部分，其中ARES是仿真电路布线编辑软件，ISIS是电子系统仿真平台软件，可以设计和仿真单片机电路、模电路、数电路以及模数混合电路等[1]。Proteus虚拟软件有以下几方面特点：①能够对各种集成电路以及模拟器件进行分析和仿真；②能够为用户提供Virtual Terminal、电表、计数器、信号发生器、逻辑分析仪、虚拟示波器等虚拟仿真仪表仪器；③能够帮助设计印制板（PCB）、原理图（SCH），并可与Matlab、Keil等软件进行整合，使虚拟仿真效果达到最优。

2 Proteus虚拟软件对提高单片机教学质量的作用

利用Proteus虚拟软件可以使单片机教学在无硬件条件下实现形象化，有助于学生的理解与学习兴趣的激发，对单片机教学质量的提高起着重要作用。

2.1 营造教学条件，增强实践教学效果

随着现代计算机技术和现代教育的融合发展，传统单片机教学已不能满足现代教育的要求，主要存在以下几方面问题：①传统单片机教学往往注重理论原理教学，而对实践教学重视不够。单片机是一门实践性和应用性极强的学科，对实践教学的要求非常高。但在现实教学过程中，由于实践教学需要大量硬件设备的投入，如编程器、实验电路、仿真器等试验设备，而一些学校由于资金不足，无法很好地开展实践教学；②在实验教学中，由于场地、设备的限制，学生亲自接触实验的机会和时间非常少，因而很难参与到单片机中各种细节的设计，严重影响了其动手和操作能力的提升；③传统单片机教学中，学生毕业设计及课程设计中对于单片机系统中的软硬件系统调试、软件编程、硬件电路设计等都需要完整的硬件条件才能完成，并且还存在硬件修改或重新制版的问题，需要投入大量时间和资金，这将极大地影响学生课程任务和毕业设计的完成进度。对于以上传统单片机教学中存在的问题，Proteus虚拟软件能将单片机需要的硬软件进行三维空间式地分拆和拼合，从而完全替代贵重硬件设备的投入和实验应用[2]。

2.2 促进课程形象化，激发学生兴趣

Proteus虚拟软件中有许多仿真仪表仪器，如虚拟终端、电流电压表、电流电压源、计数器、信号发生器、逻辑分析仪、示波器等，这些仪表仪器在应用中可以被随时调用，各种实验或实践过程都可以通过Proteus虚拟软件进行仿真，整个操作过程如同在现实实验室中进行，现场感明显。同时，Proteus虚拟软件还能将线路上的信号变化通过图形进行显示，从而形象地展现出整个操作过程及过程中的各种变化，便于学生及时、整体、形象地理解和掌握。Proteus虚拟软件的虚拟仿真功能可对传统枯燥、乏味、繁琐的单片机教学进行改革，充分调动学生的学习兴趣，提升其学习动机。

2.3 提升课堂效率，降低教学成本

Proteus虚拟软件在单片机教学中整个过程都是交互式和可视化的。其不但可以对单片机硬件系统进行模拟仿真，还能将编译好的程序代码装入仿真元件中，组装完成各项操作程序，输出可视效果；Proteus虚拟软件还能支持第三方调试环境和编译软件，与Maplab、Keil等进行整合应用；在单片机教学中通过Proteus虚拟软件对各种仪表仪器以及电路等进行虚拟调试，可将调试中的各项细节清晰、形象地演示出来，增强了教学的立体感和形象感；同时，在系统进行虚拟仿真调试之后，可通过Proteus ARES 软件获得PCB图，为学生制作硬件实物及验证提供了方便。综上所述，通过Proteus虚拟软件的应用，可以使现实实验中的调试、制版、编程、开发等工作都通过虚拟仿真完成。一方面缩短了单片机调试时间，提升了课堂效率，另一方面减少了各项软硬件设备的使用耗费，降低了教学成本。

3 Proteus虚拟软件在单片机教学中应用案例

3.1 Proteus虚拟软件在单片机教学中应用流程

Proteus虚拟软件在单片机教学中的应用流程如图1所示。

具体流程包括以下几个步骤：①在ISIS平台上设计单片机电路，对各种仪表仪器进行检测，选择需要的各种元器件，连接插件和电路，并进行硬件原理图绘制等；②在Keilc等编译软件上设计单片机所需的软件，编写源程序，并对其进行调试；③生成.Hex的目标代码文件，并将此文件直接加载至虚拟单片机系统内；④进行软硬件联合调试，并实现虚拟单片机的协同仿真和实时交互；⑤观察调试和仿真结果，对所有方案进行验证，探究哪些功能没有实现，若未实现便对软硬件进行重新修订，直至成功为止[3]。 3.2 Proteus虚拟软件在单片机教学中的应用实例分析

现以虚拟单片机试验箱的设计为例分析Proteus虚拟软件在单片机教学中的应用。

（2）软件设计、编写源程序。通过C语言工具编写源程序，由于程序复杂且数据量大，本文此处略去，不再罗列。在源程序编写完成之后，进行编译并链接，生成.HEX目标代码文件，之后在单片机上进行左键双击，可出现软件设计窗口，然后在Program File选项中直接点击刚生成的.HEX目标代码文件，再进行确定[5]。

（3）运行仿真。在硬件视图下单击左下角的运行仿真开始按钮，可以观察到程序运行的模拟仿真结果。具体如图3所示。

4 结语

综上所述，在单片机教学中引入Proteus虚拟软件等虚拟仿真技术，让单片机实验脱离相关设备和场地的要求和限制，可增强课程的立体感、应用性与实践性，促进学生全身心投入实验，提升学习效率，并避免了各种可能存在的实验失误而造成的风险。但Proteus虚拟软件在应用过程中仍存在一定问题，例如虚拟仿真实验中无法充分体现出现实操作中可能存在的误差，不能将现实中最真实的情况完全模拟出来，实时性较差。因此，在实际教学中应该尽量做到虚实结合，将虚拟仿真技术作为单片机教学的一种手段，而将实际操作看作单片机教学的目的所在，才能充分提升单片机教学质量。

参考文献：

[4]高林.单片机原理与微机原理综合仿真系统的设计及应用[J].实验技术与管理，2014

（3）：9194.