虛擬仿真技術(shù)在高職單片機(jī)課程教學(xué)中的應(yīng)用與實(shí)踐

周克輝

（湖南財(cái)經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南衡陽(yáng)，421002）

1 高職單片機(jī)教學(xué)中存在的問(wèn)題分析

1.1 學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力有待提升

在高職傳統(tǒng)的單片機(jī)課程教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)箱是輔助教學(xué)以及完成實(shí)驗(yàn)課程的基礎(chǔ)。受到這種傳統(tǒng)教學(xué)模式的影響，學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)往往是來(lái)源于現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備的。學(xué)生在進(jìn)行這一部分的學(xué)習(xí)時(shí)僅僅是機(jī)械的完成孔線(xiàn)連接。在這種教學(xué)模式下，學(xué)生的創(chuàng)造性思維得到了扼殺，學(xué)習(xí)單品機(jī)課程的學(xué)習(xí)興趣完全喪失。這樣的教學(xué)模式下學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力并沒(méi)有得到有效的鍛煉，實(shí)踐動(dòng)手能力有待提升。

1.2 教學(xué)過(guò)程中軟、硬件結(jié)合內(nèi)容缺失

高職單片機(jī)教學(xué)目標(biāo)是：讓學(xué)生具備一定的單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和軟件編程基礎(chǔ)，并逐漸培養(yǎng)結(jié)合單片機(jī)最小系統(tǒng)和外部硬件的能力。教師在教學(xué)過(guò)程中通常是按照教材編寫(xiě)的順序啦進(jìn)行理論和實(shí)踐課程教學(xué)的。但是作為一門(mén)實(shí)踐應(yīng)用范圍較為廣泛的應(yīng)用型課程，這樣的教材編寫(xiě)架構(gòu)是很難讓學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力得到有效提升的。軟件和硬件之間相互獨(dú)立的教學(xué)導(dǎo)致了整個(gè)教學(xué)過(guò)程過(guò)后，學(xué)生很難構(gòu)建完善的單片機(jī)知識(shí)系統(tǒng)。

1.3 學(xué)生整體設(shè)計(jì)、協(xié)調(diào)能力有待提升

現(xiàn)階段高職院校的單片機(jī)課程教學(xué)中軟件和硬件分離教學(xué)的方式導(dǎo)致了學(xué)生很難從單片機(jī)系統(tǒng)的角度來(lái)理解和掌握單片機(jī)軟件和硬件相互結(jié)合的技術(shù)，同時(shí)教學(xué)中具體的工程實(shí)踐設(shè)計(jì)的缺失直接導(dǎo)致了學(xué)生整體設(shè)計(jì)和協(xié)調(diào)能力的喪失。目前很多高職院校在實(shí)驗(yàn)投入方面非常有限，很難進(jìn)行大型綜合性實(shí)驗(yàn)操作，使得學(xué)生不能夠從實(shí)驗(yàn)中理解和掌握單片機(jī)的相關(guān)系統(tǒng)概念等。長(zhǎng)此以往，學(xué)生很難從工程角度出發(fā)來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，整體設(shè)計(jì)以及協(xié)調(diào)能力嚴(yán)重缺失。

2 虛擬仿真技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1 虛擬仿真技術(shù)構(gòu)成

虛擬仿真技術(shù)也被稱(chēng)為模擬技術(shù)或者是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，具體是指利用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)一個(gè)虛擬系統(tǒng)的構(gòu)建，并通過(guò)這個(gè)虛擬系統(tǒng)來(lái)完成對(duì)另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行模仿的技術(shù)。Proteus軟件作為一款電路分析模擬軟件，被廣泛的應(yīng)用于高職單片機(jī)系統(tǒng)的模擬仿真教學(xué)中，并取得了一定的教學(xué)效果。Keil軟件作為一種實(shí)現(xiàn)了C語(yǔ)言、匯編、混合編程的單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)軟件，其應(yīng)用范圍也非常廣泛。

在虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于單片機(jī)課程中可以利用Proteus軟件來(lái)模擬單片機(jī)工作系統(tǒng)從而建立單片機(jī)虛擬系統(tǒng)，并利用Keil軟件對(duì)該模擬系統(tǒng)的單片機(jī)程序進(jìn)行調(diào)試，將程序運(yùn)行結(jié)果顯示于Proteus軟件環(huán)境中。通過(guò)Proteus軟件以及Keil軟件之間的有機(jī)結(jié)合能夠模擬出“單片機(jī)系統(tǒng)+仿真器+開(kāi)發(fā)軟件”這種和單片機(jī)實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行效果類(lèi)似的模擬系統(tǒng)，進(jìn)而取得良好的教學(xué)效果。

2.2 虛擬仿真技術(shù)特點(diǎn)

Proteus軟件的開(kāi)發(fā)者是英國(guó)的Labcenter公司。作為世界上非常著名的EDA工具，Proteus軟件實(shí)現(xiàn)了從原理圖分布、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同的仿真，在轉(zhuǎn)換到PCB設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了一鍵切換，真正意義上實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。到今天為止，由Proteus軟件和Keil軟件共同構(gòu)成的單片機(jī)虛擬仿真系統(tǒng)集合了電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件以及虛擬模式仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)，為單片機(jī)教學(xué)創(chuàng)造了良好的教學(xué)平臺(tái)，有利于學(xué)生更好的完成課程學(xué)習(xí)。

2.3 虛擬仿真技術(shù)在高職單片機(jī)課程教學(xué)中應(yīng)用意義

首先，通過(guò)將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于高職單片機(jī)課程教學(xué)能夠幫助課程實(shí)現(xiàn)既定的教學(xué)目標(biāo)。通過(guò)理論知識(shí)講解和反正演示驗(yàn)證相結(jié)合教學(xué)方式能夠?qū)⒊橄蟮膯纹瑱C(jī)工作原理生動(dòng)的展現(xiàn)在學(xué)生面前，并抽象為具體，使學(xué)生更加容易達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。不僅如此，學(xué)生能夠通過(guò)該技術(shù)應(yīng)用來(lái)按照自己的思路完成任意單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而有效提升學(xué)生的實(shí)踐能力。學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣得到了有效激發(fā)，培養(yǎng)和提升了學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力。

其次，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)教學(xué)方法的豐富。將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于高職單片機(jī)課程教學(xué)中極大的豐富和該課程教學(xué)方法，促進(jìn)了教學(xué)效果的顯著提升。將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于高職單片機(jī)課程教學(xué)中能夠充分的展現(xiàn)現(xiàn)代教育理念，實(shí)現(xiàn)了高職單片機(jī)教學(xué)中硬件資源缺失的困境，實(shí)現(xiàn)了實(shí)踐內(nèi)容設(shè)定依賴(lài)于硬件實(shí)驗(yàn)板的矛盾，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，有效的提升了學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，并有效激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

3 虛擬仿真技術(shù)在高職單片機(jī)課程教學(xué)中的應(yīng)用與實(shí)踐

3.1 以Proteus軟件與Keil軟件為應(yīng)用基礎(chǔ)的聯(lián)合仿真步驟

準(zhǔn)備階段：要將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于高職單片機(jī)課程教學(xué)中首先要將Proteus與Keil軟件聯(lián)系起來(lái)。

步驟一：以Keil軟件應(yīng)用環(huán)境為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)Proteus VSM軟件驅(qū)動(dòng)程序的安裝。

步驟二：在Proteus軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境中，建立項(xiàng)目文件，并繪制單片機(jī)系統(tǒng)電路圖。

步驟三：在Proteus開(kāi)發(fā)環(huán)境中，通過(guò)Debug菜單項(xiàng)選擇“Use Remote Debug Monitor”。

步驟四：建立項(xiàng)目文件要在Keil軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境中完成，按照仿真內(nèi)容完成單片機(jī)程序代碼的編寫(xiě)。

步驟五：設(shè)置Keil開(kāi)發(fā)環(huán)境下的項(xiàng)目文件的“Target”選項(xiàng)，選擇“Debug”方式為“Proteus VSM Simulator”。

步驟六：項(xiàng)目文件的編譯要在Keil開(kāi)發(fā)環(huán)境下完成，并運(yùn)行單片機(jī)程序。然后通過(guò)Proteus軟件環(huán)境來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行結(jié)果的觀測(cè)，假如結(jié)果有錯(cuò)誤可以通過(guò)返回Keil環(huán)境中的操作來(lái)完成單片機(jī)程序的修改，直到運(yùn)行結(jié)果正確為止。

3.2 虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用實(shí)例分析

以單片機(jī)AT89C51控制4位7段數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)掃描顯示為例，介紹了虛擬仿真技術(shù)在單片機(jī)教學(xué)中的具體應(yīng)用過(guò)程。

Proteus軟件環(huán)境下完成對(duì)硬件電路的設(shè)計(jì)。在Proteus軟件環(huán)境下要以數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描所顯示的原理和要求當(dāng)作依據(jù)來(lái)完成設(shè)計(jì)，單片機(jī)的P3實(shí)現(xiàn)對(duì)4位7段數(shù)碼管的段選信號(hào)控制，單片機(jī)的P1.4～P1.7來(lái)控制位選信號(hào)，位選信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)PNP型三極管的導(dǎo)通與截止的控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)功能灌電流的停止或供應(yīng)，也就是實(shí)現(xiàn)選擇數(shù)碼是否點(diǎn)亮。

在Keil軟件環(huán)境下的軟件編程與調(diào)試。軟件編程實(shí)現(xiàn)4位數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)掃描顯示功能，在Keil項(xiàng)目文件中能夠新建ASM文件或C文件，在文件中編寫(xiě)相應(yīng)的語(yǔ)言程序代碼。給出該實(shí)例的程序流程，顯示內(nèi)容為25.78。

待軟件內(nèi)容編寫(xiě)完成后，要將之前的步驟作為依據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)軟件和硬件的仿真操作，數(shù)碼管能夠?qū)⒎抡孢\(yùn)算結(jié)果真實(shí)的反映出來(lái)。隨著逐漸增加延時(shí)時(shí)間，數(shù)碼管從閃爍顯示到按位輪流顯示，通過(guò)這樣的方式幫助學(xué)生完成對(duì)這一知識(shí)點(diǎn)的掌握。

4 結(jié)論

現(xiàn)階段高職單片機(jī)教學(xué)課程存在著學(xué)生動(dòng)手能力較差，軟件和硬件相互結(jié)合有待提升以及學(xué)生試驗(yàn)?zāi)芰^差等問(wèn)題，嚴(yán)重的影響了高職單片機(jī)教學(xué)效果的提升。隨著科技的進(jìn)步，虛擬仿真技術(shù)得到了快速的發(fā)展，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于高職單片機(jī)課程教學(xué)中能夠在為學(xué)生提供良好學(xué)習(xí)平臺(tái)的同時(shí)來(lái)有效的幫助學(xué)生提供動(dòng)手能力，是現(xiàn)代高職單片機(jī)教學(xué)中重要的輔助教學(xué)工具。