摘 要：单片机是电子工程专业的一门关键学科，也是一门实践性很强的学科，因此在单片机教学过程中，单片机实验室发挥着重要的作用。但是就目前而言，单片机实验室教学存在着很多问题，通常情况下只配置了数量有限的硬件设备，不能提供数量足够的仿真器、编程器、实验电路等设备，在理论课堂中也没有足够的辅助软件协助教学，缺乏软环境的建设，在设备维护保养方面也没有做出相应的重视。
关键词：单片机；实验室；建设
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.096
0 引言
单片机课程是一门实践性非常强的课程，原理性非常抽象，学生学习起来比较困难，因此需要开设单片机实验实训课程辅助教学，通过大量的实验项目帮助学生更好的理解课程理论知识，同时不断提高学生的实践操作能力，让学生真正掌握单片机在实际生活中的运用。近年来，随着仿真技术的发展，仿真单片机的建设已经在高校得到了广泛的应用。
1 仿真单片机实验室的建设方案
1.1 传统单片机实验室存在的不足
在传统的的单片机实验室中，学校需要投入大量的资金建设各项设备，随着高校招生规模不断扩大，需要建设大量的实验设备，者对学校来说是非常困哪的，很多单片机教学仪器和设备都得不到及时的配置和更新，一些硬件设备还停留在比较落后的阶段。此外，由于仪器设备的重复使用，很多仪器容易老化和发生故障，而对仪器设备的维护和维修力度不够。在实验教学过程中，教学内容往往局限了一些验证性实验，缺乏对学生自主探究能力的提高和培养。在以往的实验教学过程中，学生通常是在教师的引导下完成实验步骤，从而掌握一定的实验技能。通过这种实验方式，虽然学生对于单片机技术有一定的了解，同时也掌握了相关的实验技能，在一定程度上提高了学生的实践动手能力。但是，学生在实验过程中，依然没有进行主动学习，无论是实验步骤还是实验探究目的都是固定的，学生并没有经过自身的思考，对于提高学生的实验探究能力并没有多大帮助。
1.2 仿真单片机实验室的优势
考虑到传统单片机实验室存在的多种问题，基于仿真软件的单片机实验室建设的运用越来越广泛。通过单片机仿真实验室，很多仿真的实验和工作都可以在软件的环境中得以实现，不仅使学生的实验教学更加便捷，同时还可以减少单片机实验室建设的大量资金，解决了资金不足的困境。仿真单片机实验室的建设是以 Proteus 为软件平台设计制作的一套单片机实验系统，在这套单片机实验系统中，主要包括LCD 模块、数码显示模块、板上集成 LED 模块、键盘模块、串口通信模块和蜂鸣器模块等，可以实现串口通信系统、I/O 口设计系统的应用等。在仿真单片机实验室中，学生可以从简单到困难掌握单片机技术，通过对复杂项目的分解，可以帮助学生更直观的认识、更好的理解。在仿真单片机实验室中，可以实现传统实验室的所有功能，此外，还可以提供开放性实验的服务，学生可以利用自己所掌握的知识设计自己的电子产品。
1.3 Proteus 软件的强大功能
Proteus 软件是混合电路仿真软件，具有数字电路、模拟电路和模/数混合电路的仿真平台和设计平台，也是多种型号微控制器系统的仿真平台和设计平台。通过Proteus 软件，可以在计算机上进行电路分析和设计等。Proteus 软件主要有两个部分组成，智能原理图输入、模拟系统和高级布线及编辑软件。Proteus 软件具有非常强大的功能，可以提供非常丰富的元器件库，共有三十多个库共八千多个元器件，具有数字电路、模拟电路的仿真，用户主要通过单机鼠标、可调电阻和电位器等外设的模型，就可以根据输入的信号使单片机做出对应的响应，并且将处理结果显示在动态的显示器中，从而是吸纳了用户和系统的交互性仿真。其次，Proteus 软件还可以提供多种虚拟仪器和各种调试信号，例如信号发生器、示波器以及显示设备，从而使系统的仿真调试更加方便。除此之外，Proteus 软件还可以支持主流单片机系统的仿真，比传统的单片机实验班支持的系统和芯片要多的多。Proteus软件具有调试功能，具有设置断点、单步和全速等功能，还可以通过第三方的软件编译和调试环境实现调试功能。Proteus软件还具有PCB设计功能和原理图绘制功能，可以生成多种不同形式的文件，并且提供专用的PCB设计工具，从而进行设计。
2 仿真单片机实验室的建设过程
在构建仿真单片机实验室的过程中，主要包括四个方面的过程，Proteus仿真软件的安装运行、设置实验室的硬件电路、由Proteus仿真软件提供实验室资源和Proteus仿真软件的调试。
2.1 Proteus仿真软件的安装运行
Proteus仿真软件的安装是在默认的目录下完成的，安装完成之后就是要运行Proteus仿真软件的ISIS程序。ISIS程序的运行是在仿真软件的主页面上，将system下的图形、颜色以及view菜单下的捕捉等设置好。选择工具栏中的p命令，此时就可以在pick devices的窗口中选择实验室构建需要使用的元件，并将这些元件放置在相应的位置，设置好元件的参数，并将不同的元器件之间用线连接。完成之后，则需要在source菜单下选择Define code generation tools菜单命令，选择编译程序的方法、扩展名和工具等，在source菜单命令下加入单片机硬件电路的对应程序，通过一定的命令仿真电路和程序的具体运行情况。用debug菜单下的execute菜单项或F12快捷键启动程序使其运行，选择debug菜单下的pause 健或者pause animation菜单项使系统的运行暂停，而debug菜单下的stop animation菜单项则可以使系统的运行停止。
2.2 设置实验室的硬件电路
设置实验室的硬件电路需要从两个方面来完成，包括系统扩展和系统配置。系统配置主要是按照系统的实际要求来对外周设备进行配置，并且设计合适的电路接口。系统扩展是当单片机自身的功能单元不能满足应用系统的需求时使用的功能，例如单片机的计数器、定时器等功能单元不能满足系统的需求，就需要在片外进行扩展，选择合适的芯片设计电路，从而使容量满足系统的需求。
2.3 Proteus仿真软件提供实验室资源
Proteus仿真软件提供的实验室资源主要有三个方面的资源，主要包括元件库、虚拟测量工具箱和图形显示功能模块。Proteus仿真软件可以提供三十多个元件库，共有八千多个元器件。元件库主要包括二极管、三极管、电阻、电路和电容、交流电路、直流电路等各种元器件的元件库。正是因为Proteus仿真软件可以提供丰富的元器件库，因此在进行原理布图时，只需要通过对应的元器件之间的连线和调用就可以实现，正确的设置每一个元件的属性，就可以完成整个原理的绘图，接下来就可以进行仿真实验和虚拟测量了。
Proteus仿真软件提供的虚拟测量工具箱就是提供虚拟测量功能的工具，在单片机的实验室中，仪器仪表的测量工作是一个非常关键的工作，因此必须要具备一定数量的测量工具，包括各种类型的，才能保证对不同测量要求都可以进行测量工作，为了保证测量的精密度，还需要保证工具箱的质量。Proteus仿真软件的虚拟工具箱具有电路测试中常见的工具和仪器，在仿真测量的过程中，可以对相关的电路参数进行观测，并且在测量过程中还可以实时观查测量的结果。
Proteus仿真软件还具有图形显示功能模块，可以通过图形的形式将线路上的变化信号显示出来，作用好示波器的功能差不多，但是比示波器的功能更强大。操作人员可以利用图形显示功能模块观察电路的运行情况。
2.4 Proteus仿真软件的调试
Proteus仿真软件提供了多种测量信号，可以实现对单片机硬件电路的测量和测试，这些测量信号主要包括数字信号和模拟信号。Proteus仿真系统中具有调试功能，具有设置断点、单步和全速等功能，还可以通过第三方的软件编译和调试环境实现调试功能。虽然Proteus 软件不支持C语言，但是却可以连接C语言 KeilC51 集成开发环境，可以将C语言编写的程序使用汇编进行编译，然后进行系统的仿真。
3 结语
随着仿真技术的不断发展，仿真单片机实验室建设已经成为了高校人才培养的新方向，仿真单片机实验室的构建避免了传统单片机实验室的多项缺点，满足了学生对单片机教学大量实验的要求，并且可以有效减少学校的实验室建设的资金投入，不用过多的考虑单片机实验设备和器材的维护和保养问题等，取得比传统实验室更好的实践效果，提高学生单片机实践能力和应用能力。
参考文献：
[1]李学礼，林海峰.基于Proteus软件的单片机实验室建设[J].单片机与嵌入式系统应用，2005（09）：5-6.
[2]孙万麟，杨莲红，宋莉莉.单片机虚拟实验室的构建及其应用[J].实验技术与管理，2014（07）：229-231.
[3]刘海涛.基于Proteus的单片机仿真实验室构建[J].电子技术，2008（02）：31-33.
作者简介：杨博（1981-），男，湖南常德人，本科。
