科学论坛 Ｐｒｏｔｅｕｓ 技术在单片机应用教学中的应用 黄子豪，郑新宇 摘（赣南医学院，江西赣州３４１０００） 要：单片机课程作为一门应用性较强的学科，强化实验环节、培养学生的实际动手能力是该课程教学的重点，但是传统的单片机课程教学存在着 许多缺点，针对单片机课程传统教学存在的弊端，本文提出引入Ｐｒｏｔｅｕｓ软件。并对其在教学中的应用提出了探讨。 关键词：单片机；Ｐｒｏｔｅｕｓ软件；实验教学 单片机自诞生以来，以其独特的结构和优点，在社会生产和生活的各个 领域都得到了广泛的应用。单片机原理是－－／＇３许多工科专业学生必修的专 业基础课，它介绍了单片机的硬件结构、工作原理、汇编语言程序、设计及接 的Ｓｐｉｃｅ电路仿真、动画器件和微控制器模型，实现了完整的基于微控制器 设计的协同仿真；第一次真正使在物理原型出来之前，对这类设计的开发 和测试成为町能；支持ＡＲＭ７、ＰＩＣ、ＡＶＲ、ＨＣｌｌ以及８０５１系列的微处理器 口技术，内容比较抽象、逻辑性强。单片机作为计算机应用技术的一大分支， 在智能化产品开发中占有重要地位。掌握单片机技术知识，对工科学生而言 具有重要意义。因此，对于高校教师搞好单片机教学，显得尤为重要。 如何在教授单片机课程的过程中．能让学生快速掌握单片机的原理及 实践技术？加强实践教学，引入Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真软件构建虚拟实验，让学生很 好地开展单片机的入门学习，较快速地理解和掌握单片机的原理及其软硬 件系统设计，从而激发学生学习单片机的兴趣。 １、传统教学中存在的问题 目前，涉及单片机方面的主要教学环节是单片机课堂教学、课内实验、 课程设计。而在这几个方面都不同程度存在一些问题。 在单片机课堂教学中，主要介绍的是单片机片内资源、程序设计及接 口电路。学生在一开始接触这些问题时，缺乏感性认识，对片内资源的应 用、程序的执行及接口的意义总是有些不明就里，甚至有些学生在学完课 程后，还不知道中断服务程序是什么时候开始执行的，其原因之一是缺乏 某种有效的演示方法。 通常，在课内实验和课程设计中，一般都是采用实验箱或实验台完成。 学生按部就班做完实验后，对实验的具体硬件电路和程序编写却知之甚 少。比如问及本实验中包含哪些模块或芯片，或某条语句的作用等，就无法 回答了。一旦实验出现问题，原因查找更为困难。由于实验箱系统比较大， 维护也很困难。因难以对损坏的设备维修，只能更换设备。 使用实验箱的另一个问题就是，设计只能在现有系统上完成，使得很 多设计结果有些牵强附会。学生也不能针对具体的功能要求进行设计。对 于可以简化的问题，也以为只能通过总线模式来完成，误认为无论是怎样 的系统，都得设计成一个庞大的结构。 ２、Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真软件 Ｐｒｏｔｅｕｓ是英国Ｌａｂｃｅｎｔｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ公司开发的ＥＤＡ软件．它是目前 应用最广泛的单片机系统及外围器件的仿真软件。Ｐｒｏｔｅｕｓ库内器件丰富、 功能齐全、界面多彩，它主要功能包括：智能原理图输入系统ＩＳＩＳ、虚拟系 统模型ＶＳＭ、高级布线编辑软件ＡＲＥＳ三个部分。能够实现原理图设计、 ＰＣＢ设计、单片机编程及软硬件系统仿真等功能，而且仿真结果与实际接 近．是在校大学生的电子和单片机学习的好帮手。 ①Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真软件的功能和特点： （１）ｉｓｉｓ智能原理图输入系统。ＩＳＩＳ是Ｐｒｏｔｅｕｓ系统的核心，它具有控制 原理图画图外观的超强的设计环境。ＩＳＩＳ提供给用户的图形外观包括线 宽、填充类型、字符等的全部控制，使用户能够生成精美的原理图，画完图 可以以图形文件输出，或者拷贝到剪切板以便其他文件使用。 （２）Ｓｐｉｃｅ ３Ｆ５混合型仿真器。Ｐｒｏｔｅｕｓ是结合ＩＳＩＳ原理图设计环境使用 的混合型电路仿真器。基于工业标准Ｓｐｉｃｅ ３Ｆ５的模拟内核，加上混合型仿 真的扩展以及交互电路动态，Ｓｐｉｃｅ为开发和测试设计提供了的强大的交 互式环境。虚拟仪器以及用户可定义的动态元件支持基于曲线图和交互电 路模型。有：直流电压龟流表、交流电压龟流表、信号发生器、数字发生器、 示波器、逻辑分析仪、频率计数虚拟终端、ＳＰＩ调试器、１２Ｃ调试器和逻辑探 头等１４种虚拟仪器。独特的Ｐｒｏｔｅｕｓ ＶＳＭ技术实现微处理器设计的协同 仿真。 （３）高级图形仿真。Ｓｐｉｃｅ高级仿真选件可以加入到所有Ｐｒｏｔｅｕｓ ＰＣＢ Ｄｅｓｉｇｎ和ＰｒｏｔｅｕｓＶＳＭ产品中，它以全图形化的分析界面扩展了基础仿真 器的功能。 （４）Ｐｒｏｔｅｕｓ ＶＳＭ虚拟系统模型 Ｐｒｏｔｅｕｓ虚拟系统模型组合了混合模式 ＣＰＵ模型：交互外设模型有ＬＣＤ显示、ＲＳ２３２终端、通用键盘、开关、按 钮、ＬＥＤ等；强大的调试功能，如访问寄存器与内存，设置断点和单步运行 模式；支持如ＩＡＲ、Ｋｅｉｌ和Ｈｉｔｅｃｈ等开发工具的ｃ源码和汇编的调试。 ＠Ｐｒｏｔｅｕｓ的工作过程 运行Ｐｒｏｔｅｕｓ的ＩＳＩＳ后，首先选择所需类型的元器件，然后添加元件， 调整元件参数设置，再进行元器件问连线。 电路图绘制完成后，需添加８９Ｃ５１的应用程序。应用程序可使用第三 方编辑器，并生成一个可运行的目标文件（如ＨＥＸ文件）。将鼠标移至 ８９Ｃ５１上，点右键选中，打开编辑属性对话框。在Ｐｒｏｇｒａｍ Ｆｉｌｅ栏添加编译 好的十六进制格式的程序文件，单击ＯＫ按钮完成程序添加工作，就可以 进行系统仿真了。Ｐｒｏｔｅｕｓ所进行的是一种交互式仿真，在仿真进行中可以 对各控制按钮、键盘的按键等进行操作，系统会将对输人的响应真实的反 映出来。 ３、Ｐｒｏｔｅｕｓ在单片机教学中的应用 单片机教学过程中必须理论和实践结合。一般理论课堂难以用实验设 各辅助教学，利用Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真软件和现有的多媒体教学设备，能够在课堂 中完成软件、硬件和系统集成等内容的教学，演示从单片机硬件设计到软 件调试的全过程，并演示运行结果，这是传统的单片机理论课教学中无法 做到的。采用Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真软件进行虚仿真实验，具有如下优势： （Ｉ）内容全面。实验的内容包括软件部分的汇编、Ｃ５１等语言的调试过 程，也包括硬件接口电路中的大部分类型。对同一类功能的接口电路，可以 采用不同的硬件来搭建完成，因此采用Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真软件进行仿真实验教 学，克服了传统实验教学中硬件电路固定、学生不能更改等方面的局限性， 可以扩展学生的思路和提高学生的学习兴趣。 （２）实验时间、地点更加灵活。通过该实验平台学生可自行设计电路图 进行实验，如果在实验室未完成的综合性的实验，学生可以在业余时间自 己搭建该实验平台进行实验，从中锻炼解决实际工程问题的能力。 （３）硬件投人少，与工程实践最为接近。采用Ｐｒｏｔｅｕｓ软件构建仿真实验 平台，投入比较小，经济优势明显，Ｐｒｏｔｅｕｓ所提供的元件库中。大部分可以 直接用于接口电路的搭建，同时该软件所提供常用的仪表。而实际工程问 题的研究，可以先在软件环境中模拟通过，再进行硬件的投入。这样处理， 不仅省时省力，也可以节省因方案不正确所造成的硬件投入的浪费，同时 让学生了解如何将仿真软件和具体的工程实践结合起来，利于学生对工程 实践过程的了解和学习。 ４、结束语 将Ｐｒｏｔｅｕｓ软件引入单片机实验教学，有助于学生缩短从理论知识到 实际应用的过程，提高学生的学习兴趣和创新能力。在经费有限的情况下， 可有效弥补传统教育存在的弊端。尽管采用Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真可简化电路板制 作，元器件焊接等过程，但是仿真不能完全代替实物，我们不可能完全抛弃 已有的教学模式和实验手段，而仅仅依靠虚拟的实验环境。只有将Ｐｒｏｔｅｕｓ 虚拟开发电路应用于实际电路中，才能真正锻炼学生的软硬件综合开发能 力。■ 参考文献 【１］张靖武，周灵彬．单片机系统的Ｐｒｏｔｅｕｓ设计与仿真［ＭＩ．北京．电子工 业出版社，２００７． 【２］周润景，张丽娜．基于Ｐｒｏｔｕｅｓ的电路及单片机系统设计与仿【Ｍ】．北 京：北京航空航天大学出版社，２００６． 作者简介：黄子豪（１９８８一），男，赣南医学院信息工程学院助教。 ４７
