单片机实验教学精选(九篇)

第1篇：单片机实验教学范文

关键词:单片机实验;教学改革;多媒体教学;开放式教学

中图分类号:TP368.1-4 文献标识码:A 文章编号:1007-9599 (2012) 13-0000-02

实验实训室是高职高专院校的重要教学场所,是培养高技能人才,出教学科研成果,为我国社会经济建设服务的重要载体,同时也彰显了高等院校的办学实力和培养质量。实验教学是教育教学过程中不可或缺的组成部分,相对文科专业,理工科专业学生要在实验实训室进行系统分析、设计、构建和测试,充分而又系统的实验实训教学可以提高学生对课堂理论的理解同时提高学生的动手和创新能力。

单片机实验是众多电类专业所必学的实验课程,所涉课程众多。通过单片机实验,学生能够熟练使用汇编语言编程,熟练掌握Keil、Protous软件的使用、分析、设计满足一定功能的单片机应用电路。根据高职高专院校的办学特色,以实际教学为出发点,找出实验课堂中存在的一些不足,对优化单片机课程实验教学、提升实验教学质量等方面的教学改革进行了一些探讨。

一、传统实验教学过程中存在的不足

(一)重理轻实,认识不足

传统教学理念主要是重视理论学习,学习和掌握单片机硬件系统和汇编程序。但最终不明白课本理论与实际工程应用的结合,对实验的关注不够,常提出实验的作用等类似问题。实验实训中学生往往注重实验完成的结果,不能理解掌握实验的目的;对编程设计和系统规划没有主观意识;不能够理解电子单元电路的组成、原理和用途。常常是为做实验而做实验,依葫芦画瓢的输入程序,简单的观察一下实验的现象,不能形成课程实验的连贯性。

学生发现问题、理解问题、解决问题的能力还有所欠缺,文献资料查阅能力不强,操作时对书本的依赖性过高。因此在单片机技术日益发展的今天,缺乏缺乏开阔的视野,对编程技术的更新、新设备的应用更加缺乏了解,给综合设计性实验项目的实施带来一定的困难。

另外大多数的同学都忽视实验前的预习准备工作,对于到了实验室如何实施实验项目十分茫然。

(二)实验设备集成,理解深度不够

目前单片机实验主要是利用软件编程,通过仿真器与综合实验箱连接,最终在实验箱上体现出操作的结果。这种现象在带来简便的同时也出现一些问题。实验箱的电子元器件实物大都固定在内部、实验电路的连接是通过自锁插孔简单完成的,对实验的实物感性认识减少,学生往往做了很多实验后,都不清楚用的是什么样的电子元件,产生“实验就是敲程序+简单连线”的错误认识。

(三)实验内容单一,学生缺乏兴趣

受到实验装置的影响,实验模块固定,可做的实验比较单一,缺少必要的更新,使得学生缺少实验的兴趣。

二、优化实验教学环节的思路与做法

随着我院实验教学改革的深入,以培养高技能人才为目的,做好实验实训的组织安排,以达到预期效果,充分发挥我院已有的实验条件。培养学生自学能力,优化单片机实验实训项目,更新实验内容,打造实验实训课程体系,使用多种教学方法和手段,有效提高学生的动手操作能力,优化每一个项目的实施过程。

好比一般的计算机系统,单片机同样是由硬件和软件系统组成。软硬件必须紧密协调一致,才可形成高效能的单片机系统。在单片机的开发过程中,软硬件的功能和作用总是在不断的更新,以便相互配合协调。硬件设计和软件设计决不能区别对待,硬件设计应考虑软件设计方法,而软件设计更应配合硬件的具体组成情况。在整个研制过程中相互协调,以利于提高工作效率。针对学生学情,可采取以下措施:

(一)优化实验项目,提高学习兴趣

实验项目的选用要做到经典理论都安排有相应的项目内容,要根据各种类型学生的需要,将纯粹的验证性实验向综合性项目和创新性项目类型发展,增强学生的主观意识,提升学生的操作能力,添加以设计性、系统性为主的实验内容。单片机实验是硬件接线和编写程序相结合的综合项目,其中程序的准确性是实验完成的必要前提。根据课程特点,我们将内容分为基础入门实验、接口认知实验和综合应用实验三个部分。在进行实验时,学生首先根据任务完成硬件电路绘制、搭接电路,其次编写程序,最后调试运行。要正确认识三类实验的作用。基本入门实验能巩固课堂所授的基本原理知识。综合应用实验则提升学生的动手和综合应用的能力,充分发挥学生的主观能动性,培养学生的学习兴趣。综合应用实验和实训虽有一定难度和深度性,对学生来说却具有一定的吸引力,使得学生从被动应付转化为主动操作,不但锻炼了基本技能的操作,并且培养了学生的学习主观性和创造性。

(二)改善预习过程,提高预习质量

根据实验内容从 “总体设计”、“硬件设计”、“软件设计”三个方面进行预习。

首先根据实验目的确定功能技术指标,选择器件,确定硬件的功能。然后根据总体设计要求,在所选择机型的基础上,具体确定系统中所需要使用的基本元件,设计系统的电路图。在实验项目预习过程中,指导学生有针对性的查找和收集所需元器件的基本资料,掌握工作原理。实验实训室提供常用元器件的技术资料与使用说明等,通过资料查阅、元器件性能检测比较的方法,使学生进一步认识了实际应用中的元器件原理。

比如在数码管驱动显示实验中,让学生查阅数码管在不同场合应用的技术文献,使得学生理解数码管在各类型产品中的具体应用,就应用过程中常见的数码管显示亮度问题给出各种解决办法,并利用实验设备进行验证,通过这个过程培养了学生的学习积极性与实际创造性,提高了学习兴趣。

(三)丰富操作过程,提高实验效果

第2篇：单片机实验教学范文

【摘要】本文分析了目前高校单片机实验教学中存在的不足，并从教学内容和教学方法两方面提出了单片机实验课程改革的一些思路。教师只有不断丰富教学内容，改进教学方法，才能培养学生的动手能力和创新能力，实现教与学的最佳统一。

【关键词】单片机；实验；教学改革

        单片机又称微控制器，是微型计算机的一个重要分支。由于单片机具有功能强、体积小、可靠性好、价格便宜、应用灵活等特点，因此广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，可以说单片机已经渗透到我们生活的方方面面。目前高校的计算机类、电子类、控制类等专业都开设了单片机课程。该课程是一门理论性和实践性都很强的课程，因此实验教学应该占很重要的地位。然后，目前很多高校中单片机实验教学存在问题，如何通过改革单片机实验教学的内容和方法，充分调动学生学习的积极性，进一步发挥他们的主观能动性和创新能力，成为了本学科实验教学的重中之重。

        1.单片机实验教学的现状

        大多数高校在单片机课程的理论教学中，先介绍单片机内部结构和引脚、再讲汇编指令系统和汇编语言程序设计、然后讲存储器扩展、最后讲单片机系统的扩展和各种芯片的应用。实验课一般在汇编语言程序设计讲完之后才开始进行。实验课设置存在以下问题。

        1.1实验设备不能锻炼学生的动手能力；实验教学一般使用教学用实验箱，实验箱在出厂时，已经把单片机和芯片的大部分接线连接好了。实验时，学生按照实验指导书给出的接线图、实验方法和步骤操作，通过安装在pc机上的仿真软件，把汇编程序输到pc机上，然后通过串口通信，把编译好的机器码传送到单片机实验箱。实验结果通过pc机、示波器、万用表以及其它一些辅助设备观察。

        这种实验箱性能稳定，避免了学生自己搭建实验设备带来的不确定性，从—定程度上可以让学生尽快熟悉和进入实验环境。但是，它缺少培养学生的动手能力、创新能力和综合运用知识的能力，也不利于进一步激发学生的学习兴趣和主观能动性。本来单片机的内部结构就看不见摸不到，学生们学起来感觉很抽象，再加上实验箱中单片机和芯片的连接也早已经固定好，所以很不利于学生们掌握单片机和其它芯片的连接。甚至有的同学做完了实验，竟然不知道单片机在本实验中起到什么作用。

        1.2实验课时少；由于课时限制等因素，单片机原理与应用实验学时很少，一般在8-12个课时左右。其中入门实验、软件实验和验证性实验至少要占4个课时，所以设计型和综合型实验开出率不高，其结果是学生对所学的知识缺少一个整体的了解与认识。

        1.3学生在思想上不重视；我国目前的文化教育，重视理论轻视实践，这造成了学生们从小就重视理论知识的学习而轻视动手实践。另外，在考核方式上，实验课一般作为理论课考试分值的一部分，即使实验课单独考核，往往也只占很少的学分，并且只要写过实验报告就基本可以通过。久而久之，大部分学生也滋生了重视理论课程轻视实验的思想。

        通过以上分析可以看出，目前单片机的实验教学显然不利于培养学生的动手能力、创新能力和综合运用知识的能力，也不能进一步激发学生的学习兴趣和主观能动性，学生普遍反映单片机这门课太难学或者没有收获。为了适应当今社会对单片机行业人才的需求，必须对单片机实验教学进行改革。

        2.单片机实验教学的改革

        针对单片机实验教学存在的问题，可以从以下几个方面进行改革。

        2.1教学内容的改革。

        2.1.1增加c5l的编程训练；目前教学中，单片机的开发采用汇编语言。汇编语言是一种面向机器的语言，其汇编指令与机器指令一一对应，要想完成某种操作，就必须考虑计算机的硬件如何工作。由于汇编语言程序要安排运算的每一个细节，这就使得编写汇编语言程序比较繁琐、复杂。一个简单的计算公式或计算方法，也要用一系列汇编指令一步一步来实现。另外，调试汇编语言程序要比调试高级语言程序困难得多。

        现在市场上单片机开发己经普遍采用了c51高级语言。和汇编语言相比，c51高级语言具有程序结构清晰、可读性好、易于维护等优点，一条c语言相当于几条汇编指令，完成同样功能程序的行数也大大缩小，更便于复杂算法的实现和调试。c51与c语言十分类似，通过先修课程c语言的学习，学生已经有一定的基础，学起c51会很快入门。所以为了提高学生的学习兴趣和开发能力，我们可以在实验中给学生增加c51的编程训练。

        2.1.2 protues软件的学习；proteus isis是英国labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件，运行于windows操作系统上。它支持主流单片机系统的仿真，如68000系列、8051系列、avr系列、pi c12系列、pic16系列、pic18系列、z80系列、hc11系列以及各种芯片。还可以仿真模拟电路、数字电路、rs232、i2c调试器、spi调试器、键盘和lcd系统、各种虚拟仪器等。同时由于在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也具有这些功能。

        在单片机的实验教学中，可以让学生自学proteus。 

学生学习了proteus之后，可以在课余时间利用这些虚拟工具完成一些实验题目，整个过程如同操作硬件仿真器一样。过去需要到实验室操作电子仪器设备、电子元件才能完成单片机等实验，现在只要一台电脑，就可在该软件环境下快速轻松地实现。对于学习单片机的学生来说，拥有一台计算机和一套proteus软件，就可以随时随地开展单片机的学习了。

        2.1.3 实验内容的调整；目前市场上单片机实验设备种类繁多，但总的来说，都能够完成相关的软件实验和硬件实验。在教学中，我们可以把实验分成入门实验、软件实验、验证实验、设计性实验及综合性实验五部分。入门实验主要是完成对单片机仿真实验箱的硬件结构及相应的集成开发环境的熟悉。软件实验可以帮助学生尽快掌握汇编指令，提高编程水平，这类实验可以选择外部ram数据传送、数据区清零、数据排序等让学生们练习。验证性实验所用的例子应该与实际生活相结合，实验指导书给出实验要求、实验步骤、相应连线以及软件程序，让学生按实验指导书实现相应功能。比如我们可以给出8155控制交通灯的实验让学生们验证。通过验证性实验，学生们可以进一步了解单片机及芯片的作用，提高学生的学习兴趣。设计性实验，可以培养学生实践动手能力及创新能力。这类实验可以选择利用p1口进行输入输出、利用定时器进行定时、利用中断系统进行工业现场控制、利用a/d，d/a芯片进行转换、利用串口进行两机通信。实验指导书只列出各个实验项目的目的、要求和原理性的说明，学生在实验过程自行设计完成任务。综合性实验要求学生要有广阔的知识面，要对所学知识有较全面的掌握。开设综合性实验的目的，是为了提高学生的实验技能和和培养学生的创新能力。实验的项目包括：电子音响、led点阵显示、数字温度传感器、逻辑加密ic存储卡读写等实验。在进行这部分实验的过程当中，学生可任意挑选感兴趣的实验项目，自行在课余时间完成。在实现此类实验过程中，学生们可以利用所学的c51编程和proteus软件来帮助完成任务。

       2.2教学方法改革。

        2.2.1 提高学生学习单片机的兴趣；为了提高学生对单片机课程的学习兴趣，可以在刚开课时给学生布置课下作业，让他们在网上搜索单片机的用处以及列举他自己身边单片机的影子。或者邀请有单片机开发经验的技术人员来学校作有关单片机的讲座，使学生了解单片机在工业控制、智能化仪器仪表、计算机外部设备、计算机网络与通讯技术和家用电器等领域的应用。当学生们明白了单片机的作用，尤其是看到广阔的就业前景之后，学习兴趣自然就会提高。

        2.2.2 用目标教学法促进学生学习；目标教学法是指提出教学目标，通过努力实现目标，达到教学目的的一种教学方法。在教学过程中，教师以教学目标为导向，整个教学过程围绕教学目标展开。在教学目标的刺激下，学生为实现目标而努力学习。这种方法的突出特点是教学活动过程中确立以理论为实践服务的指导思想，注重知识的实用性，有的放矢地培养学生，倡导教学过程中师生间的互动性，并以此来确保教学目标的实现。教学过程一般分为制定目标—展示目标—实施目标—检测目标—矫正深化达成目标等几个阶段。

        将这种方法应用到单片机实验教学中，可以引起学生的兴趣，提高学生独立思考能力和解决问题的能力。实施时，教师先制定本次实验要实现的目标，并在实验室演示目标问题的实际运行过程。然后，让学生从硬件设计部分入手，再到软件编程，使软、硬件相结合，最后，由老师进行检查，指出软硬件设计过程中不合理的地方，由学生进行修改，从而完成单片机实验课的整个过程。在实施的过程中，老师可以引导学生将实际应用与所学的知识点、指令、原理紧紧地联系在一起，使学生清楚地了解理论知识在实际应用中的作用。在解决问题的过程中，学生置于实际问题之中，使学生可以清楚地认识到单片机的原理、概念在实际生活中的意义。这对于激发学生的学习兴趣，培养创造能力及分析、解决问题的能力极有益处。

        2.3 增加实验学时数。单片机是实践性很强的一门课程。单片机实验是掌握单片机应用技术不可缺少的重要环节，对理工科大学生实践能力和创新能力的培养起到至关重要的作用。笔者认为应该增加实验课学时，让学生有尽量多的时间在实践中进行学习，如果再配合目标教学法，很多理论知识点完全可以从课堂上的理论教学转移到实验教学中。当然这也利于综合性设计实验的开展。

        2.4 实验考核模式的改革。目前，很多高等院校对单片机这门课程只有理论考试没有实验考核，有的院校即便有实验考核，也只是仅看本学期实验课所做实验的实验报告而已，不进行任何考试。要改变单片机实验教学的现状，就必须把理论与实验分开，分别考试。考试虽然不是检查和促进学生学习的唯—手殴，但是不考试会给学生造成—个误区，认为实验课不重要，因此也就不会认真学习。因而笔者在参考了其他一些高校的做法后认为。在做完所有实验之后，我们进行一次考试。教师事先拟定好几个题目，题目的内容与本学期所做实验的内容相近，由考生抽签来决定自己做的题目并当场于规定的时间内完成。考试时，学生可以带课本、以前写好的实验报告等资料。考试成绩由教师检查实验结果后给出。期末实验课成绩由实验课考试成绩（占80%）和平时出勤情况、实验报告提交情况（共占20%）进行综合评定给出。

        3.结束语

        由于单片机本身软、硬兼备的特点，在单片机课程的教学中，实验环节直接关系到教学效果的好坏。本文分析了目前高校单片机实验教学中存在的不足，并从教学内容和教学方法两方面提出了单片机实验课程改革的—些思路。随着单片机技术的迅速发展，教师应不断调整教学理念，丰富教学内容，改进教学模式，调动学生学习的积极性，培养学生的动手能力和创新能力，实现教与学的最佳统一，以适应科技时代不断发展的需要。

参考文献

[1] 胡汉才。单片机原理及其接口技术[m]．清华大学出版社．2004．

[2] 林志琦．郎建军等．基于proteus的单片机可视化软硬件仿真[m]．北京：北京航空航天大学出版社．2006．

[3] 李莉．单片机实验教学改革与创新能力的培养[j]．电脑与电．2008，4：71—72

第3篇：单片机实验教学范文

【关键词】单片机 虚拟实验平台 仿真

一、前言

单片机技术是现代电子工程领域一门迅速发展的技术，是高职高专院校电子、电气、自动化、计算机、机电一体化等专业掌握的一项基本技能，而学生在该课程学习过程中却感到难学，单片机课程教师也感到难教[1]。

传统的搭建实验对硬件的要求很高，为了节省实验的投入成本，我院在2009年使用单片机实验箱进行单片机实验，这种教学实验平台主要是以验证性实验为主，实验箱上面各种实验装置的固定搭配，不利于学生拓展思维，使学生们无法进行设计性实验。从2010年开始，我院采用Proteus仿真软件和Keil编译软件进行的虚拟单片机实验有明显的优势，如实验内容不受局限性、减少了硬件成本的投入、学生可进行自主性实验、减少了实验过程中的损耗、较接近工程实践等特点。采用虚拟实验，不但能丰富了实践教学手段，还有利于更新实验教学的观念。

二、采用虚拟实验平台的优点

（一） Proteus仿真软件

Proteus软件的系统资源丰富，支持单片机汇编源码级和C源码级仿真与调试，无需硬件电路就可对单片机电路进行软硬件的开发与调试[2]。采用Proteus软件仿真进行实验，基本没有元器件的损耗问题，不但在实验的过程中是比较安全的，还降低了实验室运行成本。

（二）Keil编译软件

Keil软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。该软件生成的目标代码效率非常高，多数语句生成汇编代码很紧凑，容易理解。通过虚拟实验平台，学生可以在计算机上自行设计所需的实验，画原理图、编写源代码、反复调试、观察结果，直到达到满意的结果。这极大地调动了学生实践动手的兴趣，提高了学生学习的主动性和积极性，培养了学生的创新性。

三、虚拟实验平台应用实例

下面以简单计算器设计为例，阐述利用Proteus软件和Keil软件进行设计及仿真的过程。

（一）使用Keil 软件编写和编译程序

进入Keil μVision2开发集成环境，新建文件，输入可实现所设计计算器电路计算功能的源程序。输入源程序后，将文件保存，文件名加后缀.asm。建立一个新项目，为该项目选择适合的单片机型号，将载有源程序的文件添加到项目中去。

（二）Keil软件设置

单击Project菜单，选择Options for Target选项，选择选项卡Output，使其生成HEX文件。点击Debug选项卡，选择窗口右侧的Use，如图1所示。在后面的下拉菜单中选择Proteus VSM Monitor-51 Driver，设置完毕。最后将工程编译，进入调试状态，并运行。

图1 设置Debug选项卡

（三）使用Proteus软件绘制仿真电路图

启动Proteus ISIS，点击窗口左侧P按钮进行元器件的选择，会弹出Pick Devices窗口，输入关键词80C51，在结果栏里找到80C51后双击，80C51就被添加到当前左侧窗口的元器件列表区。使用同样的方法，可以依次把电路中所需其他器件添加到器件列表区里。进行合理的布局后，使用列表中的器件，在绘图区将设计的电路绘制出来，可对器件的属性进行编辑。

（四）查看仿真效果

在Proteus ISIS中，点击菜单Debug选项，选中“use romote debug monitor”。双击单片机80C51，出现对话框，在Program File中添入在Keill软件中编译好的HEX文件，然后点击“OK”。在ISIS窗口左下角有运行、步进、暂停和停止按钮，我们点击运行按钮，可以进行仿真。

四、使用虚拟实验平台的教学效果

在2011、2012、2013三年的单片机教学中，我校采用虚拟实验平台进行单片机实验教学。学生在上实验课时，可以利用所学知识设计实现指定功能的电路，并使用Proteus绘制出相应电路图。运用Keil软件可编写程序，运行程序。在程序和电路都正确的情况下，会看到仿真效果。我们的学生可以利用此平台跟踪、调试并观察实验的效果，增强了学生自主学习的能动性。从培养学生运用基础理论知识和提高实际操作能力出发，Proteus仿真软件可实现设计的开发和测试，这在单片机实验教学中发挥着重要的作用。这种新的实验方式是单片机实验教学的一种很好的辅助手段，并且为学生进行综合性、创新性实验提供了一个很好的平台，在全面提高教学质量、培养学生思维能力、创新能力和动手能力等方面发挥着重要的作用。

参考文献：

第4篇：单片机实验教学范文

关键词：单片机;模块化;实验教学

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2015）20-0212-02

实验教学是教学活动的重要环节，主要是针对课程的理论做出科学验证，让学生加深对理论的认识，同时通过实验培养学生的创新意识和科学严谨的作风。但从目前专业课程教学情况来看，根据现有条件，让学生自己动手构思和设计的实验开设比较少。这在不同程度上影响到学生动手能力的培养，尤其是在硬件动手能力方面。目前单片机技术已广泛应用于各个领域，因为其重要性，是工科专业的专业基础课，具有很强的工程实践性，在各个工科专业的实践设计环节中普遍被学生采用[1-3]。因此研究其实验教学的特点，帮助学生有效的掌握单片机设计知识，具有重要的意义。下面从教学内容课程设置的角度深入分析模块化教学在单片机实践教学环节的教学内容和教学思路。

一、传统单片机实验教学方法的不足及改进

目前在单片机实验教学中，广泛采用的是实验箱操作模式。试验箱教学是一种优秀的教学学习模式，可以让学习者在较短时间内了解系统的基本开发过程。但其集成性强、开放性不足的特点，也会让学生在学习中产生“黑盒子效应”，对内部模块的工作过程不求甚解，认识不深入。在实践过程中教师按操作步骤逐步进行，留给学生分析思考的余地很少，学生基本上都将操作程序化，当作一种任务来完成，即测量、记录所需的数据并形成报告就算完成设计。从某种意义上讲，学生将“单片机设计”当成了传统的“实验课”来实施，实验只是对前人知识的验证、重复和再现，对锻炼学生的动手能力，以及加深原理理解有一定的作用，但对于培养学生综合分析问题和解决实际问题的能力方面是远远不够的[1]。

模块课程最早见于20世纪50～70年代的职业技术教育课程，即将内在逻辑联系紧密、学习方式要求和教学目标相近的教学内容整合在一起，构成小型化的模块课程。实施模块教学的首要工作是对教学内容的改革，而教学内容的确立最终应归结于课程体系的建立。因此，实施模块教学的重点是建立模块课程体系。模块课程体系就是打破原有学科课程体系，以实用能力和必备素质为培养目标，采用模块教材形式，改进原有学科内容的编排方式，综合原有相关学科内容，而形成的各个全新课程的集合。模块化教学多见于大学课程，是按照程序模块化的构想和原则来设计教学内容的一整套教学体系，采用模块化思想，构建一个单片机模块化设计平台，学生可以采用提供的模块，根据要求，自己动手独立完成一个完整的单片机设计题目。通过这样的实验教学模式，学生可以摆脱试验箱固有模式对设计思想的束缚，采用类似搭积木的方式构建硬件连接，从而把更多的精力放在创造性的设计上来;采用模块化方式构建硬件架构，围绕单片机核心，学生可以在后期的专业设计中，采用扩展模块的方式，自主选择各种功能模块，并添加进自己的电路中，大大丰富了应用层面的内容，加强了其他专业课和单片机课之间的联系，无论对单片机内容的学习，还是相关专业内容的学习，都起到了强有力的推动作用;模块化式的硬件平台构建模式中所有的功能模块是可以被替换和增加的，可以很方便在不舍弃其他功能模块的基础上，将新芯片融合到已有的设计中去，不仅能够加快对新芯片的消化过程，而且不再另外增加硬件成本。

二、实验教学内容设置

CDIO是基于项目教育和学习的新型教学模式，它以工程项目从研发到运行的生命周期为载体，让学生主动获取知识，培养学生的工程能力、硬件设计和软件设计技能;注重知识与多种能力的关联，培养学生运用知识解决问题的能力、终生学习能力、交流能力和大系统掌控能力[4]。

根据CDIO工程教育理念，将实验环节与产品开发生命周期――构思、设计、实现和运作紧密结合起来，实验课程体系可分解为4个层次：基础性实验、设计性实验、综合性实验和专业创新性实验[5。

在此设计理念指导下，总体设计思路是以完整的系统设计内容为主线，在4个层次的实验内容分配中，先易后难，先基础后综合，通过该系统完整功能的实现将实验的主要内容贯穿起来，使实验内容成为一个整体，形成进阶式的学习模式，提高学生的学习兴趣。具体的实施时，先将该系统进行模块分解，然后将分解后的模块按照系统的设计进程，贯穿到整个实验中，每个模块是相关的，前一次实验是后一次实验实施基础[6]。教师在设计课程时，也必须考虑到如下问题：教学过程中所有成分都要能体现在课程内容中;所选的内容和题目要遵循教学论的基本原理;内容的设置要考虑到教学目的、设计的可行性，教学任务、内容的统一，以及教学的组织形式;在选择课程内容设置时充分考虑到每一步的教学手段与方法的不足之处;在体现教学方法多样化的时候，不可贪多求繁;课程内容的设置要有发展的眼光，具体的设计方法和题目要随着技术的发展而变，随着教学对象的变化而变化。

以激光器驱动源的设计为例，该设计是本专业学生在后续专业课学习中经常要用到的基本设计。按照设计进程，将内容拆解，第一次实验内容是基本编译环境构建和IO口的编程控制，可以用IO口控制LED实现指示灯亮灭，以便于后续作状态显示;第二次实验进行扩展接口的调试，如AD和DA，为后续实现开环和闭环控制做准备;第三次实验进行中断系统的调试，采用按键通断触发控制外部中断，以便于实现人机交互;第四次实验在压控恒流源的基础上，通过按键加减改变DA输出，控制恒流源电流大小。前两次课内容属于基础性实验，只有少量的设计性实验内容，后两次课就开始增加了设计性实验内容的比重。最后两次课属于综合设计内容和在此基础上的专业创新性实验，可以利用AD采样实现恒流源电流采样，并通过负反馈实现驱动电流的闭环控制，对于进度较快的同学，可以引入负反馈控制算法的改进探讨。这样，学生每一次实验都必须是在前一次实验完成的情况下进行，并且实验内容可以很好的结合专业方向的应用，对学生更有吸引力。进阶式的连续设计也使得学生在不知不觉中从难道易，逐步掌握了单片相关的实验内容。同时由于实验内容的设计导致每一次实验课都是下一次实验课的延续，如果没有上次实验课的实现，下次的实验课也无法继续进行，这样也就迫使学生克服危难情绪，勇于去面对实践中碰到的问题，这样在每次成功后的成就感也会鼓励学生继续自主学习。

类似这样的设计例子有很多，基本都可以按照同样的思路进行模块化分解，同时所选的设计内容可以灵活结合专业特点。

三、实验课程实施

实验课实施环节是课程内容达到预期效果的保证。“做中学”是CDIO的一个显著的特点。在实验实施过程中，教师通过提出设计要求，让学生根据要求，查找相应地资料，跟同学交流探讨。所有的实验软硬件平台的构建和调试都是由学生主动来完成，教师只是设计一些问题，引导学生自己从互联网查找资料，积极思考，学生独立分析项目实施过程的每个步骤，独立解决项目过程出现的问题，培养学生解决问题的能力。

综合性设计实验以个人为单位进行，可以避免部分学生“搭顺风车”的思想。以前试验箱教学方法由于条件限制，需要将学生以小组形式进行实验，每个组基本统一一个成绩，这样甚至会出现一个做、其他人看的局面，无法保证整体的学习效果。而采用模块化教学，每个学生都将领到一套实验课中需要用到的器件，不仅能锻炼学生的独立学习能力，同时在实践过程中，也会驱使学生主动去跟其他同学沟通、学习，解决自己碰到的问题。

四、结论

单片机的实验教学内容对于整个“单片机”课程而言，是非常重要的一个部分，在教学过程中合理的教学内容设置，可以有效的提高教学效果。采用模块化教学模式，将专业设计中一些经典的设计实例进行分解，按照先易后难，先基础后综合的方式，合理分配基础性实验、设计性实验、综合性实验和专业创新性实验四个层次实验内容的比重，形成进阶式学习进度控制。同时由于设计内容更贴近学生的专业，可以更好地提高学生的学习兴趣，并为后续专业课设计打好基础。这样的教学改革与实践笔者已经实施了三年，可以明显看到，学生在学习内容后，在后期的课程设计以及毕业设计中能够主动将本课程内容与各自的具体研究课题相结合，熟练应用本课程学到的实验技能，提高了实践应用能力。

参考文献：

[1]李春晕，张学睦，李建楠.高等学校实践教学质量综合评价体系研究[J].实验技术与管理，2009，26（3）：222-224.

[2]孟祥霓，杨雪岩，翟殿棠.基于创新模式的电子设计综合实训教学体系及其实践研究[J].信息系统工程，2010，（8）：36-37.

[3]林祝亮，马世平，杨金华.项目教学法在电子类课程设计中的应用研究[J].实验技术与管理，2009，26（8）：114-116.

[4]查建中.工程教育改革战略“CDIO”与产学合作和国际化[J].中国大学教育，2008，（5）：16-19.

第5篇：单片机实验教学范文

关键词：单片机；微控制器；μVision2；BJTU-F32-1实验系统

中图分类号：G64　文献标识码：A

1 前言

8位单片机教学在我国已经有20余年的历史，形成了以MCS-51系列单片机为基础的教学体系。至今，8位单片机仍然是嵌入式系统入门的重要教学内容，是工科专业的基本工程训练内容。随着单片机技术的飞速发展，8位单片机的功能越来越强大，经历了从单片机到微控制器的发展阶段，正在向片上系统(SoC)的阶段迈进，其主要特点如下。

(1)全面采用CMOS工艺，单片机具有了低电压、低功耗和功耗可控的特性。

(2)从单片机到微控制器，直至如今的SoC，目的都是追求单片集成度的最大化，是嵌入式系统发展的最终形态。

(3)串行数据传输技术及相应器件有了很大的发展变化，应用系统的外部扩展以串行方式为主的。

(4)系统调试方法从传统的在线仿真器(ICE)发展到片上调试器，目前多基于标准的JTAG接口(IEEEll49.1)。运行于上位机的集成调试环境(IDE)功能更强、通用性也更大。

因此，基于MCS-51系列单片机的教学内容和作为教学必要辅助手段的实验系统应作相应的调整，以适应新的需要。

目前，我们所选用的单片机是Silicon Laboratories公司的51内核的C8051F系列混合信号微控制器。C8051F的几项创新包括：采用CIP-51内核大力提升CISC结构运行速度(峰值速度可达100MIPS)、灵活的I/O交叉开关配置、先进的时钟系统、基于JTAG接口的片上调试器，等。此外，C8051F采用了低电压低功耗的硬件设计技术，并集成了丰富的数字和模拟部件，所提供的低成本开发工具可用于此系列所有型号微控制器的开发。

在单片机教学过程中，我认为主要有以下几个重点：指令系统、存储器体系结构及中断系统、集成模块的应用以及开发工具的使用。单片机课程是实践性很强的课程，通过实际动手可激发学生的学习兴趣和提高学习的效率，培养学生单片机的实际应用能力和掌握开发技巧。因此，教学实验系统在单片机教学中是非常重要的。

目前，国内基于C8051F的教学实验系统有新华龙电子有限公司的NCD-CIP51F020实验机及西安铭朗电子科技有限公司ML-F020/ML-F120开发板，其中NCD-CIP51F020和ML-F020采用C8051F020微控制器，ML-F120采用C8051F120微控制器。它们的共同特点是外扩了许多器件以提供强大的实验能力，这种实施方案使得系统硬件相当复杂，对于初学者来说并不是好事。另外，设备的体积过大、需外接AC220V电源等也不便于学生的使用，价格过高也是一个问题。

我们综合考虑了教学和科研开发的实际需求，研制和生产了BJTU-Fxx-x实验系统。由于C8051F有几十种型号，其功能各有所长，性能也强弱不等，因此采用一种积木式的实验系统：标准实验板、扩充板和实用嵌入式模块组成。 目前已生产了一些BJ7U-F32-1标准实验板，并已投入到实际的教学中。

2　BJTU-F32-1实验系统

BJ7U-F32-1实验系统由BJ7U-F32－1标准实验板、通信适配和IDE组成，如图1所示。IDE采用μVision2和Silicon Laboratories提供的AGDI(Advanced Graphics Device Interface)，可进行软件仿真和对目标系统的调试；通信适配由新华龙电子有限公司提供：BJTU-F32-1由我们自己生产。BJTU-F32-1采用USB供电，体积较小(10.5×8.5cm2)，如图2所示，只要将PC机的RS232或USB通过通信适配与C8051F320的JTAG接口连接后即可对实验板进行软硬件调试。

在设计BJTU-F32-1时，主要考虑了以下几个方面的问题：

(1)单板低功耗，便于通过USB供电；

(2)提供基本、常用的功能，简化硬件设计；

(3)采用典型器件和标准应用，可供设计用户硬件系统参考：

(4)可以部分或全部开放C8051F320的资源，通过电缆引出，便于与其他模块连接。

目前已完成的基于BJTU-F32-1的实验如下。

(1)双色LED灯和蜂鸣器控制实验

本实验可学习系统时钟的设置、交叉开关矩阵的设置、I/O端口特性的设置、WDT(看门狗)的设置以及定时器的应用。

(2)六位LED数码显示实验

在上述实验的基础上可进一步学习LED显示器的动态扫描的原理及应用。

(3)RS232接口实验

本实验可学习UART的基本原理、RS232的基本原理和典型应用。

(4)RS485接口实验

本实验可学习UART的软件实现的基本原理、RS485的基本原理、多机通信的基本原理和RS485的典型应用。

(5)囟炔杉实验

本实验可学习“1-WIRE”接口的特性与典型应用。

(6)USB接口实验

本实验可学习USB接口的基本原理和典型应用，与USB相关的编程采用了USBXpress开发工具包。USBXpress提供了Windows环境中的USB设备驱动程序和相应的动态连接库函数(DLL)及用于C8051F320微控制器的USB模块驱动的固件库函数。上述动态链接库函数和固件库函数均提供应用程序接口(API)。通过API调用，就可以方便地实现C8051F320和PC间的USB通信。

(7)数据采集实验

在USB接口实验的基础上，在进一步学习ADC的工作原理和USB数据传输。通过实验板上的电话接口，可实现USB电话录音系统。

(8)波形产生实验

本实验可学习I2C的工作原理、DAC的工作原理和波形产生的原理，可产生各种低频信号。

(9)万能红外遥控器

本实验可学习红接收和发送的工作原理，在此基础可实现具有学习功能的万能红外遥控器。

目前，我们正在进行BJTU-F12-0标准实验板的研制和开发，此标准实验板主要功能是人机交互、数据采集和波形产生实验。另外还提供常用的SRAM/FLASH/铁电存储器，接口有：12C、SPI、标准总线和非标准总线接口。BJTU-F12-0标准实验板将提供如下实验：

*　LCD字符、汉字和图形显示实验：

*　1/4VGA伪彩色LCD屏驱动；

*　LED点阵字符、汉字显示实验；

*　键盘实验；

*　高精度模拟数据采集(ADC，12位)实验；

*　高精度波形产生(DAC，12位)实验；

* PWM实验：

* 各种存储器实验。

3　BJTU-F32-1实验系统在教学中的应用和体会

培养学生综合能力、创新精神和实践能力，提高课程的整体教学水平和教学质量是教学追求的目标。把学习和应用联系起来，能够调动学生的学习兴趣，同时也可帮助学生建立初步的、完整的概念。如果首先使学生初步学会开发工具的使用，再学习其他内容就可相对容易些。因为大多数开发工具提供了软件仿真功能，可以通过实际动手来提高学习的兴趣和效率。因此，在我们的整个教学过程中，充分利用了BJTU-F32-1实验系统，把应用作为学习的一个主要手段。

3．μVision2在教学中的应用

μVision2是51系列单片机(μVision3已支持部分厂商的ARM)的集成开发环境，可在Windows下运行。μVision2将工程管理、源代码编辑、程序调试(软件仿真调试或实际硬件调试)等集成在一个功能强大的环境中。μVision2提供了完全的指令模拟和部分硬件仿真的功能，可以完全实现指令系统、存储器体系结构和中断系统的仿真和部分集成模块的仿真，只需一台PC而不需要其他任何的硬件设备，就可基本满足学习和测试的要求，甚至还可进行简单系统的开发。

我们将μVision2的软件仿真技术应用在课程的整个授课过程，几乎所有内容都是通过仿真来讲解和验证，教学过程不再是枯燥的叙述。特别是对文字描述不易掌握和理解的指令、存储器体系结构与相对应的操作指令和寻址方式、中断系统、定时器与UART的编程，等，均采用软件仿真进行。

(1)指令系统

讲解指令系统必须使用汇编，而大多数学生对汇编比较惧怕和不感兴趣，有些专业的学生甚至就根本没有学过汇编。若按常规的教学方法逐条进行讲解，实际效果一般不会太好，教学效率也比较低，如果在教学时采用软件仿真就比较有效。

利用μVision2提供的完整的指令集仿真功能，可以充分反映指令的运行结果，包括指令所对应的机器代码和操作结果、指令对标志位的影响、指令的执行时间，等。所有与指令有关的信息都可通过仿真得到。另外，通过改变仿真的单片机型号可非常容易地解释5l兼容(51内核)单片机的实质，即指令集相同、但指令的执行时间不同。比如，MCS-51为12T单片机(机器周期＝时钟周期×12)，而C8051F为lT单片机(机器周期：时钟周期)，而且这两种单片机完成相同指令所需的机器周期数不一定相等。

(2)存储器体系结构

51内核单片机的存储器体系结构相对比较复杂，不同存储器空间需要使用不同的指令／寻址方式进行操作，一般学生不容易理解和记忆。采用μVision2仿真就比较直观，只要编写相应的几条测试指令，通过存储器观察窗可以清楚地了解每条指令执行后存储器内容的变化。这一点在今后的实际应用时是相当重要的，因为实际应用系统一般采用C51进行编程，根据变量的不同特性来合理安排所使用的存储器空间可提高程序的效率(机器代码的长度及执行时间)。

(3)定时器和UAR了

定时器是单片机中最基本和应用最广泛的内部模块，正确与灵活地使用定时器是学习单片机应用的重点。使用定时器的主要问题是工作模式和计数初值的设置，对于C8051F而言还有时钟分频系数的选择。在仿真环境下可以通过单步执行来观察计数器的计数值的变化，也可以通过全速运行加断点的方法来观察定时器是否工作正常及实际的定时间隔。

UART是51内核单片机的标准外设配置，在学习了定时器的应用之后，可进一步学习UART的应用。μVision2提供了UART通信调试窗口，可以显示UART的所有发送内容。

(4)中断系统

中断系统的学习主要是了解中断的响应过程和中断的管理，采用软件仿真可以非常方便地进行，而要采用硬件的方式就非常困难。利用51内核单片机在硬件设计上的特性可以通过程序完全人为地控制中断的产生，例如产生中断的时间、产生中断的个数和产生中断的顺序，可以利用定时器产生中断也可利用中断标志位产生中断。利用中断标志位产生软件中断一般有两种方法，一是将外部中断0或外部中断1(INTO/1)设置为下降中断方式，当需要产生中断时只需将IEO或IEl置1即可。另一方法是当需要产生中断时将空闲的定时器(如定时器0或定时器1)的中断标志置1即可。软件仿真可以彻底了解中断的响应过程、中断优先权(poiling priority)和中断优先级的原理及应用、中断嵌套的实现及执行过程。

(5)编程与调试

学习单片机的目的是要进行实际应用，因此必须学习实用的编程和调试方法。μVision2在此方面的表现可以说是相当出众的，采用软件仿真就可完成大部分的工作。μVision2提供了C51(C语言)和A51(汇编语言)编译器、程序运行控制所需的各种调试方法、几乎所有内部模块的运行状态和参数，等，支持源代码级和反汇编级的调试。

在完成单片机原理的讲解后，学生实际已具备了一定的编程和调试的基础。因为在学习原理时一直在使用μVision2 IDE，有C或汇编基础的同学一般都可以进行简单程序的编写和调试。

编程一般提倡使用C51，其特点与标准C大致相同。由于51内核单片机的硬件的特殊性，在学习C51编程时必须注意变量的定义将直接影响到程序的质量。μVision2提供的C51反汇编功能对从本质上了解C51是非常有效的，因为C51的反汇编非常清晰地描述了每条C51语句所对应的汇编语句。我们在授课时主要介绍C51编程的基本方法，特别是在数值处理和计算中的应用，如浮点数和三角函数，等。同时简单介绍C51和A51混合编程的基本概念和一些技巧。

3．2　BJTU-F32-1实验系统在教学中的应用

如上所述，μVision2在51内核单片机教学中是一个非常优秀的工具。但是，μVision2所提供的硬件仿真的功能还是比较低层次的。如，不能输入外界信号、UART的软件仿真不能确定实际的通信速率。对于C8051F而言，不能完全仿真时钟系统的工作过程，也不能仿真WDT(看门狗定时器)的工作过程。因此，要完成完整地学习还是需要硬件设备的支持。

BJTU-F32-1标准实验板由于采用了低电压低功耗的设计，可直接采用USB供电、避免了高压供电对人身和设备潜在的损害危险；单板小型化的设计使之非常便于携带。BJTU-F32-1实验系统不需要建立专门的实验室，普通机房就可开展实验。如果设备数量充裕，甚至可以借给学生，只要可以使用PC/笔记本电脑的场合均可独自进行实验。

目前，由于学时数的限制，主要进行的实验是双色LED灯和蜂鸣器控制实验和六位LED数码显示实验。通过这些实验，学生可学习系统时钟的设置、交叉开关矩阵的设置、I/O端口特性的设置、WDT的设置、定时器的应用以及LED显示器的动态扫描的基本原理和应用。

实际上，如果学生能独自顺利地完成上述实验，已基本掌握了单片机开发技能。C8051F的应用基础主要是系统时钟的设置、交叉开关矩阵的设置、I/O端口特性的设置和WDT的设置，其他复杂功能的实现只是与学生其他知识和技能有关。如，具体的编程能力、硬件的基础知识、阅读和理解器件说明书／操作手册的能力等。

4 总结

通过几年的教学实践， 对于充分利用了BJ7U-F32-l实验系统进行教学深有体会。原本枯燥、难懂的内容变成有趣的实际操作，由于学生参与了整个教学过程，提高教学的效率；学生在课程上学习的内容都是在实际应用中必需掌握的知识，课程结束之时已完成了单片机应用的入门。

第6篇：单片机实验教学范文

关键词： 单片机 模块化实验平台 实例化

1.引言

ATMEGA128是ATMEL公司的8位系列单片机的最高配置的一款单片机，稳定性极高，应用及其广泛。先进的RISC结构，133条指令大多数可以在一个时钟周期内完成，指令系统灵活适用，开发工具成本低，相关资料书籍也非常多，因此得到了广泛应用。虽然所有工科院校都开设了单片机原理与应用课程，但是课程教学的质量不容乐观，特别是在实践教学上，其主要问题是：一直以来的单片机教学采用的都是灌输式教学方法，和工程实际应用相脱节，造成学生感觉难学，老师难以讲述的困境，因此非常有必要开发一种新的教学方法。

2.加强单片机课程的实践环节

单片机是一门实践性非常强的课程，因此，在教学中，要特别注意让学生学以致用。为了更好地调动学生学习单片机指示的主动性，要在单片机教学过程中引进一些实例化教学环节。“实例化”教学是指把单片机课程中所涉及理论知识分解到实际工程项目中，让学生在学习过程中按照项目要求进行有目的的学习，这样可大大提高学生的学习兴趣。教师在安排实例化内容时要注意循序渐进，各部分内容既要有差别又要相互联系，前面的实例为后续的打基础，后续的实例再引入新的内容、新概念，这样形成一个良性循环，首尾又相互呼应，极大地提高学生的学习兴趣。

3.模块化单片机实验平台的构建

目前单片机实验主要是在实验箱中进行，所有的电路和模块都集中在一块电路板上，很多同学在做完实验后，甚至连单片机长什么样都不知道，极大地降低了学生的学习兴趣。而模块化教学刚好克服了这个缺点。所谓模块化教学就是把单片机实验系统分为N个子模块，包括最小系统板、动态静态数码管显示管模块、LED流水灯模块、LED点阵、独立键盘、矩阵键盘、AD模块、DA模块、LCD显示模块、232和485通信模块、继电器控制模块、直流电机和步进电机控制模块等。学生可以按照学习进度，把逐个模块的电路、程序等相关知识弄清楚，进行实验时必须动手连线，这样有利于学生了解单片机的I/O端口情况，通过模块间的组合涉及，也可以锻炼动手能力。这样设计出来的模块化实验，弥补了传统实验只要导入程序即可完成实验的不足。

4.配套综合性实验的设计

当学生具备一定的知识和技能基础后，可以做一些综合性实验。运用一门或多门课程中的知识点设计出一个功能完整的项目。针对单片机课程而言，综合实验性实验通常在课程期末进行，此时学生已经基本掌握了单片机内部资源和扩展及相关课程的应用，可以运用多个知识点完成综合性实验。

另外，在此过程中，还可以在课本的基础上设计一些更加深入的针对性实验，比如课本通常只有8位AD和DA转化，学生在学习掌握后，教师可以加以引导，提出12位AD及12位DA，精确测量温度压力等信号，这样不仅有助于学生加深所学的知识，还可培养学生的创新思维能力，同时学生的设计能力和实践能力也得到了充分锻炼。因课时的限制，设计性实验可以不要求在课堂内完成实验。但教师要鼓励学生选择一两个设计性实验，在课后完成，可以组队，形式不限，共同完成实验任务，以此调动学生选做实验的积极性。

5.结语

本文叙述了单片机机实验教学改革方法，并据此介绍构建模块化实验教学平台的特点。模块化平台具有丰富的基本接口实验模块、扩展接口模块和单片机总线扩展接口，如485、232、CAN总线等，用于控制功能复杂的对象；提供多种通信接口实验模块，如串行口，网络通信接口，有利于系统扩展和组网。大部分实验电路均应用模块化设计，学生在进行实验时，必须根据实验要求设计电路并动手把各个模块连接起来，组成一个完成的应用系统，这样便直观地看到单片机应用系统的构造，又有利于通过不同模块的组合设计新的实验，还可以锻炼动手能力。

实例化的基础实验通过模块化组织起来，可使学生尽快了解单片机应用系统设计思路，掌握单片机开发工具的使用；平台丰富的系统硬件资源及资源的模块化设计可组合出较多的实验项目，并在实验平台上发挥验证性、综合性和设计性实验的功能，可根据实验要求任意组合，提高实验平台的性价比；在综合性、设计性实验内容的安排上偏向与自动化控制技术的应用，符合本校的办学特色。

参考文献：

[1]苏检德，何富运，殷严刚，王小华.“单片机应用设计”课程教学改革与实践[J].实验技术与管理，2011（12）.

第7篇：单片机实验教学范文

关键词：单片机；Proteus软件；实验教学

一、单片机课程实验教学的现状

随着科学技术的不断发展，单片机这门课程已经成为温州科技职业学院（以下简称“我校”）电子类专业的主干专业课，其中它的实验教学占有很重要的地位。在单片机的实验教学中，我校采用由单片机学习板、仿真器和PC机组成的实验平台，虽然单片机的开发板比传统的单片机实验箱小巧，而且也可以很直观地看到开发板上的硬件电路图，但是由于它的大部分硬件电路都是已经固定的，在单片机的实际实验教学中，学生所做的大部分的实验操作就是搭搭线，然后输入相关的程序，观看实验结果，学生可以扩展的空间不大，学生所需要做的改动也不多，限制了学生的发挥。单片机实验室除了平时上实验课时间开放外，其他的时间并不开放，而学生又没有单片机开发板等实验设备，这对学生课外学习单片机的积极性造成了一定的影响。

基于上述原因，在我校单片机的实验教学中引入了Proteus软件来辅助教学，激发了学生的学习兴趣，提高了教学质量。

二、Proteus软件介绍

Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其他EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及器件，是目前最好的仿真单片机及器件的工具。运行于Windows操作系统上，该软件的主要特点是：①可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM等常用主流单片机，还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。②Proteus可提供仿真仪表资源，同时还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。③提供软硬件相结合的调试功能，同时支持第三方的软件编译和调试环境。④具有强大的原理图绘制功能。

三、Proteus软件在单片机实验教学中的应用

1.辅助单片机液晶显示实验

一般的教学开发板，仅提供简单的1602液晶显示屏，无法为学生提供更多的液晶模块学习。而Proteus软件里的液晶显示模块则为学生提供串口的液晶模块、并口的液晶模块、点阵的液晶模块和不同控制器的液晶模块等的扩展学习和练习。

2.辅助AD和DA转化实验

在单片机教材里，DA转化模块普遍介绍DAC0832芯片，并且该芯片在硬件上有单缓冲和双缓冲两种连接方式，同时还有总线控制方式和非总线控制方式。一般的开发板上仅仅只有一种连接方式，在实验中让学生局限于一种编程方式，不易于思维的扩展。但是通过Proteus软件，可以丰富DAC0832的学习，同时提供多款DA转化芯片，丰富了学生的思维，保证课后练习的质量。

3.辅助DS18B20、I2C总线的器件的实验练习

在串行总线器件的授课中，一般仅仅只针对单个器件的讲授，并且开发板的设计也仅仅是针对单个器件来讲，而不能提供一个深入学习多个总线器件的通信系统，同时由于实验条件有限，不能提供所有的总线器件。而Proteus软件提供了各种总线器件。

四、Proteus软件是大学生电子设计竞赛的训练平台

Proteus软件是每年大学生电子竞赛必要的训练平台，学生在单片机上进行电子设计制作时，先在Proteus仿真软件中进行原理图的绘制，程序的调试等，待设计方案在Proteus软件仿真中通过后，再购买元器件，搭建硬件电路图，最后进行实物制作与调试，这样，不受时间、空间的限制，有效地避免了方案修改、调换元器件、源程序调试等一系列问题造成的麻烦，而且也不用担心烧坏设备和元器件，大大缩短了产品制作开发周期。

虽说应用Proteus软件不需要大量的硬件设备，也不需要更多地占用实验场地，但它毕竟是一种软件的开发环境，还不能完全代替实际硬件电路。在实际教学中，应该有效地结合软件仿真和实物教学，发挥各自的优点，充分调动学生的学习主动性，提高他们的创新能力。

参考文献：

第8篇：单片机实验教学范文

关键词：单片机实验教学；Proteus仿真；实验箱；一个小灯亮灭

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）41-0138-02

单片机原理及应用这门课程是高校计算机、电子信息工程、通信工程、自动化等很多工科电类专业的基础课程，该课程具有较强的理论性和实践性，学生初次学习往往感觉该课程难以理解，内容枯燥。而传统的单片机课程实验教学主要是依靠实验板或者实验箱这样的硬件平成，该实验平台开展的大多是一些验证性实验，学生只需要简单地在实验箱上搭几条线，或者简单地下载几条程序在实验箱上运行观察结果即可，这样学生不能够真正地理解其中的原理，从而导致学生学习兴趣下降[1]。另外，实验箱使用时间长，会存在损坏和接触不良的现象，会影响到实验结果，降低了学生对实验的兴趣，影响了实验效果。而且，实验箱只存放在实验室里，如果学生对实验内容有兴趣，想继续学习，又受到限制[2]。

一、Proteus仿真软件及应用

Proteus是Lab center Electronics公司于1989年推出，为单片机应用系统开发提供的功能强大的虚拟仿真工具。除具有模拟电路、数字电路的仿真功能外，最大特色是对单片机应用系统连同程序运行以及所有的接口器件、外部测试仪器一起仿真。针对单片机的应用，可直接在基于原理图的虚拟模型上进行编程，并实现源代码级实时调试。用软件手段对单片机应用系统进行仿真开发，与用户样机硬件无任何联系，只需在PC机安装Proteus，就可进行单片机应用系统的设计开发、虚拟仿真与调试。

Proteus仿真软件不仅节约实验成本，减少实验开支，而且“绿色”，“环保”，例如，制作PCB板，传统的做法是先画原理图（电路图），再布线，然后焊接，接着就是调试，如果调试期间发现问题，那么就存在着重新布线，或者重新焊接问题，甚至有时候会因为某个布线出错，导致整个板子作废，需要重新设计一块新电路板的后果。这样，既造成浪费，又因反反复复布线“污染”了实验室环境。而用Proteus仿真软件模拟PCB板制作，就可以直接在proteus软件上构造设计PCB板，并可以将其反复调试，调试成功以后，再实际制作PCB板，这样设计调试周期短，成功率高，也避免了器件浪费。

（一）Proteus软件与单片机实验教学

利用Proteus仿真软件进行仿真实验不仅可将单片机实验功能形象化，也可将许多单片机实验运行过程形象化，达到实物演示的效果。该软件具有各种常用仿真元器件库，能够提供实验所用的元器件，从而实现仿真电路与传统的单片机实验硬件电路高度对应[1]，学生通过亲自动手，用导线将元器件按正确的方向连接起来，加深其对相关电路知识的理解，也加深了对单片机元器件功能的了解，激发了学生学习单片机的兴趣。利用Proteus仿真软件进行单片机实验教学具有实验内容广泛、硬件投入少、损耗小等优势。

（二）单片机实验仿真应用实例

Proteus可以将一些现象虚拟放大，实验者通过观察现象，加深对理论的理解。以单片机实验教学中控制一个小灯的亮灭为例，详细介绍Proteus软件的实验仿真过程。首先，绘制实验电路原理图。打开Proteus ISIS软件，ISIS（智能原理图输入）界面用来绘制单片机系统的电路原理图，在该界面下，可进行单片机系统的虚拟仿真。在元件库中选择所需元件，按照实验电路连接元器件，即完成了仿真电路图的绘制，如图1所示。

其次，进行软件调试及仿真。在实验教学中通常采用Keil软件来完成软件的调试。本实验采用汇编语言进行程序的编写，按照实验内容编制程序如下：

ORG 0000H

MOV P1，#00H

MOV P1，#01H

LJMP 0000H

编写好源程序后，在Keil软件中编译，调试无误，并通过编译生成可执行的“一个灯亮灭.hex”文件，以备仿真时调用。如图2所示。

然后，介绍在protues ISIS软件中如何调用源程序及仿真运行。打开已经绘制好的实验电路原理图，选中单片机芯片AT89C51，点击鼠标右键选择“Edit Properties”属性，出现编辑元器件对话框，在Program File选项中加载编译好的“一个灯亮灭.hex”文件，其他选项可以设置为默认，最后点击“OK”完成设置。

接下来，就可以点击运行按钮进入电路仿真运行状态，若程序无误，且硬件电路连接正确，则会出现一个小黄灯亮灭交替的仿真运行结果，其中，元器件引脚还会出现红、蓝两色的方点（在微机显示器上可分辨出颜色），来表示此时引脚电平高低。红为高电平，蓝表示低电平。

而实际上，因为程序中没有加延时子程序，小灯亮灭的速度非常快，用肉眼是捕捉不到小灯变化的，因此，如果用单片机实验板或者实验箱做此实验的话，看到的只是小灯保持一个灭的状态不变的想象。

尽管Proteus具有开发效率高，不需要附加的硬件开发装置成本，且在多数场合可以获得和实际一样的效果，但是需要注意的是，使用Proteus来对用户系统仿真，是在理想的状况下的仿真，对硬件电路的实时性还不能完全准确地模拟，因此不能进行用户样机硬件部分的诊断与实时在线仿真。而且，如果完全依靠仿真，学生获得的感性认识远远不够，因此，基于实验板或者实验箱的实验教学仍然是不可缺少的环节[3]。

二、仿真与实验板结合的实验教学设计

通过proteus仿真软件，打破时间限制，实验课的课时有限，只靠课堂时间，学生很难完全掌握所学知识。通过Proteus软件，只需要一台电脑，学生就可以利用课余时间来设计电路，编程仿真。教师可以在实验课前让学生熟悉实验课的内容，用Proteus画好原理图，编好程序完成仿真，确认软件没有问题。在实验课的时候，再在实验板或者实验箱上完成实际的操作。这样软硬件结合，理论联系实际，学生对实验内容掌握得更透彻[2]。

在实验板或者实验箱实际操作过程中，如果实验结果与仿真结果不一样，还能促进学生找原因，例如，是实验箱接线不对呢，还是Proteus仿真不精确，亦或者是实验箱硬件部分有损坏等，这样激发了学生学习单片机实验的兴趣，加深了对单片机原理的认识，提高了单片机的应用水平。

三、结束语

将Proteus引入实验教学并结合实验板，不但弥补了传统实验教学中存在的设备紧张、更新速度慢、元器件损耗大等不足，而且实现了理论与实践的有机结合，使教学过程更加丰富且易于表达清楚，亦打破了时间和空间的限制，提高了学生学习的主动性。实践证明，只有在教学中将现代化的手段和传统实验方式有机结合起来，充分发挥各自优势，才能达到事半功倍的效果[4]。

参考文献：

[1]朱永涛，李明菜，高凤梅.基于Proteus仿真软件的单片机实验教学改革探讨[J].科技信息，2011，（27）.

[2]常淑俊，黄杰勇.单片机实验教学的探讨[J].实验科学与技术，2013，11（2）.

第9篇：单片机实验教学范文

一、如何创新，问题提出

课堂教学演示难以见到的原因很多，其中有一个很重要的原因：课堂教学演示太困难、效果也不理想。通常，要做一次课堂演示实验，教师要准备如下设备：计算机、仿真机或编程器、电源、实验电路板。其中仿真机或编程器要和计算机相连，电源要接到实验电路板上，为了上一节课，要准备较长时间;如果用仿真机做实验，那么仿真头要和实验电路板相连。在真正做开发工作时，电路板放置好后就不必动了，但在课堂教学中却需要拿起来实验电路板来展示，稍有不慎，仿真头会从电路板中脱落而造成错误，需要重新编译，甚至可能损坏仿真头或实验电路板;如果用编程器写片的方法来验证实验结果，那么就得多次在实验板和编程器之间拨、插芯片，很麻烦，课堂效率低;即使勉强做，由于实验电路板上的器件较小，学生很难看清有关现象，效果非常有限。

学生实验中也存在问题，单片机除了一些验证性实验外，主要是通过实验来培养学生的动手能力，并通过实验加深对理论知识的理解，传统的单片机实验是不可能做到这一点，单片机实验所必须的仿真机、实验板、电源等等价格高，专业性很强，学生不可能自行装备;学校单片机实验室设备陈旧，由于单片机技术发展很快，单片机仿真机一般每过2-3年即更新换代，而学校的单片机实验室是非营利的，相对于计算机实验室，利用率不高，价格却不低，学和用就会脱节。这也是老问题一直也没能很好地解决，只是由于单片机发展速度快，开发要求高，所以显示得更严重一些。

二、大胆创新、解决方案

针对以上的问题，通过深入研究，利用“单片机实验仿真板”软件，并结合Proteus软件，为解决这类问题寻找了一些思路。

1.仿真板软件

以目前最流行的80C51系列单片机开发软件Keil C为基础，利用其提供的AGSI接口开发而成。

图1是该软件运行后的情况，右侧注有“51实验仿真板”的窗口是自编的软件界面，而其它部份是Keil软件的界面。从图中可以看出，仿真板由4个按钮、8个LED、2位数码管、带有计数器的脉冲发生器、中断按钮等部份组成。该窗口的左侧是一段源程序，用于实现接在P1.0上的led闪烁发光，程序正在运行中。对源程序的任何修改都将直接表现在该仿真板上，重新编译连接再运行后，仿真板即出现该有的现象。如果运用实际硬件，那么把该段源程序的目标代码写入芯片，进行实际运行，就是这么一个效果，也就是说这个界面可以替代实际的、真实的硬件，该仿真板上的其它部份也具有这样的功能。借助于Keil软件的强大的调试功能，可以用单步、全速、加入断点等方式执行程序，观察各指令执行的效果。

图1 单片机实验仿真板用于教学

将该软件用于课堂教学演示有如下的优势：

a：速度快，程序修改、编译后马上就可以看到效果，不需要拨片、写片、插片这么麻烦，提高了课堂效率;

b：效果好，可以放在多媒体教室上课，投影在大屏幕上，比之真实的实验板要大很多，非常清楚;

c：方便，由于仅仅只有一个软件，不需要任何的硬件连线，所以课堂演示非常容易;

d：起点高，由于Keil软件是目前最流行的单片机开发软件，所以学生学习的起点高。

图2是已开发的两块仿真电路板。可以完成键盘、流水灯、中断系统等类型的多个实验。

图2 实验仿真板

2.Proteus仿真软件

这种软件相对于较难的硬件设备可以由仿真电路图进行仿真，并且也是再计算机上操作完成。简单方便，有效避开了传统教学的硬件繁琐和容易出错。

传统的教学中是基本固定的硬件，很少有机会让学生亲自设计电路和对内容的自动设计，不能以达到真正的学习目的。传统的教学方式会使学生的学习兴趣降低，对学生动手能力的培养很不利。基于Proteus的单片机教学在很多方面都有所改善，能够达到较好的实验效果，硬件方面的开支也得到很大程度的节省，很大程度上帮助学生提高了独立创新能力和学习的积极性，成为不可或缺的单片机教学软件。

基于Proteus教学流程的优势：

（1）作为EDA工具软件Proteus由两个软件构成即ISIS和ARES，Proteus印刷电路板设计和Proteus虚拟系统模型是Proteus的两大基本结构部分。它不仅是是一种多种型号微控制器系统的设计与仿真平台，更是模/数混合电路、数字电路、模拟电路的设计与仿真平台。从原理图设计、单片机代码级调试与仿真、电路分析与仿真、功能验证、系统测试到形成PCB的完整的电子研发、设计，它真正实现了这些过程在计算上完成。在教育、生产、和设计等方面Proteus得到了广泛的应用。基于Proteus的单片机教学流程图如图3所示：

图3 基于Proteus的单片机教学流程图

（2）基于Proteus教学设计流程的优势

建立在标准模块硬件上的实验，对有关实验内容学生只是需要课前进行预习，把编好的程序在实验时进行烧录，然后验证实验结果。而基于Proteus单片机实验拥有的优势如下：

a：提供大量可供学生参考与自学的范例。在原设计上学生可以进行自己的修改、设计，拓展自己的知识和编程能力。

b：激发学习兴趣。学生可以利用该软件进行路图设计和仿真，避免了传统实验板上的学生不能更改的局限性、硬件电路固定，学习兴趣得到提高、学生的思路得以扩展，学生的创新能力和创新意识也得到了一定程度上的提高。

c：较真实的硬件软件仿真调试，操作简单。Proteus能够使学生对程序设计和电路设计的学习得到满足。首先设计电路是在Proteus的ISIS环境下，其次编写程序是在Keil等环境下。当编写、设计好基该电路的程序和该电路时，程序联调可以在Proteus环境下进行，对设计的系统能否达到预期控制要求进行验证。在仿真的过程中能够随时修改编程方面或硬件的不足。

d：具有明显的经济优势，较少的硬件投入费用。AVR、PIC、ARM的微处理器CPU模型Proteus都支持，购买各种系列单片机的费用将不存在。Proteus元件库中的元件很丰富，其中大部分元件可以直接用于搭建接口电路，并且经济、可靠。为了减少试验中元器件的损耗采用Proteus软件进行实验而且比较安全。

图4 K1-K4按键状态显示

在K1-K4按键状态显示的实验中，电路仿真原理图如图4所示。使用proteus软件画出仿真原理图，在80C51中载入程序并运行，即可以K1、K2按下时LED点亮，松开时熄灭，K3、K4按下并释放时LED点亮，再次按下并释放时熄灭。

总之，基于Proteus的单片机教学在很多方面都有改善，能够达到较好的实验效果，硬件方面的开支也得到很大程度的节省，很大程度上帮助学生提高了独立创新能力和学习的积极性，成为不可或缺的单片机教学软件。

在传统实验教学中利用软件资源进行辅助即基于Proteus仿真平台的单片机教学，作为教学方法的一项改革开辟了一个新的有效单片机实验教学，能够达到较好的实验效果，硬件方面的开支也得到很大程度的节省，很大程度上帮助学生提高了独立创新能力和学习的积极性。

这两种方法同样为单片机课程的远程教学提供了技术手段。现在网上教学正在迅速发展，然而对于像单片机这样与实验紧密相关的课程，网上教学很不方便，该软件提供了一个虚拟的实验平台，为解决这一问题提供了思路。当然，软件并不能替代硬件实验，硬件实验是必须的，学生的动手能力在计算机上是练不出来的。不过借助于该软件，可以将学生的软、硬件动手能力的培养分开，更合理地利用单片机实验室。随着发展迅速的单片机技术在很多领域都的应用，微控制系统的核心就是单片机，在国内各个高校中理工科电子信息专业只有对该领域专业的人才培养的过程中，只有不断摸索研究才能不断适合社会发展的需要。

参考文献

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[2]李建兰.基于STC12C系列单片机的DS18B20编程[J].国外电子测量术，2009（1）：23-26.

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[4]赵德安.单片机原理与应用[M].北京：机械工业出版社，2009：190-193.