摘要:本文根据单片机原理与接口理论和实验教学的经验与研究,分析了目前这门课程实验教学的特点和存在的问题,提出将EDA仿真技术应用于实验教学的先进教学方法,可以大大提高学习积极性和总体能力。
关键词:实验教学;EDA;仿真技术;PROTEUS;改革
中图分类号:TP393.03文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 10-0000-02
Exploration&Application Reform of Microcomputer Principle Experiment Teaching Based on EDA
Tian Song,Mao Shengli
(Computer School,HuangShi Institute of Technology,Huangshi435002,China)
Abstract:According to the theory and experiment teaching experience and research of microcomputer principle and connection,analyses features and problems of the experimental teaching of this course,proposed the advanced teaching method of the simulation technique is applied in the experimental teaching,it can greatly improve the students"learning initiative and overall ability.
Keywords:Experiment teaching;EDA;Simulation technology;
PROTEUS;Reform
高校越来越重视对学生实践能力的培养,提高学生实践能力而开展的研究性、探索性、设计性、综合性实践,还包括以了解社会和国情,全面提高学生综合素质。实验室教学作为高校教学体系的重要组成部分,对培养学生能力起着不可代替的作用[1]。为了解决传统电子设计和教学中存在的问题,可以用EDA设计技术进行单片机电路的设计与实现,本文拟从教学的角度逐步探讨在单片机原理与接口实验的领域实验仿真方式及实验模式的改进。
一、单片机实验教学的普遍现状
单片机课程是一门实践性很强的课程,在教学实验过程中必须软件硬件结合,但是现在实验教学普遍存在一些问题。1.要建立一个标准的实验室,实验室建设成本过高,所需仪器设备价格昂贵。2.在传统的教学中,由于操作步骤复杂,学生只注意实验的个别步骤和过程,造成了实验的理论和实践脱节。3.传统实验方法干扰因素过多。容易掩盖实验本质的目的。无法得出准确的结果。4.传统实验过程存在人身安全和设备安全的因素,比如电路连接和单片机板子的焊接等。5.教师授课演示实验操作困难,如果元器件太小,学生不便于观察。可以利用基于EDA的PROTEUS仿真软件,可以在计算机显示器上调试程序并且看到直观的实验结果,拉近了单片机学习与就业的距离[2]。
二、EDA在实验教学改革中的研究
(一)EDA的概念及特点
根据电子系统设计中CAD技术介入的程度,电子系统的设计可分为传统的人工设计方法和EDA设计方法。EDA(Electronic Design Automation)即电子设计自动化,它是以计算机软、硬件为工作平台,汇集电路与系统、图形学、计算数学、优化理论及人工智能等多种学科的最新科技成果而形成的技术。利用EDA平台,可以轻松实现复杂电子系统的原理图输人、模拟验证、逻辑综告、芯片布图、PcB布线。在原理图设计、芯片设计、电路板设计等不同设计阶段帮助电气工程设计人员自动完成电子系统的设计。从而大大减轻了电子设计的工作量和难度。
(二)基于EDA的PROTEUS
PROTEUS软件是来自英国Labcenter Electronics公司的EDA工具软件,在全球广泛使用Proteus是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上,可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路。Proteus是电子技术工程师,电子设计专业带来很大帮助的软件。单片机、数/模电路等仿真,还具有示波器器等虚拟软件。是一款仿真和分析功能强大的软件。
(三)基于PROTEUS的单片机实践教学改革
基于EDA的PROTEUS的微机原理实验有很多优点:1.Proteus不仅能虚拟的显示电路的运行和连接情况也能没有外围设备直接显示单片机的运行结果。对于这样的仿真实验,从某种意义上讲,弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾。2.学生可以利用EDA自己设计程序并且演示,锻炼了学生动手能力和程序设计能力,是培养学生实践能力十分重要的环节。基于EDA的微机原理实验教学改革最大的特色是没有长期的教学经验可以参考,学生须独立完成软硬件设计和调试。在实验中,学生要自己动手分析解决实验中出现的问题,在实践中加强理论的学习和巩固。在传统的实验教学中,忽视了将理论应用于实践的环节,采用PROTEUS实验教学后,实际工程问题解决先在软件环境中模拟进行,再进行硬件和资金投入,这样解决可以将工程考虑的完善,避免了不必要的浪费和返工。
实验环节还包括课程设计,要求学生在设计硬件电路时最好能考虑实验箱的资源状况应用Proteus自主设计仿真,以使仿真的结果可以在计算机上实现。等编程调试通过后可以移植到实验箱上实现,验证实物效果。在进行毕业设计时,也可以让学生根据学习情况来选择毕业设计题目,培养学生的自主学习意识和创新能力。教师和学生共同研究设计的可行性,并且有学生尝试程序的设计,并且调试成功,再应用于PROTEUS进行仿真的显示。而使学生实验能力和开发能力都得到较大提高[4]。
三、用PROTEUS软件虚拟单片机实验的优点
采用Proteus仿真软件进行虚拟单片机实验,具有比较明显的优势,如涉及到的实验实习内容全面、硬件投入少、学生可自行实验、实验过程中损耗小、与工程实践最为接近等。
1.系统与外围电路的链接的资源丰富。Proteus提供仪表资源、元器件资源和调试方法,并具有与C51、汇编等软件的良好连接。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。2.硬件投入与资金少,在经济方面明显优于传统的教学。在微机的实验教学中,采用软件的方式进行教学,其经济优势是比较明显的。3.学生可自行设计实验,锻炼解决实践问题的能力实验能力和实验设计能力的培养,是工科学生解决实际工程问题能力中较为重要的。传统的实验教学中,忽视了对学生实验设计能力的培养,学生先学习再将应用到实际的工作实践中,其难度是比较大的。采用仿真软件后节省资金和损耗。4.实际应用与现实生活中的很接近,可以让学生先模拟实际应用的有关步骤,让学生了解将仿真软件和具体的项目践如何结合,有利于学生对实际项目有所接触[5]。
四、单片机实验教学改革的需求分析以及成效
(一)实验室配置方面
基于EDA的PROTEUS软件对实验室机器的配置要求都不高,主流的计算机都能满足要求,至于计算机的数量,按照我们实验室的标准要求,每人一台计算机独立完成操作。软件仿真系统选用PROTEUS(海神)的ISIS,要求在Keil C51 uVision2软件环境中编译调试,配置计算机平台和少量的外围电路等。
(二)学生实践效果方面
1.学生理论与实践相结合的能力有所提高。将PROTEUS仿真软件用于实验,学生首先进行程序设计和软件仿真,仿真调试成功后,再进行实际实验。很多教学中不好解决的问题在实验中得以解决。例如,做“用SRAM扩展单片机RAM技术”实验。过去学生用实验箱进行操作,现学生先用PROTEUS进行该实验的设计与仿真,实践效果非常好。
2.学生的独立创造能力有所提高。在微机原理的课程设计中学生的创造性优很明显的提高:首先PROTEUS仿真与设计,包括计划和程序调整,直至实践成功;其次根据PROTEUS仿真和程序调试结果,到课程设计完成。经学生实践证明:实际作品经过仿真的效果更好,学生能力提高更快。
参考文献:
[1]李燕.微机原理与接口实验模式的改革与实现[J].湘潭师范学院学学报,2007,12:83-85
[2]刘心红.proteus在单片机教学中的应用[J].实验技术与管理,2007,3,96-98
[3]丁永军.EDA技术与开启EDA教学[J].甘肃高师学报,2006,2:71-72
[4]乔建华.Proteus在单片机教学中的应用[J].电气电子教学学报,2008,6:70-73
[5]许文斌.Proteus软件在单片机系统仿真实验教学中的应用[J].商业经济,2006,3:90-93
作者简介:田嵩(1981-),女,硕士,讲师,黄石理工学院计算机学院。