利用proteus仿真平臺提高機械類學(xué)生單片機應(yīng)用能力

1、利用 proteus 仿真平臺提高機械類學(xué)生單片機應(yīng)用能力摘 要 對于技術(shù)應(yīng)用型大學(xué)的機類學(xué)生來說，由于電 類的實踐環(huán)節(jié)普遍相對較少，因而大多數(shù)機類學(xué)生在單片機 應(yīng)用方面存在著一定的不足，如何幫助這些學(xué)生利用較少學(xué) 時提高單片機應(yīng)用能力，培養(yǎng)機類學(xué)生的綜合工程素養(yǎng)，對 于技術(shù)應(yīng)用型大學(xué)的教學(xué)改革研究具有重要的意義。為此， 通過探索利用電子仿真平臺 proteus 作為輔助教學(xué)軟件， 引導(dǎo) 學(xué)生動手實踐單片機的軟硬件系統(tǒng)設(shè)計，提高了教學(xué)質(zhì)量， 對推動人才培養(yǎng)具有借鑒意義。關(guān)鍵詞 proteus 仿真平臺 機械類學(xué)生 單片機 應(yīng)用中圖分類號：G642 文獻標識碼： A DOI ：10.16400/

2、ki.kjdks.2015.05.012Use Proteus Simulation Platform to Improve MechanicalStudents Microcontroller Application AbilityZHANG Peng ， WANG Qi ， YUAN Mingxin( Jiangsu University of Science and Technology ， SuzhouInstitute of Technology ， Zhangjiagang ， Jiangsu 215600)Abstract As for students majored in m

3、echanics attechnology application model college ， since practice regarding electronic is relatively less ， their ability in the application of single chip microcomputer often falls short. Therefore ， it is of vital importance for the study of teaching and study reform in vocational colleges to help

4、their students improve their application ability of single chip microcomputer within shorter time and cultivate their comprehensive engineering accomplishment. As a result ， it will help improve teaching and study quality and push forward the cultivation of professional talents to guide the students

5、 to take part in the hardware and software system design of single ship microcomputer by means of exploring taking electronic simulation platform Proteus as a teaching auxiliary software.Key words simulation platform; mechanics-majored students; single chip microcomputer; practice0 引言 隨著目前機械行業(yè)的不斷發(fā)展，

6、許多產(chǎn)品已由過去的純 機械設(shè)計向機電一體化過渡，因而對高校學(xué)生在單片機方面 的培養(yǎng)提出了更高的要求。相較于偏電類的學(xué)生，由于機類 教學(xué)大綱里電類實踐環(huán)節(jié)相對較少，因此如何幫助機類學(xué)生 通過較少的教學(xué)課時真正掌握單片機這一常用工具的開發(fā) 流程就成為技術(shù)應(yīng)用型大學(xué)的教學(xué)改革方面一個非常有意 義的研究。事實上，在前期調(diào)研中我們發(fā)現(xiàn)，雖然有過 單片機課內(nèi)實驗等教學(xué)環(huán)節(jié)，但是許多機類學(xué)生對于電路板 的布線、元器件的封裝等單片機開發(fā)中容易涉及到的一些基 本概念往往是一無所知，而軟硬件設(shè)計更令學(xué)生感到畏懼。 為了解決機類學(xué)生這些工程素養(yǎng)方面的不足，我校特地在教 學(xué)計劃中針對機類學(xué)生開設(shè)基于 proteus

7、仿真平臺的單片 機運用選修環(huán)節(jié)，讓學(xué)生有機會從運用中學(xué)習(xí)，體會到電控 單元設(shè)計的基本概念，彌補了相關(guān)方面的缺乏，從而幫助其 提高了運用單片機的信心和能力。這些教改措施的實施效果 證明，它可以糾正了機類學(xué)生對單片機的陌生感，提升了學(xué) 生的綜合工程素質(zhì)，對于探索新形勢下應(yīng)用型本科高校教學(xué) 模式具有一定的借鑒意義。1 機制類學(xué)生在運用單片機方面的不足 目前機類學(xué)生在經(jīng)過單片機理論教學(xué)、實驗環(huán)節(jié)后，往 往再沒有更多的機會接觸單片機。而事實上隨著機電一體化 等技術(shù)的不斷發(fā)展，目前僅靠機類學(xué)生現(xiàn)有的知識結(jié)構(gòu)已不 能適應(yīng)社會的發(fā)展。形成這種情況的原因主要在于這么幾個 方面：（1）機械類學(xué)生接觸電子系統(tǒng)機會少

8、，一些基本概念 不具備 ;就我校調(diào)研的情況而言， 機類學(xué)生很少見到電路板等 實物，雖然前序課程講授過基本理論，但許多實際設(shè)計中會 用到的知識沒有提及，這樣綜合起來導(dǎo)致許多知識只是停留 在做題上面，而一些相應(yīng)的實驗，如單片機實驗，往往都是 在現(xiàn)成的實驗環(huán)境下實施，而對于芯片封裝等基本知識學(xué)生并沒有機會了解，這導(dǎo)致了學(xué)生對實際電控系統(tǒng)感到陌生。（2）機械類學(xué)生幾乎沒有自行設(shè)計過單片機系統(tǒng)，因 此實際工作時往往不知如何上手 ;由于通常單片機課程所講 授的內(nèi)容是將單片機各個部分分開講授，這導(dǎo)致學(xué)生在印象 中還無法將單片機作為一個整體進行設(shè)計考慮。事實上，在 我們前期所做的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，我校大部分機械專業(yè)

9、的學(xué)生對 單片機的最小系統(tǒng)都沒有概念，甚至許多學(xué)生在要求設(shè)計一 個單片機系統(tǒng)時連電源都不知道如何處理，可見他們對單片 機還不具備一個整體應(yīng)用的概念。（3）機械類學(xué)生對硬件編程不熟悉， 使得其在應(yīng)用時具備畏難情緒 ;對于本校 機械類學(xué)生而言，除去進入實驗室做過項目的以外，大部分 學(xué)生對于在單片機上寫程序普遍有畏難情緒，而事實上隨著 目前 IT 產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展， 工程師必須具備基本的硬件編程能 力。但目前的培養(yǎng)模式使得機械類的學(xué)生對于編程來控制芯 片工作感到困惑，因此對于如何將自己的設(shè)計思路變成可以 讓硬件工作的程序有著不小的畏難情緒。2 利用 proteus 在較短學(xué)時內(nèi)提高機類學(xué)生單片機應(yīng)用

10、能力的教改實施為了解決以上問題，提高我校機械類學(xué)生在單片機應(yīng)用 方面的知識技能，滿足現(xiàn)代高等教育對社會需求的要求，我 們開設(shè)了相應(yīng)的選修教學(xué)環(huán)節(jié)， 通過引入 proteus 電子仿真環(huán) 境來搭建教學(xué)實踐平臺，讓學(xué)生能在較短學(xué)時內(nèi)完成一個電 控系統(tǒng)的模擬開發(fā)，使其在較短綜合應(yīng)用電子、控制、單片 機等多學(xué)科知識，提高其綜合工程實踐能力。為了達到循序 漸進的實踐效果，我們以易于入手的設(shè)計方案對機械類學(xué)生 進行培訓(xùn)，使其對單片機的應(yīng)用進行了有效的提高。其具體 的教學(xué)改革內(nèi)容主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）改變過去機類學(xué)生教學(xué)中不注重硬件電路實現(xiàn)的 問題，利用 proteus 平臺的電路仿真功能提高學(xué)生對

11、電路的認 識;過去機械類學(xué)生對電路只停留在書本知識，缺乏實踐經(jīng) 驗，因此在使用單片機時往往不知在哪些情況下采用哪些電 路。為了在較短學(xué)時內(nèi)幫助學(xué)生積累這方面的經(jīng)驗，采用 proteus 平臺設(shè)計了 MOS 管驅(qū)動電路設(shè)計、晶體管放大電路 設(shè)計等實踐內(nèi)容，要求學(xué)生比較不同參數(shù)設(shè)計、不同實現(xiàn)方 案對系統(tǒng)輸出的影響，通過這樣的實踐，學(xué)生基本上熟悉了 一些相關(guān)的術(shù)語、完善了相關(guān)的知識、同時又適合機械類學(xué) 生快速上手，避免了具體電路實踐中費時費力的問題，以較 為容易的方案幫助學(xué)生了解了單片機設(shè)計中一些電路實現(xiàn) 的基本方法，為下一階段單片機硬件系統(tǒng)設(shè)計打下基礎(chǔ)。（2）在上一階段實踐基礎(chǔ)上，進一步布置學(xué)生完

12、成相 應(yīng)的單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計并完成 pcb 板設(shè)計。由于在教改 初期經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，機械類學(xué)生往往對單片機整體缺乏統(tǒng)一的認 識，甚至出現(xiàn)在硬件設(shè)計中只顧著完成所要求的功能內(nèi)容， 卻連基本的電源都不接的現(xiàn)象。為了讓機械類學(xué)生真正體會 到一個單片機系統(tǒng)是如何工作的，要求其完成一個完整的硬 件系統(tǒng)設(shè)計。同時發(fā)現(xiàn)機械類學(xué)生由于很少有電路板方面的 經(jīng)驗，因此進一步要求他們實現(xiàn)硬件的 PCB 板布置， 從而學(xué) 生能體會到不同封裝格式，走線的基本要求等這些往往在單 片機課程中容易忽略的東西，提高了學(xué)生真正使用單片機的 能力。得益于 proteus 軟件綜合性能， 使得學(xué)生能在一個平臺 上快速學(xué)習(xí)相關(guān)技能。（3）

13、改變過去只注重一段程序的教學(xué)模式，布置學(xué)生 完成整套軟件編程的工作， 包括控制策略的考慮。 如前所述， 機械類學(xué)生在硬件編程方面往往有種畏難情緒，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn) 這是由于學(xué)生學(xué)習(xí)中往往只講授一段程序，而對整個軟件框 架沒有概念。為了讓機械類學(xué)生在短時間內(nèi)了解到實際工程 中對軟硬件的處理方法， 利用 proteus 易于實施的特點， 要求 學(xué)生分組設(shè)計一整套的控制系統(tǒng)，并要求實現(xiàn)一定的控制算 法，如 PID 控制策略等。通過一組學(xué)生拿到這樣一種綜合訓(xùn) 練的題目，自己去查找相關(guān)芯片的使用手冊，以點帶面，幫 助學(xué)生在較短時間內(nèi)快速掌握電控單元開發(fā)的基本流程，使 其建立使用單片機的信心。這時我們往往要求每

14、個學(xué)生都要 針對單片機中某一個功能模塊熟練編程，能根據(jù)教師提出的 不同要求一一都能實現(xiàn)，以及對同一種要求利用不同的實現(xiàn) 方式實現(xiàn)等，在熟練后，再自行學(xué)習(xí)其他功能模塊的編程實 現(xiàn)。由于 proteus 能方便仿真多種單片機， 因此學(xué)生很容易將 以往所學(xué)知識在模擬工程中運用，通過仿真中出現(xiàn)的錯誤修 正以往一些錯誤的理解，從而達到在短時間內(nèi)掌握單片機基 本開發(fā)方法。經(jīng)過三屆學(xué)生的教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，基本上消除了機械學(xué)院 學(xué)生對單片機開發(fā)感到無從下手的現(xiàn)象，一些學(xué)生由此產(chǎn)生 了興趣，主動找到一些相關(guān)芯片的文檔學(xué)習(xí)，然后在 proteus 平臺中實現(xiàn)新的功能，并興奮地將結(jié)果告知老師，可見該方 案具有一定的效果

15、。此外在畢業(yè)設(shè)計中也發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過這樣的 教學(xué)活動，一些學(xué)生雖然原來單片機的成績不理想，但是在 畢業(yè)設(shè)計中已能夠較為熟練地采用單片機來完成設(shè)計題目， 相信他們在這樣的教改實踐中獲得了益處。3 結(jié)論 為了適應(yīng)由于當(dāng)前科技不斷進步而對機械類學(xué)生在掌 握單片機應(yīng)用方面提出更高要求的現(xiàn)狀，我們利用 proteus 這一方便的電子仿真平臺按照以上的教學(xué)模式在機械類學(xué) 生中展開單片機實踐教學(xué)。通過循序漸進的培訓(xùn)方式，幫助 學(xué)生在較短的學(xué)時內(nèi)提高單片機的使用技能，并為以后進一 步深入學(xué)習(xí)提供了基礎(chǔ)。實踐效果表明這些措施能有效解決 當(dāng)前機類學(xué)生在學(xué)習(xí)單片機方面的主要困難，可以在短時間 內(nèi)提高相應(yīng)的工程素養(yǎng)。當(dāng)然，我們也深知對于如何提高機 械類專業(yè)學(xué)生利用單片機的技能還有許多需要進一步探索 的地方，如：如何設(shè)計更具有實際工程意義的實踐培訓(xùn)內(nèi)容來提供給學(xué)生訓(xùn)練、如何結(jié)合機械裝置進行仿真等。相信通過不斷的改進和完善，這樣的教學(xué)實踐能為應(yīng)用型大學(xué)機 械類學(xué)生提供一個快速提高單片機學(xué)習(xí)效果的有益探索?；痦椖浚禾K州理工學(xué)