单片微机原理虚拟仿真实验概况

传统的单片机教学主要是在多媒体教室进行，单片机的教学方法以教师讲授为主，采用PPT教学，单向灌输，缺乏生动、直观的一些辅助手段，在课堂上演示单片机硬件设计和软件调试过程几乎不可能，学生不能同步参与。并且PPT教学速度快，不利于学生同步思考，缺乏以学生为主的学习过程，单片机学习枯燥乏味，难以理解。

将单片机程序仿真软件Keil μVision与硬件仿真软件Proteus相结合构建协同仿真系统，对列举实例的单片机电路原理图进行师生互动搭建实例的电路原理图，并引导学生编程调试，通过动态调试可以将不同的参数、方案导致的现象和结果进行仿真演示，将抽象的理论概念和结构直观化、更加便于学生理解和掌握，使学生更好地消化吸收本单元所需掌握的知识点。通过协同仿真演示，如图22所示，激励学生尝试不同的方案电路，从中发现问题，解决问题，不断积累经验。

图22  协同仿真演示

在协同虚拟仿真的基础上进一步扩展加深，提出学生DIY新任务。让学生在消化前实例的基础上自己尝试搭建电路并调试成功，通过学生自己动手亲身体验到整个过程，在失败和成功当中获取到渗透在每个单元中的知识点，学生每完成一步制作，便能感到离成功更近了一步，就会有一种成就感，这样也就激发了他们的学习兴趣，增强了学习信心，变被动接受知识为主动的获取知识。指导、鼓励学生虚实结合，将协同仿真的过程和结果通过实际电子元器件搭建电路进行实际验证。学生在购买电子元器件的过程中就可以提前对元件的品牌、种类及价格有所了解。实践中可以更好地帮助引导学生认知相关的电子元器件，掌握电子元件的具体使用方法，将虚拟仿真的实例，通过实物元件，自己动手搭建出来，有效地锻炼学生的动手能力，同时更好地将理论联系实际，将知识点的掌握提升到一个新的层次。

 

图23  实例所需的电子元器件

图24  虚实结合学生DIY搭建完成实际电路

 

1）虚拟实验和实际验证结合，理实一体化

虚拟实验中涵盖了电工、电子、电气与液压控制等基础及专业实验。本实验系统集成了单片机系统设计及电气控制两大类的专业知识，要求学生在掌握基础知识的同时，更注重专业知识的应用和实践动手能力，实验项目逻辑性和针对性较强。可在虚拟实验的累积基础上进一步开发各类课程设计、毕业设计、大学生创新设计大赛及企业的横向项目合作。

2）安全性、稳定性可靠，降低实验成本

由于项目多样化以及与时俱进性，如果每个设计的项目都焊接、制板则投入成本较高，重复利用率低且安全性很难保障。采用协同虚拟仿真实验系统，可以有效解决实验教学成本高等问题，通过虚实结合搭建面包板电路不需要焊接、制板就可以自由、灵活的开展，而且电子元器件只需插拔就可以重复利用，安全性得到了保证。协同仿真系统成本低，通过方案的调试有效帮助学生更好地掌握理论知识和总结知识，有效地培养了学生的创新能力。虚实结合验证虚拟仿真系统需要学生实际动手做到理实结合，进一步培养了学生的实践动手能力。

表7 主要实验项目