引言

组建传统单片机实训室不但要购买很多昂贵电子仪器件和实验箱，而且维修成本很高。学生在利用实训室设计和开发单片机应用系统时，开发周期过长且成本较高。在教学方面，教师很难利用传统单片机实训室实现多人同步指导。另外，由于单片机操作性很强，传统实训室很难记录教师的每一步操作。

1 单片机虚拟实验室的构建

PROTEUS提供了LED/LCD显示、按钮、开关及电机等8000种模拟和数字器件模型，并在传统的CAD功能中添加了嵌入式系统的仿真，可以完整地仿真51系列、AVR、PIC和ARM等常用的MCU、处理器，以及相连的模拟和数字电路。PROTEUS还提供了大量的虚拟仪器和分析工具，用户可在PROTEUS中直接编辑、编译并调试代码，直观地看到仿真结果。

Keil是一个51单片机开发软件平台，它支持不同公司的微处理器，界面和常用的微软VC++的界面相似，在调试程序、仿真方面有很强的功能。

在确定了项目之后，首先用PROTEUS软件画出项目原理图，再用Keil C51编写好项目驱动源程序，然后进行编译，产生一个HEX执行文件，最后把这个执行文件嵌入PROTEUS软件中的虚拟单片机中去。这样，学生就可以很快组合电路，学会编程和调试，还可以看到“动画”效果，从而形成基于PROTEUS和Keil的单片机虚拟实验室。相关界面及仿真图如图1～图3所示。

图1 Keil软件单片机源代码编译界面

图2 虚拟单片机芯片加载HEX文件对话界面

图3 基于PROTEUS和Keil虚拟实验室仿真图

2 Camtasia 构建同步操作录像机

用Camtasia Studio6.0捕捉PROTEUS和Keil组合运行屏幕。该软件能在任何颜色模式下轻松地记录屏幕动作，包括影像、音效、鼠标移动的轨迹、解说声音等等。另外，它还具有及时播放和编辑压缩的功能，可剪接视频片段、添加转场效果。它输出的文件格式很多，有常用的AVI及GIF格式，还可输出为RM、WMV及MOV格式，用起来极其顺手。可以将多种格式的图像、视频剪辑连接成电影，输出格式可以是 GIF 动画、AVI、RM、QuickTime 电影（需要 QucikTime 4.0 以上）等，并可将电影文件打包成 EXE 文件，在没有播放器的机器上也可以进行播放，同时还附带一个功能强大的屏幕动画抓取工具，内置一个简单的媒体播放器。它可以把在基于PROTEUS和Keil的虚拟实验室中的一切教学过程很完整地记录下来，学生可以把任课老师录制的视频带回去反复观看，从而有效地辅导学生。同时，也为《单片机原理及应用》课程网络教学收集了视频资料。

虚拟实验室录像器如图4所示。

图4 虚拟实验室录像器

Camtasia Studio教学视频编辑如图5所示。

图5 Camtasia Studio教学视频编辑

3 Adobe Audition教学音频处理器

Adobe Audition为Syntrillum出品的多音轨编辑工具，具有增强的频谱编辑器，可编组编辑，进行声音的剪切和淡化。可按照声像和声相在频谱编辑器里选中编辑区域，编辑区域周边的声音平滑改变，处理后不会产生爆音，可以有效地去除教师在教学操作录屏时的噪音，使教学视频音质更好，如图6所示。

图6 Adobe Audtion教学视频除噪

4 凌波多媒体软件实现实训室教学同屏

在单片机原理及应用课程的基于PROTEUS和Keil的虚拟实验室教学过程中，使用凌波多媒体教室软件和机房现有的电脑网络设备，实现教师机对学生机的广播、监控、语音教学等操作，辅助学生完成单片机项目的学习和开发。另外，该软件还有一个功能菜单“点名签到”，教师可以通过让学生签到来对学生进行考勤记录，从而节省了传统教学中的点名签到。凌波多媒体运行界面如图7所示。

图7 凌波多媒体运行界面

5 总结

笔者多年的教学实践表明，构建基于多软件融合技术的单片机多媒体虚拟实训室对于学生、教师和学校三方是十分有益的。

(1) 从学生角度

① 因为在PROTEUS软件中可以动态地修改电路与电子器件参数，所以学生很容易了解单片机原理、寄存器、定时器、中断、串并通信以及外围电子电路的硬件知识；同时，学生也可以用Keil动态地修改指令，不断地改进硬软件设计。

② 学生在进行小的项目设计时，必须进行硬件与软件统一设计，所以需要对电子专业的各门学科(如模拟电子技术、数字电子技术、电子线路设计)融会贯通，让学生感到学到的是“活”知识，从而增强了学生的自信心和创造力。

（2） 从教师角度

① 让老师掌握现代教学手段。任课老师可以灵活使用凌波多媒体教室软件，利用机房及电脑网络设备，实现教师机对学生机的广播、监控、语音教学等操作，辅助学生完成单片机项目的学习和开发。

② 让老师具有先进的教学方法。利用单片机多媒体虚拟实训室， 任课老师可以规划自己项目教学的各个环节，包括项目要求、项目理论链接、项目分析、项目路径和步骤、项目预案、项目实施和评价、项目作业、项目拓展。

③ 利用单片机多媒体虚拟实训室，任课老师可以结合教学项目，提高自己的科研能力。

（3） 从学校角度

① 虚拟实验室本身只是在普通机房的基础上安装各种虚拟软件。因此，不需要实验设备的维修与维护,可以为学校节省教学费用的开支。

② 此虚拟实验室可以供电子类课程使用，也可以为学校的竞赛以及老师科研提供平台，实现一个实验室多种功能。

③ 凌波多媒体软件和Camtasia Studio6.0可以在全校机房安装，可以弥补投影多媒体在操作软件字小、看不清楚的缺点。另外，可以让任课教师在学生多时也能很轻松地控制教学整个环节。

④ 单片机多媒体虚拟实训室可以推广到除单片机课程的其他课程的教学中。