單片機原理應用課程改革探討

摘要本文主要介紹以項目教學法完成單片機課程教學。同時采用Proteus單片機仿真軟件設計各實驗，彌補教學設備的不足，更深刻地掌握單片機的抽象的理論，激發學生學習的主動性和積極性。

關鍵詞單片機課改項目教學法Proteus仿真

中圖分類號:G420文獻標識碼:A

隨著微電子技術和計算機技術的緊密結合，使工業控制與自動化向集成化、智能化方向發展，單片機系統的開發應用給現代工業測控領域帶來了一次新的技術革命。如今，《單片機原理及應用》已成為大多數工科專業的必修課程之一。

1 課程改革理念

1.1教學現狀

目前該課程授課形式比較單一，一般是采用在課程設置上增加實驗環節，并適當輔以多媒體進行教學，來提高教學效率，效果不是很明顯。在教學方式上仍然是以教師為主體，以教材章節順序為教學進程，先講單片機概論、硬件;再講指令、語句、流程圖，最后舉幾個開發應用實例。由于與實踐的脫節，就越聽越糊涂。面對這樣的現狀，課程教學改革勢在必行。

1.2課程設計理念與思路

課程課改是以實訓項目為中心帶動課程內容全面展開，采用“感性認識—實踐—再認識—理論分析”的模式，在項目的開始先進行具體實物的實驗演示，根據項目的演示講解相關的理論知識點;學生再進行實踐制作，在實踐中驗證理論知識和總結出若干結論，然后再用理論知識分析實驗的結論;通過采用邊講授邊實踐的方式讓學生有較好的感性認識，通過感性認識增強學生的理論分析能力。同時通過學生對各模塊的深刻掌握，最后進行綜合實訓項目的設計，使學生具備單片機產品設計開發能力。

筆者在嘗試過程中存在以下問題:(1)由于需要學生自己制電路板，在上課時間調試程序的時候經常出現實驗電路板虛焊、或者電路焊接錯誤等原因而占用大量時間，導致最后調試和結論的時間變少;但另一方面，由于出現的錯誤，使學生能夠觀察到不同的現象，對硬件電路的了解也更深刻。(2)實驗設備的缺乏:目前硬件仿真嵌入式微處理器的實驗設備為偉福調試仿真器，但是數量太少，基本上是4-5個學生使用一臺。并且由于偉福調試仿真器的高使用率以及學生的不恰當的使用，常常導致該仿真器損壞，由于沒法調試，抑制了學生的實驗興趣和創新思維能力。

針對以上原因，在本課程改革中增加了Proteus仿真軟件的使用，通過Proteus的多功能教學實驗平臺，極大程度彌補了硬件電路的存在不足。

2 教學內容

2.1 教學內容取舍

簡要介紹單片機的硬件結構，簡化內部電路的講解，增加Proteus仿真軟件的使用，重點引導學生軟件設計，增加教學各個環節的實踐內容。

2.2 教學內容

2.2.1各模塊內容

根據課程內容的銜接確定項目設計的順序。

項目一:演示——單片機基礎

項目二:單片機復位、晶振、ALE信號的觀測，掌握單片機的最小應用系統。

項目三:流水燈的制作。初步掌握單片機的基本內部結構:存儲器、寄存器以及時序電路;初步了解IO口的輸出工作原理及應用;初步掌握相關指令;初步學會使用單片機的開發工具進行軟件程序的調試。

項目四:數碼管的顯示——擴展:9999倒計時，掌握LED數碼管顯示原理;掌握單片機靜/動態和顯示工作原理;進一步加強I/O口的輸出應用;通過軟件，具備軟件硬件調試能力。

項目五:模擬開關實驗——擴展:矩陣鍵盤。掌握獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤的工作原理;熟練掌握單片機的內部結構;熟練掌握單片機IO口的輸入輸出原理和應用。

項目六:單一外部中斷實驗。了解中斷概念、原理和中斷實現的方法;理解和掌握單片機外部中斷系統結構、中斷優先權和中斷控制;掌握外部中斷的應用和觸發方式;掌握外部中斷程序設計方法和編程技術。

項目七:定時器的使用。進一步理解單片機中斷的實現和控制方式;領會單片機的定時/計數器基本概念、組成結構和功能原理和控制過程;掌握單片機定時器的可編程控制寄存器的編程設定以及計數初值的計算;掌握單片機定時器應用的編程技術和方法。

項目八:單片機與單片機(PC機)的數據傳送。了解RS-232串行通信標準和與MCS-51的連接方法;掌握單片機串行口波特率的設置及計算方法;了解基本的串行通訊的編程技術。

項目九:單片機存儲器的擴展

(a)8155并行口及RAM存儲器的擴展

(b)24C02串行口擴展

項目十:A/D轉換的應用。掌握A/D轉換的工作原理和與單片機的連接方式;掌握A/D轉換的編程方法。

2.2.2Proteus仿真軟件

優勢:(1)內容全面:采用Protues仿真軟件進行實驗教學，克服了用單片機實驗教學板教學中硬件電路固定、學生不能更改、實驗內容固定等方面的局限性，可以擴展學生的思路和提高學生的學習興趣。 (下轉第52頁)(上接第46頁)

(2)硬件投入少，經濟優勢明顯:在教學過程中所涉及到的接口電路，也需要有較大的投入和儲備，以利于實驗的進行和在實驗過程中元件損毀后的更換。Protues所提供的元件庫中，大部分可以直接用于接口電路的搭建，同時該軟件所提供的儀表，不管在質量還是數量上，都是可靠和經濟的。

(3)學生可自行實驗，鍛煉解決實際工程問題的能力:采用仿真軟件，學習的投入變得比較小，而實際工程問題的研究，也可以先在軟件環境中模擬通過，再進行硬件的投入，這樣處理，不僅省時省力，也可以節省因方案不正確所造成的硬件投入的浪費。

(4)與工程實踐最為接近，可以了解實際問題的解決過程:在進行實訓項目的時候，可以具體在Protues中做一個工程項目，并將其最后移植到一個具體的硬件電路中，讓學生了解將仿真軟件和具體的工程實踐如何結合起來。

2.3課程設置

在課程設置上，考慮將實訓周的課時增加至理論課時中;同時在不改變總課時的前提下，增大每周的教學課時，在半學期集中教學，保持學生在學習過程中學習內容的連貫性和持久性，避免學生在學習后續知識中忘記前面的

內容，通過循序漸進的學習方法提高學生的理解能力。

2.4課程考核方式

在考核方式上，采取理論與實踐相結合的考核方式，取消期中考核，增大實踐考核比例，即采用理論40%，實踐60%，其中實踐的考核包括了平時項目的考核程度(占40%)和期末綜合的工程項目設計的考核成績(20%)，因此在平時的項目實踐環節中，應有針對性地增加相關教學內容的答辯考核，根據該環節的考核成績和學生實踐報告的完成情況評定相應的項目成績。

3 課改效果

3.1創新點和突破點

(1)通過“感性認識—實踐—再認識—理論分析”的模式進行教學，增強學生的理解。

(2)獨立的工程項目貫穿全部課程的教學，將實踐與理論結合，提高學生的實踐動手能力，了解產品開發的基本過程。

(3)增加了Proteus仿真軟件的使用，構建了基于Proteus的單片機教學平臺，實現虛、實、軟、硬兼容的教學模式。

3.2價值

(1)通過該門課程的教學改革，一方面增加實踐環節，更重要的是讓學生真正在實踐環節中提升課程的感性認識，可以大大提高學生學習的積極性和學習效率，牢固掌握課程的基本的理論知識，了解產品設計開發的基本過程。

(2)單片機的開發設計為廣大有創新能力的同學提供施展才華的舞臺，輻射升華了電子協會的作用。同時又將第一課堂與第二課堂有效融合，充分發揮第一課堂和第二課堂的各自優勢，為大學生電子競賽培養人才，奠定了堅實的基礎。

總之，本文介紹單片機原理的改革新思路，通過以實訓項目為依據，分模塊分項目學習，采用邊講授邊實踐的教學方式，并采用Proteus仿真軟件輔佐，理論與實踐一體化，從而通過感性認識增強學生的學習興趣，提高了學生的理論分析能力和提高工程應用能力。