單片機教學改革的研究

任艷焱

（赤峰學院計算機與信息工程學院，內蒙古赤峰024000）

單片機教學改革的研究

任艷焱

（赤峰學院計算機與信息工程學院，內蒙古赤峰024000）

“單片機（MCU）原理與自動控制”是一門偏重工程應用的課程，很多高等學校只是把它作為選修課并且為本課程安排的學時數較少.要想在這樣的情況下取得較好的教學效果，就得采取行之有效的教學方法.這就需要在傳統的教學方法上進行改革.

實踐；Proteus；Keil；C51；匯編

近年來，嵌入式技術已經逐步滲入到人們的工作和生活的各個方面，成為了生活環境中不可或缺的一部分.單片機就屬于嵌入式計算機.在單片機的教學上要著眼于學生考試成績較好、而動手能力較差的情況進行改革.本文將針對這些問題對現有的傳統教學方法進行研究，把單片機技術所用到的知識串連起來，不斷更新該課程的教學內容、改進教學手段以及增加實踐環節，通過理論聯系實際來提高學生的學習積極性，從而提高學生分析問題、解決問題的能力[1].

1 傳統的教學方法

迄今為止，在很多高等院校里單片機課程的教學采用的是傳統的教學模式，即首先在教室里講授理論部分，再讓學生在單片機實驗室完成相應的實驗，其中理論部分所占的學時數較多.

現在很多學校的單片機實驗室，大都是以單片機實驗箱為實踐教學平臺，學生做實驗的內容比較固定.以實驗箱作為單片機教學平臺有其不足的地方，比如對于剛接觸單片機的學生來說很難熟悉單片機實驗箱的構成.若想自己設計實驗線路，又受到實驗箱的限制.因為實驗箱里的各個電子器件、元器件的接線圖、電路原理圖、程序清單等都是生產廠家設計好的，所有的硬件程序已固化在程序存儲器EEPROM中，學生做實驗時只能按照實驗箱設計好的電路連線，按照實驗箱既定的原理圖編寫程序進行驗證，這種方法影響了學生的學習興趣和信心，不能發揮學生的想像力和創造力[2].

2 基于情境的單片機教學方法

現今各高校的單片機教學大多是以一個由簡單到復雜逐步深入的過程，主要從單片機的基本結構入手，再講述指令系統、匯編語言、定時/計數器、中斷系統、鍵盤接口電路，然后是各種不同類型的應用系統.由于單片機的實踐性很強，所以就需要教師在課堂上設置一定氛圍的教學情境，采取板書和多媒體相結合的授課方式，使學生更直觀地看到單片機的各種功能、內部結構、應用實例、調試方法以及完整的開發流程.在講授過程中要基本上涵蓋單片機技術中的相關知識點，著重在課程的重點、難點內容上適當地提出具有啟發性的問題，將學習情境、學習任務融進課堂教學，引起學生積極思考，從而提高學生的學習積極性；同時結合日常生活中能用到相關知識的地方向學生提供重要信息，要讓學生清楚所講授內容的意義和作用，如何與實際系統相結合，激發學生的興趣，進而引導學生主動思考，而不是簡單地告訴學生相應的結論.鼓勵學生大膽表達自己的想法，拓展分析問題、解決問題的思路.[3]把一個具體的單片機應用系統實物拿到課堂上，讓學生對實際的應用系統有一個直接認識.

3 基于Proteus和Keil仿真軟件的單片機教學方法

通過引入仿真軟件Proteus和Keil，并采用機房教學來彌補傳統教學方法的不足，從而培養學生的動手能力以及系統開發能力.

Proteus軟件是一種EDA工具軟件，它是由英國Labcenterelectronics公司開發的.它不但可以仿真其它的EDA工具軟件，還可以仿真單片機以及它的外圍器件電路，例如可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU及其外圍器件電路.它是一款將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，實現了從概念到產品的完整設計，無論從原理圖布圖、代碼調試還是到單片機與外圍電路協同仿真，一鍵切換到PCB設計都很理想，是迄今為止此類工具中性能較優越的一種.其處理器模型支持8051、HC11、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并在不斷地增加其他系列處理器模型.在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器.在用戶中反響較好.

為了培養學生設計電路的能力，可以利用Proteus軟件將虛擬仿真技術和計算機多媒體授課相結合；將Proteus仿真軟件應用到教學中，先設計大量的單片機應用實例，用Proteus軟件向學生演示單片機軟硬件設計開發、調試的全過程，并觀察硬件的工作和程序執行效果，使學生通過實例對單片機的工作原理、工作過程、工作效果有更多的了解，學生普遍覺得不需要投入硬件設施，就能很好地掌握單片機的知識.實踐證明，利用這種方法可以很大程度上提高單片機系統的設計速率[4].

目前，世界上出現的幾種用于51系列的單片機開發軟件，他們的基本功能大同小異，公認的效率高且使用方便的集成開發環境是德國Keil公司的μVision3IDE，它是Windows下的集成開發環境，可模擬51系列單片機及派生產品的片內部件，支持軟件模擬和用戶系統實時調試2種功能.在這個環境下可以完成編輯、匯編、編譯、仿真和調試等整個開發流程.它主要提供了包括C51編譯器、A51宏匯編器、LIB51庫管理器、BL51連接/定位器. Keil支持匯編、C語言及混合編程，能夠在不接硬件電路的情況下直接仿真用戶程序，或者利用硬件仿真器，通過連接單片機硬件電路，在仿真器中裝載目標程序后進行實時仿真.

在單片機課堂教學中，使用Proteus和Keil構建起個人的單片機虛擬仿真設計仿平臺，教師在講述完理論部分后，可在多媒體教室里利用Proteus設計相關的硬件電路，再用Keil軟件編寫、編譯和修改調試程序，測試驗證，最后得到仿真結果.使學生真正從原理上理解單片機的工作過程，以及單片機系統設計方法，提升教學效果[4].

利用Proteus和Keil構建虛擬實驗室首先需要安裝Proteus和Keil軟件，其次利用Proteus繪制硬件電路，根據需要搭建各種虛擬儀器儀表；再用Keil編寫匯編源程序，最后設置Keil和Proteus之間的接口；在Keil里對匯編源程序進行編譯連接后進行程序調試，并且在Proteus里的虛擬儀表里觀測實驗結果、記錄實驗數據.

在單片機的教學中引入Proteus和Keil仿真軟件，彌補了理論和應用之間相互脫節的不足.這種單片機教學的改革方法，在實際教學過程中取得了一些初步的成果.使學生產生濃厚的學習興趣，提高了教學效果.但Proteus仿真不能完全代替實物，在實際應用中需要將其和實驗設備相結合，進一步鍛煉學生的綜合開發能力[5].

4 基于單片機語言的教學方法

目前，國內各高等院校采用的單片機教材，多數采用的開發語言學是匯編語言.雖然說匯編語言具有運行效率較高的優點，可以直接控制硬件內部.但是它的缺點也很顯著主要表現在依賴目標單片機的硬件結構，可移植性不高，指令系統枯燥難懂.

用C語言代替傳統的匯編語言編寫單片機源程序，可解決匯編語言的上述缺點.51系列單片機的C語言軟件開發系統KeilC51是美國Keil Software公司出品的，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上比傳統的匯編語言有明顯的優勢，簡單易學.尤其是那些用過匯編語言編程的用戶再使用C語言來編程的，更能體會出它的優越性來.KeilC51軟件是全Windows界面，可提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具.再者，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到KeilC51生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼非常緊湊，易懂易用.在開發大型軟件時更能體現出C語言的優勢[6].

5 結論

通過上述單片機教學方法的研究，目的在于改變傳統教學方式，優化教學內容，提高學生對單片機的學習興趣，提高動手能力，使之更符合高等院校的基本學情，為學生以后應用單片機解決實際問題打下良好的基礎.

〔1〕胡漢才.單片機原理及其接口技術[M].北京：清華大學出版社，2004.

〔2〕李朝青.單片機原理及接口技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.

〔3〕李華.MCS-51系列單片機實用接口技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，1993.

〔4〕劉映群.Proteus與Keil整合構建單片機虛擬實驗室[J].中國現代教育裝備，2005（8）.

〔5〕肖燕.單片機實踐課程教改策略[J].湖南農機, 2009,36(6):99-100.

〔6〕王幸之.單片機應用系統抗干擾技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2001.

G642.0

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1673-260X（2013）11-0197-02