項目教學法在單片機課程中的規劃與實施——以湖南人文科技學院為例

朱高峰，張艷蕾

(湖南人文科技學院 物理與信息工程系，湖南 婁底 417000)

項目教學法是指師生通過共同實施一個個完整的“項目”工作而進行的教學活動，是“以項目為主線、教師為引導、學生為主體”的新型教學模式。將其應用在我校電子信息科學與技術專業的單片機課程教學中，結果表明能顯著提高學生學習積極性，提高學生對單片機系統的分析、軟硬件開發和團體協作能力。

一 項目規劃

項目任務的設計是運用項目教學法的前提和基礎。授課教師既要考慮教學內容和教學課時，又要注意學生的興趣愛好和可操作性，對單片機課程教學內容和知識結構進行設置和歸納，所規劃的項目要根據教學大綱由淺入深，循序漸進，由簡單的基本項目逐步過渡到復雜的綜合項目。湖南人文科技學院電子信息科學與技術專業結合Proteus 和Keil 軟件，編寫出了單片機項目實施課程講義，其項目任務如表1 所示。

表1 單片機教學項目任務分配表

二 項目實施案例

現以“LED 顯示原理”的教學內容為例，闡述項目教學法在單片機課程中的具體實施過程。

(一)教學說明

本課堂的教學目的是理解LED 顯示器的結構和顯示原理，掌握單片機控制多位數碼管顯示的設計方法。將班級學生進行分組，每組2 人，教學場地定在裝有Proteus 和Keil 軟件的計算機房。教學時間為4 課時，第一課時安排為主要知識點講解、項目布置，第二課時安排為項目資料搜集、總體設計方案、硬件設計，第三課時安排為系統軟件設計，第四課時安排為系統仿真調試、綜合評價。其中知識點的講解主要包括LED 顯示器的結構及相關驅動碼，多個LED 顯示的2 種顯示方式，講授時間約40 分鐘。接下來布置項目，設計的基本任務為要求學生利用51 單片機驅動4 個七段數碼管同時顯示數字，學生可以根據自己所學知識和興趣進行功能擴充，同時鼓勵學生采用多種方法和不同的編程語言來完成設計。

(二)項目分析

充分發揮學生的主動意識，引導學生進行項目分析和資料查詢。首先要確定所用的數碼管是共陰極還是共陽極，共陰極的位線接地，共陽極的位線接高電平5V。同時為了使數碼管足夠亮，可考慮段碼線外接三級管或其他邏輯門驅動，接下來要思考單片機的驅動方式。

方式一最基本的驅動方法是單片機的4 個8 位的I/O 口分別連接4 個數碼管，由于各位的數據輸出口不同，在同一時間里，每一位顯示的數據也可以不同。但實際開發表明，當此方式顯示變化的數據時，LED 有閃爍感，且亮度不夠。

方式二在方式一的基礎上考慮增加鎖存器，同樣采用靜態顯示方式，如在每路I/O 口線上增加一片74LS373，LED 顯示的字符驅動碼一經送出，相應鎖存器將鎖存其段碼而維持不變，直至送入另一個字符的段碼為止。但仍然無法克服占用單片機口線太多的缺點，在實際應用中也不可取。

方式三采用前面講授過的LED 動態顯示方式，這樣能簡化硬件電路。將所有位的段碼線相應段并聯在一起，由單片機的1 個8 位I/O 口控制，形成段碼線的多路復用，而各位的共陽極或共陰極引腳分別由單片機相應的I/O 線控制，形成段碼線的分時選通。即在任一時刻，只讓其中一個數碼管的位選線處于選通狀態，字符驅動碼同時送往段碼線而顯示相應的字符，其他3 位是熄滅的。而在其下一個時刻讓下一個數碼管的位選線處于選通狀態，相應的字符驅動碼也送往段碼線，則下一個數碼管被點亮，其他3 位是熄滅的。由于LED 的余暉和人眼的視覺惰性，當各位顯示的時間間隔足夠的短，則可以達到同時顯示的假象［1］。

方式四還有一種更經濟有效的方式是利用串行口擴充輸出，通過移位寄存器如74LS164 實現串并轉換。單片機的串口由P30(RXD)和P31(TXD)組成，當串口以方式0 工作的時候就是以SPI 的方式工作。用此方式來拓展低速的I/O 口，尤其是作為顯示的控制，可以節省大量的P 口。為了擴充教學知識點，可以在設計好的電路圖中再加入中斷電路，由按鈕BUTTON1、BUTTON2 來產生不同的中斷信號，顯現出不同的數值。

(三)系統設計和仿真

在查閱和論證了相關資料后，學生要針對自己所選用的系統設計方案，用Proteus 仿真軟件繪制電路原理圖。接下來的關鍵就是進行軟件設計，對于知識掌握扎實的學生，鼓勵他們用匯編語言和C語言分別進行編程。先根據所采用的驅動方式和項目要求，約定好輸出形式和速度，確定算法。其次再將任務具體化，畫出程序流程圖。最后編程前還要進行資源分配，如內存工作區、變量名稱、堆棧區等。用Keil 軟件編寫好源代碼后進行調試，調試范圍可以由小到大、逐步增加，通常交叉使用單步運行、斷點運行、連續運行等。每次調試過程中要注意RAM 中的相關內容、I/O 口的狀態是否正確，最后結合Proteus 進行系統仿真［2］。對于提前完成基本功能的同學可以適當進行功能擴展，比如用方式四進行數碼管驅動，采用共陰極的數碼管，再加入按鍵觸發中斷的知識點，從而提高學生的綜合能力。系統仿真結果如圖1 所示，按下BUTTON1 后將顯示2008，按下BUTTON2 后將顯示0808，項目任務順利完成。

圖1 系統仿真圖

(四)項目評價

為增加學生的成就感和學生的鑒定能力，顧及“知識與技能”、“過程與方法”、“情感態度和價值觀”三個方面［3］，項目總評采用學生自評(30%)、互評(30%)和教師總評(40%)相結合的方式。項目評分細節可考慮資料收集是否準確(5%)、系統方案是否可行(10%)、硬件電路是否正確(15%)、程序調試是否成功(15%)、實現方法是否單一(15%)、系統功能是否多樣(20%)、項目完成是否及時(10%)、回答問題是否正確(10%)。

三 結論

實踐證明，將項目教學法應用在我校電子信息科學與技術專業的單片機課程教學中，最終提高了學生應用知識的能力和綜合素質，滿足了社會需求。但同時對教師有了更高的要求，要求教師在精通項目設計的同時能有機聯系理論知識點，不斷總結項目實施過程中的經驗教訓，與傳統教學相互補充，才能達到更好的教學效果。

［1］張毅剛.單片機原理及應用［M］.北京：高等教育出版社，2003.

［2］李學禮.基于Proteus 的8051 單片機實例教程［M］.北京：電子工業出版社，2008.

［3］孫凱.項目教學法在電氣控制技術教學中的應用［J］.信息系統工程，2011(12)：138－139.