單片機開發板在項目教學方法中的應用

【摘要】本文針對目前單片機類相關課程的傳統教學方式，提出了基于單片機開發板和keil開發軟件條件下的單片機項目教學法。教學效果證明，基于單片機開發板和keil開發軟件的項目教學法，改善了傳統教學方法在單片機軟硬件知識學習方面的不足，很好的提升了學生單片機知識水平、實踐能力和培養了學生單片機系統分析設計和項目開發能力。

【關鍵詞】項目教學;單片機;開發板;實踐

教育部正在醞釀一種改革，啟動高校轉型改革，1200所國家普通高等院校，將會有600多所也就是將近一半轉向職業教育。那也就是說，培養技能型人才的高校比例將會大幅上升。我校為應用型本科院校，開展的應用型本科教育實際上就是本科的職業教育。

單片機原理及應用是我校電氣工程及其自動化、自動化等專業一門非常重要的主干課程。單片機廣泛應用在電力電子技術、工業自動化、智能儀器儀表等多個領域，但是相關工作崗位要求學生有很強的系統設計能力和項目開發的能力，如何培養技能型人才，讓學生學以致用，實現畢業后與工作崗位的無縫對接，具備工作崗位的專業技能，對單片機相關課程現有的傳統教學模式提出了挑戰。

一、單片機項目教學法及其實踐平臺

目前，單片機課程傳統的教學模式是“理論教學”、“課內實驗”和“課程設計”。教學內容相對比較單一，綜合訓練和工程背景不強、，造成學生對單片機技術理解不透徹、實踐動手能力普遍較弱。[1]

項目教學法主張先練后講，先學后教，強調學生的自主學習，主動參與，從嘗試入手，從練習開始，調動學生學習的主動性、創造性、積極性等，學生為主體，教師為主導，圍繞具體的項目構建教學內容體系，通過師生共同參與完成一個具體的項目而展開的教學活動。項目驅動法教學是以實踐應用為根本目標，在項目的教學實施過程中，學生按需學習，親身實踐，學習成為一個參與的創造實踐活動，項目完成的過程有利于培養分析和解決問題的能力，加強對學生自學能力、創新能力的培養。[2]

在單片機項目教學法中引入單片機開發板，keil開發軟件。

圖1 單片機開發板

1.開發板簡介

單片機開發板如圖1所示，為單片機項目教學提供硬件環境。該開發板采用方便易學設計理念，各功能模塊完全獨立，互不干擾，模塊之間用排線快速連接。一方面可以鍛煉動手能力，同時可加強初學者對實驗板硬件的認識，熟悉電路，快速入門;另一方面，因為各功能模塊均獨立設計，完全利用此板上的模塊資源，可以根據自身需要構建一個相應的最小系統板。系統單片機采用宏晶STC單片機，該單片機集成Flash 程序存儲器，并且具有 ISP在系統可編程功能，無需編程器，應用宏晶公司提供的下載軟件，可由串口直接下載程序，幾秒鐘即可完成，為項目教學中的編程調試提供極大方便。

2.keil軟件應用

Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發系統，如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環境、強大的軟件仿真調試工具也會令你事半功倍。Keil提供一個集成開發環境（uVision），這個集成開發環境包含：編譯器，匯編器，實時操作系統，項目管理器，和一個功能強大的仿真調試器。Keil軟件在單片機項目教學過程中主要讓同學學習單片機編程。

二、項目教學方法的實施

項目的內容是項目教學的基礎，項目的設計是項目教學的最重要的環節，通過各個項目的實施，不僅要讓同學掌握單片機的基礎知識，還要培養同學的系統設計和開發能力。

本文將開發板提供的硬件環境和傳統單片機教學內容相結合，打破傳統單片機教材的章節結構，根據難易程度設計了三個層次的項目內容，每個層次由幾個具體項目組成，每個項目大概4到8課時。[3][4]

1.基礎訓練

項目1：單片機認知，keil軟件應用，下載軟件應用。

主要內容：了解單片機的性能，單片機的引腳功能，學習使用keil軟件開發平臺，了解開發板的主要功能模塊，開發板下載軟件下載流水燈的程序。

實施效果：通過該項目的實施，讓同學掌握keil軟件的基本應用，對單片機系統開發過程有初步認識。

項目2：輸入輸出接口，led指示燈應用，按鍵，數碼顯示等。

主要內容：了解led燈，led數碼顯示，獨立鍵盤，矩陣鍵盤等簡單輸入輸出接口的原理及使用方法。

實施效果：上述輸入輸出接口是單片機相關項目的基礎，通過該項目為同學在后續的項目實施過程中提供了簡單的人機交互接口，使同學對單片機在各相關行業的應用有更加感性的認識。

項目3：單片機存儲器結構，寄存器應用

主要內容：順序結構程序，分支程序，循環程序，子程序等。

實施效果：通過該項目的實施主要讓同學掌握單片機的編程方法，單片機各存儲器的功能以及讀寫方法。

2.接口模塊訓練

項目4：單片機中斷系統

主要內容：了解STC51單片機的中斷系統結構，中斷相關寄存器的功能，掌握中斷的編程方法和中斷電路的使用。

實施效果：中斷時單片機與外設交換數據的重要手段，通過該項目的實施使同學對中斷有了更深入的了解，掌握中斷的編程方法，中斷程序結構，中斷在工程應用中的意義。

項目5：單片機定時器/計數器

主要內容：掌握STC51單片機定時器/計數器的結構，寄存器的功能，各種工作模式的特點，定時器/計數器的編程方法。

實施效果：項目分別針對實際生產生活過程中的應用進行了定時器，計數器的練習。

項目6：串行通信接口

主要內容：掌握STC51單片機串行通信接口的結構，寄存器的功能，各種工作模式的特點，串口的通信協議和編程方法。

實施效果：通過該項目的實施使同學了解串行通信的基礎知識，完成單片機和PC（串口調試助手）之間的通信，完成兩臺開發板之間的通信（要求同學自定義通信協議）。

3.綜合訓練

項目7：SPI總線，A/D，D/A轉換器的應用

主要內容：SPI總線的引腳功能，時序。項目選用具有SPI接口的A/D，D/A轉換器。

實施效果：串行總線接口有很多優點，在單片機外圍電路的擴展過程中使用更加廣泛，通過SPI總線和A/D或D/A轉化器項目的實施，不僅使同學掌握SPI總線，A/D，D/A工作原理和編程方法，而且讓同學掌握單片機外圍電路串行擴展的思想，引導同學自學I2C總線和單總線等串行總線。

項目8：溫度可調聲光報警系統

主要內容：溫度采集，鍵盤設置溫度的上下線，數碼顯示溫度，聲光報警，繼電器輸出。

項目所用模塊組合如圖2所示。

實施效果：該項目相對比較綜合，難度較大，可以在此基礎上增加加熱，降溫環境，實現閉合控制，很好的提高了學生綜合能力。

圖2 溫度可調聲光報警系統

綜合訓練項目可以根據實際情況具體實施。

三、結束語

基于單片機開發板的項目教學方法改變了“單片機理論教學+實驗教學+課程設計”傳統模式，并打破了傳統課本單片機教學內容的結構。教學過程中，每個項目的實施都達到了很好的效果，并為我校學生參加的單片機類的全國大賽都取得的優異成績奠定了基礎。

另外，該開發板提供的模塊很多，綜合訓練可以根據不同同學的學習情況進行單獨設置。同學可以通過增加難度，增加模塊功能，或者自行設計模塊和開發板對接來完成畢業設計。

參考文獻

[1]唐煒.基于“項目驅動”的單片機類課程實踐教學改革[J].實驗室研究與探索，2010（05）.

[2]王京港，張翠屏.基于項目驅動及Proteus仿真的單片機教學改革探索[J].中國電力教育，2013（22）：138-139.

[3]彭遠芳，陸勤，胡寧，楊洋.基于“項目驅動法”的單片機課程一體化教學的探索與實踐[J].計算機教育，2010（06）.

[4]趙永熹，黃云峰.基于項目驅動法的單片機課程體系設計[J].中國電力教育，2013（4）：55-56.

作者簡介：高峰（1976—），男，金陵科技學院機電學院講師，主要研究方向：測試計量技術及儀器。