關(guān)于單片機(jī)教學(xué)的研究

魯榮峰

摘 要：?jiǎn)纹瑱C(jī)教學(xué)工作已經(jīng)不是板書(shū)+口述的時(shí)代了。在單片機(jī)的教授過(guò)程中要合理分配理論課和實(shí)踐課。要運(yùn)用先進(jìn)的教學(xué)手段和方法來(lái)完成教學(xué)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；教學(xué)；理論；實(shí)踐

引言：?jiǎn)纹瑱C(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制、智能化儀表、通訊和智能家電等行業(yè)。而單片機(jī)原理及應(yīng)用課程已經(jīng)成為各級(jí)院校多種專(zhuān)業(yè)的必修課程。

一、單片機(jī)的先修課程

單片機(jī)是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的學(xué)科，在學(xué)習(xí)單片機(jī)之前有其先修課程，如：模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電路原理、計(jì)算機(jī)微機(jī)原理等。學(xué)好了先修課程對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)會(huì)有很大的幫助。當(dāng)然也不是說(shuō)學(xué)習(xí)單片機(jī)之前就必須精通這些先修課程，如果學(xué)生沒(méi)有接觸過(guò)單片機(jī)和先修課程，完全從零開(kāi)始，也是可以學(xué)好單片機(jī)的，在教授單片機(jī)知識(shí)的過(guò)程中，如果學(xué)生對(duì)于運(yùn)用到的先修課程中的知識(shí)點(diǎn)不夠理解，可以臨時(shí)學(xué)習(xí)。這樣具有一定的針對(duì)性，使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中逐漸完善自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

二、單片機(jī)教材的重點(diǎn)內(nèi)容和教材結(jié)構(gòu)的劃分

單片機(jī)教材通常內(nèi)容非常的豐富，作為老師在教授的過(guò)程中應(yīng)該精選出上課的內(nèi)容，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，單片機(jī)的學(xué)習(xí)需要掌握：（1）單片機(jī)最小系統(tǒng)能夠運(yùn)行起來(lái)的幾個(gè)條件（電源、晶振、復(fù)位電路）。（2）對(duì)單片機(jī)任意I/O口的隨意操作：輸出控制電平高低、輸入檢測(cè)電平高低。（3）定時(shí)/計(jì)數(shù)器，重點(diǎn)是方式2。（4）中斷系統(tǒng)。（5）串口通信：?jiǎn)纹瑱C(jī)之間、單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信。所以在教授過(guò)程中重點(diǎn)可以放在上述內(nèi)容。現(xiàn)在的單片機(jī)課程使用的教材內(nèi)容大多可以分為兩大部分。第一部分包含基礎(chǔ)知識(shí)、單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和時(shí)序、指令系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)和定時(shí)/計(jì)數(shù)器。第二部分包含存儲(chǔ)器的擴(kuò)展技術(shù)、I/O接口的擴(kuò)展技術(shù)、串行通信技術(shù)、I/O設(shè)備接口技術(shù)和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其中第一部分的教授是非常關(guān)鍵的。學(xué)生能否學(xué)會(huì)單片機(jī)，能否對(duì)這門(mén)學(xué)科產(chǎn)生興趣，就是看對(duì)這一部分的學(xué)習(xí)效果。所以，教師在這一階段的教授方法非常的重要。

三、教學(xué)方法和手段

（一）樹(shù)立信心和培養(yǎng)興趣。首先，必須要樹(shù)立學(xué)生學(xué)好單片機(jī)的信心和誘發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。實(shí)物的展示和圖片的展示會(huì)是一個(gè)很好的方法。學(xué)生了解到單片機(jī)的作用，能讓學(xué)生知道學(xué)習(xí)這門(mén)功課的意義。看到單片機(jī)實(shí)物或單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的圖解能夠讓學(xué)生知道自己學(xué)習(xí)對(duì)象的真正模樣，認(rèn)識(shí)上形成一個(gè)初期的感性輪廓。帶學(xué)生參觀一個(gè)由單片機(jī)控制的工程實(shí)體，加深學(xué)生對(duì)單片機(jī)功能的認(rèn)識(shí)。還可以用做游戲的方式編寫(xiě)一段短小有趣的程序并演示出來(lái)，給學(xué)生灌輸一種學(xué)習(xí)單片機(jī)其實(shí)非常“好玩”的觀念。通過(guò)上述方法，將學(xué)生引入到單片機(jī)學(xué)習(xí)的殿堂中去。

（二）授課過(guò)程中要理論和實(shí)踐相結(jié)合。接下來(lái)，就是對(duì)具體知識(shí)的傳授。板書(shū)+口述的方法已經(jīng)過(guò)時(shí)，而且教學(xué)效果不好。單片機(jī)的學(xué)習(xí)過(guò)程勢(shì)必要分配好理論課和實(shí)驗(yàn)課課時(shí)。但同時(shí)也要避免理論、實(shí)驗(yàn)課程扎堆、脫節(jié)。如果一味的先學(xué)完所有理論課再上實(shí)驗(yàn)課，即使實(shí)驗(yàn)課時(shí)較多，學(xué)習(xí)效果也一定不會(huì)好。所以在教授的過(guò)程中理論和實(shí)驗(yàn)要交錯(cuò)進(jìn)行。在第一階段授課過(guò)程中，基礎(chǔ)知識(shí)和單片機(jī)的結(jié)構(gòu)是重點(diǎn)，這兩方面因其內(nèi)容的特點(diǎn)，驗(yàn)證性不強(qiáng)，內(nèi)容偏向于記憶，所以在授課時(shí)，應(yīng)充分利用多媒體課件，最好引入動(dòng)畫(huà)效果來(lái)進(jìn)行演示。如：關(guān)于堆棧的使用這一知識(shí)點(diǎn)，在講解運(yùn)用PUSH （入棧指令）、POP（出棧指令）和SP指針的變化時(shí)，如果能夠?qū)?shù)據(jù)的變化用動(dòng)畫(huà)的效果演示出來(lái)，學(xué)生將更容易理解和接收。如果說(shuō)基礎(chǔ)知識(shí)和單片機(jī)的結(jié)構(gòu)是重點(diǎn)，單片機(jī)的指令系統(tǒng)則是重中之重。單片機(jī)的功能主要是進(jìn)行控制，而要實(shí)現(xiàn)控制功能則要通過(guò)程序的設(shè)計(jì)，而設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)就是對(duì)指令系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。所以指令系統(tǒng)的教授過(guò)程是最能體現(xiàn)單片機(jī)課程先進(jìn)教授方法的過(guò)程。也是理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的重點(diǎn)部分。在這一內(nèi)容的教授過(guò)程中，根據(jù)所具備的教學(xué)條件的不同，可按以下三種方法達(dá)到理論和實(shí)踐相結(jié)合的目的。

（1）使用單片機(jī)仿真軟件。現(xiàn)在比較流行的是keil和偉福軟件。使用這兩種軟件的軟件模擬仿真功能，可以在windows環(huán)境下編輯、編譯、下載、調(diào)試程序。大多的指令系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)就可以在這兩種軟件下完成。例如：

體會(huì)“MOV Rn，direct”指令的功能和用法。

ORG 1000H；

MOV 30H，#19H；將立即數(shù)19H送入內(nèi)部RAM的30H單元中

MOV R0，30H；30H 單元中的內(nèi)容送R0

MOV A，R0；R0的內(nèi)容送累加器A

RET；返回主程序

執(zhí)行結(jié)果：A的內(nèi)容是19H

模擬運(yùn)行后，查看累加器A的內(nèi)容就能看到“19H”。通過(guò)對(duì)這兩種軟件的使用，學(xué)生就能在課后利用一臺(tái)電腦對(duì)所學(xué)的指令知識(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。從而將所學(xué)知識(shí)點(diǎn)及時(shí)鞏固和消化。

（2）使用keil軟件和Proteus聯(lián)調(diào)教學(xué)。充分利用這兩個(gè)軟件，就可以做到只要一臺(tái) PC 機(jī)就能進(jìn)行單片機(jī)的教學(xué)，等同于建立了一個(gè)虛擬單片機(jī)實(shí)訓(xùn)室。在進(jìn)行聯(lián)調(diào)教學(xué)前需要將這兩款軟件關(guān)聯(lián)起來(lái)。首先，按默認(rèn)的路徑安裝好軟件。安裝完畢，把C：＼Program Files＼Labcenter Electronics＼Proteus 6 Profession

al＼MODELS＼目錄下的 VDM51.dll文件復(fù)制到 C：＼Keil＼C51＼BIN文件夾下。用記事本打開(kāi)Keil 根目錄下的 TOOLS.INI 文件，在[C51] 欄目下加入 TDRV3=BIN＼VDM51.DLL （“Proteus VSM

Monitor-51 Driver”）。 接著，設(shè)置keil軟件，把“C：＼Program

Files＼Labcenter Electronics＼Proteus 6 Professional＼SAMPLES”的

“8051 LCD Driver”文件夾復(fù)制到新建的Proteus文件夾下。運(yùn)行keil程序，在“8051 LCD Driver”文件夾下建立一個(gè)新的名為

8051 LCD Driver工程。單片機(jī)的型號(hào)選擇AT89C52，把

LCDDEMO 文件加到“Source Group 1”組里。點(diǎn)擊工具欄的

“option for target”按鈕，在出現(xiàn)的對(duì)話框里點(diǎn)擊“Debug”，在右欄上部的下拉菜單里選中“ Proteus VSM Monitor-51 Driver”，還要點(diǎn)擊一下Use前面的小圓點(diǎn)。再點(diǎn)擊"Setting"設(shè)置通信接口，在Host后面添上“127.0.0.1”，如果用的不是同一臺(tái)電腦，在這里添上另一臺(tái)電腦的IP地址（另一臺(tái)電腦安裝Proteus）。 在

Port后面添上“8000”。點(diǎn)擊“OK”按鈕即可。把工程編譯一下。最后設(shè)置Proteus。運(yùn)行Proteus的ISIS，鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊菜單

“DEBUG”，選中“use romote debuger monitor”。點(diǎn)擊菜單“File”，再點(diǎn)擊“Load Design”，導(dǎo)入“8051 LCD Driver”文件夾下的

LCDDEMO.design文件。以上操作既可以將兩個(gè)軟件關(guān)聯(lián)起來(lái)。再通過(guò)多媒體設(shè)備，在上理論課的時(shí)候就能在課堂上使學(xué)生能清楚地看到由Proteus模擬出來(lái)的硬件系統(tǒng)，通過(guò)keil 軟件運(yùn)行程序后，控制的效果就能夠很清楚的展現(xiàn)在學(xué)生面前。課后，學(xué)生也可以在自己的電腦上進(jìn)行聯(lián)調(diào)，通過(guò)模擬硬件和軟件的結(jié)合，使學(xué)生更生動(dòng)的看到自己編寫(xiě)程序的控制效果，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率。這種方式我們可以稱(chēng)其為虛擬實(shí)驗(yàn)室的的教學(xué)方式，它的硬件投入非常小，只需要一臺(tái)計(jì)算機(jī)。

（3）使用先進(jìn)的教學(xué)儀器——實(shí)驗(yàn)臺(tái)（硬件模擬）。如天煌科技開(kāi)發(fā)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的實(shí)驗(yàn)板集成了很多的硬件功能模塊：如8位LED、漢字顯示屏、點(diǎn)陣顯示器、數(shù)碼管、鍵盤(pán)等。在實(shí)驗(yàn)課時(shí)，學(xué)生可利用配套的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)來(lái)完成各種實(shí)驗(yàn)。

（三）實(shí)驗(yàn)課上需要注意的地方。上文闡述的三種方式重在說(shuō)明在不同的教學(xué)條件下不同的實(shí)踐的方法。但并不是說(shuō)有了方法就能有好的教學(xué)效果。在實(shí)踐過(guò)程中，作為教師要合理地引導(dǎo)學(xué)生，不能好高騖遠(yuǎn)，應(yīng)遵循從易到難，慢慢推進(jìn)的原則。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要注意以下幾點(diǎn)：（1）不能讓學(xué)生完全按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因?yàn)閷W(xué)生一般根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)上的實(shí)驗(yàn)原理、流程圖和硬件連線在實(shí)驗(yàn)箱上來(lái)完成實(shí)驗(yàn)，動(dòng)手和思考的機(jī)會(huì)很少。這就造成一方面學(xué)生缺乏對(duì)硬件的認(rèn)識(shí)，另一方面不利于學(xué)生在動(dòng)手能力以及綜合應(yīng)用能力方面的培養(yǎng)。（2）要因材施教。學(xué)生對(duì)單片機(jī)課程掌握和理解的深度不同，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解程度也不同。單純地讓學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)所布置的內(nèi)容完成實(shí)驗(yàn)，不能很好地提高不同層次學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力。此時(shí)，應(yīng)采取分層次教學(xué)，即將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)及設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)3種實(shí)驗(yàn)層次體系。基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)主要是完成指導(dǎo)書(shū)上給定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。綜合性實(shí)驗(yàn)要求每個(gè)學(xué)生完成具有一定難度的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生開(kāi)發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)完成的不同情況給出不同的成績(jī)，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的熱情和興趣。（3）開(kāi)放思想。要引導(dǎo)學(xué)生充分發(fā)揮自己的想象力，將自己的想法用程序表達(dá)出來(lái)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)備把控制效果顯示出來(lái)。這樣能使學(xué)生在整個(gè)過(guò)程中獨(dú)立起來(lái)，自己思考自己動(dòng)手，把實(shí)驗(yàn)當(dāng)成娛樂(lè)，以更大的熱情來(lái)投入學(xué)習(xí)。

四、結(jié)束語(yǔ)

單片機(jī)的教學(xué)應(yīng)突出教學(xué)的自主性、開(kāi)放性和創(chuàng)新性。建立以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，以層次化、模塊化、全面開(kāi)放的新的教學(xué)模式。單片機(jī)的教學(xué)要注重理論和實(shí)踐的結(jié)合。理論課時(shí)和實(shí)驗(yàn)課時(shí)要合理搭配。學(xué)好理論的同時(shí)，利用Proteus、keil等軟件或利用實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行軟件模擬實(shí)驗(yàn)和硬件模擬實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中按照理論學(xué)習(xí)的進(jìn)度從易到難，按學(xué)生知識(shí)掌握程度的不同，分層次教學(xué)，才能取得良好的教學(xué)效果，提高學(xué)生對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)興趣和綜合能力。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，還要不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，以適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曹克澄主編 單片機(jī)原理及應(yīng)用 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009年。

[2] aoe Keil C51 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 uVision2 安裝與使用教程.中國(guó)電子網(wǎng)

[3] 施國(guó)英，等.單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)改革[J].中國(guó)電力教育，2009（4）：124-125

[4] 毛玉蓉.Proteus在單片機(jī)原理及應(yīng)用教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2009，7（4）：48-49