基于Proteus+實訓板的單片機一體化教學改革

[摘 要] 針對當前單片機教學中“學生難學，老師難教”的問題，提出了基于Proteus+實訓板的單片機一體化教學模式，通過典型項目分析、硬件電路設計、程序編寫、仿真調試使學生了解項目開發的整個過程，熟練掌握硬件電路的設計和程序的編寫，經過教學實踐證明，改革后的教學模式激發了學生的學習興趣，提高了學生的學習積極性，改善了教學效果。

[關 鍵 詞] 單片機；Proteus；工作任務

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）32-0162-02

一、單片機教學現狀

單片機是職業教育機電類課程體系中非常重要的專業課，目前的單片機教學模式主要有兩種：一種是多數學校采用的以實訓臺或實驗箱為主的教學，第二種是以實訓板為載體的教學，拋開教學成本，這兩種模式的主要教學過程是：第一階段，老師講解單片機硬件結構；第二階段，老師講解匯編或C語言的語法；第三階段，老師講解實例；第四階段，學生上機編程練習，進行驗證實驗。

不難發現這兩種教學模式都是把學生的編程練習放在了最后，前三個階段晦澀難懂的硬件結構、枯燥無味的語法學習已經使部分學生失去了學習單片機的興趣，使實訓課變成了“少數人編寫程序，全班學生拷貝使用”的尷尬局面，這種依賴固有硬件的單片機教學，只是讓學生進行驗證性的實驗，忽視了學生對于硬件電路的理解，造就了一批只會編程、不懂硬件電路的學生，與企業中單片機的實際開發脫節，最終形成“公司難招人、學生難找專業對口工作”的兩難局面。

二、單片機課程教學問題解決方案

單片機該門課程既有較強的理論性，又有很強的實踐性，要掌握單片機開發技術不僅需要掌握程序編寫，還需要針對具體的應用選擇單片機型號和設計外圍硬件電路，為此本文提出了基于Proteus+實訓板的單片機一體化教學模式，在具體的項目應用實施過程中介紹開發軟件Keil和Proteus的使用、基本知識、硬件電路分析及程序設計思路，實現了邊做項目、邊畫圖和邊學C語言，做到了知識應用與實踐操作的有機結合，擺脫了以往先學語法后編程練習的枯燥無味，使學生越學越有興趣。

三、基于Proteus+實訓板的單片機一體化教學模式的實施

（一）精心設計教學任務

項目任務作為一體化教學實施方案的載體，具有十分重要的意義，項目任務符不符合教學實際，對于一體化教學的開展起著至關重要的作用。

單片機教學以MCS-51單片機開發應用為主線，遵循由易到難、循序漸進的原則，選取了單片機的八個典型應用，如下表所示，前四個項目內容簡單，主要介紹單片機開發過程中所用到的基本知識和編程思路，包括開發軟件的使用、廣告燈的設計、數碼管的應用、中斷原理，項目五至項目八應用性、綜合性較強，主要包括A/D轉換、點陣電路、溫度計、計算器的設計與制作。

典型項目介紹

（二）典型項目教學過程

1.項目引入

夜晚，各類廣場到處都是變幻萬千的彩燈，多數彩燈由單片機控制LED實現不同花樣。在本項目中將通過完成“廣告燈的設計與制作”任務來學習相關知識。

2.項目描述及任務分解

單片機P1接8個LED，由單片機控制LED亮滅，實現變幻效果，為此把本項目分解成以下兩個任務：

任務一：硬件電路制作。

任務二：廣告燈花樣顯示。

3.任務一的實施——硬件電路制作

（1）元件清單

完成硬件電路制作，所需主要元件：單片機（AT89C51）、晶振（12MHZ）、瓷片電容（30pF）、電解電容（22uF）、限流電阻（470Ω）、LED（Φ5）和PCB。

（2）電路板制作

按照原理圖將元件進行焊接，需注意以下幾點：

①元件插裝和焊接的順序是先低后高、先小后大、布局合理、美觀。

②有極性的元件按照極性來安裝，如電解電容，二極管。

③焊點要求光亮、無毛刺、無虛焊、機械強度足夠。

（3）電路板檢查

通電之前，首先用萬用表檢查是否存在短路。通電檢查，不插入芯片檢查電源腳電壓是否為+5V，接地腳電壓是否為0V。

4.任務二的實施——廣告燈花樣顯示

任務要求：LED相隔1秒閃爍

（1）仿真電路設計

打開Proteus ISIS 編輯環境，添加元件，按上圖所示原理圖連接電路，并修改元件參數。

（2）程序設計

#include//調用頭文件

delay（int x）//定義延時函數

{int i，j ； //定義整型變量

for（i=0；i

for（j=0；j<120；j++）；}

main（ ）//主函數

{while（1）

{P1=0x00，delay（1000）；//全亮1S

P1=0xff，delay（1000）；}//全滅1S}

（3）仿真與調試運行

步驟一：打開Keil uVision4，新建工程，選擇AT89C51作為CPU，新建文件，編寫源程序，編譯C源程序，生成HEX文件。

步驟二：打開“Proteus ISIS”，選擇程序仿真運行，觀察運行結果，有問題反復調試，直到仿真成功。

步驟三：將單片機芯片插入芯座，打開燒錄軟件，將HEX文件寫入單片機。

步驟四：接通電源，觀察系統運行狀態是否符合要求，否則進行調試。

5.相關知識點-I/O

單片機對外部進行控制，或接受外部控制都是通過I/O進行的控制。51系列單片機共有P0、P1、P2、P3四組8位雙向輸入輸出端口。

P0可作I/O用，也可作地址/數據線用。在P0作I/O使用時，需接上拉電阻才有高電平輸出。P1輸出驅動電路中有上拉電阻，無需接上拉電阻，只作通用I/O使用。P2為內部帶上拉電阻的8位準雙向I/O，在訪問外部程序存儲器時，作為高8位地址總線，與P0組成16位地址總線。P3為內部帶上拉電阻的8位準雙向I/O，P3除作為I/O使用之外，引腳的第二功能更為重要。

6.項目評價

項目完成后，根據項目評價表，從學生的操作技能、電路制作工藝、安全文明操作和學習態度四個方面，分別由學生本人、項目小組和教師對學生在項目實施過程的表現打分，進行項目評價，綜合考核學生的實操技能與職業素養表現。

四、小結

基于Proteus+實訓板的單片機一體化教學模式的改革，以典型項目任務驅動教學，注重知識的應用和軟硬件電路分析動手能力的培養，使學生受到了更為實際、系統的工程項目實踐訓練，提高了教學質量。

參考文獻：

[1]謝健慶，徐勝.單片機技術典型項目教程[M].機械工業出版社，2013.

[2]徐勝.基于AT89C2051的智能講臺控制系統的設計與開發[J].科學時代，2010（3）.

[3]陳安永.工學一體化在機電專業教學中的應用[J].職業，2014（11）.

[4]徐勝，郭龍軍.單片機技術項目式教程[M].北京師范大學出版社，2015.