基于PROTEUS的單片機(jī)教學(xué)改革與學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)

楊坤漓

摘 要：圍繞“基于PROTEUS的單片機(jī)技術(shù)與實(shí)踐”課程特點(diǎn)開展教學(xué)改革，以PROTEUS仿真為教學(xué)載體，采用項(xiàng)目化教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力為指導(dǎo)思想貫穿整個(gè)教學(xué)過程，快速提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；實(shí)踐能力；PROTEUS仿真；動(dòng)手操作

單片機(jī)課程是強(qiáng)調(diào)高技能型人才培養(yǎng)的高等院校中一門重要的專業(yè)課，旨在為從事電子產(chǎn)品、智能儀器儀表、工業(yè)測控、機(jī)電產(chǎn)品的生產(chǎn)與開發(fā)的企業(yè)培養(yǎng)熟練掌握單片機(jī)技術(shù)，并能開發(fā)、應(yīng)用和維護(hù)管理這些智能化產(chǎn)品的實(shí)踐型人才，在培養(yǎng)高級(jí)工程技術(shù)人才、應(yīng)用型人才的過程中起著至關(guān)重要的作用。但是，由于該課程知識(shí)面廣、邏輯性強(qiáng)，強(qiáng)調(diào)實(shí)際動(dòng)手操作，不僅存在教師難教的問題，同時(shí)三本院校學(xué)生普遍基礎(chǔ)知識(shí)薄弱，學(xué)習(xí)缺乏自主性、主動(dòng)性，因此教學(xué)效果不理想。為了解決此問題，本文從教學(xué)內(nèi)容出發(fā)，以提高教學(xué)效果、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力為目標(biāo)，從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法兩方面進(jìn)行了改革探索，實(shí)現(xiàn)“講、練、做”的統(tǒng)一。

一、課程改革與創(chuàng)新

1.教學(xué)內(nèi)容改革

在教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐教學(xué)體系上，體現(xiàn)應(yīng)用型技術(shù)院校的特色，堅(jiān)持“實(shí)用為主，夠用為度”的原則，以提高學(xué)生的實(shí)踐能力和應(yīng)用能力為指導(dǎo)，重新構(gòu)建課程內(nèi)容體系。在講解一個(gè)新的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，強(qiáng)調(diào)以實(shí)際應(yīng)用引入理論體系為主。“基于Proteus的單片機(jī)技術(shù)與實(shí)踐”課程內(nèi)容和要求如下所示。

（1）用Proteus仿真軟件繪制單片機(jī)最小系統(tǒng)（10課時(shí)）

知識(shí)要求：通過對(duì)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路的繪制，掌握使用Proteus仿真軟件繪制電路的步驟，并學(xué)會(huì)與Keil uVision2仿真軟件的聯(lián)機(jī)，運(yùn)行程序觀察仿真結(jié)果。

技能要求：掌握利用Proteus仿真軟件繪制硬件電路、仿真觀察結(jié)果的技能；掌握利用Keil uVision2仿真軟件編輯、編譯源程序的技能；能設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路、復(fù)位電路；能通過測量復(fù)位引腳電壓來檢測復(fù)位電路工作是否正常；并能熟練進(jìn)行數(shù)制之間的數(shù)值轉(zhuǎn)換。

（2）流水燈的設(shè)計(jì)與制作（6課時(shí)）

知識(shí)要求：了解51單片機(jī)存儲(chǔ)空間的配置；熟悉51單片機(jī)I/O端口的結(jié)構(gòu)及工作原理；了解51單片機(jī)的引腳功能。

技能要求：能將I/O端口輸出高（低）電平；能從I/O端口上讀入數(shù)據(jù)到單片機(jī)；會(huì)編寫程序?qū)崿F(xiàn)流水燈功能。

（3）單片機(jī)顯示系統(tǒng)（8課時(shí)）

知識(shí)要求：掌握數(shù)字、字符轉(zhuǎn)換成顯示段碼的方法；掌握動(dòng)態(tài)（靜態(tài)）顯示的原理及程序編寫。

技能要求：能進(jìn)行程序編寫；能在4位數(shù)碼管上從左至右顯示數(shù)字1～4（動(dòng)態(tài)）；在數(shù)碼管上循環(huán)顯示數(shù)字0～9（靜態(tài)）。

（4）電子時(shí)鐘（14課時(shí)）

知識(shí)要求：掌握定時(shí)器的使用和編程方法；掌握中斷處理程序的編程方法。

技能要求：會(huì)設(shè)計(jì)LED數(shù)碼管與單片機(jī)的接口電路；能編寫程序由左向右分別顯示時(shí)、分、秒。

（5）查詢式鍵盤（10課時(shí)）

知識(shí)要求：掌握查詢式鍵盤的硬件組成和軟件編程方法；掌握鍵盤和顯示器的接口方法和編程方法。

技能要求：能連接按鍵電路；無鍵按下時(shí)，鍵盤輸出全為“1”，發(fā)光二極管全部熄滅；有鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)發(fā)光二極管點(diǎn)亮。

（6）溫度過程控制（14課時(shí)）

知識(shí)要求：熟悉A/D變換原理和編程方法；掌握D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口工作原理和編程方法。

技能要求：能設(shè)計(jì)A/D、D/A轉(zhuǎn)換電路；能編寫程序?qū)崿F(xiàn)鍵盤掃描和LED顯示原理。

2.教學(xué)方法改革

（1）多媒體結(jié)合板書開展教學(xué)

利用教室多媒體設(shè)備進(jìn)行理論教學(xué)，利用Proteus仿真軟件化抽象為形象，側(cè)重講原理、講應(yīng)用。多媒體教學(xué)信息量大，一節(jié)課能講很多東西，學(xué)生對(duì)一些難的知識(shí)點(diǎn)不能完全掌握，對(duì)一些重要知識(shí)（如源程序代碼的講解），用板書的教學(xué)效果會(huì)更好。最好的方法是先用多媒體講解，對(duì)難點(diǎn)和重點(diǎn)用板書的形式再進(jìn)一步講解。

（2）在實(shí)驗(yàn)室完成理論和實(shí)踐的教學(xué)

單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室有多媒體設(shè)備和實(shí)驗(yàn)設(shè)備。學(xué)生學(xué)完理論知識(shí)后可馬上進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證，也可先進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，讓學(xué)生先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然后再進(jìn)行理論學(xué)習(xí)，這樣就大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

（3）每次上課給學(xué)生一個(gè)任務(wù)

每節(jié)課都給學(xué)生布置一個(gè)任務(wù)，此任務(wù)包含本節(jié)課的重點(diǎn)。如計(jì)算延時(shí)子程序等。

二、典型教學(xué)案例

智能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作項(xiàng)目的主要部分是計(jì)時(shí)和鍵盤/顯示。

要求掌握的知識(shí)點(diǎn)：了解鍵盤的接口方法；掌握定時(shí)/計(jì)數(shù)器的使用、外部中斷、LED顯示及相關(guān)程序設(shè)計(jì)。

要求掌握的技能有：能連接按鍵電路，能實(shí)現(xiàn)時(shí)間顯示、調(diào)整、鬧鐘設(shè)置/啟動(dòng)/停鬧功能。

利用51內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器進(jìn)行中斷定時(shí)，配合軟件延時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)。該方案節(jié)省硬件成本，且能使學(xué)生在定時(shí)/計(jì)數(shù)器的使用、中斷及程序設(shè)計(jì)方面得到鍛煉與提高，因此本項(xiàng)目將采用軟件方法實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)。

智能數(shù)字鐘教學(xué)案例：

1.教學(xué)任務(wù)

完成智能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作。

2.教學(xué)目標(biāo)

最終目標(biāo)：掌握定時(shí)/計(jì)數(shù)器的使用、外部中斷、LED顯示及相關(guān)程序的設(shè)計(jì)。

促成目標(biāo)：（1）自動(dòng)計(jì)時(shí)，由6位LED顯示器顯示時(shí)、分、秒；（2）具備校準(zhǔn)功能，可以直接由0～9數(shù)字鍵設(shè)置當(dāng)前時(shí)間；（3）具備定時(shí)起鬧功能；（4）一天時(shí)差不超過1秒鐘。

3.教學(xué)準(zhǔn)備

（1）電腦、仿真器、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱、Proteus、Keil uVision2仿真軟件。

（2）教學(xué)PPT、教案、教材、項(xiàng)目指導(dǎo)書、任務(wù)書等。

（3）將一個(gè)班的學(xué)生分為若干小組，每組3人，分工合作完成。

4.教學(xué)課時(shí)數(shù)

8課時(shí)。

5.教學(xué)過程

（1）收集信息（1課時(shí)）

下發(fā)任務(wù)書，描述項(xiàng)目完成目標(biāo)，發(fā)放相關(guān)學(xué)習(xí)資料，教師作20分鐘輔導(dǎo)。

（2）制訂計(jì)劃（3課時(shí)）

每小組學(xué)生分工：原理圖的繪制；程序編寫；調(diào)試運(yùn)行。

（3）實(shí)施計(jì)劃（2課時(shí)）

小組間討論如何保證具備定時(shí)起鬧功能，并編寫程序。

（4）檢查（2課時(shí)）

完成原理圖的繪制之后，加載程序進(jìn)行軟件仿真，然后再連接硬件電路通過實(shí)驗(yàn)箱再次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)學(xué)生完成情況及仿真結(jié)果，教師檢查評(píng)分。

筆者近幾年通過這種教學(xué)模式，使學(xué)生利用Proteus仿真軟件對(duì)傳統(tǒng)51單片機(jī)的理論和實(shí)踐的掌握理解程度大幅提高，摒棄了傳統(tǒng)的先理論后實(shí)踐的教學(xué)模式，并使學(xué)生具備一定的單片機(jī)電子產(chǎn)品的開發(fā)、維護(hù)能力。

參考文獻(xiàn)：

張毅剛，胡瑞強(qiáng).基于Proteus的單片機(jī)課程的教學(xué)改革與實(shí)踐能力培養(yǎng)[J].教育教學(xué)論壇，2012（5）.

編輯 趙飛飛