三本院校單片機(jī)課程教學(xué)新模式的探索

劉秀敏 韓曉燕 張新英

中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院 河南鄭州 450007

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三本院校單片機(jī)課程教學(xué)新模式的探索

劉秀敏 韓曉燕 張新英

中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院 河南鄭州 450007

摘 要：針對(duì)三本院校目前單片機(jī)課程教學(xué)中所存在的問(wèn)題，提出項(xiàng)目式的教學(xué)新模式，同時(shí)把Proteus和Keil C仿真軟件引入到單片機(jī)課程教學(xué)中來(lái)。實(shí)踐證明能鍛煉學(xué)生軟硬件綜合應(yīng)用能力，起到良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；項(xiàng)目式；新模式

作為三本院校，我們注重應(yīng)用技術(shù)型人才的培養(yǎng)。本院學(xué)生歷年來(lái)參加全國(guó)電子大賽，賽題中幾乎每道題都牽涉到單片機(jī)的控制問(wèn)題。而且近幾年單片機(jī)以其體積小、性?xún)r(jià)比高、功能強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)，在工業(yè)控制、通信技術(shù)、智能儀器儀表、家用電器等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。所以單片機(jī)應(yīng)用及接口技術(shù)作為一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，被列為測(cè)控、自動(dòng)化等電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)的重要專(zhuān)業(yè)課。

1 單片機(jī)課程教學(xué)現(xiàn)狀

單片機(jī)應(yīng)用與接口技術(shù)是一門(mén)實(shí)踐性強(qiáng)且較為抽象的課程。對(duì)于這樣一門(mén)課程，教師在課堂教學(xué)過(guò)程中多采用傳統(tǒng)的灌輸式授課模式，目前該課程在本院的教學(xué)現(xiàn)狀歸納有如下幾點(diǎn)：

（1）單片機(jī)課程內(nèi)容多，課時(shí)少，且大多采用課堂理論教學(xué)為主，實(shí)驗(yàn)為輔，缺乏一些生動(dòng)直觀的輔助手段，使學(xué)生覺(jué)得單片機(jī)的學(xué)習(xí)乏味，使得教學(xué)效果不理想。

（2）本院所設(shè)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱是封閉的，做實(shí)驗(yàn)時(shí)只需在外部連接幾根線(xiàn)即可，不能看到內(nèi)部結(jié)構(gòu)、難以理解硬件原理。硬件的固定化，則使得軟件編程部分程序的單一化，只需根據(jù)參考程序，進(jìn)行簡(jiǎn)單修改、調(diào)試后查看結(jié)果即可，多是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生無(wú)法將軟硬件有效的結(jié)合學(xué)習(xí)，從而造成知識(shí)點(diǎn)掌握應(yīng)用情況較差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐的相融合［1］。

（3）本院實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限，使得實(shí)驗(yàn)設(shè)備功能出現(xiàn)閑置；另外隨著電子元件的老化和接觸不良，會(huì)造成實(shí)驗(yàn)箱工作不正常，加上電子設(shè)備更新?lián)Q代較快，也造成了設(shè)備維修的難度。

（4）單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱套數(shù)有限，不能保證人手一套，這樣實(shí)驗(yàn)課對(duì)于有些學(xué)生來(lái)說(shuō)并沒(méi)有起到真正的鍛煉目的，且課外時(shí)間學(xué)生難有機(jī)會(huì)實(shí)踐，這樣限制了學(xué)生動(dòng)手能力的提高［2］。

因此，針對(duì)這些問(wèn)題，本文提出利用Proteus和Keil C連調(diào)進(jìn)行單片機(jī)的軟硬件仿真，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，為三本院校單片機(jī)課程提出新的教學(xué)模式。

2 單片機(jī)課程教學(xué)新模式

2.1 單片機(jī)理論教學(xué)新模式

針對(duì)單片機(jī)課程知識(shí)點(diǎn)較多，學(xué)時(shí)量有限的前提，我們提出項(xiàng)目式的教學(xué)模式，即每章圍繞一個(gè)項(xiàng)目展開(kāi)，結(jié)合本章知識(shí)點(diǎn)構(gòu)思項(xiàng)目實(shí)例［3］，利用Proteus和Keil C設(shè)計(jì)電路和編寫(xiě)程序，通過(guò)仿真實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目功能。讓學(xué)生直觀地看到動(dòng)態(tài)效果，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

為了學(xué)生易于接受，按照知識(shí)點(diǎn)的難易程度，我們將教學(xué)內(nèi)容以時(shí)間先后設(shè)置為L(zhǎng)ED燈閃爍、流水燈、動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示、鍵盤(pán)控制、中斷系統(tǒng)、60s定時(shí)器、串行通信、單片機(jī)接口技術(shù)等8個(gè)項(xiàng)目［4］，每個(gè)項(xiàng)目依據(jù)具體情況分配2～4個(gè)學(xué)時(shí)來(lái)完成。每個(gè)項(xiàng)目所講主要知識(shí)點(diǎn)及學(xué)時(shí)分配見(jiàn)表1。

表1 項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)及學(xué)時(shí)分配

在課堂上教師要先講每個(gè)項(xiàng)目的分析、設(shè)計(jì)和仿真及調(diào)試，基于該項(xiàng)目的延伸靠學(xué)生課后自己去分析、設(shè)計(jì)和仿真。對(duì)項(xiàng)目分析時(shí)我們得把項(xiàng)目涉及的硬件和軟件知識(shí)逐一的講透徹，以便學(xué)生在以后能靈活運(yùn)用。比如遇到有關(guān)的芯片，需要教會(huì)學(xué)生怎么看芯片資料，像時(shí)序圖、引腳說(shuō)明及如何控制這些引腳等。這對(duì)于三本院校電類(lèi)的學(xué)生來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的，只要會(huì)看引腳圖和時(shí)序圖，就知道如何去控制它，那么學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力自然而然就得到提高了。

2.2 單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)新模式

單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一般是對(duì)理論知識(shí)的驗(yàn)證，往往是預(yù)先由教師設(shè)計(jì)好相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)題目，由學(xué)生照本宣科地重復(fù)，完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。這種實(shí)驗(yàn)方法在一定程度上可以幫助學(xué)生熟悉單片機(jī)軟硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境，但不利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和工程應(yīng)用能力，容易造成學(xué)生“眼高手低”，以至于在畢業(yè)設(shè)計(jì)中無(wú)法完成工程實(shí)際應(yīng)用型課題。

較之前實(shí)踐教學(xué)的不足，我們進(jìn)行了實(shí)踐教學(xué)改革。把實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)［5］。基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)主要是讓學(xué)生熟悉單片機(jī)基本知識(shí)，多數(shù)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)主要是實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)只給出實(shí)驗(yàn)任務(wù)書(shū)，學(xué)生必須根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理圖和程序，在Proteus仿真軟件里進(jìn)行調(diào)試仿真，鼓勵(lì)學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。綜合性實(shí)驗(yàn)一般安排在課程結(jié)束后的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行，給學(xué)生一些單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的題目，如電子鐘、溫度計(jì)等，讓學(xué)生任選其一自行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，并做出實(shí)物，鍛煉其動(dòng)手解決實(shí)際問(wèn)題的能力。最后，我們把每個(gè)已完成的題目，從實(shí)驗(yàn)題目的提出，到實(shí)物的完成，把其每步都詳細(xì)的記錄，做成案例，實(shí)現(xiàn)案例教學(xué)，呈現(xiàn)給每位學(xué)生，做到“授之以漁”。

3 基于Proteus和Keil C的教學(xué)實(shí)例應(yīng)用

3.1 Proteus和Keil C軟件介紹

Proteus是英國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析（SPICE）各種模擬器件和集成電路，是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。該軟件支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真；提供軟件調(diào)試功能，同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境［6］，如Keil C51 uVision2等軟件；具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。

Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。它支持眾多不同公司的MCS-51架構(gòu)的芯片，集編輯、編譯、仿真等于一體，同時(shí)Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面，易學(xué)易用，在調(diào)試程序、軟件方面也有很強(qiáng)大的功能。

將Proteus軟件與Keil μVision軟件聯(lián)合使用可以獲得接近全真環(huán)境下的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

3.2 實(shí)踐教學(xué)舉例

以項(xiàng)目5單片機(jī)的中斷系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)為依托，用AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)兩級(jí)中斷嵌套的實(shí)例。

3.2.1 設(shè)計(jì)要求

AT89C51單片機(jī)的P1.6口連接一個(gè)發(fā)光二極管D1，P2口上連接一位共陰極的LED數(shù)碼管，兩個(gè)外部中斷引腳INT0，INT1分別連接兩個(gè)按鍵key1，key2，要求key1優(yōu)先級(jí)為低，key2優(yōu)先級(jí)為高，key1按鍵按壓一次發(fā)光二極管D1閃爍5次，key2按鍵按壓一次數(shù)碼管從0循環(huán)顯示到F。led發(fā)光二極管初始狀態(tài)為滅，數(shù)碼管初始狀態(tài)為黑屏。結(jié)合要求，利用Proteus軟件繪制原理圖，如圖1所示。

圖1 兩級(jí)中斷嵌套實(shí)驗(yàn)原理圖

3.2.2 Keil C軟件編寫(xiě)程序

打開(kāi)Keil uVision2軟件，創(chuàng)建一個(gè)新工程，命名為zdqt，進(jìn)入Select Device for Target ‘Target 1’對(duì)話(huà)框，為工程選擇目標(biāo)CPU，選擇AT89C51，然后新建一個(gè)源文件，命名為zdqt.c，并將該源文件加載到工程zdqt中，最后選擇Project下的options for target ‘Target 1’，打開(kāi)對(duì)話(huà)框，選擇“Output”選項(xiàng)卡，在 “Creat HEX File”選項(xiàng)前打鉤，按“確定”退出，這樣生成的HEX文件就可以被單片機(jī)執(zhí)行了。

在源文件中輸入C語(yǔ)言的源程序，進(jìn)行編譯，效果圖如圖2所示。

圖2 源程序編譯效果圖

3.2.3 Proteus軟件硬件仿真

打開(kāi)在Proteus軟件中已設(shè)計(jì)好的原理圖，雙擊80C51單片機(jī)，單擊program file項(xiàng)后的文件夾，找到zdqt.hex文件，單擊ok，將源程序加載到單片機(jī)中，就可以對(duì)單片機(jī)二級(jí)中斷嵌套系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件相結(jié)合的調(diào)試仿真。當(dāng)按下key1鍵一次產(chǎn)生低優(yōu)先級(jí)的外部中斷1中斷請(qǐng)求信號(hào)，D1燈開(kāi)始亮滅，在外部中斷1服務(wù)子程序未執(zhí)行結(jié)束之前，再按下key2鍵一次，產(chǎn)生高優(yōu)先級(jí)的外部中斷2中斷請(qǐng)求信號(hào)，根據(jù)高優(yōu)先級(jí)的中斷請(qǐng)求可以打斷正在執(zhí)行的低優(yōu)先級(jí)中斷的原則，點(diǎn)亮數(shù)碼管顯示從0到F字符，運(yùn)行效果圖如圖3所示。

圖3 兩級(jí)中斷嵌套實(shí)驗(yàn)運(yùn)行圖

通過(guò)該設(shè)計(jì)，可以直觀的讓學(xué)生看到中斷的效果以及高優(yōu)先級(jí)與低優(yōu)先級(jí)中斷源的響應(yīng)，加深其對(duì)中斷系統(tǒng)的理解。

4 教學(xué)新模式效果

該教學(xué)新模式經(jīng)過(guò)在本院一學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐，效果良好。歸納下來(lái)有以下幾點(diǎn)：

（1）課堂上改變了傳統(tǒng)的灌輸式教育，而是先講知識(shí)點(diǎn)，再仿真演示，讓學(xué)生直觀地看到知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用成果，無(wú)形中調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性；

（2）程序調(diào)試和驗(yàn)證不再局限在實(shí)驗(yàn)室里，學(xué)生電腦上只要有Proteus和Keil兩款軟件隨時(shí)隨地都可完成，使學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)更加靈活便利；

（3）克服了實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目固定的缺陷，這樣能夠讓學(xué)生最大程度的發(fā)揮自主學(xué)習(xí)興趣。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出項(xiàng)目式的教學(xué)模式，同時(shí)把Proteus和Keil仿真軟件引入到單片機(jī)課程教學(xué)中來(lái)，能夠很好地將理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作完美地結(jié)合在一起，讓學(xué)生在趣味性強(qiáng)的仿真演示中掌握單片機(jī)系統(tǒng)的原理及應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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［5］李美蓮.對(duì)三本院校單片機(jī)教學(xué)改革的探討［J］.赤峰學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2013（18）:200-201.

［6］殷士勇. Keil和Proteus在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2009，26（6）:567-570.

Exploration on the New Mode of SCM Course for Independent College

Liu Xiumin， Han Xiaoyan， Zhang Xinying
College of Information & Business， Zhongyuan University of Technology， Zhengzhou， 450007， China

Abstract:In view of the existed problems in the course teaching of single chip microcomputer at the independent college，this paper proposes a new mode of project-based teaching，and introduces the Proteus and Keil C simulation software to the teaching of SCM. It is proved that it can exercise the students' comprehensive ability of soft and hardware， and can have good teaching effects.

Key words:single chip microcomputer； project-based； new mode

收稿日期：2015-11-16

作者簡(jiǎn)介：劉秀敏，碩士，講師。韓曉燕，碩士，講師。