基于Flowcode的微控制器實(shí)踐教學(xué)研究

武岳龍，王冠軍

（西安交通工程學(xué)院 陜西 西安 710300）

1 微控制器實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

微控制器作為通信、自動(dòng)化、電氣等專業(yè)開(kāi)設(shè)的一門課程，長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)大多數(shù)同學(xué)都還沒(méi)有進(jìn)入編程的大門，不能完全靈活地掌握和調(diào)試程序。即便許多老師在教學(xué)的方式，方法和教學(xué)理念上都下了很大的功夫去改進(jìn)教學(xué)，有時(shí)候收到的效果卻是微乎其微的。課程本身的性質(zhì)是很大一部分原因。有很多以難理解且不好被掌握的概念，并且涉獵知識(shí)面廣，包括電路的知識(shí)，編程的知識(shí)等。面對(duì)種種的困難很多同學(xué)選擇了放棄，僅僅是仿照課本完成一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)和對(duì)滿足于考試的合格，并沒(méi)有完全達(dá)到教學(xué)目的和要求，不能靈活的運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去解決生活中出現(xiàn)的一些問(wèn)題。總結(jié)整理的一下幾點(diǎn)問(wèn)題。

1.1 教學(xué)理論枯燥和抽象

目前在微控制器教學(xué)的課程中，其中理論課程占據(jù)了絕大多數(shù)的課時(shí)，包括了主要的微控制器的系統(tǒng)外圍電路，匯編指令系統(tǒng)，統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及編程軟件的應(yīng)用等內(nèi)容。這些東西抽象，枯燥又難以掌握理解，影響學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情，時(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)使學(xué)生們產(chǎn)生恐懼感。

1.2 實(shí)踐教學(xué)缺乏創(chuàng)新和啟發(fā)

微控制器的實(shí)驗(yàn)課程目前都是由若干個(gè)實(shí)驗(yàn)組成，其中存在諸多問(wèn)題。

例如，目前在絕大多數(shù)院校都是采用固定電路實(shí)驗(yàn)箱的教學(xué)。首先，是由學(xué)生按照固定的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)指書(shū)提供程序范例。其次，在通過(guò)軟件的編程將編程好文件編譯。最后，在下載至已經(jīng)搭接好、調(diào)試好硬件的電路實(shí)驗(yàn)箱中進(jìn)行驗(yàn)證。

1.3 課程之間聯(lián)系不緊密

微控制器的課程是一門有著廣泛聯(lián)系的課程，不僅僅涉及有本課程的知識(shí)，還有數(shù)電、模電、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)等課程之間有著緊密的聯(lián)系。但大多數(shù)高校的微控制器課程教學(xué)并未與其他課程緊密聯(lián)系在一起來(lái)，就造成了課程之間的不連貫，不銜接的現(xiàn)象發(fā)生。

1.4 教學(xué)方式方法單一

目前在很多院校當(dāng)中，教學(xué)方式方法單一，即便在授課中使用多媒體等教學(xué)方法手段，也很難達(dá)到相應(yīng)的教學(xué)效果。僅僅利用多媒體投影PPT教學(xué)文件，不利于學(xué)生對(duì)于知識(shí)的掌握和理解。

2 Flowcode平臺(tái)介紹

英國(guó)Matrixmultimedia公司是一家成立于2003年的高科技公司。由其研發(fā)的“Flowcode”（流碼）平臺(tái)，是基于計(jì)算機(jī)仿真與嵌入式系統(tǒng)編程的新型軟件平臺(tái)。目前該平臺(tái)支持PIC， AVR和ARM三類單片機(jī)。編寫(xiě)程序就像畫(huà)出流程圖那樣簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)稱“流碼”，可以直接流程圖仿真，學(xué)生非常容易上手。程序被編譯成C語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言，熟悉其他編程語(yǔ)言的工程師可以方便的進(jìn)行后期維護(hù)，且可生成hex文件，直接燒錄到芯片中。并且芯片的移植也非常簡(jiǎn)單，更換需要的芯片就可以了，而且流程圖幾乎不動(dòng)。目前在Flowcode該平臺(tái)當(dāng)中編寫(xiě)的流碼可以很方便的嵌入C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言，這樣極大地方便了二次開(kāi)發(fā)利用，該平臺(tái)還具備了強(qiáng)大的仿真功能，多達(dá)近百種的各種各類配套的仿真開(kāi)發(fā)板，方便學(xué)習(xí)。

3 基于Flowcode實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路

3.1 硬件選擇

微控制器的應(yīng)用給生產(chǎn)和生活的很多方面帶來(lái)方便，結(jié)合實(shí)際案例，在Flowcode軟件為核心的使用PIC系列的單片機(jī)，PIC單片機(jī)是一種在芯片內(nèi)部已經(jīng)預(yù)先集成了所有必需的外圍設(shè)備的一種可編程集成電路。

其中最大的特點(diǎn)就是采用了RISC結(jié)構(gòu)的嵌入式控制器，具備了電壓低、速度快、較強(qiáng)的LCD驅(qū)動(dòng)能力、功耗小和低價(jià)位OTP(一次性編程)技術(shù)等優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。是未來(lái)微控制器的發(fā)展趨勢(shì)。

3.2 實(shí)驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)

該實(shí)驗(yàn)利用了PIC16F877微控制器作為硬件基礎(chǔ)，以Flowcode軟件作為編程工具。該硬件包括了PIC單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、編程電路、電源電路、LED顯示電路，端口擴(kuò)展電路，A/D與D/A接口電路等。之所以采用這種模塊化的設(shè)計(jì)是因?yàn)椋纯蛇M(jìn)行單個(gè)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，也可進(jìn)行多個(gè)模塊的組合使用。從而使學(xué)生和相關(guān)技術(shù)人員的解決實(shí)際問(wèn)題的能力得到進(jìn)一步的提升。

開(kāi)發(fā)者不需要很高的編程基礎(chǔ)，傻瓜式的拖拽。將相應(yīng)的模塊按照一定的邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，時(shí)時(shí)進(jìn)行仿真。這樣不僅僅可以提高編程正確率，也為開(kāi)發(fā)者縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間。

首先根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，通過(guò)拖拽在工具欄上的圖標(biāo)構(gòu)建程序的流程圖，其中圖標(biāo)包括了輸入、輸出、開(kāi)關(guān)、字符串、決策、延時(shí)處理等標(biāo)識(shí)符。在流程圖構(gòu)建的過(guò)程當(dāng)中，還可以給程序添加組件，如公共模塊、輸入模塊、輸出模塊、外圍設(shè)備、無(wú)線模塊等。程序添加了相應(yīng)的元件宏，分別為L(zhǎng)CD組件宏、EEPRM組件宏、DC組件宏，宏里面有大量打包好的代碼，可以直接調(diào)用，為設(shè)計(jì)帶來(lái)極大的方便。

4 結(jié)語(yǔ)

微控制器課程應(yīng)該更加注重學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)，不斷提高和發(fā)展學(xué)生自主解決實(shí)際問(wèn)題的能力。基于Flowcode軟件的單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)方案可以幫助同學(xué)解決編程的困難，更好的輔助教學(xué)，促使學(xué)習(xí)者從理論到實(shí)踐的過(guò)度，快速地進(jìn)入微控制器實(shí)際運(yùn)用中去。

[1]蘆宇翔，蔡志遠(yuǎn).Flowcode軟件平臺(tái)的PIC單片機(jī)編程方法的研究[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2015，(12)：12-14.

[2]陳永昕.基于Flowcode平臺(tái)的單片機(jī)技術(shù)與應(yīng)用課程教學(xué)內(nèi)容改革[J].科研課題，2017，（2月下）：18-19.