基于Proteus和WAVE軟件開展單片機項目教學法的探討

藍峰偉

[摘 要] 項目教學法是以項目為主線、教師為主導、學生為主體的一種教學方法，是以培養學生“探研性”學習能力為目標的一種教學方法。它能讓學生在完成某一項目的過程中，把老師設計、安排進去的一些知識掌握好，運用好。探討了利用Proteus和WAVE兩套應用軟件，開展單片機項目教學法的可行性及其優越性。

[關 鍵 詞] Proteus；WAVE；單片機；項目教學法

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）11-0176-02

單片機是一門理論性、操作性和綜合性都比較強的專業課程。其包含兩大類知識：一是單片機的軟件知識；二是單片機的硬件知識。它們是既有區別，又相互關聯的一個整體。如何把他們的有機聯系在教學中體現出來是上好該課程的關鍵。如果把單片機的指令系統和硬件系統按照教材的編排順序一一進行講解，往往會出現講到后面的內容時，學生把前面的內容忘了。這樣必然導致學生的興趣不濃，效果不理想。

在單片機教學中引入項目式教學法則能較好地化解這一困難。項目教學法起源于20世紀90年代初，其特點是把整個學習過程分解為一個個具體的工程或事件，設計出一個個項目教學方案，按行動回路設計教學思路，不僅傳授給學生理論知識和操作技能，更重要的是培養他們的職業能力，這里的能力已不僅是知識能力或者專業能力，而涵蓋了如何解決問題的能力，包括方法能力、接納新知識的學習能力以及與人協作和進行項目運作的能力。如果我們以項目為主線、教師為主導、學生為主體，就能把所要講授的“軟件”和“硬件”知識分解到幾個項目中去，使學生通過相應的項目訓練慢慢地把相關的知識掌握好。要在單片機教學中開展項目式教學法，以下幾點是必需要細致考慮的。

一、挑選必需的工具

前面講到，單片機是一門“軟”“硬”兼并的課程。其中的“硬件工具”顯得尤為關鍵。如果采用實物工具，當我們的教學“項目”更改時，“硬件”系統的元器件供給難以保證；當元器件供給沒問題時，學生也許會把課堂中的大部分時間花在單片機“硬件”系統的正確連接上。這樣一來就會影響教學進度，使教學進度變得難以控制。為了避免這種教學中的被動局面，在硬件工具上我引入了仿真工具“Proteus”。Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件，是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具，在單片機愛好者和單片機開發應用的科技工作者中廣為應用，其具有使用簡單、界面清晰逼真和功能強大等特點。比起實物調試，采用Proteus軟件仿真顯得更為靈活方便，“電路”的穩定性與課堂的操控性也更好。

在“軟件工具”方面比較容易解決，市面上針對單片機軟件調試的工具比較多。本人在教學中以WAVE作為單片機的軟件調試工具。另一條件就是聯網好的多媒體教室，保證學生每人有一臺電腦。

二、“項目”設計案例

單片機技術的應用涉及現代生產、生活中的方方面面，與單片機有關的“項目”有很多實例可用。但“教學”和“開發”畢竟有不同，我們的主體是學生，不是單片機產品。因此在設計教學項目時就要考慮到學生的知識結構和學生的整體接受能力，盡量符合人的一般認識規律，即從簡單到復雜的規律。

以制作“搶答器”這一項目為例，簡單介紹我的教學設計過程。首先用Proteus軟件設計出搶答器硬件系統電路，如圖1所示。然后教師把事先準備好的程序添加到該系統中，并在電腦上向全體學生演示“搶答”效果，同時向學生作關鍵條件的明晰，讓他們對此項目有一個總體了解，有學習的目標和方向。然后我又把它分解成若干個小項目，分步施教，向總體目標推進。

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（一）數碼管的工作原理及0～9十位數的16進制編碼

此部分內容基本只涉及硬件電路。在Proteus中設計出如圖2所示電路，然后進行仿真講解。段碼所對應的開關按下時用“1”來表示，斷開時用“0”來表示，其數碼管的段碼顯示原理及顯數編碼的確定都是直觀明了的。在教師完成第一個數字編碼的填寫后，由學生根據自己的操作過程完成余下數碼的填寫，如表所示。

（二）任意按下一個鍵、即時顯示其所對應的數字

這部分內容的重點在程序的編寫上了。下面給出只有兩位數顯示的程序。

ORG 0000H

MOV P0，#00H

K0： JB P3.7，K1

MOV P0，#3FH；顯示“0”

K1：JB P3.6，K0

MOV P0，#06H ；顯示“1”

LJMP K0

END

這部分內容在WAVE軟件上進行分析講解。通過這一小段程序的精講，目的是要求學生掌握以下三點：（1）MOV、JB、JNB、LJMP等指令的作用；（2）P0、P3.7、P3.6和P1.6的含義及作用；（3）整段程序運行時的原理及過程。老師講解完后讓學生操作一遍或多遍，然后要求學生完成顯示“2”“3”“4”等數字的程序編寫，并在仿真電路上運行。

（三）搶答器功能的實現。要求有四位搶答鍵和一位主控鍵。有了上面這一步“按鍵”控制“數字”的基礎之后就可以讓學生進行終極目標的實現。如果學生基礎比較好，此時可以讓學生自己獨立去完成，也可以以小組的形式來開展。如果學生的基礎不是很扎實，則對學生進行部分的提示。如提供下列僅有兩位搶答鍵和一位主控鍵的程序給學生參考，然后在此基礎上再去達到“項目”要求的功能，并最終在仿真電路中實現搶答功能的效果。

ORG 0000H

START： MOV P0，#00H

JNB P3.7，K1

JNB P3.6，K2

LJMP START

K1：MOV A，#06H；顯示1

MOV P0，A

JB P1.6，$

LJMP START

K2：MOV A，#5BH；顯示2

MOV P0，A

JB P1.6，$

LJMP START

END

三、總結

整個教學設計以項目為導向，以行動為引領。單片機的硬件知識和軟件知識不再是分而教之了，而是有機地結合起來，完成一個具有實際使用價值的項目——搶答器。這一過程的設計并不是為了完成項目而完成項目，關鍵地方是把我們要教授的內容組合在里面：（1）MOV、JB、JNB、LJMP等指令的作用；（2）單片機各接口功能如何通過編程進行控制；（3）數碼管的使用。

以項目式教學法開展單片機這門課程的教學，有利于培養學生的獨立探究精神及與他人的合作精神，引導學生在實踐中掌握好新內容，運用好新技能。

參考文獻：

[1]呂忠寶.項目教學法與傳統教學法的比較[J].科技信息北京，2007（2）.

[2]黃月明.淺談單片機項目教學法[J].課程教育研究，2017（38）：16-17.