單片機原理應用課程改革探討

摘要本文主要介紹以項目教學法完成單片機課程教學。同時采用Proteus單片機仿真軟件設計各實驗，彌補教學設備的不足，更深刻地掌握單片機的抽象的理論，激發(fā)學生學習的主動性和積極性。

關(guān)鍵詞單片機課改項目教學法Proteus仿真

中圖分類號:G420文獻標識碼:A

隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的緊密結(jié)合，使工業(yè)控制與自動化向集成化、智能化方向發(fā)展，單片機系統(tǒng)的開發(fā)應用給現(xiàn)代工業(yè)測控領(lǐng)域帶來了一次新的技術(shù)革命。如今，《單片機原理及應用》已成為大多數(shù)工科專業(yè)的必修課程之一。

1 課程改革理念

1.1教學現(xiàn)狀

目前該課程授課形式比較單一，一般是采用在課程設置上增加實驗環(huán)節(jié)，并適當輔以多媒體進行教學，來提高教學效率，效果不是很明顯。在教學方式上仍然是以教師為主體，以教材章節(jié)順序為教學進程，先講單片機概論、硬件;再講指令、語句、流程圖，最后舉幾個開發(fā)應用實例。由于與實踐的脫節(jié)，就越聽越糊涂。面對這樣的現(xiàn)狀，課程教學改革勢在必行。

1.2課程設計理念與思路

課程課改是以實訓項目為中心帶動課程內(nèi)容全面展開，采用“感性認識—實踐—再認識—理論分析”的模式，在項目的開始先進行具體實物的實驗演示，根據(jù)項目的演示講解相關(guān)的理論知識點;學生再進行實踐制作，在實踐中驗證理論知識和總結(jié)出若干結(jié)論，然后再用理論知識分析實驗的結(jié)論;通過采用邊講授邊實踐的方式讓學生有較好的感性認識，通過感性認識增強學生的理論分析能力。同時通過學生對各模塊的深刻掌握，最后進行綜合實訓項目的設計，使學生具備單片機產(chǎn)品設計開發(fā)能力。

筆者在嘗試過程中存在以下問題:(1)由于需要學生自己制電路板，在上課時間調(diào)試程序的時候經(jīng)常出現(xiàn)實驗電路板虛焊、或者電路焊接錯誤等原因而占用大量時間，導致最后調(diào)試和結(jié)論的時間變少;但另一方面，由于出現(xiàn)的錯誤，使學生能夠觀察到不同的現(xiàn)象，對硬件電路的了解也更深刻。(2)實驗設備的缺乏:目前硬件仿真嵌入式微處理器的實驗設備為偉福調(diào)試仿真器，但是數(shù)量太少，基本上是4-5個學生使用一臺。并且由于偉福調(diào)試仿真器的高使用率以及學生的不恰當?shù)氖褂茫３е略摲抡嫫鲹p壞，由于沒法調(diào)試，抑制了學生的實驗興趣和創(chuàng)新思維能力。

針對以上原因，在本課程改革中增加了Proteus仿真軟件的使用，通過Proteus的多功能教學實驗平臺，極大程度彌補了硬件電路的存在不足。

2 教學內(nèi)容

2.1 教學內(nèi)容取舍

簡要介紹單片機的硬件結(jié)構(gòu)，簡化內(nèi)部電路的講解，增加Proteus仿真軟件的使用，重點引導學生軟件設計，增加教學各個環(huán)節(jié)的實踐內(nèi)容。

2.2 教學內(nèi)容

2.2.1各模塊內(nèi)容

根據(jù)課程內(nèi)容的銜接確定項目設計的順序。

項目一:演示——單片機基礎

項目二:單片機復位、晶振、ALE信號的觀測，掌握單片機的最小應用系統(tǒng)。

項目三:流水燈的制作。初步掌握單片機的基本內(nèi)部結(jié)構(gòu):存儲器、寄存器以及時序電路;初步了解IO口的輸出工作原理及應用;初步掌握相關(guān)指令;初步學會使用單片機的開發(fā)工具進行軟件程序的調(diào)試。

項目四:數(shù)碼管的顯示——擴展:9999倒計時，掌握LED數(shù)碼管顯示原理;掌握單片機靜/動態(tài)和顯示工作原理;進一步加強I/O口的輸出應用;通過軟件，具備軟件硬件調(diào)試能力。

項目五:模擬開關(guān)實驗——擴展:矩陣鍵盤。掌握獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤的工作原理;熟練掌握單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu);熟練掌握單片機IO口的輸入輸出原理和應用。

項目六:單一外部中斷實驗。了解中斷概念、原理和中斷實現(xiàn)的方法;理解和掌握單片機外部中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、中斷優(yōu)先權(quán)和中斷控制;掌握外部中斷的應用和觸發(fā)方式;掌握外部中斷程序設計方法和編程技術(shù)。

項目七:定時器的使用。進一步理解單片機中斷的實現(xiàn)和控制方式;領(lǐng)會單片機的定時/計數(shù)器基本概念、組成結(jié)構(gòu)和功能原理和控制過程;掌握單片機定時器的可編程控制寄存器的編程設定以及計數(shù)初值的計算;掌握單片機定時器應用的編程技術(shù)和方法。

項目八:單片機與單片機(PC機)的數(shù)據(jù)傳送。了解RS-232串行通信標準和與MCS-51的連接方法;掌握單片機串行口波特率的設置及計算方法;了解基本的串行通訊的編程技術(shù)。

項目九:單片機存儲器的擴展

(a)8155并行口及RAM存儲器的擴展

(b)24C02串行口擴展

項目十:A/D轉(zhuǎn)換的應用。掌握A/D轉(zhuǎn)換的工作原理和與單片機的連接方式;掌握A/D轉(zhuǎn)換的編程方法。

2.2.2Proteus仿真軟件

優(yōu)勢:(1)內(nèi)容全面:采用Protues仿真軟件進行實驗教學，克服了用單片機實驗教學板教學中硬件電路固定、學生不能更改、實驗內(nèi)容固定等方面的局限性，可以擴展學生的思路和提高學生的學習興趣。 (下轉(zhuǎn)第52頁)(上接第46頁)

(2)硬件投入少，經(jīng)濟優(yōu)勢明顯:在教學過程中所涉及到的接口電路，也需要有較大的投入和儲備，以利于實驗的進行和在實驗過程中元件損毀后的更換。Protues所提供的元件庫中，大部分可以直接用于接口電路的搭建，同時該軟件所提供的儀表，不管在質(zhì)量還是數(shù)量上，都是可靠和經(jīng)濟的。

(3)學生可自行實驗，鍛煉解決實際工程問題的能力:采用仿真軟件，學習的投入變得比較小，而實際工程問題的研究，也可以先在軟件環(huán)境中模擬通過，再進行硬件的投入，這樣處理，不僅省時省力，也可以節(jié)省因方案不正確所造成的硬件投入的浪費。

(4)與工程實踐最為接近，可以了解實際問題的解決過程:在進行實訓項目的時候，可以具體在Protues中做一個工程項目，并將其最后移植到一個具體的硬件電路中，讓學生了解將仿真軟件和具體的工程實踐如何結(jié)合起來。

2.3課程設置

在課程設置上，考慮將實訓周的課時增加至理論課時中;同時在不改變總課時的前提下，增大每周的教學課時，在半學期集中教學，保持學生在學習過程中學習內(nèi)容的連貫性和持久性，避免學生在學習后續(xù)知識中忘記前面的

內(nèi)容，通過循序漸進的學習方法提高學生的理解能力。

2.4課程考核方式

在考核方式上，采取理論與實踐相結(jié)合的考核方式，取消期中考核，增大實踐考核比例，即采用理論40%，實踐60%，其中實踐的考核包括了平時項目的考核程度(占40%)和期末綜合的工程項目設計的考核成績(20%)，因此在平時的項目實踐環(huán)節(jié)中，應有針對性地增加相關(guān)教學內(nèi)容的答辯考核，根據(jù)該環(huán)節(jié)的考核成績和學生實踐報告的完成情況評定相應的項目成績。

3 課改效果

3.1創(chuàng)新點和突破點

(1)通過“感性認識—實踐—再認識—理論分析”的模式進行教學，增強學生的理解。

(2)獨立的工程項目貫穿全部課程的教學，將實踐與理論結(jié)合，提高學生的實踐動手能力，了解產(chǎn)品開發(fā)的基本過程。

(3)增加了Proteus仿真軟件的使用，構(gòu)建了基于Proteus的單片機教學平臺，實現(xiàn)虛、實、軟、硬兼容的教學模式。

3.2價值

(1)通過該門課程的教學改革，一方面增加實踐環(huán)節(jié)，更重要的是讓學生真正在實踐環(huán)節(jié)中提升課程的感性認識，可以大大提高學生學習的積極性和學習效率，牢固掌握課程的基本的理論知識，了解產(chǎn)品設計開發(fā)的基本過程。

(2)單片機的開發(fā)設計為廣大有創(chuàng)新能力的同學提供施展才華的舞臺，輻射升華了電子協(xié)會的作用。同時又將第一課堂與第二課堂有效融合，充分發(fā)揮第一課堂和第二課堂的各自優(yōu)勢，為大學生電子競賽培養(yǎng)人才，奠定了堅實的基礎。

總之，本文介紹單片機原理的改革新思路，通過以實訓項目為依據(jù)，分模塊分項目學習，采用邊講授邊實踐的教學方式，并采用Proteus仿真軟件輔佐，理論與實踐一體化，從而通過感性認識增強學生的學習興趣，提高了學生的理論分析能力和提高工程應用能力。