在單片機教學中應用“邊學邊做”的教學模式實例

隨著電子行業完成了產業升級，由單一的硬件開發技術發展到以單片機技術為標志性的硬件+軟件的二級開發技術，電子產品已經走向了微型化、智能化的道路。在中等職業學校推行單片機教學是中等職業教育發展的需要和必然的選擇。

單片機技術是一門實踐性很強的技術，是融知識性與技能性于一體的課程。提高學生的單片機理論水平和實踐動手能力，培養單片機方面的實用型、應用型人才，是單片機教學的根本任務。

一、傳統單片機教學模式的特點及不足

在傳統的教育觀念中，教師的職能主要是“教”，即“傳道、授業、解惑”，教師的教學模式主要是向學生傳授知識和技能。但現在中等職業學校學生的綜合素質一般不會很高，這種教學模式已無法達到培養實用型、應用型人才的教學目標。學生課堂紀律差，教學效果不好，學PCB設計的學生不會使用PROTELL，學電子應用技術的學生不會電子制作，學家電維修的學生不會維修家電。而以就業為導向的職業教育就是要培養與社會、市場、企業相適應的中高級實用型、應用型人才。

那怎么培養綜合素質不是很高的中等職業學校的學生較好地掌握單片機技術，成為單片機技術方面的實用型、應用型人才呢？顯然傳統的以教師講授為主的教學模式肯定不能適應教學的需要，本文通過介紹“邊學邊做”的單片機教學模式實例，闡述如何培養單片機技術方面的實用型、應用型人才。

二、“邊學邊做”單片機教學模式及特點

“邊學邊做”教學模式是在建構主義和人本主義的指導下，以教師為主導，以學生為主體，依據人的認知規律設計完整的項目作為教學內容，采用多媒體、網絡、仿真技術、實驗實訓設備等教學手段，構造真實的工作環境邊學邊做，提高應用知識的能力，專門培養實用型、應用型人才的一種教學模式。

在教學中，首先分析單片機技術課程的知識目標和能力目標，將整個課程劃分為若干個具有遞進性和連貫性的“項目”。每個項目都是一個具體的產品設計與制作，都含有一些編程和焊接的新知識和新技能，以項目帶動教學，由淺入深地把知識和技能滲透到項目的實施過程中。

三、“邊學邊做”單片機教學模式應用實例

1.知識目標

（1）學會單片機的引腳功能，提高理論聯系實踐的能力。

（2）掌握單片機系統的硬件電路設計、學會運用簡單的指令編程。

（3）樹立學生正確開發單片機系統的思路。

2.能力目標

（1）專業能力：理論知識轉化為實踐操作能力和單片機系統的開發能力。

（2）方法能力：獲取信息、邏輯思維、分析判斷。

（3）社會能力：團隊合作、與人溝通、自信、組織能力、表達能力、成果展示。

3.項目確定

單片機最小系統的設計與制作，實現簡單的流水燈功能。

4.項目實施

（1）考慮到中等職業學校的學生的綜合素質不高，自學能力差、收集信息的能力弱、紀律性也不強的特點，要求教師發揮主導作用，指導、幫助學生查找單片機最小系統的設計與制作的相關知識，并做必要的講授。

（2）教師講解單片機硬件電路設計知識點，并分組設計單片機硬件電路。

對51系列單片機來說，單片機要正常工作，必須具有五個基本電路，也稱五個工作條件：電源電路、時鐘電路、復位電路、程序存儲器選擇電路、外圍電路。因此，單片機最小系統一般應該包括單片機電源電路、時鐘電路、復位電路、外圍電路等，本系統要實現的功能是八路流水燈，依據單片機的引腳功能和單片機工作的條件，設計的AT89S51單片機最小應用系統如圖1所示。

圖1

（3）教師指導學生編寫單片機最小系統的程序。

本系統要實現的主要功能是八路流水燈，根據外圍電路的設計，只需要通過指令控制單片機的第一個引腳輸出低電平，就可以使第一個LED發光，然后延時一段時間，再點亮第二個LED發光，延時一段時間，依次類推，直到第八個LED發光，延時一段時間后重復上面的過程。

采用匯編語言編寫八路流水燈程序如下：

ORG0000H ；起始偽指令ORG，指示隨后的指令代碼從0000H地址單元開始存放。

LJMPSTART；跳轉到標號START處去執行。

ORG0030H；起始偽指令ORG，指示隨后的指令代碼從0030H地址單元開始存放。

START：MOV P1，#11111110B；點亮第一個LED。

LCALL DELAY；調用延時子程序，起到延時的作用。

MOV P1，#11111101B；點亮第二個LED。

LCALL DELAY；調用延時子程序，起到延時的作用。

MOV P1，#11111011B；點亮第三個LED。

LCALL DELAY；調用延時子程序，起到延時的作用。

MOV P1，#11110111B；點亮第四個LED。

LCALL DELAY；調用延時子程序，起到延時的作用。

MOV P1，#11101111B；點亮第五個LED。

LCALL DELAY；調用延時子程序，起到延時的作用。

MOV P1，#11011111B；點亮第六個LED。

LCALL DELAY；調用延時子程序，起到延時的作用。

MOV P1，#10111111B；點亮第七個LED。

LCALL DELAY；調用延時子程序，起到延時的作用。

MOV P1，#01111111B；點亮第八個LED。

LCALL DELAY；調用延時子程序，起到延時的作用。

LJMP START；跳轉到標號START處去執行，循環上面的過程。

DELAY:MOV R7，#250;延時子程序開始，傳送延時常數250給R7保存。

D1:MOV R6，#250；傳送延時常數250給R6保存。

D2:DJNZ R6，D2；進入內循環，執行該條指令250次后順序執行。

DJNZ R7，D1；進入外循環，執行該指令250次后順序執行。

RET；子程序返回指令，返回到調用指令LCALL下一條指令處執行。

EN；結束偽指令，說明程序到此結束。

（4）教師指導學生分組進行單片機最小系統制作，這一過程一定要發揮學生的主體作用，強調學生自己動手做，并互相討論、協調。

①硬件電路的焊接步驟：

第一步：到電子市場上購買材料，正常的價格在20元以內。

第二步：對所有元件進行檢測，確保每個元件的質量。

第三步：在萬能板上依據單片機最小應用系統原理圖設計PCB電路圖。規劃振蕩電路、復位電路、電源電路、外圍電路、單片機芯片的布局時要疏密合理。

第四步：依據PCB電路圖，先焊接振蕩電路，再焊接外圍電路，復位電路，電源電路。焊接的時候要注意晶振電路應盡量靠近單片機芯片，性能會更穩定。

②把用戶編寫的程序寫入單片機芯片中。

第一步：打開KEIL C51軟件，建立工程文件和程序文件并做好相應的設置，把上面的八路流水燈源程序輸入電腦并保存好。

第二步：用KEIL C51調試、編譯程序，并生成目標文件*.HEX。

第三步：接好編程器，打開DownloadMcu軟件，把目標文件寫入單片機芯片中。

第四步：取下芯片，裝在單片機最小系統上，接上電源，調試程序。

（5）教師指導學生單獨調試單片機最小系統，并記錄相關數據。

正常情況下，接上電源后都可以正常觀測到結八路流水燈的效果，如果沒有效果，那我們應該從下面幾個步驟來檢測：

第一步：用萬用表檢測電源是否接通，主要是看看40腳和20腳之間是否有5V電壓。

第二步：檢測第31引腳，是否有5V電源，目的是確保使用了片內存儲器。

第三步：檢測P3口或P2口的空閑電壓是否有5V電壓，如果沒有，說明單片機系統沒有工作。

第四步：用萬用表檢測復位電路，通過復位按鍵，檢測第9腳的電壓是否會變化。如果按鍵沒有按下，電壓為0V，按鍵按下后，電壓立刻變為5V，之后很快的降為0V，則表示復位電路正常。

第五步，用示波器檢測振蕩電路，主要是檢測第18、19腳。檢測是否有振蕩波產生。如果有，表示振蕩電路正常。

最后，檢測每條PCB板上的焊接走線是否有短路、斷路、虛焊等焊接故障，一定要確保焊接走線正常導電，初學者是最容易犯這個錯誤的。

5.項目評價

師生共同評價學生自己做的單片機最小系統的效果和質量，通過本項目的開發，學生已經掌握了MOV P1，#data等指令的功能和用法，并初步具有單片機系統開發的能力，同時還掌握了相關的工具的使用，鍛煉了團隊合作的能力、表達能力。有了自己做的產品，對學單片機技術有了信心。

單片機最小系統經過教師和學生一段時間的設計、焊接、編程、調試后，達到了預定的流水燈功能，雖然只是簡單的焊接和調試，但從中學生也接觸了不少的關于單片機的知識。讓學生對單片機有了初步的認識，從而能夠了解單片機工作的模式和具體過程，明白了怎樣利用單片機來設計滿足自己設定功能的作品，以及利用單片機來控制系統等。

“邊學邊做”的教學模式以完成一個個具體的項目為目標，在完成項目前必須查找并學習相關的知識點。然后教師起主導作用，學生起主體作用，在邊學邊做的過程中共同完成項目。這種教學方法特別適合像單片機技術這樣實踐性與操作性很強的學科教學，特別是在培養實用性、應用型人才方面有特別的教學效果。

（作者單位：江西冶金職業技術學院）