基于單片機應用技術典型任務的教學項目開發與實踐研究

盛希寧

“單片機應用技術”課程是五年制高職機電一體化專業和電氣自動化專業的核心課程，該課程具備很強的工程應用性，充分反映了對學生運用所學知識理解并解決實際工程問題的能力要求，且對于學生綜合職業能力的培養和發展起著至關重要的作用。[1]為了更好地契合五年制高職教育以就業為導向、以服務為宗旨的培養目標要求，筆者及課程組教師一直致力于該課程的改革與創新，不斷探索教學的新理念和新模式。

一、基于單片機應用技術典型任務的教學項目開發

“項目導向型”教學是以項目為主體的，職業行業為引導的教學方式，它將一門課程需要掌握的知識點和各項技能分解到一個個有聯系的項目中，通過組織學生真實地參加項目設計、調試和維護，讓學生真實地了解產品設計開發的全過程。[2]基于單片機應用技術典型任務的教學項目開發的本質，是以企業典型的單片機工作過程和工作過程中的任務為基礎，設計教學化的工作任務和教學項目，通過工作任務來組織教學過程，使學生在學習和工作的過程中，系統學習單片機的硬件知識和軟件知識，培養其運用單片機軟、硬件技術分析和解決實際問題的能力。

基于以上要求，課程組以單片機為控制核心，將單片機指令系統、C語言程序設計、中斷與定時系統等重點內容進行有機結合，共規劃了五大教學項目。按照職業典型工作任務而設計的各個教學項目之間緊密銜接，每個項目根據知識和能力的發展需求，又細化為若干個工作任務。表1所示為基于單片機應用技術典型任務的教學項目設計。教學項目中的工作任務均來源于實際的職業工作任務，具備了典型工作過程的工作要素，同時，突出了單片機應用技術知識的實用性。

值得一提的是，以上教學項目的平臺是基于Keil和Proteus軟件的協同仿真。Keil的項目工程編譯和Proteus的仿真驗證二者結合，適用于綜合性、設計性較強的單片機系統設計項目，其仿真效果與工程實踐亦最為接近。通過此種方式，將減少因設計方案問題而造成的硬件投入浪費，從而極大地提高了單片機系統設計的效率。

二、基于單片機應用技術典型任務的教學項目實施

根據“單片機應用技術”課程的教學項目和工作任務，課程實施過程的安排以基于工作過程的方法來進行。在以完成工作任務為目標的教學過程中，學生將逐步提煉并積累屬于單片機應用技術工作任務的知識和技能，并最終形成相應的職業能力。

本文以基于單片機應用技術典型任務的教學項目二“基于單片機的各類燈的控制”中工作任務6“流水燈控制系統”為例，闡述基于典型工作任務的教學項目實施過程。

表1 基于單片機應用技術典型任務的教學項目

（一）情境導入

通過多媒體課件，展示靜態的流水燈圖片，介紹日常生活中LED應用于城市照明工程、以及廣州亞運會閉幕式LED顯示屏等實例。

（二）工作任務的效果演示與目標要求

1.通過Keil和Proteus軟件聯調，演示單片機控制流水燈點亮的動態仿真效果，討論流水燈的點亮規律與單片機的硬件連接方式。

2.提出任務6的具體目標要求：（1）應用AT89C52單片機的P1口，控制8個LED按照從上至下的規律循環點亮；（2）通過單片機編譯軟件Keil與電路仿真軟件Proteus聯合調試，協同完成單片機控制流水燈系統的虛擬模型仿真，并達到上述效果。

（三）任務決策

分析工作任務6，討論選擇流水燈控制系統仿真的最佳軟硬件設計方案和流程。

1.在Proteus軟件中繪制流水燈系統的電路原理圖，其設計關鍵在于AT89C52單片機I/O接口與LED的連接方式。

2.按照上述硬件電路的設計，在Keil軟件中編制相應的C51流水燈控制程序，編譯無誤后生成.hex文件。

3.在Proteus軟件中將生成的.hex文件下載至AT89C52單片機芯片中。

4.Keil與Proteus聯合調試完成流水燈控制系統虛擬模型的仿真，達到和預期一致的效果。

（四）任務計劃

1.分組討論并歸納工作任務6涉及的知識和能力。

2.通過課件新授本任務所需用到的單片機C51語言中移位操作符、for()語句、庫函數_crol_、帶參數函數的應用、循環結構的設計方法等相關的知識：（1）for()語句延時的Keil軟件示例；（2）移位操作庫函數_crol_的Keil軟件示例；（3）Keil與Proteus協同仿真的設置及仿真狀態的示例。

3.制定小組的工作計劃，明確工作任務的分工。學生按照工作任務實施的組織形式進行角色扮演，體驗其實施的全過程。

（五）任務實施

根據工作任務的目標和計劃，運用仿真軟件模擬法分步進行工作任務實踐的各個環節，完成流水燈控制系統仿真硬件、軟件兩部分的設計與軟硬件的聯合調試，并進行虛擬仿真系統的實時演示。

1.利用Proteus繪制流水燈控制系統的仿真電路。（1）將廣告燈系統所需的元器件模型添加至對象選擇器窗口，如：單片機AT89C52、紅色發光二極管LED-RED、電阻RES、電容CAP、按鍵BUTTON、電解電容CAP-ELEC、晶振CRYSTAL；（2）放置電路元器件至圖形編輯窗口，移動并調整方向；（3）編輯對象的屬性，設置元器件的參數；（4）放置電源及接地符號；（5）元器件之間的合理布局與連線。

2.KeilC51程序的設計。步驟為：（1）畫出流水燈控制系統的程序設計流程圖；（2）在Keil軟件中編制流水燈控制的C51源程序。

3.Keil與Proteus的聯合調試與協同仿真。（1）在線聯合仿真，即在Keil中調試運行程序，同時，在Proteus中觀察實時仿真結果。（2）將Keil與Proteus二者結合起來，同時，觀察程序的運行情況和當時硬件系統所處的狀態，可以方便地查找系統設計中存在的軟硬件錯誤；（3）學生在虛擬仿真系統中進行工作任務成果的實時演示；（4）師生共同探討并優化工作任務實施的方案，在其間引入模塊化程序設計的思想，即在不影響程序功能實現的情況下，可以把程序分成若干個功能獨立的模塊；（5）歸納、總結該工作任務實施中涉及的相關知識點和技能點：AT89C52單片機P1口的應用方法，C51程序循環結構的設計方法，C51語言中for()語句、循環左移庫函數_crol_的應用，延時程序的一般編程方法。

（六）任務評價

工作任務評價的項目包括：基本知識技能水平評價、方案設計能力評價、任務實施過程評價、工作態度評價、團體合作能力評價、項目成果演示評價、項目報告的形成能力評價。工作任務評價的具體操作將從學生自評、協作者互評和教師評價三個層面進行。

（七）任務拓展

分組分工完成拓展的工作任務：多花樣流水燈的虛擬仿真設計及實例演示。

（八）任務成果提交

學生各自完成工作任務報告的電子文檔，包括分組工作計劃、工作任務實施方案、Proteus仿真電路原理圖的截圖、KeilC51源程序代碼等；同時，將Proteus仿真文件與Keil工程文件打包，運用屏幕錄制軟件screen2exe將仿真演示結果保存為可執行文件，作為每個工作任務的可視化成果。

綜上所述，“單片機應用技術”課程的教學項目以工作任務的形式出現，模擬了行業企業實際工作崗位的工作過程，體現了五年制高職教育鮮明的工程性技術應用能力的培養特色。因此，本課程的教學實施模式應該堅持以工程性的思維方式與行動，引導學生自己動手完成工作任務，使學生通過工作任務的技能訓練，學習相關的理論知識，從實踐中積累單片機系統設計、調試、修改與完善的經驗技巧，體驗在工程實踐中完成產品的開發應用過程。值得注意的是，教師應結合學生的項目完成情況和程序設計能力，在實際項目的實施進度和難度上進行適當的把握。

[1]葛金印，商聯紅.單片機控制項目訓練教程[M].北京:高等教育出版社，2010.

[2]謝輝，陳立萬，王悅善.“理實一體化”單片機課程項目導向型教學法的探索與實踐——以重慶三峽學院為例[J].職教通訊，2011（16）：46-47.