單片機實驗教學的改革

肖艷軍 孟憲樂

（河北工業大學 機械工程學院，中國 天津300130）

0 引言

由于單片機體積小、成本低、控制功能強，易擴展等優點，使得它作為智能控制核心被廣泛應用到各個領域中。所以說單片機的開發已成為目前高校電子和計算機等相關專業學生必備的能力。

然后現有實驗教學中一般的單片機實驗系統通常為固定線路，學習者只能依照該實驗系統進行簡單的接線，然后將代碼輸入，進行實驗的驗證，幾乎沒有自由創新和開發的空間。實驗系統的數量也很難達到人手一臺的標準，加上課時的限制使得大多數學生無法在課上得到充分的鍛煉。基于現如今電腦的普及，軟件的高度開發，筆者在此基礎上增加了將Proteus與Keil整合應用于單片機實驗教學中的環節，使學生可以在課下進行深入學習，培養學生自己開發簡單項目的能力，達到理論與實際的合理過渡。

1 Keil軟件的編程訓練

作為一種高級語言，C語言已成為高校好多專業所必修的課程。而在單片機開發中，大多企業的軟件開發也是以C51為主。在此形勢下,原來實驗系統一貫的匯編語言開發環境顯然已跟不上時代的發展,對學生就業造成一定的影響。鑒于學生此前學習過C語言程序設計,,加上C51語言編程簡單易入門的優點，學生由匯編語言向C語言過渡會容易的多。因而，在實驗系統開發環境上可以安裝C開發環境——Keil uvision軟件。

Keil uvision4是基于C51的集成開發環境，支持匯編和C51編程，可編譯生成HEX下載文件。若掛接與目標處理器相應的硬件仿真器可直接進行軟硬件聯合調試，若純軟件實驗還可完全不需要硬件而單獨調試程序。學生在實驗時,只有在精確控制時，如頻率、時間的控制上用匯編語言，其余部分均可用C51來完成編程。C51編程部分還可以通過在自己電腦上安裝Keil軟件完成對應的課前預習和課后總結任務，使課堂上的時間不會太過緊促。

2 采用Proteus輔助設計

Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出品的電路分析與仿真軟件。軟件特點如下：（1）單片機仿真與SPICE電路仿真相結合；（2）支持示波器、信號發生器、邏輯分析儀等虛擬儀器，器儀具有理想參數指標，例如極高輸入阻抗或極低輸出阻抗，這些都盡可能減少了儀器對測量結果的影響，支持眾多外部模擬和數字器件；（3）自身提供軟件調試功能，也支持Keil C51等外部編譯和調試環境。

Proteus允許用戶搭建以單片機為核心的完整電路系統，并進行整體硬件仿真和軟件調試，能真正對單片機系統進行輔助設計。利用Proteus軟件，學生的硬件電路將不再受限于實驗箱固有的模式，可以充分發揮自己的想象力進行自主開發。在課上老師可以進行簡單實驗如單片機最小系統的搭建與仿真的任務分配，而課下則要求每人根據自己興趣進行一個稍微復雜電路的設計。這樣，學生即使離開實驗室，脫離實驗箱，也可以進行完整的系統設計，而且能通過仿真看到結果。學生可以自由發揮設計靈感，不受既有電路的限制，大大鍛煉了學生自主創新的能力，可謂之后工作打下扎實的基礎。

3 基于Proteus+Keil的實驗平臺

鑒于proteus支持Keil作為外部編譯和調試環境的特點，Proteus和Keil軟件的結合使用已成為單片機制作初期常用的手段。在電路板實際制作之前，開發者可通過Proteus和Keil軟件進行所需功能的仿真，達到要求后再進行具體元器件及PCB板的購買，大大節省了開發周期和開發成本。

單片機實驗教學也可以把Proteus與Keil仿真軟件整合起來使用。首先采用Proteus軟件繪制硬件電路圖,然后通過Keil進行軟件部分的程序設計,最后再通過兩部分的整合進行真調試。在實驗室的電腦上安裝好這兩個軟件，老師在實驗教學過程中向學生展示其功能及應用,然后在課堂上讓學生完成基本功能的使用。要求學生在自己的電腦上也安裝這個軟件,利用課余時間自己動手做像LED發光管，蜂鳴器發聲、鍵盤控制、數碼管、AD模塊轉換等小實驗。

4 傳統方法與新方法的有機結合

根據單片機課程的特點，傳統方法的存在與課堂內容更接近；而文章介紹的新方法則更貼近于就業，因而做到傳統方法與新方法的有機結合將是培養高水平人才的關鍵所在。為達到上述目標，將實驗教學內容分為基礎實驗、綜合實驗、開放實驗三部分。

基礎實驗主要是基本硬件的認識、基本指令的使用與匯編語言的設計。這是對學生課堂知識的鞏固，幫助學生消化課堂上的知識。

綜合實驗則包括硬件接線和軟件編程兩部分。實驗系統提供基本電路，但完成實驗要求還需要學生在掌握各模塊功能的前提下自主接線。實驗指導書只給出了任務、要求和原理性說明，學生必須根據實驗目的和要求來搭建主體電路，然后編寫程序，最后進行調試和驗證。學生需認真觀察實驗現象，并對實驗結果進行分析，上交實驗報告和調試心得，作為實驗考核的一部分。

開放實驗室是由教師帶動學生在課下自主完成實驗任務的環節，它是對課堂內容的補充和升華，是學生充分發揮自主創新能力的環節，也是解決儀器損壞、儀器數量不足、內容多等問題的重要手段。指導老師可以鼓勵學生自主提出感興趣的題目進行設計研究，也可提出幾個方向供學生選擇。這樣，領悟能力高的學生有了發展才華的機會，很有可能開發出新穎的實驗電路，得到滿意的仿真結果，甚至焊接出實現功能的電路板。貪玩的學生也會有完成課余任務的壓力與緊迫感，提高他們的自制力，自覺完成任務。另外，學生需在課下利用Proteus和Keil軟件進行軟硬件的調試，而課堂只作為對學生進行答疑和供學生相互交流的環境。調試過程和結果可以PPT的形式展示，作為實驗考核的重點。

基礎實驗是過渡實驗的基礎，基礎實驗和過渡實驗又是順利完成綜合實驗必不可少的環節。根據課時情況有條理地分配和穿插三部分，培養學生綜合應用知識的能力，培養學生自主完成項目開發的能力。

5 結束語

傳統的實驗模式過于貼近課本，是驗證性實驗，作為基礎可以很好的幫助學生消化課堂上的知識。利用Proteus與Keil進行單片機教學，具有比較明顯的優勢，為單片機實驗改革提供了一個很好的思路。在傳統模式讓學生學會理論聯系實際的方法的基礎上，利用Proteus與Keil進行單片機有關軟硬件技術的自主訓練，大大培養了學生的創新能力。這種通過“軟硬結合”的實驗方法實現了以學生為主體的個性化教育模式，為學生在以后更高層次的深入應用和工作打下扎實的基礎。

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