基于Proteus+實(shí)訓(xùn)板的單片機(jī)一體化教學(xué)改革

[摘 要] 針對(duì)當(dāng)前單片機(jī)教學(xué)中“學(xué)生難學(xué)，老師難教”的問(wèn)題，提出了基于Proteus+實(shí)訓(xùn)板的單片機(jī)一體化教學(xué)模式，通過(guò)典型項(xiàng)目分析、硬件電路設(shè)計(jì)、程序編寫、仿真調(diào)試使學(xué)生了解項(xiàng)目開發(fā)的整個(gè)過(guò)程，熟練掌握硬件電路的設(shè)計(jì)和程序的編寫，經(jīng)過(guò)教學(xué)實(shí)踐證明，改革后的教學(xué)模式激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，改善了教學(xué)效果。

[關(guān) 鍵 詞] 單片機(jī)；Proteus；工作任務(wù)

[中圖分類號(hào)] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2016）32-0162-02

一、單片機(jī)教學(xué)現(xiàn)狀

單片機(jī)是職業(yè)教育機(jī)電類課程體系中非常重要的專業(yè)課，目前的單片機(jī)教學(xué)模式主要有兩種：一種是多數(shù)學(xué)校采用的以實(shí)訓(xùn)臺(tái)或?qū)嶒?yàn)箱為主的教學(xué)，第二種是以實(shí)訓(xùn)板為載體的教學(xué)，拋開教學(xué)成本，這兩種模式的主要教學(xué)過(guò)程是：第一階段，老師講解單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)；第二階段，老師講解匯編或C語(yǔ)言的語(yǔ)法；第三階段，老師講解實(shí)例；第四階段，學(xué)生上機(jī)編程練習(xí)，進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

不難發(fā)現(xiàn)這兩種教學(xué)模式都是把學(xué)生的編程練習(xí)放在了最后，前三個(gè)階段晦澀難懂的硬件結(jié)構(gòu)、枯燥無(wú)味的語(yǔ)法學(xué)習(xí)已經(jīng)使部分學(xué)生失去了學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣，使實(shí)訓(xùn)課變成了“少數(shù)人編寫程序，全班學(xué)生拷貝使用”的尷尬局面，這種依賴固有硬件的單片機(jī)教學(xué)，只是讓學(xué)生進(jìn)行驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，忽視了學(xué)生對(duì)于硬件電路的理解，造就了一批只會(huì)編程、不懂硬件電路的學(xué)生，與企業(yè)中單片機(jī)的實(shí)際開發(fā)脫節(jié)，最終形成“公司難招人、學(xué)生難找專業(yè)對(duì)口工作”的兩難局面。

二、單片機(jī)課程教學(xué)問(wèn)題解決方案

單片機(jī)該門課程既有較強(qiáng)的理論性，又有很強(qiáng)的實(shí)踐性，要掌握單片機(jī)開發(fā)技術(shù)不僅需要掌握程序編寫，還需要針對(duì)具體的應(yīng)用選擇單片機(jī)型號(hào)和設(shè)計(jì)外圍硬件電路，為此本文提出了基于Proteus+實(shí)訓(xùn)板的單片機(jī)一體化教學(xué)模式，在具體的項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)施過(guò)程中介紹開發(fā)軟件Keil和Proteus的使用、基本知識(shí)、硬件電路分析及程序設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)了邊做項(xiàng)目、邊畫圖和邊學(xué)C語(yǔ)言，做到了知識(shí)應(yīng)用與實(shí)踐操作的有機(jī)結(jié)合，擺脫了以往先學(xué)語(yǔ)法后編程練習(xí)的枯燥無(wú)味，使學(xué)生越學(xué)越有興趣。

三、基于Proteus+實(shí)訓(xùn)板的單片機(jī)一體化教學(xué)模式的實(shí)施

（一）精心設(shè)計(jì)教學(xué)任務(wù)

項(xiàng)目任務(wù)作為一體化教學(xué)實(shí)施方案的載體，具有十分重要的意義，項(xiàng)目任務(wù)符不符合教學(xué)實(shí)際，對(duì)于一體化教學(xué)的開展起著至關(guān)重要的作用。

單片機(jī)教學(xué)以MCS-51單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用為主線，遵循由易到難、循序漸進(jìn)的原則，選取了單片機(jī)的八個(gè)典型應(yīng)用，如下表所示，前四個(gè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容簡(jiǎn)單，主要介紹單片機(jī)開發(fā)過(guò)程中所用到的基本知識(shí)和編程思路，包括開發(fā)軟件的使用、廣告燈的設(shè)計(jì)、數(shù)碼管的應(yīng)用、中斷原理，項(xiàng)目五至項(xiàng)目八應(yīng)用性、綜合性較強(qiáng)，主要包括A/D轉(zhuǎn)換、點(diǎn)陣電路、溫度計(jì)、計(jì)算器的設(shè)計(jì)與制作。

典型項(xiàng)目介紹

（二）典型項(xiàng)目教學(xué)過(guò)程

1.項(xiàng)目引入

夜晚，各類廣場(chǎng)到處都是變幻萬(wàn)千的彩燈，多數(shù)彩燈由單片機(jī)控制LED實(shí)現(xiàn)不同花樣。在本項(xiàng)目中將通過(guò)完成“廣告燈的設(shè)計(jì)與制作”任務(wù)來(lái)學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。

2.項(xiàng)目描述及任務(wù)分解

單片機(jī)P1接8個(gè)LED，由單片機(jī)控制LED亮滅，實(shí)現(xiàn)變幻效果，為此把本項(xiàng)目分解成以下兩個(gè)任務(wù)：

任務(wù)一：硬件電路制作。

任務(wù)二：廣告燈花樣顯示。

3.任務(wù)一的實(shí)施——硬件電路制作

（1）元件清單

完成硬件電路制作，所需主要元件：?jiǎn)纹瑱C(jī)（AT89C51）、晶振（12MHZ）、瓷片電容（30pF）、電解電容（22uF）、限流電阻（470Ω）、LED（Φ5）和PCB。

（2）電路板制作

按照原理圖將元件進(jìn)行焊接，需注意以下幾點(diǎn)：

①元件插裝和焊接的順序是先低后高、先小后大、布局合理、美觀。

②有極性的元件按照極性來(lái)安裝，如電解電容，二極管。

③焊點(diǎn)要求光亮、無(wú)毛刺、無(wú)虛焊、機(jī)械強(qiáng)度足夠。

（3）電路板檢查

通電之前，首先用萬(wàn)用表檢查是否存在短路。通電檢查，不插入芯片檢查電源腳電壓是否為+5V，接地腳電壓是否為0V。

4.任務(wù)二的實(shí)施——廣告燈花樣顯示

任務(wù)要求：LED相隔1秒閃爍

（1）仿真電路設(shè)計(jì)

打開Proteus ISIS 編輯環(huán)境，添加元件，按上圖所示原理圖連接電路，并修改元件參數(shù)。

（2）程序設(shè)計(jì)

#include//調(diào)用頭文件

delay（int x）//定義延時(shí)函數(shù)

{int i，j ； //定義整型變量

for（i=0；i

for（j=0；j<120；j++）；}

main（ ）//主函數(shù)

{while（1）

{P1=0x00，delay（1000）；//全亮1S

P1=0xff，delay（1000）；}//全滅1S}

（3）仿真與調(diào)試運(yùn)行

步驟一：打開Keil uVision4，新建工程，選擇AT89C51作為CPU，新建文件，編寫源程序，編譯C源程序，生成HEX文件。

步驟二：打開“Proteus ISIS”，選擇程序仿真運(yùn)行，觀察運(yùn)行結(jié)果，有問(wèn)題反復(fù)調(diào)試，直到仿真成功。

步驟三：將單片機(jī)芯片插入芯座，打開燒錄軟件，將HEX文件寫入單片機(jī)。

步驟四：接通電源，觀察系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)是否符合要求，否則進(jìn)行調(diào)試。

5.相關(guān)知識(shí)點(diǎn)-I/O

單片機(jī)對(duì)外部進(jìn)行控制，或接受外部控制都是通過(guò)I/O進(jìn)行的控制。51系列單片機(jī)共有P0、P1、P2、P3四組8位雙向輸入輸出端口。

P0可作I/O用，也可作地址/數(shù)據(jù)線用。在P0作I/O使用時(shí)，需接上拉電阻才有高電平輸出。P1輸出驅(qū)動(dòng)電路中有上拉電阻，無(wú)需接上拉電阻，只作通用I/O使用。P2為內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O，在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，作為高8位地址總線，與P0組成16位地址總線。P3為內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O，P3除作為I/O使用之外，引腳的第二功能更為重要。

6.項(xiàng)目評(píng)價(jià)

項(xiàng)目完成后，根據(jù)項(xiàng)目評(píng)價(jià)表，從學(xué)生的操作技能、電路制作工藝、安全文明操作和學(xué)習(xí)態(tài)度四個(gè)方面，分別由學(xué)生本人、項(xiàng)目小組和教師對(duì)學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程的表現(xiàn)打分，進(jìn)行項(xiàng)目評(píng)價(jià)，綜合考核學(xué)生的實(shí)操技能與職業(yè)素養(yǎng)表現(xiàn)。

四、小結(jié)

基于Proteus+實(shí)訓(xùn)板的單片機(jī)一體化教學(xué)模式的改革，以典型項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)，注重知識(shí)的應(yīng)用和軟硬件電路分析動(dòng)手能力的培養(yǎng)，使學(xué)生受到了更為實(shí)際、系統(tǒng)的工程項(xiàng)目實(shí)踐訓(xùn)練，提高了教學(xué)質(zhì)量。

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