三本院校單片機課程教學新模式的探索

劉秀敏 韓曉燕 張新英

中原工學院信息商務學院 河南鄭州 450007

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三本院校單片機課程教學新模式的探索

劉秀敏 韓曉燕 張新英

中原工學院信息商務學院 河南鄭州 450007

摘 要：針對三本院校目前單片機課程教學中所存在的問題，提出項目式的教學新模式，同時把Proteus和Keil C仿真軟件引入到單片機課程教學中來。實踐證明能鍛煉學生軟硬件綜合應用能力，起到良好的教學效果。

關鍵詞：單片機；項目式；新模式

作為三本院校，我們注重應用技術型人才的培養。本院學生歷年來參加全國電子大賽，賽題中幾乎每道題都牽涉到單片機的控制問題。而且近幾年單片機以其體積小、性價比高、功能強、可靠性高等特點，在工業控制、通信技術、智能儀器儀表、家用電器等領域中得到了廣泛的應用。所以單片機應用及接口技術作為一門實踐性很強的課程，被列為測控、自動化等電子類專業的重要專業課。

1 單片機課程教學現狀

單片機應用與接口技術是一門實踐性強且較為抽象的課程。對于這樣一門課程，教師在課堂教學過程中多采用傳統的灌輸式授課模式，目前該課程在本院的教學現狀歸納有如下幾點：

（1）單片機課程內容多，課時少，且大多采用課堂理論教學為主，實驗為輔，缺乏一些生動直觀的輔助手段，使學生覺得單片機的學習乏味，使得教學效果不理想。

（2）本院所設的單片機實驗箱是封閉的，做實驗時只需在外部連接幾根線即可，不能看到內部結構、難以理解硬件原理。硬件的固定化，則使得軟件編程部分程序的單一化，只需根據參考程序，進行簡單修改、調試后查看結果即可，多是驗證性實驗。學生無法將軟硬件有效的結合學習，從而造成知識點掌握應用情況較差，無法實現理論和實踐的相融合［1］。

（3）本院實驗課時有限，使得實驗設備功能出現閑置；另外隨著電子元件的老化和接觸不良，會造成實驗箱工作不正常，加上電子設備更新換代較快，也造成了設備維修的難度。

（4）單片機實驗箱套數有限，不能保證人手一套，這樣實驗課對于有些學生來說并沒有起到真正的鍛煉目的，且課外時間學生難有機會實踐，這樣限制了學生動手能力的提高［2］。

因此，針對這些問題，本文提出利用Proteus和Keil C連調進行單片機的軟硬件仿真，充分調動學生的學習積極性，為三本院校單片機課程提出新的教學模式。

2 單片機課程教學新模式

2.1 單片機理論教學新模式

針對單片機課程知識點較多，學時量有限的前提，我們提出項目式的教學模式，即每章圍繞一個項目展開，結合本章知識點構思項目實例［3］，利用Proteus和Keil C設計電路和編寫程序，通過仿真實現項目功能。讓學生直觀地看到動態效果，激發學習興趣。

為了學生易于接受，按照知識點的難易程度，我們將教學內容以時間先后設置為LED燈閃爍、流水燈、動態數碼管顯示、鍵盤控制、中斷系統、60s定時器、串行通信、單片機接口技術等8個項目［4］，每個項目依據具體情況分配2～4個學時來完成。每個項目所講主要知識點及學時分配見表1。

表1 項目知識點及學時分配

在課堂上教師要先講每個項目的分析、設計和仿真及調試，基于該項目的延伸靠學生課后自己去分析、設計和仿真。對項目分析時我們得把項目涉及的硬件和軟件知識逐一的講透徹，以便學生在以后能靈活運用。比如遇到有關的芯片，需要教會學生怎么看芯片資料，像時序圖、引腳說明及如何控制這些引腳等。這對于三本院校電類的學生來說是至關重要的，只要會看引腳圖和時序圖，就知道如何去控制它，那么學生的動手能力和創新能力自然而然就得到提高了。

2.2 單片機實踐教學新模式

單片機實踐教學中實驗內容一般是對理論知識的驗證，往往是預先由教師設計好相應的實驗題目，由學生照本宣科地重復，完成實驗內容。這種實驗方法在一定程度上可以幫助學生熟悉單片機軟硬件開發環境，但不利于培養學生的動手能力和工程應用能力，容易造成學生“眼高手低”，以至于在畢業設計中無法完成工程實際應用型課題。

較之前實踐教學的不足，我們進行了實踐教學改革。把實驗內容分為基礎性實驗、設計性實驗和綜合性實驗［5］。基礎性實驗主要是讓學生熟悉單片機基本知識，多數為驗證性實驗。設計性實驗主要是實驗指導書只給出實驗任務書，學生必須根據實驗要求獨立設計實驗原理圖和程序，在Proteus仿真軟件里進行調試仿真，鼓勵學生自行設計實驗。綜合性實驗一般安排在課程結束后的課程設計環節進行，給學生一些單片機應用系統的題目，如電子鐘、溫度計等，讓學生任選其一自行設計開發，并做出實物，鍛煉其動手解決實際問題的能力。最后，我們把每個已完成的題目，從實驗題目的提出，到實物的完成，把其每步都詳細的記錄，做成案例，實現案例教學，呈現給每位學生，做到“授之以漁”。

3 基于Proteus和Keil C的教學實例應用

3.1 Proteus和Keil C軟件介紹

Proteus是英國Labcenter公司開發的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統上，可以仿真、分析（SPICE）各種模擬器件和集成電路，是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。該軟件支持主流單片機系統的仿真；提供軟件調試功能，同時支持第三方的軟件編譯和調試環境［6］，如Keil C51 uVision2等軟件；具有強大的原理圖繪制功能。

Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發系統。它支持眾多不同公司的MCS-51架構的芯片，集編輯、編譯、仿真等于一體，同時Keil C51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具，全Windows界面，易學易用，在調試程序、軟件方面也有很強大的功能。

將Proteus軟件與Keil μVision軟件聯合使用可以獲得接近全真環境下的單片機系統設計。

3.2 實踐教學舉例

以項目5單片機的中斷系統知識點為依托，用AT89C51單片機設計實現一個兩級中斷嵌套的實例。

3.2.1 設計要求

AT89C51單片機的P1.6口連接一個發光二極管D1，P2口上連接一位共陰極的LED數碼管，兩個外部中斷引腳INT0，INT1分別連接兩個按鍵key1，key2，要求key1優先級為低，key2優先級為高，key1按鍵按壓一次發光二極管D1閃爍5次，key2按鍵按壓一次數碼管從0循環顯示到F。led發光二極管初始狀態為滅，數碼管初始狀態為黑屏。結合要求，利用Proteus軟件繪制原理圖，如圖1所示。

圖1 兩級中斷嵌套實驗原理圖

3.2.2 Keil C軟件編寫程序

打開Keil uVision2軟件，創建一個新工程，命名為zdqt，進入Select Device for Target ‘Target 1’對話框，為工程選擇目標CPU，選擇AT89C51，然后新建一個源文件，命名為zdqt.c，并將該源文件加載到工程zdqt中，最后選擇Project下的options for target ‘Target 1’，打開對話框，選擇“Output”選項卡，在 “Creat HEX File”選項前打鉤，按“確定”退出，這樣生成的HEX文件就可以被單片機執行了。

在源文件中輸入C語言的源程序，進行編譯，效果圖如圖2所示。

圖2 源程序編譯效果圖

3.2.3 Proteus軟件硬件仿真

打開在Proteus軟件中已設計好的原理圖，雙擊80C51單片機，單擊program file項后的文件夾，找到zdqt.hex文件，單擊ok，將源程序加載到單片機中，就可以對單片機二級中斷嵌套系統進行軟硬件相結合的調試仿真。當按下key1鍵一次產生低優先級的外部中斷1中斷請求信號，D1燈開始亮滅，在外部中斷1服務子程序未執行結束之前，再按下key2鍵一次，產生高優先級的外部中斷2中斷請求信號，根據高優先級的中斷請求可以打斷正在執行的低優先級中斷的原則，點亮數碼管顯示從0到F字符，運行效果圖如圖3所示。

圖3 兩級中斷嵌套實驗運行圖

通過該設計，可以直觀的讓學生看到中斷的效果以及高優先級與低優先級中斷源的響應，加深其對中斷系統的理解。

4 教學新模式效果

該教學新模式經過在本院一學期的教學實踐，效果良好。歸納下來有以下幾點：

（1）課堂上改變了傳統的灌輸式教育，而是先講知識點，再仿真演示，讓學生直觀地看到知識點應用成果，無形中調動了學生學習的積極性；

（2）程序調試和驗證不再局限在實驗室里，學生電腦上只要有Proteus和Keil兩款軟件隨時隨地都可完成，使學生學習起來更加靈活便利；

（3）克服了實驗箱實驗項目固定的缺陷，這樣能夠讓學生最大程度的發揮自主學習興趣。

5 結束語

本文提出項目式的教學模式，同時把Proteus和Keil仿真軟件引入到單片機課程教學中來，能夠很好地將理論學習和實踐操作完美地結合在一起，讓學生在趣味性強的仿真演示中掌握單片機系統的原理及應用。

參考文獻

［1］王海華.基于Proteus和Keil的單片機實驗教學探究［J］.科技信息，2009（3）:35-36.

［2］郭玉，李彥梅.Proteus在《單片機》課程教學中的應用研究［J］.安慶師范學院學報:自然科學版，2010，16（3）:121-123.

［3］李新領，武翠茹.基于Proteus的單片機課程教育模式探索［J］.石家莊職業技術學院學報，2010，22（6）:66-68.

［4］劉愛榮.51單片機應用技術（C語言版）［M］.重慶:重慶大學出版社，2015.

［5］李美蓮.對三本院校單片機教學改革的探討［J］.赤峰學院學報:自然科學版，2013（18）:200-201.

［6］殷士勇. Keil和Proteus在單片機實驗教學中的應用［J］.重慶工商大學學報:自然科學版，2009，26（6）:567-570.

Exploration on the New Mode of SCM Course for Independent College

Liu Xiumin， Han Xiaoyan， Zhang Xinying
College of Information & Business， Zhongyuan University of Technology， Zhengzhou， 450007， China

Abstract:In view of the existed problems in the course teaching of single chip microcomputer at the independent college，this paper proposes a new mode of project-based teaching，and introduces the Proteus and Keil C simulation software to the teaching of SCM. It is proved that it can exercise the students' comprehensive ability of soft and hardware， and can have good teaching effects.

Key words:single chip microcomputer； project-based； new mode

收稿日期：2015-11-16

作者簡介：劉秀敏，碩士，講師。韓曉燕，碩士，講師。