“項目式教學”在《單片機》課程中的探索

王麗 王志凌 鐘麗娜

摘 要：文中探討了單片機課程教學中現(xiàn)存的共性問題，提出了基于Proteus的單片機項目式教學模式。通過實例分析，使用項目式教學方式有助于改進單片機課程的理論教學和實踐教學，提高學生分析問題和實踐能力，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：單片機；理實一體化；項目式教學；Proteus

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）07-0-02

0 引 言

單片機課程是工科專業(yè)的主干課程，也是一門實踐性很強的課程。單片機作為計算機應用技術的一大分支，在智能化產(chǎn)品開發(fā)過程中占據(jù)核心地位[1，2]。

為了更好地適應市場的需求，廣大獨立學院紛紛進行了課程的教學模式改革，以期形成更具活力、更高效的獨立院校本科實踐課程教學體系[3，4]。培養(yǎng)學生對課程學習的積極性和一定的獨立實踐、設計能力，要求我們處理好實踐課程的理論教學與實踐教學環(huán)節(jié)的關系。

單片機課程的傳統(tǒng)教學模式是先理論教學，中后期進行實驗教學。理論教學中以單片機的硬件結構為主線，講授指令及指令系統(tǒng)。抽象的單片機芯片與空洞的指令系統(tǒng)的學習造成學生對課堂內(nèi)容理解困難，更加無法高效地理解單片機應用系統(tǒng)的設計過程。實驗教學多是進行驗證性實驗，學生遵循實驗指導書進行簡單的導線連接和程序驗證，學生不會自行思考應用系統(tǒng)的設計環(huán)節(jié)，缺乏主動性。

此外，理論與實踐的脫節(jié)教學方式也會使學生缺乏對單片機應用系統(tǒng)設計過程最直觀的認識與工程體驗。最終導致單片機課程具有“難入門”、“內(nèi)容繁雜、枯燥”等特點。

本文基于單片機課程教學現(xiàn)狀的分析，提出基于“項目方式”的理實一體化教學模式在課程教學過程中的應用。使學生能在“學中做”和在“做中學”，師生雙方也是邊教邊做，二者相輔相成，激發(fā)學生的學習積極性。整個教學過程以實際的項目內(nèi)容與設計過程為基線，利用Proteus軟件為工具，進行項目內(nèi)容的硬件原理與軟件設計。學生對項目內(nèi)容及方案先自主調(diào)研，較好地理解單片機的內(nèi)部結構，掌握單片機應用系統(tǒng)的硬件電路設計與軟件程序設計的技能，從而積累項目開發(fā)的經(jīng)驗。為以后的畢業(yè)設計、甚至就業(yè)打好基礎。

1 項目應用實例

單片機課程學習的最終目的是單片機應用系統(tǒng)設計，包括硬件和軟件兩方面。即在教學過程中應將硬件原理與軟件程序設計相結合。以51單片機中斷綜合實例來說明“項目式”教學方式在單片機教學中的應用。

1.1 單片機應用系統(tǒng)設計流程

單片機應用系統(tǒng)的設計主要包括硬件和軟件設計兩大部分。一般來說，用途不同，它們的硬件和軟件結構差別就會很大，但是系統(tǒng)的設計方法和步驟基本相同[5]。

1.2 硬件電路設計

硬件電路主要包括單片機最小系統(tǒng)模塊、存儲器模塊、按鍵模塊和顯示模塊。項目內(nèi)利用了單片機的中斷技術、存儲器擴展技術、串行口擴展技術、單片機輸入輸出接口技術。

本實例的Proteus電路原理圖如圖1所示。控制記錄按鍵開關，利用中斷技術將開關次數(shù)K值存入外擴存儲器AT24C02C芯片，利用數(shù)碼管同步顯示K值。單片機P3.2引腳/外部中斷源0（跳沿觸發(fā)方式）連接記錄按鍵開關，單片機P2.6和P2.7引腳模擬I2C總線與AT24C02C芯片通信。74LS47驅(qū)動七段數(shù)碼管顯示記錄按鍵的開關次數(shù)。

當系統(tǒng)斷電后，再次上電時，能記憶斷電時按鍵次數(shù)，連續(xù)記錄按鍵S按下的次數(shù)。單片機的P3.6引腳連接清零按鍵，能保證異步清除按鍵的歷史記錄次數(shù)，重新記錄。

1.3 軟件設計

本程序采用模塊化設計，主要包括主程序模塊、外部中斷模塊、存儲器的I2C通信模塊和顯示模塊。

1.3.1 主程序模塊

主程序主要完成參數(shù)的初始化、開中斷、判斷按鍵開關與控制等。主程序設計流程圖如圖2所示。

具體的主程序如下：

#include

#include

typedef unsigned char uchar；

#define DAT_ADDR 0x03

uchar g_ucDat；//記錄按鍵開關次數(shù)

sbit sda = P2^7；//AT24C02的數(shù)據(jù)總線

sbit scl = P2^6； //AT24C02的時鐘總線

sbit LED1 = P2^0；

sbit LED2 = P2^1；

sbit clear_key = P3^6；//清零按鍵

void main（void）

{

uchar temp = 0；

g_ucDat=0；

int0_init（）；//中斷初始化

init_I2C（）；//I2C總線初始化

temp = read_I2C（DAT_ADDR）；

if（temp == 0xFF）

{

temp = 0；

write_I2C（DAT_ADDR，temp）；

delay_ms（10）；

}

g_ucDat = temp；

while（1）

{

if（clear_key == 0）

{g_ucDat = 0；

}

temp = g_ucDat；

write_I2C（DAT_ADDR ， temp）；

display（temp）；

}

}

1.3.2 中斷模塊

中斷模塊程序如下：

void int0_init（void）//中斷系統(tǒng)初始化

{

EX0 =1；

IT0 =1；

EA=1；

}

void int0_tnter（） interrupt 0

{

g_ucDat ++；

}

1.3.3 存儲器AT2402C的I2C通信模塊

51單片機沒有專用的I2C總線接口控制器，采用軟件模擬的方法實現(xiàn)與具有I2C總線接口的外圍器件AT2402C連接，從而構成單片機應用系統(tǒng)。在51單片機模擬I2C總線通信時，需要調(diào)用一些子程序構建相應的時序。這些子程序包括總線初始化，典型信號時序模擬子程序，I2C總線模擬通用子程序。為簡便起見，具體程序參考文獻[5]。

1.3.4 顯示模塊

利用單片機P0口控制74LS47驅(qū)動兩位數(shù)碼管顯示按鍵次數(shù)K值。其程序如下：

void display（uchar dat）

{

LED1 = 0；

LED2 = 1；

P0 = （dat%10）；

delay_ms（1）；

LED2 = 0；

LED1 = 1；

P0 = （dat/10）；

delay_ms（1）；

}

1.4 軟硬件結合仿真調(diào)試

生成HEX文件后，將其加入Proteus仿真系統(tǒng)的單片機中調(diào)試。接下來就可以通過調(diào)試菜單進行仿真與驗證。

2 結 語

將理論與實踐教學結合在項目內(nèi)容中，師生邊教邊學，對培養(yǎng)學生的程序設計、硬件設計及綜合知識應用起到積極的作用。其中Proteus將理論與實踐相結合，使學生對單片機的認識更加直觀，進一步激發(fā)了學生的學習興趣，從而提高了教學質(zhì)量。

參考文獻

[1]任國臣，陳曉英，藍和慧，等.單片機原理及接口技術實踐教學改革與實踐[J].遼寧工業(yè)大學學報（社會科學版），2014，16（5）： 141-142.

[2]魯俊生，萬忠，萬光毅.單片機可曾教學改革的實踐和思考[J].實驗室研究與探索，2004，23（3）：54-56.

[3]張晶.精品課程建設的實踐與思考[J].黑龍江高教研究，2006（1）：143-146.

[4]林志貴，袁臣虎，李現(xiàn)國.單片機原理及接口技術課程教學改革新思路[J].電氣電子教學學報，2007，29（2）：16-19.

[5]王麗，張燕，王恒.單片機原理及應用[M].北京：國防工業(yè)出版社，2014.