基于Proteus和WAVE軟件開展單片機項目教學(xué)法的探討

藍峰偉

[摘 要] 項目教學(xué)法是以項目為主線、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的一種教學(xué)方法，是以培養(yǎng)學(xué)生“探研性”學(xué)習(xí)能力為目標的一種教學(xué)方法。它能讓學(xué)生在完成某一項目的過程中，把老師設(shè)計、安排進去的一些知識掌握好，運用好。探討了利用Proteus和WAVE兩套應(yīng)用軟件，開展單片機項目教學(xué)法的可行性及其優(yōu)越性。

[關(guān) 鍵 詞] Proteus；WAVE；單片機；項目教學(xué)法

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）11-0176-02

單片機是一門理論性、操作性和綜合性都比較強的專業(yè)課程。其包含兩大類知識：一是單片機的軟件知識；二是單片機的硬件知識。它們是既有區(qū)別，又相互關(guān)聯(lián)的一個整體。如何把他們的有機聯(lián)系在教學(xué)中體現(xiàn)出來是上好該課程的關(guān)鍵。如果把單片機的指令系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)按照教材的編排順序一一進行講解，往往會出現(xiàn)講到后面的內(nèi)容時，學(xué)生把前面的內(nèi)容忘了。這樣必然導(dǎo)致學(xué)生的興趣不濃，效果不理想。

在單片機教學(xué)中引入項目式教學(xué)法則能較好地化解這一困難。項目教學(xué)法起源于20世紀90年代初，其特點是把整個學(xué)習(xí)過程分解為一個個具體的工程或事件，設(shè)計出一個個項目教學(xué)方案，按行動回路設(shè)計教學(xué)思路，不僅傳授給學(xué)生理論知識和操作技能，更重要的是培養(yǎng)他們的職業(yè)能力，這里的能力已不僅是知識能力或者專業(yè)能力，而涵蓋了如何解決問題的能力，包括方法能力、接納新知識的學(xué)習(xí)能力以及與人協(xié)作和進行項目運作的能力。如果我們以項目為主線、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體，就能把所要講授的“軟件”和“硬件”知識分解到幾個項目中去，使學(xué)生通過相應(yīng)的項目訓(xùn)練慢慢地把相關(guān)的知識掌握好。要在單片機教學(xué)中開展項目式教學(xué)法，以下幾點是必需要細致考慮的。

一、挑選必需的工具

前面講到，單片機是一門“軟”“硬”兼并的課程。其中的“硬件工具”顯得尤為關(guān)鍵。如果采用實物工具，當我們的教學(xué)“項目”更改時，“硬件”系統(tǒng)的元器件供給難以保證；當元器件供給沒問題時，學(xué)生也許會把課堂中的大部分時間花在單片機“硬件”系統(tǒng)的正確連接上。這樣一來就會影響教學(xué)進度，使教學(xué)進度變得難以控制。為了避免這種教學(xué)中的被動局面，在硬件工具上我引入了仿真工具“Proteus”。Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件，是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具，在單片機愛好者和單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者中廣為應(yīng)用，其具有使用簡單、界面清晰逼真和功能強大等特點。比起實物調(diào)試，采用Proteus軟件仿真顯得更為靈活方便，“電路”的穩(wěn)定性與課堂的操控性也更好。

在“軟件工具”方面比較容易解決，市面上針對單片機軟件調(diào)試的工具比較多。本人在教學(xué)中以WAVE作為單片機的軟件調(diào)試工具。另一條件就是聯(lián)網(wǎng)好的多媒體教室，保證學(xué)生每人有一臺電腦。

二、“項目”設(shè)計案例

單片機技術(shù)的應(yīng)用涉及現(xiàn)代生產(chǎn)、生活中的方方面面，與單片機有關(guān)的“項目”有很多實例可用。但“教學(xué)”和“開發(fā)”畢竟有不同，我們的主體是學(xué)生，不是單片機產(chǎn)品。因此在設(shè)計教學(xué)項目時就要考慮到學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和學(xué)生的整體接受能力，盡量符合人的一般認識規(guī)律，即從簡單到復(fù)雜的規(guī)律。

以制作“搶答器”這一項目為例，簡單介紹我的教學(xué)設(shè)計過程。首先用Proteus軟件設(shè)計出搶答器硬件系統(tǒng)電路，如圖1所示。然后教師把事先準備好的程序添加到該系統(tǒng)中，并在電腦上向全體學(xué)生演示“搶答”效果，同時向?qū)W生作關(guān)鍵條件的明晰，讓他們對此項目有一個總體了解，有學(xué)習(xí)的目標和方向。然后我又把它分解成若干個小項目，分步施教，向總體目標推進。

x

（一）數(shù)碼管的工作原理及0～9十位數(shù)的16進制編碼

此部分內(nèi)容基本只涉及硬件電路。在Proteus中設(shè)計出如圖2所示電路，然后進行仿真講解。段碼所對應(yīng)的開關(guān)按下時用“1”來表示，斷開時用“0”來表示，其數(shù)碼管的段碼顯示原理及顯數(shù)編碼的確定都是直觀明了的。在教師完成第一個數(shù)字編碼的填寫后，由學(xué)生根據(jù)自己的操作過程完成余下數(shù)碼的填寫，如表所示。

（二）任意按下一個鍵、即時顯示其所對應(yīng)的數(shù)字

這部分內(nèi)容的重點在程序的編寫上了。下面給出只有兩位數(shù)顯示的程序。

ORG 0000H

MOV P0，#00H

K0： JB P3.7，K1

MOV P0，#3FH；顯示“0”

K1：JB P3.6，K0

MOV P0，#06H ；顯示“1”

LJMP K0

END

這部分內(nèi)容在WAVE軟件上進行分析講解。通過這一小段程序的精講，目的是要求學(xué)生掌握以下三點：（1）MOV、JB、JNB、LJMP等指令的作用；（2）P0、P3.7、P3.6和P1.6的含義及作用；（3）整段程序運行時的原理及過程。老師講解完后讓學(xué)生操作一遍或多遍，然后要求學(xué)生完成顯示“2”“3”“4”等數(shù)字的程序編寫，并在仿真電路上運行。

（三）搶答器功能的實現(xiàn)。要求有四位搶答鍵和一位主控鍵。有了上面這一步“按鍵”控制“數(shù)字”的基礎(chǔ)之后就可以讓學(xué)生進行終極目標的實現(xiàn)。如果學(xué)生基礎(chǔ)比較好，此時可以讓學(xué)生自己獨立去完成，也可以以小組的形式來開展。如果學(xué)生的基礎(chǔ)不是很扎實，則對學(xué)生進行部分的提示。如提供下列僅有兩位搶答鍵和一位主控鍵的程序給學(xué)生參考，然后在此基礎(chǔ)上再去達到“項目”要求的功能，并最終在仿真電路中實現(xiàn)搶答功能的效果。

ORG 0000H

START： MOV P0，#00H

JNB P3.7，K1

JNB P3.6，K2

LJMP START

K1：MOV A，#06H；顯示1

MOV P0，A

JB P1.6，$

LJMP START

K2：MOV A，#5BH；顯示2

MOV P0，A

JB P1.6，$

LJMP START

END

三、總結(jié)

整個教學(xué)設(shè)計以項目為導(dǎo)向，以行動為引領(lǐng)。單片機的硬件知識和軟件知識不再是分而教之了，而是有機地結(jié)合起來，完成一個具有實際使用價值的項目——搶答器。這一過程的設(shè)計并不是為了完成項目而完成項目，關(guān)鍵地方是把我們要教授的內(nèi)容組合在里面：（1）MOV、JB、JNB、LJMP等指令的作用；（2）單片機各接口功能如何通過編程進行控制；（3）數(shù)碼管的使用。

以項目式教學(xué)法開展單片機這門課程的教學(xué)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的獨立探究精神及與他人的合作精神，引導(dǎo)學(xué)生在實踐中掌握好新內(nèi)容，運用好新技能。

參考文獻：

[1]呂忠寶.項目教學(xué)法與傳統(tǒng)教學(xué)法的比較[J].科技信息北京，2007（2）.

[2]黃月明.淺談單片機項目教學(xué)法[J].課程教育研究，2017（38）：16-17.