在線仿真與實(shí)操相結(jié)合的單片機(jī)教學(xué)研究

雷福寶　孟臘梅　高娜

摘 要：目前單片機(jī)已成為社會(huì)生產(chǎn)、工業(yè)控制、尖端武器、日常生活中最廣泛使用的計(jì)算機(jī)，對(duì)于學(xué)生和科技人員來說，學(xué)習(xí)和掌握單片機(jī)提出了更高的要求，所以在線仿真、實(shí)驗(yàn)箱的使用在院校當(dāng)中得到廣泛使用，分析這兩種方式在教學(xué)當(dāng)中存在的一些現(xiàn)狀和問題，本文提出一種在線仿真與實(shí)操相結(jié)合的單片機(jī)教學(xué)方法，完成單片機(jī)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)的全部過程。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);在線仿真;實(shí)操訓(xùn)練

單片機(jī)一詞最初是源于“Single Chip Microcomputer”，簡(jiǎn)稱SCM，它的主要作用包括運(yùn)算和控制，單片機(jī)又稱為嵌入式微控制器，在智能儀表、工業(yè)控制、智能終端、家用電器等很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，單片機(jī)也成為各高校專業(yè)必修的的課程。學(xué)習(xí)掌握單片機(jī)對(duì)于學(xué)生來是相對(duì)困難的，因?yàn)閱纹瑱C(jī)控制電路項(xiàng)目中包括硬件電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試、軟件的程序設(shè)計(jì)，以及軟件和硬件結(jié)合問題。所以采用單個(gè)方式，或者部分方式，掌握起來相對(duì)因難。本文針對(duì)上述問題，提出一種結(jié)合方式，通過Keil、Proteus和萬能板器件電路實(shí)物，通過實(shí)物的練習(xí)，實(shí)物的調(diào)試，增加實(shí)操訓(xùn)練，提高掌握效率。

1 單片機(jī)課程教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 單片機(jī)課程理論化

現(xiàn)有部分單片機(jī)開設(shè)課程理論化，只有理論的學(xué)習(xí)，缺少實(shí)操過程，或者是沒有虛擬的練習(xí)。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的特點(diǎn)，它是由硬件、硬件電路、軟件、軟件調(diào)試組合課程，并且涉及到單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)成，及內(nèi)部控制電路、運(yùn)算電路、存儲(chǔ)寄存器、軟件編程思想等內(nèi)容，所以，這樣會(huì)造成理論非常困難，成倍增加難度。不能滿足學(xué)習(xí)多樣需求，也達(dá)不到深入淺出的必要條件。

1.2 單片機(jī)課程實(shí)踐單一化

這里單一化指的是實(shí)訓(xùn)只有虛擬，或者是只有實(shí)驗(yàn)箱的實(shí)訓(xùn)過程。一定程度上解決了單片機(jī)學(xué)習(xí)困難的問題，將單片機(jī)項(xiàng)目化，模塊化。由于缺少實(shí)操部分，缺少了實(shí)物項(xiàng)目化，實(shí)物模塊化。少了工作為導(dǎo)向，少了項(xiàng)目的完整過程，還是有一定的難度，一定程度會(huì)減少學(xué)生的積極性，會(huì)形成以老師為主導(dǎo)，學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)的現(xiàn)象。

1.3 單片機(jī)項(xiàng)目?jī)?nèi)容簡(jiǎn)單化

由于缺少單片機(jī)實(shí)操部分，或是缺少單片機(jī)項(xiàng)目完整性。為了達(dá)到培養(yǎng)要求，降低項(xiàng)目難度，在項(xiàng)目選擇上，傾向挑選簡(jiǎn)單的項(xiàng)目?jī)?nèi)容，減少的項(xiàng)目豐富內(nèi)容，好的單片機(jī)項(xiàng)目，好的創(chuàng)新思想得不到實(shí)現(xiàn)。達(dá)不到人才培養(yǎng)的目的和目標(biāo)。

2 在線仿真Keil、Proteus在實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中的應(yīng)用

單片機(jī)是注重理論，也注重實(shí)踐的一門課程，也是綜合各學(xué)科的課程，完整的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，需要涉及到各方面知識(shí)，其中包括：模擬與數(shù)字電路、Protel電路設(shè)計(jì)、匯編與單片機(jī)C語(yǔ)言編程、單片機(jī)接口設(shè)計(jì)、單片機(jī)通信顯示設(shè)計(jì)等。在項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)過程中，采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式，實(shí)物與虛擬操作相對(duì)照的方式，通過理論指導(dǎo)實(shí)踐，達(dá)到明顯的提高效果，反過來虛擬操作增加興趣點(diǎn)，提高自信心。在線傳真包括如下三個(gè)步驟：

2.1 單片機(jī)的理論

單片機(jī)理論學(xué)習(xí)必不可少，注重解析出教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)、難點(diǎn)、易點(diǎn)，通過項(xiàng)目導(dǎo)向，任務(wù)驅(qū)動(dòng)，內(nèi)容模塊化，項(xiàng)目化，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性、積極性，帶著問題、帶著疑問在實(shí)踐和實(shí)操過程中尋找答案。深入淺出的學(xué)習(xí)各部件的工作原理、軟件方面的編程思想。

2.2 單片機(jī)Protel電路設(shè)計(jì)

通過工學(xué)結(jié)合，模擬工作過程，利用AD14設(shè)計(jì)軟件，設(shè)計(jì)繪制出單片機(jī)外圍電路原理圖，生成原理圖的網(wǎng)絡(luò)表，利用網(wǎng)絡(luò)表設(shè)計(jì)繪制PCB印刷電路板，通過原理圖和PCB的設(shè)計(jì)，加深了對(duì)模擬和數(shù)字電路認(rèn)識(shí)，以及項(xiàng)目設(shè)計(jì)中的各種設(shè)計(jì)規(guī)則，增加的項(xiàng)目設(shè)計(jì)的興趣點(diǎn)，減少了單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)的困難點(diǎn)。

2.3 單片機(jī)Proteus在線仿真

利用Keil和Proteus仿真單片機(jī)開發(fā)過程，提高單片機(jī)的開發(fā)清晰度，減少單片機(jī)開發(fā)時(shí)間，提高開發(fā)效率。Keil開發(fā)單片機(jī)C程序，編譯和鏈接，生成.hex文件，可以熟練掌握編程思想和編程方法。通過Proteus下載.hex文件，模擬單片機(jī)程序的燒寫，Proteus搭建單片機(jī)電路和外圍電路等，通過搭建好的電路上運(yùn)行燒寫的程序，運(yùn)行結(jié)果反映出程序編程的效果，方便找開發(fā)程序的漏洞，提高了程序調(diào)試能力。

3 搭建單片機(jī)實(shí)物電路實(shí)操過程

3.1 PCB萬能板搭建

前述提到Protel電路設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出PCB印刷電路，開發(fā)出PCB電路板，焊接PCB電路板單片機(jī)所有器件，包括單片機(jī)常用的晶振電路、電源電路、接口電路、I2C電路、顯示電路、驅(qū)動(dòng)電路等。實(shí)物焊接進(jìn)一步促進(jìn)掌握單片機(jī)電路各器件的工作原理、理論參數(shù)、連接方式、電磁兼容、電路布局和布線等知識(shí)。有助于減少單片機(jī)理論知識(shí)枯燥性，和提高對(duì)整體項(xiàng)目的把控。如下圖所示：

3.2 焊接電路工具實(shí)操

單片機(jī)焊接時(shí)涉及到各種的工具，其中包括電烙鐵、萬能表、示波器、吸槍等，焊接工具的使用進(jìn)一步提高了對(duì)器件融通，增強(qiáng)了對(duì)器件參數(shù)理解，能幫助理解掌握各器件的特性、參數(shù)指標(biāo)，通過工具的實(shí)測(cè)得到的值后了解各部件的工作原理及運(yùn)行過程。通過實(shí)操的練習(xí)增加了對(duì)單片機(jī)的樂趣，打通了單片機(jī)理論與仿真到項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)的最后一步的問題。

3.3 單片機(jī)項(xiàng)目運(yùn)行

單片機(jī)課程項(xiàng)目化、模塊化，以項(xiàng)目為導(dǎo)向，提供一整套的搭建、編程、燒錄、調(diào)試的工作過程。單片機(jī)萬能板電路、單片機(jī).hex開發(fā)程序、單片機(jī)燒錄程序STC、單片機(jī)燒錄終端等，運(yùn)行步驟如下：

（1）計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)與單片機(jī)燒錄終端連接;

（2）運(yùn)行STC燒錄程序，為單片機(jī)燒錄.hex程序;

（3）安裝燒錄好的單片機(jī);

（4）單片機(jī)項(xiàng)目上電運(yùn)行;

（5）項(xiàng)目測(cè)試。

此方法運(yùn)用了案例教學(xué)、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、產(chǎn)教融合等方法，相對(duì)較好的解決了單片機(jī)硬件電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試、枯燥語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的兩大難題，為學(xué)生提供了范例，適應(yīng)了單片機(jī)教學(xué)需求，達(dá)到了以學(xué)生為中心，老師為輔導(dǎo)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，有助于進(jìn)一步增加學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

4 結(jié)語(yǔ)

單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)是一項(xiàng)新型的軟硬件工程技術(shù)，其是學(xué)生們覺得最難學(xué)的課程之一，涉及到硬件的各科知識(shí)，也涉及到高級(jí)語(yǔ)言編程，一定程序上增加的課程的難度，為了更好的學(xué)習(xí)好單片機(jī)這們課程，采用理論、仿真、實(shí)操結(jié)合的方式，運(yùn)用多種教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)簡(jiǎn)單化、問題直觀化，重點(diǎn)切入。增加課堂的趣味，調(diào)動(dòng)了學(xué)生主觀能動(dòng)，提高了積極性和動(dòng)手能力，在一定程度上提高了學(xué)生的自信心，達(dá)到了培養(yǎng)要求。

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作者簡(jiǎn)介：雷福寶（1985-），男，碩士，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，計(jì)算機(jī)工程系系統(tǒng)維護(hù)教研室主任。