項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程中的應(yīng)用

趙月靜，陳繼榮

（河北科技大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院，河北石家莊 050018）

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程中的應(yīng)用

趙月靜，陳繼榮

（河北科技大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院，河北石家莊 050018）

在分析“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程教學(xué)目前存在的問題基礎(chǔ)上提出了項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，給出了項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法具體的實(shí)施方法、過程以及項(xiàng)目的設(shè)計(jì)具體內(nèi)容，并通過Proteus和Keil軟件來給出具體的項(xiàng)目，展示了項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)。

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法；單片機(jī)；課程

1 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的實(shí)施

由于單片機(jī)的實(shí)踐性很強(qiáng)，所以在應(yīng)用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的教學(xué)過程中必須理論知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合，把理論知識(shí)點(diǎn)融入到每次的項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，而且要軟、硬件結(jié)合，將單片機(jī)程序和外圍電路相結(jié)合。因此在項(xiàng)目中采用Proteus軟件作為硬件電路原理圖的繪制軟件，Keil用來編寫程序。用Proteus進(jìn)行軟、硬件的仿真。

1.1 教學(xué)過程中的項(xiàng)目設(shè)計(jì)

在教學(xué)過程中，根據(jù)要講授單片機(jī)的硬件資源及擴(kuò)展，按照項(xiàng)目應(yīng)用到的理論知識(shí)點(diǎn)來設(shè)計(jì)相應(yīng)的項(xiàng)目。每個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)中包括9部分：項(xiàng)目名稱、項(xiàng)目的目的、所用理論知識(shí)點(diǎn)撥、項(xiàng)目的硬件電路圖及仿真、軟件編程（包括匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言，重點(diǎn)講授C語(yǔ)言，因?yàn)楦鞔笃髽I(yè)用的比較多）、項(xiàng)目注意事項(xiàng)、動(dòng)手實(shí)踐焊接電路板、示例、項(xiàng)目拓展。在項(xiàng)目的實(shí)施過程中，既學(xué)到理論知識(shí)，又理論聯(lián)系實(shí)際，使學(xué)生明白單片機(jī)中這些硬件資源的使用方法及應(yīng)用場(chǎng)合。

針對(duì)學(xué)校的單片機(jī)課程，共設(shè)計(jì)11個(gè)項(xiàng)目。分別是：1）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；2）中斷源；3）串行通信；4）I/O接口；5）I/O 接口擴(kuò)展；6）鍵盤接口；7）顯示器接口擴(kuò)展；8）數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；9）步進(jìn)電機(jī)的控制（步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)）；10）直流電機(jī)的控制（直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)）；11）交通信號(hào)燈的控制（模擬交通燈）。這些項(xiàng)目涵蓋了單片機(jī)中的所有硬件資源及擴(kuò)展的方法，軟件學(xué)習(xí)貫穿于每個(gè)項(xiàng)目中。通過這些項(xiàng)目的實(shí)施，學(xué)生對(duì)單片機(jī)的軟、硬件及應(yīng)用都有很好的實(shí)踐，提升了學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。

1.2 課程的考核

單片機(jī)是一門注重應(yīng)用的課程，這門課最終目的還是在于開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)。因此在課程結(jié)束時(shí)的考核階段讓學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)綜合完整的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，把以前相對(duì)獨(dú)立的各個(gè)項(xiàng)目綜合起來，鍛煉學(xué)生單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力。具體措施如下。

1）選擇合適的課題 教師向?qū)W生推薦若干個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)課題，學(xué)生根據(jù)自己的能力選擇其中一個(gè)課題，或者和指導(dǎo)老師一起確定實(shí)用課題。如果課題比較大，可以把幾個(gè)學(xué)生合成一個(gè)項(xiàng)目組，共同完成一個(gè)課題，學(xué)生的動(dòng)手能力得到鍛煉，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的配合、溝通能力。

2）整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與調(diào)試 這種方式讓學(xué)生熟悉單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制步驟和方法，學(xué)生從分析系統(tǒng)入手，經(jīng)過總體設(shè)計(jì)－硬件系統(tǒng)－軟件系統(tǒng)－仿真調(diào)試－固化程序等整個(gè)流程，對(duì)每一個(gè)階段都有更加深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)系統(tǒng)也有一定的了解。學(xué)生自己設(shè)計(jì)硬件電路、軟件程序，自己進(jìn)行電路焊接和軟、硬件的綜合調(diào)試，并最終焊接電路板，完成作品實(shí)物。老師隨時(shí)根據(jù)學(xué)生需求進(jìn)行輔導(dǎo)，幫助學(xué)生解決自己無(wú)法克服的難題。

3）作品的驗(yàn)收及點(diǎn)評(píng) 學(xué)生整理材料，做出整個(gè)開發(fā)過程的PPT，老師根據(jù)學(xué)生在項(xiàng)目分組中的表現(xiàn)和所承擔(dān)的任務(wù)，對(duì)作品進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，并給出學(xué)生的成績(jī)等級(jí)。

2 項(xiàng)目實(shí)例——定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的使用

2.1 目的

熟悉掌握單片機(jī)內(nèi)的硬件資源定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的使用方法，達(dá)到會(huì)應(yīng)用的程度，并利用制作定時(shí)器、計(jì)數(shù)器電路，進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和軟件編程。

2.2 理論知識(shí)

1）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 80C51系列單片機(jī)內(nèi)有2個(gè)16位可編程的定時(shí)器或加1計(jì)數(shù)器：TH0，TL0，TH1，TL1占用4個(gè)字節(jié)，它們具有4種工作方式：方式0，方式1，方式2，方式3。其控制字和狀態(tài)字均在相應(yīng)的特殊功能寄存器TMOD和TCON中，通過對(duì)控制寄存器編程可以方便地選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ鞣绞健９ぷ髟诙〞r(shí)器或計(jì)數(shù)器及工作方式是通過TMOD來選擇，TCON用來設(shè)定定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的運(yùn)行控制位——啟動(dòng)或停止、溢出標(biāo)志位。

2）定時(shí)初值的計(jì)算 作為定時(shí)器是每隔1個(gè)機(jī)器周期TL0中內(nèi)容加1，每隔一個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)1次，定時(shí)時(shí)間除以機(jī)器周期就是要計(jì)的數(shù)。要計(jì)的數(shù)按位（位數(shù)和工作方式有關(guān)）求反函數(shù)再加1，即做求補(bǔ)運(yùn)算，就是定時(shí)器的初值。

3）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷 當(dāng)計(jì)數(shù)計(jì)滿后溢出就會(huì)發(fā)生中斷。用作計(jì)數(shù)器時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖來自外部引腳T0（T1），外部輸入的計(jì)數(shù)脈沖的最高頻率為振蕩頻率的1/24。

4）利用計(jì)數(shù)器擴(kuò)展外部中斷 若工作設(shè)定計(jì)數(shù)初值為滿量程，計(jì)數(shù)器加1就溢出，發(fā)生中斷，把外部中斷接到T0引腳。

2.3 項(xiàng)目的硬件電路圖及仿真

利用Proteus和Keil仿真軟件，可以根據(jù)所應(yīng)用的元器件模型和外圍電路模型，使用Proteus仿真軟件設(shè)計(jì)原理圖，畫出項(xiàng)目的硬件電路圖，使用Keil仿真軟件對(duì)其進(jìn)行編程調(diào)試，利用Proteus ISIS與Keil C的聯(lián)調(diào)來仿真系統(tǒng)及其外圍硬件電路的運(yùn)行狀況［4－5］。具體情況略。

2.4 步驟及需要注意的問題

鼠標(biāo)右鍵單擊工程名稱，在彈出的快捷菜單中選擇option for target‘target 1’。再在彈出的對(duì)話框中的debug選項(xiàng)卡中選中l(wèi)oad application at start，選擇use keil monitor－51 drive.

注意的問題：1）初始化編程，確定工作在定時(shí)器還是計(jì)數(shù)器，設(shè)定工作方式，裝入初值，啟動(dòng)計(jì)數(shù)器，打開中斷；2）初值的計(jì)算需要注意工作方式，位數(shù)。

2.5 實(shí)例

例1 設(shè)單片機(jī)晶振頻率為12 MHz，使用定時(shí)器1以方式0產(chǎn)生周期為500μs的方波脈沖，并由P1.7輸出，采用查詢和中斷2種方式。用匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言2種方式編程，比較二者的優(yōu)缺點(diǎn)。

首先根據(jù)題意要求進(jìn)行初始化，求初值，機(jī)器周期 MC＝fosc/12＝1μs，計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)：250/1＝250＝FAH，初值＝1F06H。

在Proteus中畫出硬件電路圖，即單片機(jī)最小系統(tǒng)＋示波器接在P1.7上，如圖1所示（定時(shí)器功能）。

程序如下。

圖1 硬件電路圖設(shè)計(jì)Fig.1 Design of hardware circuit

3 結(jié) 語(yǔ)

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法克服了傳統(tǒng)教學(xué)呆板、被動(dòng)的缺點(diǎn)，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的思維，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。學(xué)生還可以在課外獨(dú)立設(shè)計(jì)、驗(yàn)證自己的系統(tǒng)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)和創(chuàng)造能力。

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的特點(diǎn)是以學(xué)生為中心，以真實(shí)項(xiàng)目為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作技能和團(tuán)隊(duì)精神為目標(biāo)，在整個(gè)過程中學(xué)生能獲取理論知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)。所以在“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程教學(xué)中，只要項(xiàng)目選材合適，材料準(zhǔn)備充分，注意好過程控制，就一定會(huì)收到較好的效果。

［1］陳 慧，饒成明.Proteus仿真軟件在單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代企業(yè)教育，2009（6）：56－57.

［2］王曉榮，權(quán)義萍，張印強(qiáng).基于C語(yǔ)言的“單片機(jī)”教學(xué)方法［J］.中國(guó)電力教育，2009（6）：96－97.

［3］張 齊，朱寧西.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2009.

［4］殷士勇.Keil和Proteus在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，26（6）：567－570.

［5］許 超，吳新杰，張 丹.基于Proteus和Keil的單片機(jī)課程教學(xué)改革［J］.遼寧大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，38（1）：27－29.

Application of project teaching method in the study of single chip microcontroller principle and use

ZHAO Yue－jing，CHEN Ji－rong
（College of Mechanical Engineering，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang Hebei 050018，China）

Project teaching method（PTM）is presented for the problems that exists in the study of single chip microcontroller principle and use.The application method，the process and the content of the project about the PTM are put forward.An example of the project is given in detail by Proteus and Keil software.

project teaching method；single chip microcontroller；curriculum

G642

A

1008－1534（2012）04－239－04

2012－04－26

馮 民

河北科技大學(xué)理工學(xué)院教育教學(xué)研究資助項(xiàng)目（2010Y28）；河北科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教育教學(xué)研究資助項(xiàng)目

趙月靜（1974－），女，河北安國(guó)人，副教授，碩士，主要從事單片機(jī)原理及應(yīng)用、機(jī)械控制工程基礎(chǔ)方面的教學(xué)與研究。