AVR單片機(jī)教學(xué)方法初探

摘要：AVR單片機(jī)正在逐漸取代MCS-51系列單片機(jī)，成為高校電子信息類專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容，在教學(xué)中引入了基于Proteus仿真的教學(xué)平臺(tái)，進(jìn)行了以實(shí)踐為主線的教學(xué)探索與改革，取得了不錯(cuò)的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：AVR；單片機(jī)教學(xué)；Proteus仿真

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 （2012） 24-0225-02

1 引言

單片機(jī)原理是高等院校電子信息類專業(yè)的必開(kāi)專業(yè)課程之一，國(guó)內(nèi)各大高校開(kāi)展單片機(jī)教學(xué)與研究已經(jīng)有了30年的歷程了，目前各個(gè)學(xué)校的單片機(jī)課程還是以MCS-51系列為主。但隨著1997年AVR系列單片機(jī)的推出，它和MCS-51系列相比，在運(yùn)行速度、存儲(chǔ)容量、性能等方面均有很大的優(yōu)勢(shì)，因此得到了市場(chǎng)的認(rèn)可并迅速得到推廣，越來(lái)越多的高校也把AVR單片機(jī)列入了教學(xué)計(jì)劃。AVR單片機(jī)作為一門(mén)新興的課程，對(duì)于教師來(lái)講需要在實(shí)踐中逐步摸索，找出一些有效的教學(xué)方法和手段，來(lái)提高教學(xué)效果。筆者在近期的AVR教學(xué)中積累了一些經(jīng)驗(yàn)，來(lái)和大家一起分享。

2 Proteus仿真軟件在教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 Proteus仿真解決了單片機(jī)學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)

AVR單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)，離不開(kāi)軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)兩大模塊，軟件程序和硬件系統(tǒng)的結(jié)合是關(guān)鍵也是難點(diǎn)。傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式是現(xiàn)在計(jì)算機(jī)上利用相關(guān)編譯軟件編寫(xiě)程序，并通過(guò)分析寄存器或存儲(chǔ)單元的內(nèi)容來(lái)檢驗(yàn)程序的正確性，然后將程序下載到單片機(jī)芯片中，和硬件電路進(jìn)行聯(lián)調(diào)，但是這種學(xué)習(xí)方法硬件成本高，制作困難，而且出現(xiàn)問(wèn)題也無(wú)法輕易判斷是硬件設(shè)計(jì)的原因還是軟件程序的問(wèn)題，調(diào)試?yán)щy，因此具有一定的局限性。另外一種常用的方法是使用AVR單片機(jī)試驗(yàn)箱，這些實(shí)驗(yàn)箱的外圍電路已經(jīng)搭建好，只要按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)做一些簡(jiǎn)單的連線即可，學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和動(dòng)手能力得不到提高。而將Proteus引入到教學(xué)中能很好地解決了這一問(wèn)題。

Proteus仿真軟件是一款多功能的EDA軟件，支持各種主流CPU，具有交互仿真功能，可以在沒(méi)有硬件的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)AVR及其外圍電路的協(xié)同仿真，真正實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)上完成從原理圖的設(shè)計(jì)、電路分析與仿真、微處理器程序的設(shè)計(jì)與仿真、系統(tǒng)測(cè)試與功能驗(yàn)證的過(guò)程。Proteus仿真改變了傳統(tǒng)的單片機(jī)學(xué)習(xí)方法，近年來(lái)被廣泛地應(yīng)用到高校單片機(jī)等課程的教學(xué)當(dāng)中?；赑roteus平臺(tái)的單片機(jī)教學(xué)更直觀，也更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，能夠?qū)崿F(xiàn)很好的教學(xué)效果。

2.2 Proteus仿真在單片機(jī)教學(xué)中的作用

AVR設(shè)計(jì)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，尤其要重視對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐素養(yǎng)的培養(yǎng)。在以往的單片機(jī)教學(xué)當(dāng)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)往往是分開(kāi)的。先在教室講授理論知識(shí)，之后才能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。這樣的教學(xué)手段使得理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)有些脫節(jié)，課堂教學(xué)內(nèi)容抽象，紙上談兵，學(xué)生不容易理解，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)也得不到理論基礎(chǔ)得有效的支撐，教學(xué)效果不是很好。

將Proteus仿真平臺(tái)引入到教學(xué)后，實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)不做嚴(yán)格區(qū)分，上課地點(diǎn)都在虛擬實(shí)驗(yàn)室。教師可事先針對(duì)本堂的授課內(nèi)容，準(zhǔn)備好Proteus仿真案例，然后在課堂上給學(xué)生進(jìn)行演示。形象化的案例，直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，再結(jié)合理論教學(xué)，使學(xué)生更容易理解和接受新知識(shí)。理論知識(shí)點(diǎn)介紹完之后，可以給學(xué)生布置一些相關(guān)的任務(wù)，使學(xué)生可以馬上對(duì)剛講完的知識(shí)進(jìn)行應(yīng)用從而很好地進(jìn)行消化和理解，真正地做到了理論和實(shí)踐的結(jié)合。也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的設(shè)計(jì)能力。

3 教學(xué)內(nèi)容方面進(jìn)行改革

AVR單片機(jī)是一門(mén)側(cè)重于實(shí)踐的課程，如何針對(duì)課程特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和工程素養(yǎng)是教學(xué)中需要面對(duì)的一個(gè)問(wèn)題。以往的單片機(jī)教學(xué)是按照先講原理，后講實(shí)踐應(yīng)用的順序進(jìn)行，原理的講授和實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)是并重的。我們把教學(xué)內(nèi)容做了一下調(diào)整，側(cè)重應(yīng)用，兼顧原理。從AVR的實(shí)際應(yīng)用入手，我們把AVR的教學(xué)內(nèi)容分成通用I/O接口、通用串行接口、中斷控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)控制及常用接口器件幾個(gè)模塊。同時(shí)我們?cè)诮虒W(xué)中設(shè)計(jì)了大量的應(yīng)用實(shí)例，原理部分不占太多的比重，穿插到實(shí)例當(dāng)中進(jìn)行講解。通過(guò)應(yīng)用實(shí)例反而更有利于學(xué)生對(duì)原理的掌握和理解。

例如AVR單片機(jī)當(dāng)中的定時(shí)/計(jì)數(shù)器部分的內(nèi)容是比較難掌握的，它有3個(gè)不同位數(shù)的計(jì)數(shù)器，同時(shí)每個(gè)計(jì)數(shù)器又有4種不同的工作模式，單獨(dú)講授理論是很難讓學(xué)生明白的。我們把每個(gè)計(jì)數(shù)器的不同模式分別設(shè)計(jì)了應(yīng)用實(shí)例，通過(guò)不同的實(shí)例來(lái)說(shuō)明各種模式的區(qū)別以及應(yīng)用，就容易理解多了，而且通過(guò)實(shí)例，學(xué)生也掌握了各種情況的設(shè)計(jì)方法。

4 實(shí)踐教學(xué)的有效補(bǔ)充

課程設(shè)計(jì)是實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的一個(gè)有效補(bǔ)充手段。AVR單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：理論設(shè)計(jì)、硬件調(diào)試與仿真、撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告等。課程設(shè)計(jì)的教學(xué)采用相對(duì)集中的方式進(jìn)行，以班為單位全班學(xué)生集中到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，指導(dǎo)教師準(zhǔn)備出十個(gè)備選題目，每4到6名學(xué)生組成一個(gè)小組，完成一個(gè)課題的設(shè)計(jì)。小組成員既有分工、又要協(xié)作，同一小組的成員之間可以相互探討、協(xié)商，可以互相借鑒或參考別人的設(shè)計(jì)方法和經(jīng)驗(yàn)。但每個(gè)學(xué)生必須單獨(dú)完成設(shè)計(jì)任務(wù)，要有完整的設(shè)計(jì)資料，獨(dú)立撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告。

在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)生先針對(duì)的設(shè)計(jì)的項(xiàng)目特點(diǎn)收集、調(diào)查有關(guān)資料，然后進(jìn)入草案階段，指導(dǎo)教師進(jìn)行方案的討論、修改。設(shè)計(jì)方案確定后，又在老師指導(dǎo)下進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試，在整個(gè)過(guò)程中，學(xué)生從資料查閱、方案論證、器件選擇、系統(tǒng)仿真、電路焊接、安裝調(diào)試到撰寫(xiě)報(bào)告都要由學(xué)生自行完成，教師主要起引導(dǎo)作用。雖然過(guò)程中遇到了一些困難，但是在解決這些問(wèn)題的過(guò)程無(wú)疑也是對(duì)自己自身專業(yè)素質(zhì)的一種提高與肯定。此次設(shè)計(jì)不僅增強(qiáng)了學(xué)生在專業(yè)設(shè)計(jì)方面的信心，更是一次興趣的培養(yǎng)。使學(xué)生的動(dòng)手能力、設(shè)計(jì)能力、報(bào)告撰寫(xiě)能力都得到了鍛煉，也使學(xué)生積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)了團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力，為今后步入社會(huì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 考核方式的改革

AVR單片機(jī)側(cè)重于實(shí)踐應(yīng)用，而傳統(tǒng)的考核方式以筆試為主，無(wú)法考核到學(xué)生的實(shí)踐能力，因此我們對(duì)這門(mén)課程的考核方式也進(jìn)行了調(diào)整。取消筆試，學(xué)生成績(jī)由期末上機(jī)考試和平時(shí)成績(jī)綜合評(píng)定。上機(jī)考試會(huì)出一些案例題目讓學(xué)生通過(guò)Proteus仿真軟件和相關(guān)編譯軟件完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要目的是考核學(xué)生的AVR設(shè)計(jì)能力。平時(shí)成績(jī)更側(cè)重于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中和課程設(shè)計(jì)中的表現(xiàn)和能力。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在AVR單片機(jī)教學(xué)中我們進(jìn)行了一些改革和嘗試，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性，提高了學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，鍛煉了學(xué)生解決工程實(shí)踐問(wèn)題的能力，取得了較好的教學(xué)效果。

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