單片機實驗教學的改革

肖艷軍 孟憲樂

（河北工業(yè)大學 機械工程學院，中國 天津300130）

0 引言

由于單片機體積小、成本低、控制功能強，易擴展等優(yōu)點，使得它作為智能控制核心被廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域中。所以說單片機的開發(fā)已成為目前高校電子和計算機等相關(guān)專業(yè)學生必備的能力。

然后現(xiàn)有實驗教學中一般的單片機實驗系統(tǒng)通常為固定線路，學習者只能依照該實驗系統(tǒng)進行簡單的接線，然后將代碼輸入，進行實驗的驗證，幾乎沒有自由創(chuàng)新和開發(fā)的空間。實驗系統(tǒng)的數(shù)量也很難達到人手一臺的標準，加上課時的限制使得大多數(shù)學生無法在課上得到充分的鍛煉?；诂F(xiàn)如今電腦的普及，軟件的高度開發(fā)，筆者在此基礎(chǔ)上增加了將Proteus與Keil整合應(yīng)用于單片機實驗教學中的環(huán)節(jié)，使學生可以在課下進行深入學習，培養(yǎng)學生自己開發(fā)簡單項目的能力，達到理論與實際的合理過渡。

1 Keil軟件的編程訓練

作為一種高級語言，C語言已成為高校好多專業(yè)所必修的課程。而在單片機開發(fā)中，大多企業(yè)的軟件開發(fā)也是以C51為主。在此形勢下,原來實驗系統(tǒng)一貫的匯編語言開發(fā)環(huán)境顯然已跟不上時代的發(fā)展,對學生就業(yè)造成一定的影響。鑒于學生此前學習過C語言程序設(shè)計,,加上C51語言編程簡單易入門的優(yōu)點，學生由匯編語言向C語言過渡會容易的多。因而，在實驗系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境上可以安裝C開發(fā)環(huán)境——Keil uvision軟件。

Keil uvision4是基于C51的集成開發(fā)環(huán)境，支持匯編和C51編程，可編譯生成HEX下載文件。若掛接與目標處理器相應(yīng)的硬件仿真器可直接進行軟硬件聯(lián)合調(diào)試，若純軟件實驗還可完全不需要硬件而單獨調(diào)試程序。學生在實驗時,只有在精確控制時，如頻率、時間的控制上用匯編語言，其余部分均可用C51來完成編程。C51編程部分還可以通過在自己電腦上安裝Keil軟件完成對應(yīng)的課前預習和課后總結(jié)任務(wù)，使課堂上的時間不會太過緊促。

2 采用Proteus輔助設(shè)計

Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出品的電路分析與仿真軟件。軟件特點如下：（1）單片機仿真與SPICE電路仿真相結(jié)合；（2）支持示波器、信號發(fā)生器、邏輯分析儀等虛擬儀器，器儀具有理想?yún)?shù)指標，例如極高輸入阻抗或極低輸出阻抗，這些都盡可能減少了儀器對測量結(jié)果的影響，支持眾多外部模擬和數(shù)字器件；（3）自身提供軟件調(diào)試功能，也支持Keil C51等外部編譯和調(diào)試環(huán)境。

Proteus允許用戶搭建以單片機為核心的完整電路系統(tǒng)，并進行整體硬件仿真和軟件調(diào)試，能真正對單片機系統(tǒng)進行輔助設(shè)計。利用Proteus軟件，學生的硬件電路將不再受限于實驗箱固有的模式，可以充分發(fā)揮自己的想象力進行自主開發(fā)。在課上老師可以進行簡單實驗如單片機最小系統(tǒng)的搭建與仿真的任務(wù)分配，而課下則要求每人根據(jù)自己興趣進行一個稍微復雜電路的設(shè)計。這樣，學生即使離開實驗室，脫離實驗箱，也可以進行完整的系統(tǒng)設(shè)計，而且能通過仿真看到結(jié)果。學生可以自由發(fā)揮設(shè)計靈感，不受既有電路的限制，大大鍛煉了學生自主創(chuàng)新的能力，可謂之后工作打下扎實的基礎(chǔ)。

3 基于Proteus+Keil的實驗平臺

鑒于proteus支持Keil作為外部編譯和調(diào)試環(huán)境的特點，Proteus和Keil軟件的結(jié)合使用已成為單片機制作初期常用的手段。在電路板實際制作之前，開發(fā)者可通過Proteus和Keil軟件進行所需功能的仿真，達到要求后再進行具體元器件及PCB板的購買，大大節(jié)省了開發(fā)周期和開發(fā)成本。

單片機實驗教學也可以把Proteus與Keil仿真軟件整合起來使用。首先采用Proteus軟件繪制硬件電路圖,然后通過Keil進行軟件部分的程序設(shè)計,最后再通過兩部分的整合進行真調(diào)試。在實驗室的電腦上安裝好這兩個軟件，老師在實驗教學過程中向?qū)W生展示其功能及應(yīng)用,然后在課堂上讓學生完成基本功能的使用。要求學生在自己的電腦上也安裝這個軟件,利用課余時間自己動手做像LED發(fā)光管，蜂鳴器發(fā)聲、鍵盤控制、數(shù)碼管、AD模塊轉(zhuǎn)換等小實驗。

4 傳統(tǒng)方法與新方法的有機結(jié)合

根據(jù)單片機課程的特點，傳統(tǒng)方法的存在與課堂內(nèi)容更接近；而文章介紹的新方法則更貼近于就業(yè)，因而做到傳統(tǒng)方法與新方法的有機結(jié)合將是培養(yǎng)高水平人才的關(guān)鍵所在。為達到上述目標，將實驗教學內(nèi)容分為基礎(chǔ)實驗、綜合實驗、開放實驗三部分。

基礎(chǔ)實驗主要是基本硬件的認識、基本指令的使用與匯編語言的設(shè)計。這是對學生課堂知識的鞏固，幫助學生消化課堂上的知識。

綜合實驗則包括硬件接線和軟件編程兩部分。實驗系統(tǒng)提供基本電路，但完成實驗要求還需要學生在掌握各模塊功能的前提下自主接線。實驗指導書只給出了任務(wù)、要求和原理性說明，學生必須根據(jù)實驗?zāi)康暮鸵髞泶罱ㄖ黧w電路，然后編寫程序，最后進行調(diào)試和驗證。學生需認真觀察實驗現(xiàn)象，并對實驗結(jié)果進行分析，上交實驗報告和調(diào)試心得，作為實驗考核的一部分。

開放實驗室是由教師帶動學生在課下自主完成實驗任務(wù)的環(huán)節(jié)，它是對課堂內(nèi)容的補充和升華，是學生充分發(fā)揮自主創(chuàng)新能力的環(huán)節(jié)，也是解決儀器損壞、儀器數(shù)量不足、內(nèi)容多等問題的重要手段。指導老師可以鼓勵學生自主提出感興趣的題目進行設(shè)計研究，也可提出幾個方向供學生選擇。這樣，領(lǐng)悟能力高的學生有了發(fā)展才華的機會，很有可能開發(fā)出新穎的實驗電路，得到滿意的仿真結(jié)果，甚至焊接出實現(xiàn)功能的電路板。貪玩的學生也會有完成課余任務(wù)的壓力與緊迫感，提高他們的自制力，自覺完成任務(wù)。另外，學生需在課下利用Proteus和Keil軟件進行軟硬件的調(diào)試，而課堂只作為對學生進行答疑和供學生相互交流的環(huán)境。調(diào)試過程和結(jié)果可以PPT的形式展示，作為實驗考核的重點。

基礎(chǔ)實驗是過渡實驗的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)實驗和過渡實驗又是順利完成綜合實驗必不可少的環(huán)節(jié)。根據(jù)課時情況有條理地分配和穿插三部分，培養(yǎng)學生綜合應(yīng)用知識的能力，培養(yǎng)學生自主完成項目開發(fā)的能力。

5 結(jié)束語

傳統(tǒng)的實驗?zāi)Ｊ竭^于貼近課本，是驗證性實驗，作為基礎(chǔ)可以很好的幫助學生消化課堂上的知識。利用Proteus與Keil進行單片機教學，具有比較明顯的優(yōu)勢，為單片機實驗改革提供了一個很好的思路。在傳統(tǒng)模式讓學生學會理論聯(lián)系實際的方法的基礎(chǔ)上，利用Proteus與Keil進行單片機有關(guān)軟硬件技術(shù)的自主訓練，大大培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力。這種通過“軟硬結(jié)合”的實驗方法實現(xiàn)了以學生為主體的個性化教育模式，為學生在以后更高層次的深入應(yīng)用和工作打下扎實的基礎(chǔ)。

［1］胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù)學習輔導與實踐教程[M].北京:清華大學出版社,2004,6.

［2］唐涌杰,王禎巖,等.面向21世紀高校實驗教學改革的思路[J].實驗室研究與探索,2000(5):8-10.

［3］劉應(yīng)群，孫兵,等.Proteus與Keil在單片機教學中的應(yīng)用[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2010（11）:42-43.

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