單片機課程教學方式改革與實踐

周朝霞 紀藝娟

（廈門大學 嘉庚學院 信息科學與技術學院，福建 漳州 363105）

1 單片機原理及應用課程的傳統(tǒng)教學方法及教學現(xiàn)狀

目前，單片機原理及應用課程的教學主要分兩部分：課堂理論教學和實驗室實驗教學，具體來說。

(1)課堂理論教學現(xiàn)在基本不使用傳統(tǒng)的授課方式——老師在講臺上板書，而普遍采用多媒體設備，將上課教學內容制作成PPT，采用演示教學法。這種同時具備聲音、視頻效果的教學方式，使學生在一定程度上容易理解并接受所講授的內容，并對提高學生的學習積極性有一定效果，但對于單片機原理及應用這門課程，學生反映很抽象、難懂、難學，效果很有限[1]。

(2)實驗室實驗教學是在固定的實驗箱上，圍繞單片機理論課程中的知識點進行驗證性、設計性和綜合性的實驗，為讓學生能更好地理解并掌握知識點，每次實驗內容都較多，再加上實驗箱陳舊，故障率較高，所以學生一般很少能在有限的實驗課時內完成所有的實驗內容。這樣造成不少學生學完了單片機實驗課程后，往往對實際操作一知半解，有些理論難點內容也是沒有深入理解、似懂非懂。這種情況，不利于培養(yǎng)學生獨立解決實際問題的能力，對提高學生學習興趣、擴展學生學習思路收效也不大，給后續(xù)的課程設計、畢業(yè)設計及各類競賽帶來一定的麻煩。所以, 目前單片機課程的教學現(xiàn)狀不容樂觀，教學方式的改革勢在必行。

2 Proteus和Keil μvision4軟件的簡介

Proteus是英國Labcenter公司研發(fā)的多功能EDA[2]。Proteus是模擬電路、數(shù)字電路、模數(shù)混合電路的設計與仿真平臺，也是單片機系統(tǒng)先進的設計與仿真平臺。它真正實現(xiàn)了在計算機上完成從電路設計、原理圖繪制、程序代碼聯(lián)合調試、系統(tǒng)測試到最后形成PCB板的整個過程設計，并可進行功能驗證的仿真。

Keil軟件是美國Keil Software公司出品的兼容單片機C語言軟件的開發(fā)系統(tǒng)，它支持眾多不同公司的MCS-51架構的芯片。它提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器在內的完整開發(fā)方案，能與Proteus聯(lián)合調試，給程序代碼的修改提供極大的方便。Keil和Proteus對單片機的仿真具有強大的功能，受到電子技術愛好者、從事電子與電工教學的教師及致力單片機開發(fā)應用科技工作者的青睞[3]。

3 Proteus和Keil μvision4軟件在單片機教學中的應用

3.1 單片機教學方式改革的效果

（1）在單片機課堂教學中使用Proteus和Keil μvision4軟件教學，以教材為基礎，以每個知識點的理解和應用為目標，我們設計了大量的單片機仿真實例（流水燈、數(shù)碼管動態(tài)顯示、中斷編程、定時器應用等）。上課過程中通過多媒體設備，使用Proteus和Keil軟件演示程序在單片機中的全速運行（run）、斷點運行(breakpoints)、單步運行（step）等軟件調試的整個過程。這種教學方式實現(xiàn)了在課堂上進行實例演示，讓學生很直觀地體會到單片機系統(tǒng)的設計、仿真、調試等工作過程，大大簡化了單片機理論知識點理解的難度，對提高學生的學習興趣和學習積極性有著明顯的作用和效果。

(2)單片機課程實驗教學中由于實驗箱設備淘汰很快，有些實驗箱故障率較高，嚴重影響實驗硬件的調試，加上實驗內容很豐富，極少數(shù)學生能在實驗課堂內完成預定實驗內容，為了能讓學生不受實驗設備和實驗課時的限制，我們倡導學生根據實驗箱硬件連線的要求及所應用的元器件模型和外圍設備模型, 用proteus軟件設計仿真原理圖，同時使用keil軟件對其進行編程調試，最后通過仿真儀器的輸出效果對實驗的結果進行驗證。這樣一來，單片機實驗教學解決了實驗設備有限的難題，也使實踐教學并不局限在實驗室, 很多實驗內容學生在宿舍、在自己的電腦上就可以完成，大大提高了學生的學習興趣，也增強了學生獨立解決實際難題的能力，為后續(xù)參加電子競賽、智能車競賽、單片機競賽及各種創(chuàng)新性訓練計劃項目打下堅實的基礎。

3.2 Proteus和Keil μvision4聯(lián)合調試實例

單片機的并行I/O口設計LED顯示器，學生普遍反映這部分知識點很難學懂、學透，數(shù)碼管的靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式，學生覺得比較抽象，理解僅僅局限在字面上，很難把握住本質。為了解決這個問題，我們理論上課時設計了一個數(shù)碼管動態(tài)顯示仿真實例。

為了讓學生完全理解數(shù)碼管動態(tài)掃描方式，課堂上我們用Proteus結合Keil軟件設置程序斷點運行和全速運行，運行結果如下：

圖1.數(shù)碼管動態(tài)顯示HELP全速運行仿真實例

圖2.數(shù)碼管動態(tài)顯示HELP斷點運行部分仿真圖

LED數(shù)碼管動態(tài)接口軟件程序流程圖如下：

圖3.軟件程序流程框圖

通過以上Proteus仿真圖的演示，直觀、形象、生動地展現(xiàn)了數(shù)碼管動態(tài)顯示的工作原理——每位數(shù)碼管循環(huán)輪流點亮（圖2中在Keil軟件設置斷點運行，可明顯觀察到這種現(xiàn)象），但由于掃描時間很快，利用人眼的暫留特性，看上去好像是四位數(shù)碼管同時亮（圖1在Keil軟件設置全速運行所觀察到的現(xiàn)象）。這種演示教學法加深了學生對數(shù)碼管動態(tài)接口方式下斷點運行和全速運行時差別，真正理解了動態(tài)掃描方式的整個工作過程，改善教學效果。

4 總結

在單片機理論課程和實驗課程的教學中應用Proteus和Keil μvision4仿真軟件，使理論教學和實驗教學融為一體,通過實驗仿真實例可形象生動地理解理論中的難點和重點，更好地完成單片機原理及應用課程的教學任務。另外，單片機系統(tǒng)使用Proteus仿真和Keil軟件聯(lián)合調試克服了實驗硬件平臺的束縛，有效解決學生理論知識與實踐應用相脫節(jié)的矛盾，取得很好的教與學的效果。

[1]許超.基于Proteus和Keil的單片機課程教學改革[J].遼寧大學學報(自然科學版),2011,(1): 27-29.

[2]李林雄,彭協(xié)忠.Proteus單片機仿真虛擬實驗與應用[J].中國人民教師,2006,(4):83-84.

[3]張靖武.單片機原理應用與PROTEUS仿真[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008.