“開(kāi)發(fā)板+Proteus仿真”雙平臺(tái)單片機(jī)教學(xué)改革實(shí)踐

顧菊芬 楊國(guó)華

(無(wú)錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)學(xué)院，江蘇無(wú)錫 214153)

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“開(kāi)發(fā)板+Proteus仿真”雙平臺(tái)單片機(jī)教學(xué)改革實(shí)踐

顧菊芬 楊國(guó)華

(無(wú)錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)學(xué)院，江蘇無(wú)錫 214153)

通過(guò)對(duì)我院前期單片機(jī)教學(xué)采用單一開(kāi)發(fā)板平臺(tái)的存在問(wèn)題的分析，提出了“開(kāi)發(fā)板+Proteus仿真”雙平臺(tái)教學(xué)改革。實(shí)踐證明，雙平臺(tái)的單片機(jī)教學(xué)能夠較大程度地提高學(xué)生單片機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)建能力，有效提高高職學(xué)生單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)效果，符合高職教育的培養(yǎng)要求。

“開(kāi)發(fā)板+Proteus仿真”雙平臺(tái)；單片機(jī)教學(xué)改革；單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)建能力

單片機(jī)技術(shù)是電類專業(yè)的專業(yè)核心課程之一。我院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程改革起步較早，2003年開(kāi)始改革傳統(tǒng)的試驗(yàn)箱教學(xué)模式，采用每位同學(xué)人手一套自制開(kāi)發(fā)板進(jìn)行項(xiàng)目式教學(xué)的模式。每位學(xué)生在自己的筆記本或臺(tái)式機(jī)上安裝相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序、相應(yīng)的編程軟件，即可方便的在任何地點(diǎn)完成程序的編寫(xiě)、ISP在系統(tǒng)編程調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的便攜化，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的便利性，取得較好的課改成績(jī)。

但采用單一的開(kāi)發(fā)板進(jìn)行教學(xué)也存在一些問(wèn)題，由于開(kāi)發(fā)板是教師設(shè)計(jì)制版的，學(xué)生雖然進(jìn)行焊接調(diào)試，但對(duì)于單片機(jī)硬件系統(tǒng)的構(gòu)建過(guò)程幾乎沒(méi)有訓(xùn)練，學(xué)生的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力欠缺。在后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)和工作過(guò)程中，根據(jù)控制任務(wù)要求完成單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力相對(duì)薄弱。因此，提出改變單一開(kāi)發(fā)板平臺(tái)的教學(xué)模式，采取“開(kāi)發(fā)板+Proteus仿真”雙平臺(tái)教學(xué)改革。實(shí)踐證明，引入Proteus虛擬平臺(tái)，對(duì)于加強(qiáng)學(xué)生快速構(gòu)建單片機(jī)系統(tǒng)的能力有非常好的幫助。

1 單一開(kāi)發(fā)板教學(xué)模式存在的問(wèn)題

自制的開(kāi)發(fā)板由于硬件電路已經(jīng)固定，在實(shí)際教學(xué)中，如果要修改所涉及到的接口電路，就需要重新設(shè)計(jì)電路和制版，需要較大的投入和相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間成本。

開(kāi)發(fā)板教學(xué)模式中，由于板子線路基本固定，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)不需要考慮硬件電路的連接，其實(shí)忽視了學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，很少涉及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，也就是前面所說(shuō)的單片機(jī)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力沒(méi)有得到訓(xùn)練。因此學(xué)生學(xué)完了單片機(jī)課程后，想將其應(yīng)用到實(shí)際的工程實(shí)踐中，其難度還是比較大的。

還有一些學(xué)生畢業(yè)后想對(duì)單片機(jī)控制技術(shù)或智能儀表等有較深的研究和學(xué)習(xí)，如果采用單一開(kāi)發(fā)板，則學(xué)生需要購(gòu)置的外部設(shè)備和儀表比較多，增加了他們學(xué)習(xí)和研究的投入。

2 單片機(jī)教學(xué)雙平臺(tái)“開(kāi)發(fā)板+Proteus仿真”構(gòu)建的必要性

針對(duì)單一開(kāi)發(fā)板教學(xué)模式存在的問(wèn)題，我們引入了Proteus虛擬仿真平臺(tái)，采用“開(kāi)發(fā)板+Proteus仿真”雙平臺(tái)教學(xué)模式。

Proteus不僅能仿真單片機(jī)CPU的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒(méi)有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。Proteus所提供的元件庫(kù)中，大部分可以直接用于接口電路的搭建，同時(shí)該軟件所提供的儀表，不管在質(zhì)量還是數(shù)量上，都是可靠和經(jīng)濟(jì)的。采用仿真軟件后，學(xué)習(xí)的投入少，而實(shí)際工程問(wèn)題的研究，也可以先在軟件環(huán)境中模擬通過(guò)，再進(jìn)行硬件的投入，這樣不僅省時(shí)省力，也可以節(jié)省因方案不正確所造成的硬件投入浪費(fèi)。對(duì)同一類功能的接口電路，可以采用不同的硬件來(lái)搭建完成，而不需要花費(fèi)任何硬件成本，鼓勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)造精神，這也是工科學(xué)生工程素養(yǎng)的重要內(nèi)容。因此，采用Protues仿真軟件作為單片機(jī)課程教學(xué)平臺(tái)，不僅克服了用單一開(kāi)發(fā)板中硬件電路固定、學(xué)生不能更改、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容固定等方面的局限性，也可以擴(kuò)展學(xué)生的思路和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

當(dāng)然Proteus是仿真軟件，總是在最理想的狀態(tài)，其和實(shí)際電路還是存在一些區(qū)別。比如仿真時(shí)默認(rèn)認(rèn)為單片機(jī)的復(fù)位電路和時(shí)鐘電路是已經(jīng)存在的；還有EA引腳默認(rèn)接高電平；還有一些較新的芯片庫(kù)里沒(méi)有；有一些芯片即使存在庫(kù)中，但是仿真時(shí)序和實(shí)際有區(qū)別。所以，改革后的單片機(jī)課程教學(xué)平臺(tái)采用1:3比例、先虛擬平臺(tái)后開(kāi)發(fā)板平臺(tái)，雙平臺(tái)同時(shí)出現(xiàn)，兼顧二者的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)各自不足之處。

3 “開(kāi)發(fā)板+Proteus仿真”雙平臺(tái)教學(xué)課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)與銜接

課程教學(xué)內(nèi)容按照循序漸進(jìn)、由淺入深的原則進(jìn)行編排，包含十個(gè)項(xiàng)目：燈光控制系統(tǒng)、數(shù)碼管顯示與應(yīng)用、鍵盤(pán)原理與應(yīng)用、中斷系統(tǒng)及其應(yīng)用、定時(shí)計(jì)數(shù)器及其應(yīng)用、液晶顯示及應(yīng)用、串行總線應(yīng)用、PWM模塊及其應(yīng)用，具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性、先進(jìn)性、實(shí)用性。每個(gè)項(xiàng)目以兩至三個(gè)任務(wù)為載體，讓學(xué)生通過(guò)完整的硬件設(shè)計(jì)、軟件流程設(shè)計(jì)、編程調(diào)試等工作過(guò)程掌握增強(qiáng)型51單片機(jī)的各種片內(nèi)和擴(kuò)展資源及典型應(yīng)用，掌握所需的理論知識(shí)和實(shí)踐技能。

單片機(jī)課程內(nèi)容設(shè)計(jì)上一方面考慮實(shí)際教學(xué)過(guò)程客觀存在的問(wèn)題，比如開(kāi)學(xué)第一至第四周，單片機(jī)開(kāi)發(fā)板通常還在外協(xié)加工過(guò)程中，同時(shí)，學(xué)生剛接觸單片機(jī)，對(duì)于單片機(jī)的概念模糊，單片機(jī)的引腳和最小系統(tǒng)構(gòu)建的必要要素也還不清晰。這個(gè)階段，采取通過(guò)Proteus搭建最小系統(tǒng)，調(diào)試一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，比如燈光控制系統(tǒng)、數(shù)碼管顯示燈。

通過(guò)前期的虛擬平臺(tái)的訓(xùn)練，學(xué)生初步掌握單片機(jī)基本的IO控制和最小系統(tǒng)構(gòu)建的能力。這個(gè)時(shí)候，每位學(xué)生親手焊接調(diào)試自制開(kāi)發(fā)板電路，過(guò)程中如果遇到一些問(wèn)題，正好也能強(qiáng)化學(xué)生的軟硬件電路分析能力。學(xué)生也可以將前期虛擬平臺(tái)上完成的實(shí)驗(yàn)移植至單片機(jī)開(kāi)發(fā)板，基本上IO口控制的仿真和實(shí)際電路趨近一致。

單片機(jī)課程教學(xué)的目的是為了更高層次的應(yīng)用實(shí)踐，除了課程教學(xué)，后期還有課程設(shè)計(jì)、創(chuàng)新訓(xùn)練等方面圍繞單片機(jī)的應(yīng)用設(shè)計(jì)，單片機(jī)學(xué)習(xí)銜接遞進(jìn)平臺(tái)如圖1所示。這種層級(jí)遞進(jìn)式的學(xué)習(xí)研究對(duì)于學(xué)生不斷強(qiáng)化單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用能力是非常有幫助的。在各層級(jí)學(xué)習(xí)研究階段都可以采用雙平臺(tái)模式開(kāi)展進(jìn)行，比如在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)或進(jìn)行大實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，可以具體的在Proteus中做一個(gè)工程項(xiàng)目，也可以在開(kāi)發(fā)板上搭建外圍電路完成邏輯狀態(tài)的調(diào)試，并將其最后移植到一個(gè)具體的硬件電路中，讓學(xué)生了解將仿真軟件和具體的工程實(shí)踐如何結(jié)合起來(lái)，充分利用雙平臺(tái)所提供的資源，幫助自己提高工程應(yīng)用能力。

圖1 “開(kāi)發(fā)板+Proteus仿真”雙平臺(tái)層級(jí)遞進(jìn)學(xué)習(xí)平臺(tái)

4 結(jié) 語(yǔ)

按照以上思路設(shè)計(jì)的的單片機(jī)“開(kāi)發(fā)板+Proteus仿真”雙平臺(tái)教學(xué)改革實(shí)踐，符合高職教育的培養(yǎng)要求，也符合高職學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律，能有效提高高職學(xué)生單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)效果。通過(guò)課程改革及教學(xué)實(shí)踐，每年都能涌現(xiàn)出不少學(xué)生在各級(jí)各類的創(chuàng)新訓(xùn)練、電子設(shè)計(jì)大賽等活動(dòng)取得佳績(jī)，也有不少學(xué)生直接參與校企合作的智能化應(yīng)用項(xiàng)目，受到了用人單位的好評(píng)。

1 顧菊芬.虛擬實(shí)驗(yàn)在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技信息(學(xué)術(shù)研究).山東濟(jì)南，2008(7)2 顧菊芬.拓寬教研平臺(tái),探索高效的單片機(jī)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式[J].晉城職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014(11)

3 徐國(guó)慶.職業(yè)教育項(xiàng)目課程開(kāi)發(fā)指南[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2009

4 楊新秀.以就業(yè)能力為導(dǎo)向的高職課程開(kāi)發(fā)模式研究[R].天津大學(xué)職教學(xué)院.天津，2009

(責(zé)任編輯：譚銀元)

SCM Teaching Reform Based on “Development board+ Proteus Simulation” Platform

GU Ju-fen,YANG Guo-hua

(Wuxi Institute of Commerce, Wuxi 214153, China)

Through analysis of problems exiting in SCM teaching based on one platform, this essay puts forward SCM teaching reform based on double platform-“Development board +Proteus simulation” platform. The practice proves that SCM teaching based on the double platform can better develop students’ ability of constructing SCM system and improve the course studying efficiency of students in higher vocational colleges meeting the talents training requirements of higher vocational education.

"Development board +Proteus simulation" double platform; SCM teaching reform; the ability of constructing SCM system

2015-01-23

顧菊芬，碩士，研究方向：應(yīng)用電子技術(shù)、嵌入式應(yīng)用技術(shù)。

G712

A

1671-8100(2015)03-0122-02