單片機(jī)課程仿真案例教學(xué)的研究與探討*

彭建英　郭杰榮　劉長青　姚亮（湖南文理學(xué)院，湖南常德415000）

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單片機(jī)課程仿真案例教學(xué)的研究與探討*

彭建英郭杰榮劉長青姚亮
（湖南文理學(xué)院，湖南常德415000）

摘要：針對高等院校單片機(jī)課程教學(xué)存在的問題進(jìn)行研究，提出了單片機(jī)課程仿真案例教學(xué)為主導(dǎo)的教學(xué)改革方案，主要進(jìn)行了單片機(jī)案例的確定、單片機(jī)案例教學(xué)的實(shí)施步驟和單片機(jī)案例教學(xué)的考核等研究。經(jīng)過實(shí)際教學(xué)驗(yàn)證，該教學(xué)改革模式提高了學(xué)生的單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用能力，對學(xué)生參加電子競賽具有較大幫助。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；仿真；案例教學(xué)；教學(xué)改革；電子競賽

*項(xiàng)目支助：湖南文理學(xué)院2014年校級教研項(xiàng)目JGYB1429；湖南省教育廳教學(xué)研究項(xiàng)目“光電信息虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究與實(shí)踐”（湘教通[2014]247號）

Abstract:In view of the problems existing in single chip micyoco course teaching in higher learning,the article puts forward a teaching reform scheme oriented by the simulation case teaching in which the case of single chip microcomputer, the case teaching methods and the evaluation of SCM case teaching has been analyzed. Through practical teaching, the mode of the teaching reform has improved the practical application ability of the students and has done great help for students to participate in the electronic contest.

Keywords:SCM; simulation; case teaching; teaching reform; electronic contest

單片機(jī)是一門綜合性、實(shí)踐性極強(qiáng)的課程。單片機(jī)的概念多、專有名詞多、內(nèi)容抽象、指令豐富，且軟、硬件發(fā)展很快，新器件不斷，故相當(dāng)多的學(xué)生在學(xué)習(xí)單片機(jī)時(shí)感到郁悶，實(shí)際使用不知如何下手，不能真正掌握單片機(jī)技術(shù)。因此，如何安排教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生既能了解新技術(shù)又能對單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)融會(huì)貫通；如何設(shè)計(jì)教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，真正理解和掌握單片機(jī)技術(shù)，是在單片機(jī)教學(xué)中需要解決的問題。針對教學(xué)對象的特點(diǎn)和課程特點(diǎn)，我們提出了“案例教學(xué)”的教學(xué)理念，以達(dá)到創(chuàng)新人才的培養(yǎng)效果[1]。

一、單片機(jī)教學(xué)的現(xiàn)狀和存在的問題

（一）傳統(tǒng)的理論教學(xué)環(huán)節(jié)

教師上理論課時(shí)，先講述單片機(jī)的理論知識，如講述單片機(jī)的概述與發(fā)展，單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，指令系統(tǒng)及I/O接口電路，而講述單片機(jī)實(shí)例的課時(shí)比較少，達(dá)不到理想的效果，并且學(xué)生在學(xué)理論知識時(shí)，只是處于被動(dòng)接受知識的一方，調(diào)動(dòng)不了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，學(xué)生對單片機(jī)知識的學(xué)習(xí)會(huì)感到很盲目，從而對這門課程產(chǎn)生不了很大的興趣。

（二）傳統(tǒng)的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，

教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)分為實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)和課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)兩部分。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)一般采取單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)連線步驟連接好硬件電路，下載現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)程序，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，一般只能起一個(gè)驗(yàn)證過程的作用，學(xué)生缺乏對整體電路的設(shè)計(jì)，也缺乏修改硬件電路和軟件程序的機(jī)會(huì)，從而不能真正鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，對于設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，要涉及到很多的單片機(jī)的專業(yè)知識，很多同學(xué)只是在網(wǎng)上下載一些實(shí)例，按照資料設(shè)計(jì)硬件電路圖，復(fù)制其程序生成HEX文件，然后聯(lián)調(diào)就基本仿真通過。如果要求他們改變或增加一些功能設(shè)計(jì)，很多同學(xué)基本完成不好，主要原因是他們還沒有基本沒有搞懂對應(yīng)的知識。

二、單片機(jī)課程仿真案例教學(xué)的實(shí)施

（一）單片機(jī)案例教學(xué)簡介

單片機(jī)案例教學(xué)就是將單片機(jī)課程所要求掌握的基本知識點(diǎn)、基本原理和方法都溶入到包含這些原理的實(shí)際項(xiàng)目例子的討論與講解之中，基于項(xiàng)目開發(fā)的過程來組織教學(xué)內(nèi)容[2]。

表1　單片機(jī)案例表

（二）單片機(jī)案例確定

經(jīng)過教研室教師對單片機(jī)案例進(jìn)行設(shè)計(jì)，將單片機(jī)的基本知識點(diǎn)都包含到以下幾個(gè)案例中。單片機(jī)案例從難易程度暫分為三個(gè)階段，分別為第一階段、第二階段和第三階段。第一階段為初級階段，基本掌握單片機(jī)的I/O口的使用，學(xué)生比較容易掌握，而且容易提高學(xué)生的興趣。第二階段為中等難度階段，需要掌握單片機(jī)與各常用接口電路的應(yīng)用。第三階段比較難，涉及到的傳感器驅(qū)動(dòng)程序比較復(fù)雜。單片機(jī)案例如表1所示。

（三）單片機(jī)課程仿真案例具體實(shí)施

1.教師進(jìn)行具體案例任務(wù)的確定，并確定相應(yīng)的單片機(jī)知識點(diǎn)，針對各個(gè)具體的案例，老師進(jìn)行設(shè)問。同時(shí)，課前將下一堂課的案例材料發(fā)給學(xué)生，要求學(xué)生熟悉每一個(gè)案例的材料，針對設(shè)計(jì)的問題進(jìn)行分小組思考和探討。

2.在課堂教學(xué)組織方式上，每次教學(xué)過程均圍繞一個(gè)案例進(jìn)行各教學(xué)環(huán)節(jié)的組織，以任務(wù)目標(biāo)為主線，結(jié)合相應(yīng)案例對各相關(guān)知識點(diǎn)和技能點(diǎn)進(jìn)行講解，引導(dǎo)學(xué)生思考并提出相應(yīng)的解決方案，激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)新能力，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中以小組為單位，每組針對任務(wù)和要求進(jìn)行分析，并對實(shí)現(xiàn)的方案、硬件電路和軟件功能設(shè)計(jì)。最后，由老師進(jìn)行總結(jié)和評價(jià)，指出案例所涉及的理論知識及其應(yīng)用方法，就學(xué)生提出的問題進(jìn)行解答[3，4]。

3.將實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)溶入課堂教學(xué)，學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)以課堂教學(xué)任務(wù)為對象，利用PROTEUS仿真軟件繪制硬件電路圖，用Keil C軟件進(jìn)行軟件程序的編寫，然后進(jìn)行聯(lián)合仿真調(diào)試。教師對學(xué)生調(diào)試過程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)以及學(xué)生操作過程存在的問題進(jìn)行實(shí)時(shí)點(diǎn)評，并要求學(xué)生在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的硬件電路和程序的基礎(chǔ)上，進(jìn)行適當(dāng)修改。

4.具體仿真案例教學(xué)的舉例——交通燈案例分析。第一，確定具體任務(wù)和要求：設(shè)置東南西北四個(gè)方向紅、綠、黃共12個(gè)（或者6個(gè)，其中東西一組，南北一組）LED信號指示燈，南北方向的綠燈亮27秒，黃燈閃爍3秒，東西方向的紅燈亮30秒，然后南北方向紅燈亮30秒，東西方向綠燈亮27秒，黃燈閃爍3秒，依次循環(huán)，數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示，當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，四個(gè)方向交通燈全部為紅燈。要求利用并行接口芯片8255擴(kuò)展設(shè)計(jì)相應(yīng)的硬件電路、軟件流程圖和程序。第二，確定交通燈案例的相關(guān)單片機(jī)知識點(diǎn)為：并行I/O接口芯片與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)，以及其相應(yīng)的8255的驅(qū)動(dòng)程序，定時(shí)器和中斷程序，數(shù)碼顯示電路和按鍵電路驅(qū)動(dòng)程序等。第三，針對交通燈案例老師準(zhǔn)備的問題：問題1：為什么設(shè)計(jì)黃燈和黃燈閃爍如何實(shí)現(xiàn)？問題2：倒計(jì)時(shí)1秒應(yīng)該如何實(shí)現(xiàn)？問題3：緊急情況用什么來實(shí)現(xiàn)？

單片機(jī)交通燈仿真圖如圖1所示。圖1中南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮。P1口提供南北方向的段碼，P2口提供東西方向的段碼，P3.0-P3.3分別提供南北方向和東西方向數(shù)碼管的位碼，P0.0-P0.5分別提供6組交通指示燈。

圖1　單片機(jī)交通燈仿真圖

三、單片機(jī)課程仿真案例教學(xué)的考核

單片機(jī)案例教學(xué)考核方法是課程教學(xué)的最后環(huán)節(jié)，它直接檢驗(yàn)單片機(jī)教學(xué)的效果。隨著教育教學(xué)改革的不斷深入，變應(yīng)試教育為素質(zhì)教育，《單片機(jī)原理及應(yīng)用》的考核應(yīng)注重考核學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力，該課程的考核一般采取開卷考試、實(shí)驗(yàn)成績和平時(shí)成績相結(jié)合的方式進(jìn)行考核。其中平時(shí)成績占20％，主要包括學(xué)生的考勤、作業(yè)、隨堂測試以及課堂表現(xiàn)和回答老師的提問情況等。實(shí)驗(yàn)成績占30％，主要考查學(xué)生的硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件編程能力，在完成基本的實(shí)驗(yàn)任務(wù)時(shí)，然后根據(jù)思考部分的提問進(jìn)行相應(yīng)硬件電路和軟件程序的修改。開卷成績考試占50％，主要考查學(xué)生單片機(jī)理論知識、單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)和軟件編程。

四、結(jié)束語

文章針對傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)過程中存在的不足提出了單片機(jī)案例教學(xué)方法，將單片機(jī)的理論知識融入到實(shí)際的案例中去，在講述案例的同時(shí)插入理論知識的講解，這樣充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生對單片機(jī)的綜合應(yīng)用能力?；趩纹瑱C(jī)案例教學(xué)已取得了較好的效果，對學(xué)生參加各類電子設(shè)計(jì)競賽和畢業(yè)論文設(shè)計(jì)具有較大幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]孫軍業(yè).案例教學(xué)[M].天津：天津教育出版社，2004.

[2]陳錕.單片機(jī)課程案例教學(xué)的思考與探討[J].中南民族大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（27）：10-12.

[3]李冰.單片機(jī)課程的項(xiàng)目化教學(xué)改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2014（17）：101-103.

[4]陸旭明,繆建華.項(xiàng)目化課程教學(xué)改革探索[J].江蘇技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（3）：79-84.

作者簡介：彭建英（1976，8-），女，漢族，湖南婁底人，碩士，講師，研究方向：嵌入式系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2096-000X（2016）04-0118-02