情境模擬基礎(chǔ)上的單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程研究

朱 念

(貴州交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 貴州貴陽(yáng)550008)

情境模擬基礎(chǔ)上的單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程研究

朱 念

(貴州交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 貴州貴陽(yáng)550008)

單片機(jī)是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，對(duì)于實(shí)踐的要求很高。采用情景模擬的方式，使學(xué)生融入單片機(jī)的開發(fā)環(huán)境，體會(huì)單片機(jī)的開發(fā)過(guò)程，領(lǐng)悟單片機(jī)硬件和程序的結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和解決問(wèn)題能力。系統(tǒng)化描述了單片機(jī)的實(shí)訓(xùn)過(guò)程，對(duì)教師和學(xué)生均有一定的指導(dǎo)意義，對(duì)開展實(shí)訓(xùn)課程具有一定的示范作用。

單片機(jī) 創(chuàng)建情境 情景模擬

0 引 言

單片機(jī)(SCM)的廣泛應(yīng)用使得其在工學(xué)領(lǐng)域不斷嶄露頭角。作為一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，單片機(jī)的實(shí)踐尤其重要。結(jié)合多年的單片機(jī)教學(xué)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，筆者對(duì)單片機(jī)的實(shí)訓(xùn)課程建設(shè)提出了系統(tǒng)性建議。

1 實(shí)訓(xùn)課程的重要性

在單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)中，學(xué)生僅僅學(xué)習(xí)相關(guān)理論、學(xué)會(huì)編寫匯編語(yǔ)言程序或C語(yǔ)言程序是不夠的，要完成實(shí)際項(xiàng)目還存在著很大的困難。因此，實(shí)訓(xùn)課程尤為重要，通過(guò)實(shí)訓(xùn)可以使學(xué)生了解單片機(jī)的開發(fā)過(guò)程，理解程序的設(shè)計(jì)，結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目，使學(xué)生體會(huì)真實(shí)的單片機(jī)開發(fā)過(guò)程。

2 開展實(shí)訓(xùn)之前需具備的基本能力

開展實(shí)訓(xùn)之前，學(xué)生應(yīng)該具備設(shè)計(jì)程序的能力和利用仿真軟件調(diào)試程序的能力，這部分能力可以通過(guò)調(diào)試各種結(jié)構(gòu)(如順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、子程序調(diào)用)進(jìn)行培養(yǎng)。在該過(guò)程中，學(xué)習(xí)Keil軟件的使用、程序調(diào)試、程序運(yùn)行結(jié)果分析、程序?qū)崿F(xiàn)功能的觀察，并結(jié)合PROTEL軟件進(jìn)行仿真。

① Keil軟件的使用主要是學(xué)會(huì)建立項(xiàng)目和文件，把文件加載到項(xiàng)目中。如：開發(fā)1個(gè)交通燈項(xiàng)目，應(yīng)該首先新建1個(gè)后綴為.uvision的項(xiàng)目文件，把與項(xiàng)目有關(guān)的程序都匯總在一起；將程序員編寫的與本項(xiàng)目有關(guān)的主程序、子程序、中斷服務(wù)程序等程序保存之后(如匯編語(yǔ)言程序，注意程序保存后綴為.asm)，放在該項(xiàng)目中。

② 程序的調(diào)試主要是學(xué)會(huì)用編譯鍵對(duì)程序進(jìn)行編譯。調(diào)試過(guò)程中，計(jì)算機(jī)會(huì)提示程序出現(xiàn)的語(yǔ)法錯(cuò)誤，根據(jù)提示對(duì)程序進(jìn)行修改直至程序不再出現(xiàn)錯(cuò)誤。

③ 程序運(yùn)行結(jié)果的分析主要是學(xué)會(huì)觀察存儲(chǔ)器，特別是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。通過(guò)觀察與程序相關(guān)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的內(nèi)容變化情況，可以分析程序是否已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)想的功能。

④ 應(yīng)用PROTEL軟件建立項(xiàng)目的硬件電路，并把程序放入虛擬單片機(jī)中仿真，觀察軟硬件是否能達(dá)到項(xiàng)目要求，如果達(dá)到項(xiàng)目要求，則開始構(gòu)建實(shí)際電路。

3 設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程

3.1 創(chuàng)建情境

學(xué)生自由組隊(duì)(最好3人一組)，組成項(xiàng)目開發(fā)小組，并完成組內(nèi)人員分工。每個(gè)小組都要有項(xiàng)目負(fù)責(zé)人(負(fù)責(zé)整個(gè)項(xiàng)目的開展以及組員之間的協(xié)調(diào)工作，對(duì)項(xiàng)目完成的質(zhì)量負(fù)直接責(zé)任)、軟件開發(fā)工程師(負(fù)責(zé)項(xiàng)目的軟件開發(fā)工作)和硬件開發(fā)工程師(負(fù)責(zé)項(xiàng)目的硬件開發(fā)以及材料采購(gòu)等硬件相關(guān)工作)，使不同角色的學(xué)生明確自己的崗位職責(zé)。

3.2 情境模擬

教師站在客戶的角度，向各個(gè)組的學(xué)生(開發(fā)者)提出不同的項(xiàng)目要求：包括產(chǎn)品功能、完成時(shí)間、所需指標(biāo)等，如圖1所示。學(xué)生對(duì)于任務(wù)單如有疑問(wèn)，可以和老師進(jìn)行溝通交流。

圖1 交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)單Fig.1 Work order for the design of a traffic light control system

學(xué)生清楚任務(wù)以后，由負(fù)責(zé)人組織小組成員集中討論任務(wù)實(shí)施步驟，確定具體實(shí)施計(jì)劃，包括：具體的任務(wù)分工以及時(shí)間節(jié)點(diǎn)等，如表1所示。

由小組集中確定系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，再由各成員分擔(dān)具體的實(shí)施任務(wù)，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人在此期間定期向軟硬件工程師溝通，了解項(xiàng)目進(jìn)度以及遇到的困難。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人還應(yīng)定期集中小組成員進(jìn)行交流，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案中不合理的地方并進(jìn)行調(diào)整。

表1 交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作計(jì)劃表Tab.1 Design schedule for a traffic light control system

項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，軟件工程師應(yīng)該結(jié)合系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)流程圖以及項(xiàng)目指標(biāo)，根據(jù)流程圖完成程序的設(shè)計(jì)并進(jìn)行調(diào)試；硬件工程師也應(yīng)該結(jié)合系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)流程圖以及項(xiàng)目指標(biāo)，利用PROTEL硬件仿真軟件搭建硬件圖，并綜合考慮性價(jià)比等性能指標(biāo)。最后，在負(fù)責(zé)人的指導(dǎo)下，由工程師把軟硬件結(jié)合，并進(jìn)行仿真試驗(yàn)。如仿真成功，就可以進(jìn)行硬件電路的搭建。此過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)實(shí)際電路無(wú)法實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，需要不斷進(jìn)行調(diào)試。

圖2 學(xué)員自評(píng)表Fig.2 Self assessment sheet

3.3 項(xiàng)目結(jié)題

項(xiàng)目完成后，由負(fù)責(zé)人匯報(bào)項(xiàng)目成果及所用經(jīng)費(fèi)情況，填寫自評(píng)表(見(jiàn)圖2)。由老師(客戶)使用項(xiàng)目成果后，填寫項(xiàng)目評(píng)價(jià)單(見(jiàn)圖3)。

圖3 項(xiàng)目評(píng)價(jià)表Fig.3 Project evaluation sheet

4 實(shí)訓(xùn)效果

采用情景模擬的項(xiàng)目式開發(fā)實(shí)訓(xùn)和一般的實(shí)訓(xùn)方式比較起來(lái)，既可以培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能幫助學(xué)生在做的過(guò)程中學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)。表2是采用情景模擬項(xiàng)目開發(fā)式實(shí)訓(xùn)后的學(xué)生情況調(diào)查。

表2的調(diào)查結(jié)果表明，情景模擬項(xiàng)目式實(shí)訓(xùn)方式對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)起到了積極的作用，并能夠很好地與工程實(shí)踐相結(jié)合，但是教師對(duì)學(xué)生的關(guān)注程度受到一定的影響。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，將在以后的實(shí)訓(xùn)中適當(dāng)加強(qiáng)教師的指導(dǎo)作用，提高實(shí)訓(xùn)效果。

表2 2013級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化(應(yīng)用型本科)學(xué)生單片機(jī)實(shí)訓(xùn)效果評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Effectiveness evaluation list of SCM practical training for 2013 mechanical design manufacturing and automation(applied undergraduate)majors

總之，通過(guò)實(shí)訓(xùn)方式，可以使學(xué)生作為主角自主完成項(xiàng)目，逐步提升能力。實(shí)訓(xùn)重點(diǎn)培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，以及解決問(wèn)題和思考問(wèn)題的能力，掌握了單片機(jī)的整個(gè)開發(fā)過(guò)程，不僅演練了實(shí)際項(xiàng)目的開發(fā)過(guò)程，也為適應(yīng)今后工作打下了基礎(chǔ)。

［1］ 李軍. 單片機(jī)原理與應(yīng)用(高職高專機(jī)電類工學(xué)結(jié)合模式教材)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2014：21-55.

［2］ 張旭濤. 單片機(jī)原理與應(yīng)用[M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社，2013：205-245.

［3］ 忽建蕊. 實(shí)施一體化教學(xué)對(duì)教師和學(xué)生提出的新要求[J]. 中國(guó)培訓(xùn)，2016(3)：34-35.

［4］ 吳靜麗，霍文進(jìn). 育芬芳桃李，享快樂(lè)工作——淺談電機(jī)與變壓器課程的一體化教學(xué)設(shè)計(jì)[J]. 職業(yè)，2016(6)：79-80.

On Scenario Simulation Based SCM Training Courses

ZHU Nian
(Guizhou Polytechnic College of Communications，Guiyang 550008，Guizhou Province，China)

The learning of SCM knowledge must be combined with theory and practice.By way of simulation scenarios，students can be led into the development environment of SCM，experience the MCU development process，know from the combination of hardware and program and thus have their learning ability and problem solving ability improved.In this paper，a systematic description of the whole training process was given，which has a guiding significance for both teachers and students and has a demonstration effect on the implementation of the training courses.

single chip microcomputer(SCM)；scenario creation；scenario simulation

G4

：A

：1006-8945(2016)05-0057-03

2016-05-09