高職高專單片機教學(xué)改革的研究與實踐

陳洪圳，李 婕

（河南工學(xué)院 自動控制系，河南 新鄉(xiāng) 453003）

高職高專單片機教學(xué)改革的研究與實踐

陳洪圳，李 婕

（河南工學(xué)院 自動控制系，河南 新鄉(xiāng) 453003）

在分析單片機課程教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對當(dāng)下高職高專學(xué)生的特點進行教學(xué)改革實踐。通過將Proteus和Keil軟件應(yīng)用到教學(xué)中，直觀地完成教學(xué)項目任務(wù)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。

單片機；教學(xué)改革；Proteus；Keil

隨著集成電路技術(shù)、微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷進步，單片機發(fā)展迅速，體積縮小，功能增強，成本減少。因其諸多優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用在工業(yè)自動化、智能儀表、自動檢測與控制、機電一體化設(shè)備、汽車電子和家用電器等各個領(lǐng)域［1］。單片機課程已是高職高專院校電子、自動化、機電一體化等相關(guān)專業(yè)的核心課程之一。單片機課程綜合了模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電路、編程語言等多方面知識，實踐性和應(yīng)用性較強，旨在培養(yǎng)學(xué)生的知識應(yīng)用能力、邏輯能力、動手實踐能力和創(chuàng)新能力。目前，高職高專學(xué)生普遍基礎(chǔ)薄弱，缺乏學(xué)習(xí)的主動性，在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式下，難以達到理想的學(xué)習(xí)效果。為此，筆者將Proteus和Keil軟件應(yīng)用在課堂教學(xué)中，進行改革實踐探索，并取得了良好的教學(xué)效果。

1　高職高專單片機課程教學(xué)現(xiàn)狀

1.1側(cè)重理論教授

傳統(tǒng)的單片機教學(xué)過程以理論教學(xué)為主、實踐教學(xué)為輔，理論課時的比例要遠(yuǎn)大于實踐課時。理論教學(xué)內(nèi)容包括單片機硬件結(jié)構(gòu)、I/O端口、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、串行口等，主要側(cè)重于單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理的講解。實踐教學(xué)內(nèi)容較少，時間安排滯后，覆蓋面小，給學(xué)生提供的動手實踐機會少。單片機本身是一門實踐性較強的課程，對原理知識的有限掌握很難滿足實際應(yīng)用的要求，需要通過長期的動手實踐掌握其應(yīng)用。

1.2實踐過程缺少自主設(shè)計環(huán)節(jié)

目前，大多數(shù)高職高專院校的單片機實訓(xùn)設(shè)備采用廠家提供的實驗箱，內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)模塊化，實驗項目內(nèi)容單一化。在實踐環(huán)節(jié)，硬件方面學(xué)生只需將各種硬件模塊接口進行簡單連接；軟件方面則只需將指導(dǎo)書上的程序輸?shù)诫娔X上，再下載到實驗箱中，觀察實驗現(xiàn)象，進行驗證。在整個實踐過程中，學(xué)生完全按照固定的內(nèi)容和流程進行，缺乏自主設(shè)計環(huán)節(jié)。單片機系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計要求學(xué)生具備硬件電路設(shè)計、軟件程序設(shè)計、仿真與調(diào)試的綜合能力，而當(dāng)前的實踐環(huán)節(jié)，難以達到該培養(yǎng)目標(biāo)。

1.3課下缺少實踐平臺

在傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式中，學(xué)生課堂上聽課、做筆記，在課下只能通過書本和筆記來學(xué)習(xí)。這樣的學(xué)習(xí)模式顯然不適合實踐性較強的單片機課程。學(xué)生需要一個課下實踐的平臺，能夠自由地進行硬件和軟件設(shè)計，將所學(xué)理論知識轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用，通過實踐主觀能動地解決自己的疑問。

1.4不符合當(dāng)前高職高專學(xué)生特點

傳統(tǒng)的單片機教學(xué)主要側(cè)重于給學(xué)生講解“為什么”，與當(dāng)前高職高專學(xué)生特點不符。當(dāng)前高職高專學(xué)生，具有兩個特點：一是普遍基礎(chǔ)薄弱，缺乏學(xué)習(xí)主動性。而單片機教學(xué)內(nèi)容包含綜合知識面廣、原理復(fù)雜、邏輯性強、內(nèi)容抽象，要求學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)知識和主動學(xué)習(xí)的能力。二是對枯燥的原理知識缺乏興趣，而更多關(guān)注其實際應(yīng)用。傳統(tǒng)板書以及PPT形式的教學(xué)，難以吸引學(xué)生注意力，不易使高職高專學(xué)生理解和掌握教學(xué)內(nèi)容。因此，針對當(dāng)前高職高專學(xué)生的特點，應(yīng)把教學(xué)的側(cè)重點從“為什么”轉(zhuǎn)移到“怎么用”。

收稿日期：2016-04-12

作者簡介：陳洪圳（1988―），男，河南新鄉(xiāng)人，助教，碩士，主要從事檢測技術(shù)與自動化裝置研究。

2　應(yīng)用Proteus和Keil軟件的單片機課程教學(xué)改革

Proteus是Labcenter Electronics 公司出品的一款用于電子電路和單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真的軟件，Keil是Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。Proteus 與 Keil 軟件結(jié)合到一起，可以構(gòu)建個人單片機虛擬仿真實驗室，實現(xiàn)在PC 上完成從原理圖設(shè)計、電路仿真、PCB 設(shè)計到軟件代碼調(diào)試、實時仿真、測試和驗證的整個開發(fā)過程［2］。

針對高職高專單片機課程教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合自己的教學(xué)實踐經(jīng)驗，將Proteus和Keil軟件應(yīng)用到教學(xué)中，從以下幾方面進行了教學(xué)改革。

2.1在理論教學(xué)中應(yīng)用Proteus和Keil軟件

在理論教學(xué)中，應(yīng)用Proteus和Keil軟件，結(jié)合項目式教學(xué)方法進行改革。每章只保留核心理論知識，圍繞章節(jié)設(shè)計一個綜合性的項目任務(wù)，在課堂上利用多媒體系統(tǒng)，演示通過Proteus進行硬件仿真電路設(shè)計、利用 Keil進行軟件編寫、下載程序、系統(tǒng)調(diào)試的整個過程。并且可以根據(jù)理論知識，更改設(shè)計，實時驗證各種設(shè)計效果。通過此改革，達到以下目的：第一，提高實踐在教學(xué)中的比重；第二，引導(dǎo)學(xué)生如何一步一步將理論知識轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用，實現(xiàn)“講、練、做”的統(tǒng)一；第三，使學(xué)生可以更加深刻地、直觀地理解理論知識內(nèi)容，提高教學(xué)效果。

2.2在實踐教學(xué)中應(yīng)用Proteus和Keil軟件

在實踐教學(xué)中，應(yīng)用Proteus和Keil軟件可以不考慮成本，突破傳統(tǒng)實踐環(huán)節(jié)中的局限，設(shè)計多個開放性實驗項目。實驗指導(dǎo)書給出參考硬件電路和程序，學(xué)生可以參照指導(dǎo)書也可以根據(jù)項目要求自主設(shè)計硬件和軟件，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)實踐能力和創(chuàng)新能力。

2.3引導(dǎo)學(xué)生課下應(yīng)用Proteus和Keil軟件

在課下，學(xué)生需要不斷動手實踐，來提高單片機應(yīng)用能力。一般可采用兩種方法實現(xiàn)，一是購買單片機開發(fā)板；二是自己搭建硬件電路。然而，兩種方法都具有局限性，方法一成本高，硬件固定；方法二耗時長，不穩(wěn)定。通過引導(dǎo)學(xué)生在課下應(yīng)用Proteus和Keil軟件進行實踐學(xué)習(xí)，學(xué)生在PC上可以搭建個人單片機虛擬仿真平臺，不受外界因素的約束，自主進行硬件和軟件設(shè)計，提高學(xué)習(xí)效率。

3　教學(xué)實例

下面以“簡易電子時鐘的實現(xiàn)”為例，利用Proteus和Keil軟件學(xué)習(xí)數(shù)碼管動態(tài)顯示和定時器的應(yīng)用。首先，使用Proteus軟件搭建硬件仿真結(jié)構(gòu)，選擇8位共陰型數(shù)碼管作為顯示器件，單片機型號選擇 AT89C51；數(shù)碼管段選線連接單片機 P1口，位選線連接 P2口；單片機外圍晶振電路、復(fù)位電路和電源電路在 Proteus中可以省略。然后，使用Keil進行C語言編程，并進行編譯，生成Hex文件。最后，將Hex文件加載到Proteus里的仿真單片機模型中。8位數(shù)碼管分別顯示時、分、秒，中間用“—”隔開，運行結(jié)果如圖1所示。

圖1　簡易電子時鐘運行結(jié)果圖

4　結(jié)束語

本文針對高職高專單片機課程教學(xué)現(xiàn)狀，建議在理論教學(xué)、實踐教學(xué)中應(yīng)用Proteus和Keil軟件，吸引學(xué)生注意力，直觀地完成教學(xué)項目任務(wù)，在課堂上實現(xiàn)理論與實踐的相互轉(zhuǎn)化，提高教學(xué)效果。引導(dǎo)學(xué)生在課下應(yīng)用 Proteus和 Keil軟件，使學(xué)生突破硬件電路設(shè)計成本、周期、可行性的局限，充分發(fā)揮主觀能動性，鍛煉動手能力和創(chuàng)新能力。但是，仿真終究不能代替實物，只能作為實物設(shè)計前的準(zhǔn)備。在條件允許的情況下，仿真成功后，建議學(xué)生要做進一步的工作，將仿真轉(zhuǎn)化為實物，鍛煉綜合設(shè)計能力。

（責(zé)任編輯 呂春紅）

［1］ 張毅剛.單片機原理及接口技術(shù)（C51編程）［M］.北京：人民郵電出版社，2011.

［2］ 鄭小梅，擺銀龍，趙方.Proteus和Keil軟件在單片機教改中的應(yīng)用［J］.裝備制造技術(shù)，2011（4）.

The Research and Practice for Teaching Reform of MCU in Higher Vocational Colleges

CHEN Hong-zhen，et al
（Department of Automatic Control， Henan Institute of Technology， Xinxiang 453003， China）

Based on an in-depth analysis of current teaching status of the MCU course, teaching reform according to the characteristics of vocational college students nowadays is badly in need. Meanwhile, applying Proteus and Keil into teaching is greatly beneficial for the fulfilment of teaching tasks, students' interest stimulation, and teaching effect improvement.

MCU; teaching reform; Proteus; Keil

G642.0

A

1008–2093(2016)03–0073–03