基于虛擬實(shí)驗(yàn)軟件的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程改革研究

喬莉1，2 魏海波2 1.遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息與通信工程學(xué)院 2.遼寧廣播電視大學(xué)

基于虛擬實(shí)驗(yàn)軟件的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程改革研究

喬莉1，2 魏海波2 1.遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息與通信工程學(xué)院 2.遼寧廣播電視大學(xué)

單片機(jī)與接口技術(shù)是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，不僅要求學(xué)生具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，同時(shí)要求學(xué)生具有較強(qiáng)的動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維。本文通過分析傳統(tǒng)的硬件實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ酱嬖诘木窒?，提出一種如何將虛擬實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)融合到單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的教學(xué)方法，從而縮短學(xué)生技能和崗位要求之間的差距，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)習(xí)效率，為單片機(jī)教學(xué)方法改革提供了思路。

虛擬實(shí)驗(yàn) 單片機(jī)與接口技術(shù) 實(shí)驗(yàn)課程改革

1 前言

當(dāng)今科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)地發(fā)展，各門學(xué)科相互滲透、促進(jìn)，單片機(jī)由于具備體積小、成本低、高性能等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用?！秵纹瑱C(jī)與接口技術(shù)》是一門面向應(yīng)用的、具有很強(qiáng)實(shí)踐性與綜合性的課程，在學(xué)生專業(yè)技能的培養(yǎng)中占主要地位。對(duì)于高職電子類專業(yè)學(xué)生而言，掌握一門動(dòng)手操作性強(qiáng)、綜合技能高、就業(yè)前景好的課程會(huì)大大增加其就業(yè)競爭力；而對(duì)于教師而言，如何讓單片機(jī)課程教學(xué)更好地實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合，設(shè)計(jì)出一種既能引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣又能提高學(xué)生實(shí)操能力和專業(yè)崗位技能的教學(xué)方法，是當(dāng)務(wù)之急。

2 單片機(jī)課程教學(xué)現(xiàn)狀及實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的意義

單片機(jī)與接口技術(shù)課程實(shí)踐性較強(qiáng)，在教學(xué)過程中需要軟硬件結(jié)合，以理論教學(xué)為主，實(shí)驗(yàn)教學(xué)為輔，才能使學(xué)生更好更直觀的理解所學(xué)知識(shí)，達(dá)到學(xué)以致用的效果。

單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室由于存在著場地和時(shí)間等問題，學(xué)生除了上課外，平時(shí)難得有機(jī)會(huì)實(shí)踐；個(gè)人配備單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)，因成本較高，很多學(xué)生無法承受；同時(shí)一般單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱由于是成品，學(xué)生很難參與到其中的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)中去，學(xué)生動(dòng)手能力很難得到訓(xùn)練與提高。

單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室建立成本高，實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足，同時(shí)由于技術(shù)的不斷更新，設(shè)備的不斷老化，實(shí)驗(yàn)儀器也會(huì)很快落后，要解決這些問題需要不斷的重建單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室，務(wù)必帶來資金耗費(fèi)嚴(yán)重等問題。

3 基于虛擬實(shí)驗(yàn)軟件的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程改革

單片機(jī)課程主要教學(xué)內(nèi)容包括單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳功能、存儲(chǔ)器組織、及最小系統(tǒng)，單片機(jī)系統(tǒng)信息顯示與輸入功能，定時(shí)計(jì)數(shù)功能與中斷技術(shù)，串行口與串行通信技術(shù)，單片機(jī)系統(tǒng)模擬量輸入輸出技術(shù)。

從以上教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置可以看出，實(shí)驗(yàn)在單片機(jī)課程中占據(jù)舉足輕重的地位，緊密配合理論教學(xué)的實(shí)驗(yàn)是幫助學(xué)生接受、理解、掌握單片機(jī)工作原理和開發(fā)技巧的重要環(huán)節(jié)。所以單片機(jī)課程教學(xué)過程中必須開設(shè)足夠的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)來輔助理論教學(xué)的實(shí)施。

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)軟件的仿真技術(shù)，可以充分地仿真實(shí)際的工程問題。Proteus是一款嵌入式系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)，具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)仿真等。它的獨(dú)特之處是能夠在線、實(shí)時(shí)仿真多種類型的單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)硬件電路的交互仿真，功能極其強(qiáng)大。自帶有ASM、PIC、AVR匯編器等，也可與第三方軟件Keil結(jié)合使用。用單片機(jī)原理及接口技術(shù)的理論知識(shí)與Proteus、Keil軟件結(jié)合，設(shè)計(jì)出以MCS-51單片機(jī)為核心的系列虛擬實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用到單片機(jī)課程的教學(xué)中，可以解決單片機(jī)課堂教學(xué)無法及時(shí)實(shí)驗(yàn)等問題，可以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的直觀性和主動(dòng)性，可以輔助學(xué)生達(dá)到對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的深入理解。

4 本項(xiàng)目的特色與創(chuàng)新

4.1 基于Proteus和Keil的虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

利用Proteus虛擬實(shí)驗(yàn)軟件的可視化、網(wǎng)絡(luò)化、可重復(fù)化、“零”器材消耗的特點(diǎn)，整合教學(xué)內(nèi)容，“動(dòng)畫”教學(xué)過程，運(yùn)用混合式學(xué)習(xí)，轉(zhuǎn)變了學(xué)生學(xué)習(xí)方式，提高了學(xué)習(xí)效果。

利用Proteus和Keil軟件進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，結(jié)合教學(xué)實(shí)際情況設(shè)計(jì)相關(guān)的虛擬實(shí)驗(yàn)，可以大大提高教學(xué)的直觀性和形象性，提高學(xué)生的理解程度和學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對(duì)單片機(jī)原理的認(rèn)識(shí)，鍛煉學(xué)生進(jìn)行軟硬件綜合開發(fā)的能力，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量。

教學(xué)中引入基于Proteus和Keil軟件的虛擬實(shí)驗(yàn)后，可以節(jié)約實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的人力、物力和財(cái)力成本，還可以增加學(xué)生課后練習(xí)的機(jī)會(huì)，大大提升教學(xué)質(zhì)量。

4.2 與時(shí)俱進(jìn)，緊密聯(lián)系大賽，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性

工業(yè)控制、智能家居、物聯(lián)網(wǎng)通信等行業(yè)單片機(jī)應(yīng)用無處不在，歷年來省級(jí)國家級(jí)的技能大賽及大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽中也都會(huì)有關(guān)于單片機(jī)類的題目，而所采用的基礎(chǔ)知識(shí)就是本門課程講解的內(nèi)容，所以無論是在項(xiàng)目引入時(shí)還是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，都可以選用真實(shí)項(xiàng)目或者大賽內(nèi)容，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣會(huì)更加濃厚，也為大賽打下基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

經(jīng)過四年多的教學(xué)實(shí)踐探索，基于項(xiàng)目教學(xué)和虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐性單片機(jī)與接口技術(shù)課程改革已收益顯著。一線教師的教育理論水平和教改能力獲得明顯提升，先后發(fā)表了若干篇高水平論文，并成功申請完成了多項(xiàng)教改立項(xiàng)。

6 致謝

感謝遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院（遼寧廣播電視大學(xué)）2016YYYJ-1基金。

[1]于莉.高職單片機(jī)教學(xué)改革的研究與實(shí)踐[J].高教論壇,2010(11)

[2]喬莉,劉寅生.基于CDIO的單片機(jī)課程教學(xué)改革方法探索[J].黑龍江科技信息,2011(11)

[3]曾慶波.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2012

遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院（遼寧廣播電視大學(xué)）2016YYYJ-1基金。