單片機教學改革的研究

任艷焱

（赤峰學院計算機與信息工程學院，內(nèi)蒙古赤峰024000）

單片機教學改革的研究

任艷焱

（赤峰學院計算機與信息工程學院，內(nèi)蒙古赤峰024000）

“單片機（MCU）原理與自動控制”是一門偏重工程應用的課程，很多高等學校只是把它作為選修課并且為本課程安排的學時數(shù)較少.要想在這樣的情況下取得較好的教學效果，就得采取行之有效的教學方法.這就需要在傳統(tǒng)的教學方法上進行改革.

實踐；Proteus；Keil；C51；匯編

近年來，嵌入式技術已經(jīng)逐步滲入到人們的工作和生活的各個方面，成為了生活環(huán)境中不可或缺的一部分.單片機就屬于嵌入式計算機.在單片機的教學上要著眼于學生考試成績較好、而動手能力較差的情況進行改革.本文將針對這些問題對現(xiàn)有的傳統(tǒng)教學方法進行研究，把單片機技術所用到的知識串連起來，不斷更新該課程的教學內(nèi)容、改進教學手段以及增加實踐環(huán)節(jié)，通過理論聯(lián)系實際來提高學生的學習積極性，從而提高學生分析問題、解決問題的能力[1].

1 傳統(tǒng)的教學方法

迄今為止，在很多高等院校里單片機課程的教學采用的是傳統(tǒng)的教學模式，即首先在教室里講授理論部分，再讓學生在單片機實驗室完成相應的實驗，其中理論部分所占的學時數(shù)較多.

現(xiàn)在很多學校的單片機實驗室，大都是以單片機實驗箱為實踐教學平臺，學生做實驗的內(nèi)容比較固定.以實驗箱作為單片機教學平臺有其不足的地方，比如對于剛接觸單片機的學生來說很難熟悉單片機實驗箱的構成.若想自己設計實驗線路，又受到實驗箱的限制.因為實驗箱里的各個電子器件、元器件的接線圖、電路原理圖、程序清單等都是生產(chǎn)廠家設計好的，所有的硬件程序已固化在程序存儲器EEPROM中，學生做實驗時只能按照實驗箱設計好的電路連線，按照實驗箱既定的原理圖編寫程序進行驗證，這種方法影響了學生的學習興趣和信心，不能發(fā)揮學生的想像力和創(chuàng)造力[2].

2 基于情境的單片機教學方法

現(xiàn)今各高校的單片機教學大多是以一個由簡單到復雜逐步深入的過程，主要從單片機的基本結構入手，再講述指令系統(tǒng)、匯編語言、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、鍵盤接口電路，然后是各種不同類型的應用系統(tǒng).由于單片機的實踐性很強，所以就需要教師在課堂上設置一定氛圍的教學情境，采取板書和多媒體相結合的授課方式，使學生更直觀地看到單片機的各種功能、內(nèi)部結構、應用實例、調(diào)試方法以及完整的開發(fā)流程.在講授過程中要基本上涵蓋單片機技術中的相關知識點，著重在課程的重點、難點內(nèi)容上適當?shù)靥岢鼍哂袉l(fā)性的問題，將學習情境、學習任務融進課堂教學，引起學生積極思考，從而提高學生的學習積極性；同時結合日常生活中能用到相關知識的地方向?qū)W生提供重要信息，要讓學生清楚所講授內(nèi)容的意義和作用，如何與實際系統(tǒng)相結合，激發(fā)學生的興趣，進而引導學生主動思考，而不是簡單地告訴學生相應的結論.鼓勵學生大膽表達自己的想法，拓展分析問題、解決問題的思路.[3]把一個具體的單片機應用系統(tǒng)實物拿到課堂上，讓學生對實際的應用系統(tǒng)有一個直接認識.

3 基于Proteus和Keil仿真軟件的單片機教學方法

通過引入仿真軟件Proteus和Keil，并采用機房教學來彌補傳統(tǒng)教學方法的不足，從而培養(yǎng)學生的動手能力以及系統(tǒng)開發(fā)能力.

Proteus軟件是一種EDA工具軟件，它是由英國Labcenterelectronics公司開發(fā)的.它不但可以仿真其它的EDA工具軟件，還可以仿真單片機以及它的外圍器件電路，例如可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU及其外圍器件電路.它是一款將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計，無論從原理圖布圖、代碼調(diào)試還是到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計都很理想，是迄今為止此類工具中性能較優(yōu)越的一種.其處理器模型支持8051、HC11、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并在不斷地增加其他系列處理器模型.在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器.在用戶中反響較好.

為了培養(yǎng)學生設計電路的能力，可以利用Proteus軟件將虛擬仿真技術和計算機多媒體授課相結合；將Proteus仿真軟件應用到教學中，先設計大量的單片機應用實例，用Proteus軟件向?qū)W生演示單片機軟硬件設計開發(fā)、調(diào)試的全過程，并觀察硬件的工作和程序執(zhí)行效果，使學生通過實例對單片機的工作原理、工作過程、工作效果有更多的了解，學生普遍覺得不需要投入硬件設施，就能很好地掌握單片機的知識.實踐證明，利用這種方法可以很大程度上提高單片機系統(tǒng)的設計速率[4].

目前，世界上出現(xiàn)的幾種用于51系列的單片機開發(fā)軟件，他們的基本功能大同小異，公認的效率高且使用方便的集成開發(fā)環(huán)境是德國Keil公司的μVision3IDE，它是Windows下的集成開發(fā)環(huán)境，可模擬51系列單片機及派生產(chǎn)品的片內(nèi)部件，支持軟件模擬和用戶系統(tǒng)實時調(diào)試2種功能.在這個環(huán)境下可以完成編輯、匯編、編譯、仿真和調(diào)試等整個開發(fā)流程.它主要提供了包括C51編譯器、A51宏匯編器、LIB51庫管理器、BL51連接/定位器. Keil支持匯編、C語言及混合編程，能夠在不接硬件電路的情況下直接仿真用戶程序，或者利用硬件仿真器，通過連接單片機硬件電路，在仿真器中裝載目標程序后進行實時仿真.

在單片機課堂教學中，使用Proteus和Keil構建起個人的單片機虛擬仿真設計仿平臺，教師在講述完理論部分后，可在多媒體教室里利用Proteus設計相關的硬件電路，再用Keil軟件編寫、編譯和修改調(diào)試程序，測試驗證，最后得到仿真結果.使學生真正從原理上理解單片機的工作過程，以及單片機系統(tǒng)設計方法，提升教學效果[4].

利用Proteus和Keil構建虛擬實驗室首先需要安裝Proteus和Keil軟件，其次利用Proteus繪制硬件電路，根據(jù)需要搭建各種虛擬儀器儀表；再用Keil編寫匯編源程序，最后設置Keil和Proteus之間的接口；在Keil里對匯編源程序進行編譯連接后進行程序調(diào)試，并且在Proteus里的虛擬儀表里觀測實驗結果、記錄實驗數(shù)據(jù).

在單片機的教學中引入Proteus和Keil仿真軟件，彌補了理論和應用之間相互脫節(jié)的不足.這種單片機教學的改革方法，在實際教學過程中取得了一些初步的成果.使學生產(chǎn)生濃厚的學習興趣，提高了教學效果.但Proteus仿真不能完全代替實物，在實際應用中需要將其和實驗設備相結合，進一步鍛煉學生的綜合開發(fā)能力[5].

4 基于單片機語言的教學方法

目前，國內(nèi)各高等院校采用的單片機教材，多數(shù)采用的開發(fā)語言學是匯編語言.雖然說匯編語言具有運行效率較高的優(yōu)點，可以直接控制硬件內(nèi)部.但是它的缺點也很顯著主要表現(xiàn)在依賴目標單片機的硬件結構，可移植性不高，指令系統(tǒng)枯燥難懂.

用C語言代替?zhèn)鹘y(tǒng)的匯編語言編寫單片機源程序，可解決匯編語言的上述缺點.51系列單片機的C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)KeilC51是美國Keil Software公司出品的，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上比傳統(tǒng)的匯編語言有明顯的優(yōu)勢，簡單易學.尤其是那些用過匯編語言編程的用戶再使用C語言來編程的，更能體會出它的優(yōu)越性來.KeilC51軟件是全Windows界面，可提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具.再者，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到KeilC51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼非常緊湊，易懂易用.在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)出C語言的優(yōu)勢[6].

5 結論

通過上述單片機教學方法的研究，目的在于改變傳統(tǒng)教學方式，優(yōu)化教學內(nèi)容，提高學生對單片機的學習興趣，提高動手能力，使之更符合高等院校的基本學情，為學生以后應用單片機解決實際問題打下良好的基礎.

〔1〕胡漢才.單片機原理及其接口技術[M].北京：清華大學出版社，2004.

〔2〕李朝青.單片機原理及接口技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.

〔3〕李華.MCS-51系列單片機實用接口技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，1993.

〔4〕劉映群.Proteus與Keil整合構建單片機虛擬實驗室[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2005（8）.

〔5〕肖燕.單片機實踐課程教改策略[J].湖南農(nóng)機, 2009,36(6):99-100.

〔6〕王幸之.單片機應用系統(tǒng)抗干擾技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2001.

G642.0

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1673-260X（2013）11-0197-02