單片機(jī)實(shí)驗教學(xué)的探討

常淑俊，黃杰勇

(電子科技大學(xué) 中山學(xué)院，廣東 中山 528402)

單片機(jī)及相關(guān)課程既是電子信息、自動化和機(jī)電等相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)必修課，又是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的科目。如果只是理論教學(xué)而不引入實(shí)驗環(huán)節(jié)，則學(xué)生只能紙上談兵，因此實(shí)驗教學(xué)在單片機(jī)教學(xué)中占有重要的位置。

1 單片機(jī)實(shí)驗教學(xué)中存在的問題

在目前的單片機(jī)實(shí)驗教學(xué)中，授課方式一般是教師通過黑板或者投影儀，把實(shí)驗內(nèi)容講解給學(xué)生，然后再在實(shí)驗箱上操作，把實(shí)驗結(jié)果演示給學(xué)生看。由于單片機(jī)的實(shí)踐性很強(qiáng)，只是口頭講解，一些概念學(xué)生不容易理解，實(shí)驗箱的演示效果也會因?qū)W生的多少不同存在差異，影響授課效果。

單片機(jī)實(shí)驗教學(xué)設(shè)備多采用實(shí)驗箱或者實(shí)驗板，實(shí)驗內(nèi)容基本上是驗證性的基本實(shí)驗，如I/O口控制實(shí)驗、串并轉(zhuǎn)換、顯示與鍵盤及A/D等。模式一般是由教師選擇一個實(shí)驗項目，然后由學(xué)生編好程序，最后在實(shí)驗箱上連線操作，驗證程序是否正確。首先，因為實(shí)驗箱的限制，導(dǎo)致實(shí)驗內(nèi)容受限，重復(fù)性高，學(xué)生之間抄襲嚴(yán)重，經(jīng)常出現(xiàn)一個人做出來實(shí)驗，全班都做出來了相同實(shí)驗的現(xiàn)象，達(dá)不到實(shí)驗的目的。其次，實(shí)驗箱使用時間長，會存在損壞和接觸不良的現(xiàn)象，會影響到實(shí)驗結(jié)果，降低了學(xué)生對實(shí)驗的興趣，影響了實(shí)驗效果。最后，實(shí)驗箱只存放在實(shí)驗室里，如果學(xué)生對實(shí)驗內(nèi)容有興趣，想繼續(xù)學(xué)習(xí)，又受到限制［1－2］。

因此，目前的實(shí)驗教學(xué)已經(jīng)不能滿足學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的需求。為了更好地培養(yǎng)單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用性人才，讓學(xué)生掌握單片機(jī)的知識，必須對單片機(jī)實(shí)驗教學(xué)進(jìn)行改革。

2 在單片機(jī)實(shí)驗教學(xué)中引入多媒體軟件

多媒體教學(xué)的發(fā)展為實(shí)驗教學(xué)提供了極大的便利，教師可以直接在教師機(jī)上進(jìn)行各種實(shí)驗教學(xué)演示。對單片機(jī)實(shí)驗而言，可以把多媒體技術(shù)與仿真技術(shù)結(jié)合起來，讓學(xué)生輕松地理解一些概念，明白單片機(jī)工作的原理、通過仿真技術(shù)，教師可以把每個實(shí)驗的原理和操作過程清楚講解給學(xué)生，借助多媒體技術(shù)，可以把這些內(nèi)容形象生動地展現(xiàn)給學(xué)生，讓每個學(xué)生清晰地看到每個實(shí)驗原理，實(shí)驗步驟，實(shí)現(xiàn)了集語音、圖像、文字、動畫于一體的現(xiàn)代交互式教學(xué)模式。這樣不僅大大減輕了教師的工作負(fù)擔(dān)，極大地提高了教學(xué)效率，而且也使教學(xué)內(nèi)容極其生動活潑，學(xué)生樂于接受［3］。

3 在單片機(jī)實(shí)驗教學(xué)中引入Proteus仿真軟件

Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與仿真軟件，它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，能夠?qū)崿F(xiàn)原理圖設(shè)計、電路仿真、軟件仿真等功能。

通過Proteus仿真軟件，可以讓學(xué)生了解整個電路的原理圖。在單純的實(shí)驗箱操作模式下，一般只有單片機(jī)I/O口的連線圖，學(xué)生只需要把線接好就可以進(jìn)行實(shí)驗，對外圍的一些電路完全不了解。通過Proteus軟件，可以讓學(xué)生熟悉單片機(jī)的外圍電路，了解常用的元器件的使用方法。

通過Proteus仿真軟件，可以把復(fù)雜的、難理解的概念形象化、具體化。比如中斷問題一直是學(xué)生難理解的一個概念，我們可以用走馬燈這個基本實(shí)驗讓學(xué)生了解外部中斷、定時中斷的概念。我們可以設(shè)計一個實(shí)驗:用P1口作為控制端，控制LED燈的輪流點(diǎn)亮，用外部中斷0控制走馬燈的暫停/繼續(xù)，然后再用定時/計數(shù)器T0控制走馬燈的閃爍速度。教師可以通過3個步驟演示給學(xué)生看，首先，沒有加中斷的簡單走馬燈實(shí)驗，學(xué)生可以看到P1口控制LED燈的閃爍，此時的閃爍速度是由程序延時控制的;然后，再加上外部中斷，即用外部按鍵來控制走馬燈的暫停和繼續(xù);最后，再加上定時/計數(shù)器T0，控制走馬燈的閃爍速度，此時的閃爍速度是由定時器來控制。這樣學(xué)生就很直觀地了解了中斷的概念，學(xué)會了外部中斷和定時器的使用方法，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣［4］。

通過Proteus仿真軟件，可以打破時間限制，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。實(shí)驗課的課時有限，只靠課堂時間，學(xué)生很難完全掌握所學(xué)的知識。通過Proteus軟件，只需要一臺電腦，學(xué)生就可以利用課余時間來設(shè)計電路，編程仿真。教師可以在實(shí)驗課前讓學(xué)生熟悉實(shí)驗課的內(nèi)容，用Proteus畫好原理圖，編好程序完成仿真，確認(rèn)軟件沒有問題。在實(shí)驗課的時候，再在實(shí)驗箱上完成實(shí)際的操作。這樣軟硬件結(jié)合，理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)生對實(shí)驗內(nèi)容就掌握得很透徹。在實(shí)驗箱實(shí)際操作的過程中，如果實(shí)驗結(jié)果與仿真結(jié)果不一樣，也可以確認(rèn)是實(shí)驗箱或接線等的問題，提高了實(shí)驗的效率，加強(qiáng)了實(shí)驗的效果［1］。

目前在單片機(jī)實(shí)驗箱操作的都是基礎(chǔ)性實(shí)驗，如A/D、D/A轉(zhuǎn)換，I/O口的基本控制，主要是學(xué)習(xí)單片機(jī)基本應(yīng)用。在學(xué)會了單片機(jī)基本應(yīng)用后，通過Proteus仿真軟件，學(xué)生就可以進(jìn)行一些擴(kuò)展的綜合性實(shí)驗，進(jìn)一步加強(qiáng)單片機(jī)的綜合運(yùn)用。綜合性實(shí)驗可以采用教師命題或?qū)W生自己選題的模式，選擇一個項目，讓學(xué)生先在Proteus上完成原理圖的繪制，軟件的編寫仿真，仿真成功后再進(jìn)行實(shí)際的電路板的制作。從布板、元器件的選擇，到焊接、硬件的調(diào)試，都由學(xué)生獨(dú)立完成，這樣就大大提高了學(xué)生的實(shí)際動手能力，提高了學(xué)生的單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用水平。

綜上所述，Proteus仿真軟件在單片機(jī)實(shí)驗教學(xué)中發(fā)揮了重要的作用，它克服了單純以實(shí)驗箱做實(shí)驗存在的對實(shí)驗原理理解不透徹，對單片機(jī)應(yīng)用一知半解的問題。但也不能拋棄實(shí)驗箱，還要在實(shí)驗箱上進(jìn)行實(shí)際操作，這樣理論聯(lián)系實(shí)際才能加深對單片機(jī)原理的認(rèn)識，提高單片機(jī)的應(yīng)用水平［5］。

4 結(jié)束語

多媒體教學(xué)的實(shí)現(xiàn)，為使用Proteus仿真軟件的教學(xué)提供了有利的條件，有效地解決了教師在授課過程中遇到的概念難解釋清楚的問題。Proteus仿真軟件與實(shí)驗箱的結(jié)合，又解決了學(xué)生在學(xué)習(xí)單片機(jī)過程中的理論與實(shí)踐操作脫離的問題。軟硬結(jié)合，既增強(qiáng)了學(xué)生的理論知識，也提高了學(xué)生的實(shí)踐水平，提高了學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

［1］曾燕，賈振國.Proteus仿真技術(shù)在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.長春工程學(xué)院學(xué)報:社會科學(xué)版，2011，12(1):132－134.

［2］廖平.單片機(jī)實(shí)驗教學(xué)的改革［J］.實(shí)驗室研究與探索，2004，23(7):36－38.

［3］謝宇霞.多媒體教學(xué)的輔助作用及發(fā)展趨勢［J］.實(shí)驗科學(xué)與技術(shù)，2012，10(6):94－95.

［4］周立功.單片機(jī)實(shí)驗與實(shí)踐［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

［5］陳龍，張亞軍.Proteus仿真軟件在單片機(jī)實(shí)驗教學(xué)中的應(yīng)用［J］.實(shí)驗技術(shù)與管理，2009，26(8):73－75.