基于實(shí)驗仿真板的單片機(jī)教學(xué)研究與實(shí)踐

摘 要：單片機(jī)是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，又是一門非常抽象的課程。對于這樣的一門課程，課堂演示和學(xué)生實(shí)驗有著非常重要的作用，課堂演示可以將抽象的理論、枯燥的程序分析轉(zhuǎn)化為生動的實(shí)例，而實(shí)驗則能夠培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，進(jìn)一步理解有關(guān)理論知識。但在傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)中，幾乎不能見到課堂演示，而學(xué)生實(shí)驗中也存在諸多問題。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；教學(xué)；實(shí)驗仿真板

課堂教學(xué)演示難以見到的原因很多，其中有一個很重要的原因：課堂教學(xué)演示太困難、效果也不理想。通常，要做一次課堂演示實(shí)驗，要用到如下設(shè)備：計算機(jī)、仿真機(jī)或編程器、電源、實(shí)驗電路板。其中仿真機(jī)或編程器要和計算機(jī)相連，電源要接到實(shí)驗電路板上，為了上一節(jié)課，要準(zhǔn)備較長時間；如果用仿真機(jī)做實(shí)驗，那么仿真頭要和實(shí)驗電路板相連，在真正做開發(fā)工作時，電路板放置好后就不必動了，但在課堂教學(xué)中卻需要拿起來實(shí)驗電路板來展示，稍有不慎，仿真頭會從電路板中脫落而造成錯誤，甚至可能損壞仿真頭或?qū)嶒炿娐钒澹蝗绻镁幊唐鲗懫姆椒▉眚炞C實(shí)驗結(jié)果，那么就得多次在實(shí)驗板和編程器之間撥、插芯片，很麻煩，課堂效率低；即使勉強(qiáng)做，由于實(shí)驗電路板上的器件較小，學(xué)生很難看清有關(guān)現(xiàn)象，效果有限。學(xué)生實(shí)驗中同樣存在問題，單片機(jī)除了一些驗證性實(shí)驗外，主要是通過實(shí)驗來培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，并通過實(shí)驗加深對理論知識的理解，從這一意義上來說，短短的課堂實(shí)驗時間是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)該給學(xué)生創(chuàng)造條件在課后動手實(shí)驗。但是傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗不可能做到這一點(diǎn)，單片機(jī)實(shí)驗所必須的仿真機(jī)、實(shí)驗板、電源等等價格不菲，專業(yè)性很強(qiáng)，學(xué)生不可能自行裝備；由于實(shí)驗涉及到硬件，有一定的危險性，一般必須要由專業(yè)教師在現(xiàn)場指導(dǎo)，這也很難安排；學(xué)校單片機(jī)實(shí)驗室設(shè)備陳舊，由于單片機(jī)技術(shù)發(fā)展很快，單片機(jī)仿真機(jī)一般每過2-3年即更新?lián)Q代，也就是常說的學(xué)與用的脫節(jié)。

1 解決方案

針對以上的問題，作者通過深入研究，開發(fā)了“單片機(jī)實(shí)驗仿真板”這一軟件，為解決這類問題提供了一些思路。該軟件以目前最流行的80C51系列單片機(jī)開發(fā)軟件Keil C為基礎(chǔ)，利用其提供的AGSI接口開發(fā)而成，下面就有關(guān)技術(shù)問題加以討論。

借助于Keil軟件的強(qiáng)大的調(diào)試功能，可以用單步、全速、加入斷點(diǎn)等方式執(zhí)行程序，觀察各指令執(zhí)行的效果。

將該軟件用于課堂教學(xué)演示有諸多優(yōu)點(diǎn)，第一是速度快，程序修改、編譯后馬上就可以看到效果，不需要撥片、寫片、插片這么麻煩，提高了課堂效率；第二是效果好，可以放在多媒體教室上課，投影在大屏幕上，比之真實(shí)的實(shí)驗板要大很多，非常清楚；第三是方便，由于僅僅只有一個軟件，不需要任何的硬件連線，所以課堂演示非常容易；第四是起點(diǎn)高，由于Keil軟件是目前最流行的單片機(jī)開發(fā)軟件，所以學(xué)生學(xué)習(xí)的起點(diǎn)高。

2 教學(xué)實(shí)例

該課的名稱是《定時/計數(shù)器實(shí)例分析》，是在講完單片機(jī)中定時/計數(shù)器部份的理論之后開設(shè)的，目的是使學(xué)生進(jìn)一步理解單片機(jī)定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)使用定時/計數(shù)器的一般編程方法。該課程的難點(diǎn)在于定時/計數(shù)器編程中的一些概念難以理解，如編程開始為何要初始化、為何在定時時間到后要重置時間常數(shù)等等。如果使用常規(guī)的教學(xué)方法，無非是對程序進(jìn)行認(rèn)真和細(xì)致的分析與講解，至多輔以課件，演示各種現(xiàn)象，但課件是死的，只能按教師預(yù)設(shè)的方案進(jìn)行講解，學(xué)生卻是活的，他們會給出很多你意想不到或者即便想到也不便于在課件中表達(dá)的問題，課件也不便于學(xué)生參與學(xué)習(xí)。

首先給出以前曾作過詳細(xì)分析的用軟件延時實(shí)現(xiàn)LED單燈閃爍的程序，然后給出用定時/計數(shù)器的方法實(shí)現(xiàn)的程序，讓學(xué)生看到，使用定時/計數(shù)器的確可以實(shí)現(xiàn)同樣的功能。然后提問：為什么要初始化，問題提出后，學(xué)生討論，但一般不會有什么正確的結(jié)果，既然想不出，那就做一做看，由于有這么一個實(shí)驗平臺，實(shí)驗做起來很容易，只要在程序行：

MOV TMOD，#00000001B

前加一個分號，即將該行注釋掉，然后按F7功能鍵重新匯編、連接即可實(shí)驗。學(xué)生看到了不進(jìn)行初始化的實(shí)驗結(jié)果，現(xiàn)象是“亂跳”，無規(guī)律，學(xué)生雖不知道為什么會亂跳，但是對“沒有初始化，程序工作就不正常”這一點(diǎn)有強(qiáng)烈的認(rèn)同。教師因勢利導(dǎo)，分析亂跳的原因是由于工作方式不對（正確的應(yīng)該是工作方式1，如果沒有設(shè)置，則系統(tǒng)在復(fù)位時默認(rèn)工作方式0），學(xué)生很容易接受。

這部份的教學(xué)任務(wù)完成后，再次提問：如果在定時時間到了之后不重置初值，會有什么結(jié)果？學(xué)生討論，但沒有統(tǒng)一的答案，然后同樣用實(shí)驗板試一試，即把標(biāo)號“NEXT：”后的兩行程序：

MOV TH0，#HIGH（65536-20000）

MOV TL0，#LOW（65536-20000）

注釋掉，然后按F7功能鍵重新匯編、鏈接即可演示。學(xué)生很容易看到，第一次閃爍（燈由暗到滅）的時間與后面的時間不同，這一次學(xué)生比較容易總結(jié)出規(guī)律，不重置初值，只有第一次的定時時間是正確的，以后都不正確了。

從上面的敘述中可以看到，這一堂課真正地實(shí)現(xiàn)了在老師指導(dǎo)下的學(xué)生的自主性學(xué)習(xí)，而不是滿堂灌，這其中該實(shí)驗仿真板起到了關(guān)鍵的作用。這一節(jié)課的課堂容量大、課堂效率高，如果沒有這樣的實(shí)驗手段，用傳統(tǒng)的實(shí)驗電路板，編程器寫片驗證或用仿真機(jī)演示，學(xué)生是否都能看清不說，絕不可能這么快地進(jìn)行實(shí)驗。

作者簡介

程金明（1976—），男，江西南昌人，江西科技學(xué)院，本科。研究方向：通信工程。