陳洪圳，李 婕

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

高職高專單片機(jī)教學(xué)改革的研究與實(shí)踐

陳洪圳，李 婕

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

在分析單片機(jī)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(diǎn)進(jìn)行教學(xué)改革實(shí)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(xiàng)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(jī)；教學(xué)改革；Proteus；Keil

隨著集成電路技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，單片機(jī)發(fā)展迅速，體積縮小，功能增強(qiáng)，成本減少。因其諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化、智能儀表、自動(dòng)檢測與控制、機(jī)電一體化設(shè)備、汽車電子和家用電器等各個(gè)領(lǐng)域［1］。單片機(jī)課程已是高職高專院校電子、自動(dòng)化、機(jī)電一體化等相關(guān)專業(yè)的核心課程之一。單片機(jī)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(shí)踐性和應(yīng)用性較強(qiáng)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的知識應(yīng)用能力、邏輯能力、動(dòng)手實(shí)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(dòng)性，在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式下，難以達(dá)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(jìn)行改革實(shí)踐探索，并取得了良好的教學(xué)效果。

1　高職高專單片機(jī)課程教學(xué)現(xiàn)狀

1.1側(cè)重理論教授

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

1.2實(shí)踐過程缺少自主設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

目前，大多數(shù)高職高專院校的單片機(jī)實(shí)訓(xùn)設(shè)備采用廠家提供的實(shí)驗(yàn)箱，內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)模塊化，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容單一化。在實(shí)踐環(huán)節(jié)，硬件方面學(xué)生只需將各種硬件模塊接口進(jìn)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(shí)驗(yàn)箱中，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)行驗(yàn)證。在整個(gè)實(shí)踐過程中，學(xué)生完全按照固定的內(nèi)容和流程進(jìn)行，缺乏自主設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)要求學(xué)生具備硬件電路設(shè)計(jì)、軟件程序設(shè)計(jì)、仿真與調(diào)試的綜合能力，而當(dāng)前的實(shí)踐環(huán)節(jié)，難以達(dá)到該培養(yǎng)目標(biāo)。

1.3課下缺少實(shí)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(shí)踐性較強(qiáng)的單片機(jī)課程。學(xué)生需要一個(gè)課下實(shí)踐的平臺，能夠自由地進(jìn)行硬件和軟件設(shè)計(jì)，將所學(xué)理論知識轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用，通過實(shí)踐主觀能動(dòng)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(diǎn)

傳統(tǒng)的單片機(jī)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(diǎn)不符。當(dāng)前高職高專學(xué)生，具有兩個(gè)特點(diǎn)：一是普遍基礎(chǔ)薄弱，缺乏學(xué)習(xí)主動(dòng)性。而單片機(jī)教學(xué)內(nèi)容包含綜合知識面廣、原理復(fù)雜、邏輯性強(qiáng)、內(nèi)容抽象，要求學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)知識和主動(dòng)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(shí)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(diǎn)，應(yīng)把教學(xué)的側(cè)重點(diǎn)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(dòng)化裝置研究。

2　應(yīng)用Proteus和Keil軟件的單片機(jī)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(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真的軟件，Keil是Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)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(gè)人單片機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)在PC 上完成從原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真、PCB 設(shè)計(jì)到軟件代碼調(diào)試、實(shí)時(shí)仿真、測試和驗(yàn)證的整個(gè)開發(fā)過程［2］。

針對高職高專單片機(jī)課程教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，將Proteus和Keil軟件應(yīng)用到教學(xué)中，從以下幾方面進(jìn)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(xiàng)目式教學(xué)方法進(jìn)行改革。每章只保留核心理論知識，圍繞章節(jié)設(shè)計(jì)一個(gè)綜合性的項(xiàng)目任務(wù)，在課堂上利用多媒體系統(tǒng)，演示通過Proteus進(jìn)行硬件仿真電路設(shè)計(jì)、利用 Keil進(jìn)行軟件編寫、下載程序、系統(tǒng)調(diào)試的整個(gè)過程。并且可以根據(jù)理論知識，更改設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)驗(yàn)證各種設(shè)計(jì)效果。通過此改革，達(dá)到以下目的：第一，提高實(shí)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(shí)際應(yīng)用，實(shí)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(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用Proteus和Keil軟件

在實(shí)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(shí)踐環(huán)節(jié)中的局限，設(shè)計(jì)多個(gè)開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)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(xiàng)目要求自主設(shè)計(jì)硬件和軟件，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)實(shí)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(dòng)手實(shí)踐，來提高單片機(jī)應(yīng)用能力。一般可采用兩種方法實(shí)現(xiàn)，一是購買單片機(jī)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(shí)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(jìn)行實(shí)踐學(xué)習(xí)，學(xué)生在PC上可以搭建個(gè)人單片機(jī)虛擬仿真平臺，不受外界因素的約束，自主進(jìn)行硬件和軟件設(shè)計(jì)，提高學(xué)習(xí)效率。

3　教學(xué)實(shí)例

下面以“簡易電子時(shí)鐘的實(shí)現(xiàn)”為例，利用Proteus和Keil軟件學(xué)習(xí)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示和定時(shí)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(jī)型號選擇 AT89C51；數(shù)碼管段選線連接單片機(jī) P1口，位選線連接 P2口；單片機(jī)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(jìn)行C語言編程，并進(jìn)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(jī)模型中。8位數(shù)碼管分別顯示時(shí)、分、秒，中間用“—”隔開，運(yùn)行結(jié)果如圖1所示。

圖1　簡易電子時(shí)鐘運(yùn)行結(jié)果圖

4　結(jié)束語

本文針對高職高專單片機(jī)課程教學(xué)現(xiàn)狀，建議在理論教學(xué)、實(shí)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(xiàng)目任務(wù)，在課堂上實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)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(jì)成本、周期、可行性的局限，充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，鍛煉動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。但是，仿真終究不能代替實(shí)物，只能作為實(shí)物設(shè)計(jì)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(jìn)一步的工作，將仿真轉(zhuǎn)化為實(shí)物，鍛煉綜合設(shè)計(jì)能力。

（責(zé)任編輯 呂春紅）

［1］ 張毅剛.單片機(jī)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(jī)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