游乙龍

摘 要：針對(duì)當(dāng)前單片機(jī)課程教學(xué)效果不佳，學(xué)生普遍反映難理解，缺乏實(shí)際操作等問(wèn)題。筆者提出一種基于Proteus仿真與實(shí)操的單片機(jī)課程教學(xué)改革思路。該思路以實(shí)操為主、以Proteus仿真軟件為輔，引入目前主流的C語(yǔ)言，并采用模塊化方式重新整合課程內(nèi)容，對(duì)單片機(jī)課程展開(kāi)全方位的改革。經(jīng)學(xué)校高技層次班級(jí)試點(diǎn)，改革能很好地提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)動(dòng)手能力、分析與解決問(wèn)題的能力，取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 實(shí)操 Proteus 仿真 課程設(shè)計(jì) C語(yǔ)言 改革

一、問(wèn)題的提出

單片機(jī)作為電氣專業(yè)高技層次的專業(yè)主干課程，對(duì)全面培養(yǎng)在校生的專業(yè)能力起著十分重要的作用。但現(xiàn)行的適用教材幾乎都是一樣的組織架構(gòu)，即按硬件結(jié)構(gòu)—指令系統(tǒng)—匯編語(yǔ)言程序—接口技術(shù)的順序展開(kāi)教學(xué)。教師如果按照教材內(nèi)容展開(kāi)教學(xué)，往往只能介紹基本硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)和匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)等內(nèi)容，最后再草草編一個(gè)“流水燈”就結(jié)束課程。這種形式的教學(xué)，勢(shì)必難以取得令人滿意的教學(xué)效果。作為非計(jì)算機(jī)專業(yè)的技校生，他們?nèi)狈镜挠?jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，往往堅(jiān)持聽(tīng)講幾次課后，就會(huì)因?yàn)槁?tīng)不懂而放棄課程學(xué)習(xí)，轉(zhuǎn)為睡覺(jué)、玩手機(jī)。哪怕堅(jiān)持到最后的那部分學(xué)生，課程結(jié)束后，還在困惑：到底什么是單片機(jī)？它有什么用途？我能用它做什么？

筆者在幾年的單片機(jī)課程教學(xué)反思后，認(rèn)為該課程必須改革，經(jīng)過(guò)幾個(gè)學(xué)期的嘗試、實(shí)踐，逐步形成了基于Proteus仿真與實(shí)操的單片機(jī)教學(xué)改革思路，并在高技班試點(diǎn)。

二、改革思路與實(shí)踐

1.以實(shí)操為主，仿真為輔

技校學(xué)生引以為傲的是具備過(guò)硬的實(shí)操技能，而非扎實(shí)的理論知識(shí)。技校必須注重對(duì)學(xué)生實(shí)操技能的培養(yǎng)，一方面動(dòng)手做比聽(tīng)講“更有意思”，另一方面實(shí)操也是學(xué)習(xí)單片機(jī)的捷徑。在實(shí)際操作中，有兩種方法，一是使用現(xiàn)成的學(xué)習(xí)板，二是使用萬(wàn)能板進(jìn)行焊接電路板?？紤]到學(xué)生在先修課程和實(shí)訓(xùn)中，已掌握了一定的焊接技能，因此筆者認(rèn)為，使用萬(wàn)能板讓學(xué)生自己進(jìn)行焊接電路，學(xué)習(xí)一個(gè)模塊，焊接一個(gè)相應(yīng)電路，并實(shí)際操作、驗(yàn)證，能幫助學(xué)生理解并掌握單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并能從“電子技術(shù)”課程平穩(wěn)過(guò)渡到“單片機(jī)”課程。

在每個(gè)模塊教學(xué)過(guò)程中，教師充分利用當(dāng)前十分流行的單片機(jī)仿真軟件Proteus開(kāi)展仿真教學(xué)。利用Proteus軟件，可以虛擬真實(shí)的設(shè)計(jì)過(guò)程（軟件名稱：From Concept To Completion），完成從基本的原理圖繪制—程序設(shè)計(jì)—仿真調(diào)試等全過(guò)程。通過(guò)軟件仿真，可以產(chǎn)生直觀的現(xiàn)象，學(xué)生可以獲取直觀的認(rèn)識(shí)，并逐步熟悉單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程。

2.以C語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言

單片機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言。機(jī)器語(yǔ)言計(jì)算機(jī)能直接識(shí)別和使用，但對(duì)人類而言，則難以理解，因?yàn)樗珵?、1代碼。匯編語(yǔ)言能夠直接對(duì)底層寄存器進(jìn)行操作，對(duì)深刻認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)單片機(jī)原理很有幫助，但其實(shí)質(zhì)上是機(jī)器語(yǔ)言的“符號(hào)化”，依然顯得“深不可測(cè)”。以此編寫(xiě)簡(jiǎn)單的小程序還行，若是進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)，會(huì)使很多學(xué)生頭疼，且開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，維護(hù)困難。因此，采用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行單片機(jī)開(kāi)發(fā)，自然成為大多數(shù)單片機(jī)工程師的首選。

C語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言，按模塊化組織程序，具備豐富的運(yùn)算符和數(shù)據(jù)類型，可以直接訪問(wèn)內(nèi)存地址，進(jìn)行位（bit）操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的編程操作，既有高級(jí)語(yǔ)言的功能，也有低級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。采用C語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，用戶只要大致了解單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、相關(guān)部件的結(jié)構(gòu)和特殊功能寄存器即可進(jìn)行開(kāi)發(fā)，用戶如果有需要還可以通過(guò)反匯編等手段學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言，因此C語(yǔ)言獲得了廣泛的使用。

本著學(xué)以致用的原則，筆者堅(jiān)定認(rèn)為技工院校的單片機(jī)課程必須采用C語(yǔ)言，而非匯編語(yǔ)言。實(shí)踐證明，由于C語(yǔ)言的簡(jiǎn)單、易學(xué)，學(xué)生雖然沒(méi)學(xué)過(guò)《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》，但結(jié)合項(xiàng)目的案例講解分析，不斷總結(jié)，大多數(shù)學(xué)生均能較好地掌握C語(yǔ)言的基本內(nèi)容，并進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)。

3.以模塊化整合教學(xué)內(nèi)容

傳統(tǒng)的單片機(jī)教材脫離實(shí)際操作，側(cè)重對(duì)單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的講解，未能突出實(shí)際應(yīng)用。而且教材中有不少內(nèi)容，陳舊過(guò)時(shí)、技術(shù)上還沿用幾十年前的思路。因此，筆者大膽對(duì)教材進(jìn)行改革，結(jié)合學(xué)生理解、接收實(shí)際，整合出以下單片機(jī)教學(xué)模塊（見(jiàn)表1）。

通過(guò)上述模塊的學(xué)習(xí)，大多數(shù)學(xué)生可以掌握單片機(jī)的基本操作、簡(jiǎn)單的程序設(shè)計(jì)，并能夠形成單片機(jī)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，熟悉單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的基本流程。如此，單片機(jī)教學(xué)目標(biāo)也就實(shí)現(xiàn)了。

4.以課程設(shè)計(jì)全方位考核

通過(guò)各個(gè)模塊的學(xué)習(xí)，學(xué)生理解并掌握了單片機(jī)的基本知識(shí)和操作技能，可以自行搭建最小系統(tǒng)，諸如發(fā)光二極管、按鍵燈的簡(jiǎn)單外設(shè)。但這只是相對(duì)獨(dú)立的各個(gè)模塊，無(wú)法真正形成應(yīng)用系統(tǒng)。因此，在教學(xué)安排上，筆者建議安排1～2周時(shí)間開(kāi)展微機(jī)控制課程設(shè)計(jì)。這也是對(duì)教師、學(xué)生綜合、全方位技能的考驗(yàn)。

在設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目時(shí)，筆者充分考慮到學(xué)生的實(shí)際情況，力求避免過(guò)于復(fù)雜、難度大的題目，而偏向于總體難度不大，但具備一定綜合性的題目。以筆者的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)看，經(jīng)過(guò)1～2周的設(shè)計(jì)、調(diào)試，當(dāng)學(xué)生完成相關(guān)任務(wù)形成“作品”后，大多數(shù)學(xué)生的表現(xiàn)是自豪的。下面是筆者給出的幾個(gè)課程設(shè)計(jì)題目，每個(gè)課題給出相應(yīng)的控制要求、設(shè)計(jì)指導(dǎo)，學(xué)生可根據(jù)自身的學(xué)習(xí)情況，自行選擇設(shè)計(jì)課題（見(jiàn)表2）。

三、小結(jié)

技工院校以“技”立身。筆者結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)、技校學(xué)生特點(diǎn)，提出一種單片機(jī)教學(xué)改革思路，并積極探索實(shí)踐。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐表明，這種教學(xué)改革是可行的，能很好地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、資料檢索能力和一定的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐愛(ài)鈞.單片機(jī)原理實(shí)用教程——基于Proteus虛擬仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[2]凌明.嵌入式系統(tǒng)高級(jí)C語(yǔ)言編程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011.

（作者單位：廣東省粵東高級(jí)技工學(xué)校）