朱 念

(貴州交通職業(yè)技術學院 貴州貴陽550008)

情境模擬基礎上的單片機實訓課程研究

朱 念

(貴州交通職業(yè)技術學院 貴州貴陽550008)

單片機是一門理論與實踐相結合的課程，對于實踐的要求很高。采用情景模擬的方式，使學生融入單片機的開發(fā)環(huán)境，體會單片機的開發(fā)過程，領悟單片機硬件和程序的結合，培養(yǎng)學生的學習能力和解決問題能力。系統(tǒng)化描述了單片機的實訓過程，對教師和學生均有一定的指導意義，對開展實訓課程具有一定的示范作用。

單片機 創(chuàng)建情境 情景模擬

0 引 言

單片機(SCM)的廣泛應用使得其在工學領域不斷嶄露頭角。作為一門理論與實踐相結合的課程，單片機的實踐尤其重要。結合多年的單片機教學和實踐經驗，筆者對單片機的實訓課程建設提出了系統(tǒng)性建議。

1 實訓課程的重要性

在單片機課程的學習中，學生僅僅學習相關理論、學會編寫匯編語言程序或C語言程序是不夠的，要完成實際項目還存在著很大的困難。因此，實訓課程尤為重要，通過實訓可以使學生了解單片機的開發(fā)過程，理解程序的設計，結合實際項目，使學生體會真實的單片機開發(fā)過程。

2 開展實訓之前需具備的基本能力

開展實訓之前，學生應該具備設計程序的能力和利用仿真軟件調試程序的能力，這部分能力可以通過調試各種結構(如順序結構、分支結構、循環(huán)結構、子程序調用)進行培養(yǎng)。在該過程中，學習Keil軟件的使用、程序調試、程序運行結果分析、程序實現(xiàn)功能的觀察，并結合PROTEL軟件進行仿真。

① Keil軟件的使用主要是學會建立項目和文件，把文件加載到項目中。如：開發(fā)1個交通燈項目，應該首先新建1個后綴為.uvision的項目文件，把與項目有關的程序都匯總在一起；將程序員編寫的與本項目有關的主程序、子程序、中斷服務程序等程序保存之后(如匯編語言程序，注意程序保存后綴為.asm)，放在該項目中。

② 程序的調試主要是學會用編譯鍵對程序進行編譯。調試過程中，計算機會提示程序出現(xiàn)的語法錯誤，根據提示對程序進行修改直至程序不再出現(xiàn)錯誤。

③ 程序運行結果的分析主要是學會觀察存儲器，特別是數據存儲器。通過觀察與程序相關的數據存儲器的內容變化情況，可以分析程序是否已經實現(xiàn)了設想的功能。

④ 應用PROTEL軟件建立項目的硬件電路，并把程序放入虛擬單片機中仿真，觀察軟硬件是否能達到項目要求，如果達到項目要求，則開始構建實際電路。

3 設計項目實施過程

3.1 創(chuàng)建情境

學生自由組隊(最好3人一組)，組成項目開發(fā)小組，并完成組內人員分工。每個小組都要有項目負責人(負責整個項目的開展以及組員之間的協(xié)調工作，對項目完成的質量負直接責任)、軟件開發(fā)工程師(負責項目的軟件開發(fā)工作)和硬件開發(fā)工程師(負責項目的硬件開發(fā)以及材料采購等硬件相關工作)，使不同角色的學生明確自己的崗位職責。

3.2 情境模擬

教師站在客戶的角度，向各個組的學生(開發(fā)者)提出不同的項目要求：包括產品功能、完成時間、所需指標等，如圖1所示。學生對于任務單如有疑問，可以和老師進行溝通交流。

圖1 交通燈控制系統(tǒng)設計任務單Fig.1 Work order for the design of a traffic light control system

學生清楚任務以后，由負責人組織小組成員集中討論任務實施步驟，確定具體實施計劃，包括：具體的任務分工以及時間節(jié)點等，如表1所示。

由小組集中確定系統(tǒng)總體設計方案，再由各成員分擔具體的實施任務，項目負責人在此期間定期向軟硬件工程師溝通，了解項目進度以及遇到的困難。項目負責人還應定期集中小組成員進行交流，及時發(fā)現(xiàn)設計方案中不合理的地方并進行調整。

表1 交通燈系統(tǒng)設計工作計劃表Tab.1 Design schedule for a traffic light control system

項目實施過程中，軟件工程師應該結合系統(tǒng)總體設計方案設計流程圖以及項目指標，根據流程圖完成程序的設計并進行調試；硬件工程師也應該結合系統(tǒng)總體設計方案設計流程圖以及項目指標，利用PROTEL硬件仿真軟件搭建硬件圖，并綜合考慮性價比等性能指標。最后，在負責人的指導下，由工程師把軟硬件結合，并進行仿真試驗。如仿真成功，就可以進行硬件電路的搭建。此過程中可能會出現(xiàn)實際電路無法實現(xiàn)的問題，需要不斷進行調試。

圖2 學員自評表Fig.2 Self assessment sheet

3.3 項目結題

項目完成后，由負責人匯報項目成果及所用經費情況，填寫自評表(見圖2)。由老師(客戶)使用項目成果后，填寫項目評價單(見圖3)。

圖3 項目評價表Fig.3 Project evaluation sheet

4 實訓效果

采用情景模擬的項目式開發(fā)實訓和一般的實訓方式比較起來，既可以培養(yǎng)學生解決問題的能力，提高學生的學習興趣，還能幫助學生在做的過程中學習知識點。表2是采用情景模擬項目開發(fā)式實訓后的學生情況調查。

表2的調查結果表明，情景模擬項目式實訓方式對學生動手能力的培養(yǎng)起到了積極的作用，并能夠很好地與工程實踐相結合，但是教師對學生的關注程度受到一定的影響。對于這個問題，將在以后的實訓中適當加強教師的指導作用，提高實訓效果。

表2 2013級機械設計制造及自動化(應用型本科)學生單片機實訓效果評價統(tǒng)計表Tab.2 Effectiveness evaluation list of SCM practical training for 2013 mechanical design manufacturing and automation(applied undergraduate)majors

總之，通過實訓方式，可以使學生作為主角自主完成項目，逐步提升能力。實訓重點培養(yǎng)了學生的學習能力，以及解決問題和思考問題的能力，掌握了單片機的整個開發(fā)過程，不僅演練了實際項目的開發(fā)過程，也為適應今后工作打下了基礎。

［1］ 李軍. 單片機原理與應用(高職高專機電類工學結合模式教材)[M]. 北京：清華大學出版社，2014：21-55.

［2］ 張旭濤. 單片機原理與應用[M]. 北京：北京理工大學出版社，2013：205-245.

［3］ 忽建蕊. 實施一體化教學對教師和學生提出的新要求[J]. 中國培訓，2016(3)：34-35.

［4］ 吳靜麗，霍文進. 育芬芳桃李，享快樂工作——淺談電機與變壓器課程的一體化教學設計[J]. 職業(yè)，2016(6)：79-80.

On Scenario Simulation Based SCM Training Courses

ZHU Nian
(Guizhou Polytechnic College of Communications，Guiyang 550008，Guizhou Province，China)

The learning of SCM knowledge must be combined with theory and practice.By way of simulation scenarios，students can be led into the development environment of SCM，experience the MCU development process，know from the combination of hardware and program and thus have their learning ability and problem solving ability improved.In this paper，a systematic description of the whole training process was given，which has a guiding significance for both teachers and students and has a demonstration effect on the implementation of the training courses.

single chip microcomputer(SCM)；scenario creation；scenario simulation

G4

：A

：1006-8945(2016)05-0057-03

2016-05-09