蘭翔

【摘 要】本文針對中職教育中基于匯編語言或 C 語言的單片機課程教學(xué)難度大、教學(xué)效果差等問題，提出將 Matlab/Simulink 引入單片機的課程教學(xué)實踐中，實現(xiàn)單片機配置和編程的圖形化;與抽象的匯編語言和 C 語言相比，這種圖形化編程語言具有編程簡單、易于理解，且還能實現(xiàn)較復(fù)雜的算法編程等優(yōu)點，基于該技術(shù)的教學(xué)實踐取得了較好的效果。

【關(guān)鍵詞】單片機教學(xué) 匯編語言 圖形化編程軟件

【中圖分類號】G ?【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2020）06B-0057-02

長期以來，51 單片機因結(jié)構(gòu)和指令簡單，一直被中職學(xué)校選擇作為單片機入門課程教學(xué)內(nèi)容。但這種 8 位的單片機一般只能用匯編語言與 C 語言對其進(jìn)行編程，這對于中職學(xué)校的學(xué)生而言，要想熟練地掌握并運用這兩種語言對單片機進(jìn)行較為復(fù)雜的編程是很困難的。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，經(jīng)過這種系統(tǒng)學(xué)習(xí)后，平均每個班級最多能產(chǎn)生 1～2 名具有獨立編程能力的學(xué)生，而這些學(xué)生一般都是發(fā)燒級的單片機愛好者。究其原因，主要是匯編語言和 C 語言比較難以掌握，學(xué)生一般只能在實驗指導(dǎo)書的引導(dǎo)下進(jìn)行編程。學(xué)生由于缺乏自主編程的成就感，久而久之，便對該課程失去了興趣。沒有了興趣的支撐，自然就無法產(chǎn)生發(fā)燒級的單片機愛好者。

隨著單片機技術(shù)的飛速發(fā)展，處理速度更快、處理能力更強、功能更多、存儲容量更大、價格低廉的 32 位單片機已經(jīng)逐漸取代老式的 8 位和 16 位單片機，其中最具代表性的是以 ARM 為內(nèi)核的單片機。但伴隨這種高性能單片機而來的還有復(fù)雜的硬件結(jié)構(gòu)和指令集，且其編程語言仍然采用匯編語言和 C 語言，顯然，伴隨著高性能一起來到的是更高的學(xué)習(xí)門檻，于是學(xué)生對 ARM 單片機一般都是望而卻步。

對于 32 位的 ARM 單片機，有沒有一種更為簡單、快捷的更適合中職學(xué)校學(xué)生使用的編程手段呢？意法半導(dǎo)體公司（STMicroelectronics，ST）給出了肯定的答案。筆者在利用 ST公司提供的圖形化配置工具 STM32CubeMX 和 STM32-MAT/TARGET 圖形化編程工具包，對 ST 公司生產(chǎn)的全系列 32 位 ARM 單片機進(jìn)行編程實驗之后，發(fā)現(xiàn)這種編程方法比較好學(xué)，可以用來進(jìn)行教學(xué)，幫助中職學(xué)生更好地進(jìn)行學(xué)習(xí)。為此，筆者嘗試?yán)脝纹瑱C圖形化編程方式進(jìn)行講授，對課程進(jìn)行改革。

一、圖形化編程工具簡介

（一）STM32CubeMX 工程配置軟件。STM32CubeMX 是 ST 公司為 STM32 系列單片開發(fā)的，旨在幫助用戶快速建立工程，并快速初始化單片機片內(nèi)外設(shè)的圖形化配置工具軟件，其軟件界面如圖 1 所示。單片機的開發(fā)流程如圖 2 所示，其中第 1 至第 5 步，可以在 STM32CubeMX 中利用鼠標(biāo)和鍵盤在圖形界面上進(jìn)行簡單的勾選配置，最后自動生成程序框架，這對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的 32 位單片機顯得尤為重要?；谶@款圖形化配置軟件，學(xué)生不用深入學(xué)習(xí)和掌握復(fù)雜的單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)，就能對單片機及其外設(shè)進(jìn)行初始化，因此可以專注于第 6 步的用戶程序編寫?？梢院敛豢鋸埖卣f， STM32CubeMX 的出現(xiàn)，將 32 位 ARM 單片機的使用門檻拉得比 51 單片機更低。

（二）STM32-MAT/TARGET 圖形化編程工具包。STM32CubeMX 屏蔽了單片機底層硬件，使單片機開發(fā)變得非常簡單，但是仍需要利用 C 語言進(jìn)行用戶程序的編寫。這對于中職學(xué)校的學(xué)生而言，仍是一道難以逾越的門檻。那么用戶程序編寫是否有更便捷的方法呢？ST 公司給出了解決的辦法。

STM32-MAT/TARGET 是 ST 公司基于邁斯沃克公司的 Simulink 圖形化軟件平臺開發(fā)的 STM32 單片機自動代碼生成工具包。如圖 2 所示，基于該工具包，學(xué)生可以在完全圖形化的環(huán)境中對用戶程序進(jìn)行編程，然后通過一鍵生成代碼，自動嵌入到 STM32CubeMX 配置軟件自動生成的代碼框架中，最后經(jīng)編譯下載到單片機中運行。整個開發(fā)過程實現(xiàn)了代碼圖形化和兩個圖形化軟件代碼的無縫銜接，開發(fā)過程變得非常簡單與高效。

二、利用圖形化編程工具開展的教學(xué)實踐

用戶代碼是實現(xiàn)具體功能和算法的部分，也是學(xué)生學(xué)習(xí)單片機過程中的難點部分，因此如何降低這部分代碼的編寫難度是提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的關(guān)鍵。圖 3 是筆者教學(xué)過程中給學(xué)生講解的圖形化編程案例之一。圖 3 所示程序不僅包含了中斷模式的 AD 轉(zhuǎn)換，以及采樣后的數(shù)值處理，還包含串口通信的內(nèi)容。如果通過匯編語言或 C 語言進(jìn)行編程，其代碼編寫的復(fù)雜程度足以讓一名普通的中職學(xué)生抓狂。而依托圖形化代碼編程軟件，學(xué)生僅需要幾個拖拽圖形控件及連線的動作就可以完成。經(jīng)課堂教學(xué)演示，學(xué)生對這種新型的開發(fā)模式均表現(xiàn)出濃厚的學(xué)習(xí)興趣。

三、利用圖形化編程工具進(jìn)行教學(xué)實踐的總結(jié)與展望

為降低單片機的開發(fā)難度，提高學(xué)生學(xué)習(xí)單片機的興趣，本文將圖形化編程技術(shù)引進(jìn)單片機的教學(xué)實踐中，學(xué)生反饋意見表明，圖形化編程技術(shù)已然成為了解決當(dāng)前中職學(xué)校單片機教學(xué)瓶頸的重要手段。盡管如此，教學(xué)改革仍面臨以下阻力：（1）缺乏與之相配套的教材;（2）職業(yè)院校技能大賽等競賽規(guī)則規(guī)定大賽僅限于使用功能單一的老式 51 單片機，這將是改革的主要阻力。從現(xiàn)實來看，雖然教材建設(shè)任重道遠(yuǎn)，但仍可為之。更難的是競賽規(guī)則的滯后性，如何改變這種相對比較落后的情況是我們面臨的頭等大事?，F(xiàn)行的競賽規(guī)則顯然與中央“弘揚新時代精益求精的工匠精神”相悖，已經(jīng)不合時宜。只有相關(guān)部門從政策層面上進(jìn)行相應(yīng)的改革，才有可能將這樣的教學(xué)改革進(jìn)行到底。

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（責(zé)編 盧建龍）