李 媛

(商丘師范學(xué)院 電子電氣工程學(xué)院，河南 商丘 476000)

單片機課程是電子信息工程、自動化專業(yè)的一門實踐性比較強的專業(yè)課程，目前我校的教學(xué)模式仍然是理論加實驗課的教學(xué)形式，而且實驗通常需要理論的支撐，由于課時限制，往往理論內(nèi)容和實踐不能有效地結(jié)合，難以培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力.為滿足我校培養(yǎng)應(yīng)用型人才要求，在單片機教學(xué)實踐中，提出了利用超星泛雅平臺為學(xué)生提供錄制視頻資源，并通過小組合作形式，基于Proteus和Keil軟件結(jié)合實現(xiàn)項目式的教學(xué)改革，加強對學(xué)生的實踐能力培養(yǎng).

1 傳統(tǒng)教學(xué)的不足

1.1 單片機教學(xué)理論和實驗融合度不高

以商丘師范學(xué)院為例，單片機的理論和實踐是分開教學(xué)，理論課上多以講解單片機的結(jié)構(gòu)、匯編語言設(shè)計、指令等理論知識，而實驗課只是對一些程序設(shè)計進(jìn)行驗證.由于教學(xué)課時的限制，能開展的實驗也有限，實驗課要先對匯編程序進(jìn)行講解，導(dǎo)致學(xué)生在理論知識理解不透徹和動手實踐的時間有限的情況下，做過基礎(chǔ)實驗并不能更好地理解單片機的工作原理，反而會有更多的疑惑，感覺入不了門，實驗效果不是很理想.導(dǎo)致學(xué)生興趣不高，學(xué)習(xí)效果比較差.

1.2 綜合性實驗難以開展

實驗教學(xué)基本是側(cè)重軟件編寫和調(diào)試，對單片機的硬件設(shè)計及外部擴展電路設(shè)計涉及很少.單片機課程本身是需要軟硬件結(jié)合的課程，由于硬件開發(fā)設(shè)計及接口電路設(shè)計實驗很難開設(shè)，導(dǎo)致綜合性實驗開設(shè)效果不理想，學(xué)生的自主設(shè)計電路的能力比較差，并且工程實踐能力的培養(yǎng)也很難實現(xiàn)，難以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果比較差.

2 改革教學(xué)內(nèi)容

為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，確保教學(xué)效果良好，采用基于Proteus和Keil的項目式教學(xué)方法[1-3]開展單片機課程的教學(xué)，將C51的教學(xué)與單片機教學(xué)融合在一起，削弱匯編教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí).本著讓學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容夠用，實用，將單片機的課程內(nèi)容進(jìn)行整合，劃分為6個模塊：單片機最小系統(tǒng)、單片機IO口的應(yīng)用、中斷系統(tǒng)的應(yīng)用、定時器/計數(shù)器的應(yīng)用、串行口的應(yīng)用、鍵盤及顯示接口的應(yīng)用.并將6個模塊細(xì)化為12個項目,項目的劃分如表1所示.從表1可以看出，教學(xué)過程首先讓學(xué)生認(rèn)識單片機的開發(fā)工具，學(xué)會使用Proteus和Keil軟件，接著由淺入深講述單片機開發(fā)的流程，從而讓學(xué)生先感性認(rèn)識單片機并產(chǎn)生興趣，再進(jìn)行各個模塊的應(yīng)用介紹.每個模塊設(shè)計一個或者多個項目，以項目制作為導(dǎo)向，圍繞項目開展知識點講解，配合Proteus和Keil將硬件、軟件的設(shè)計過程展示給學(xué)生，完成項目的調(diào)試與運行，并將仿真過程錄制成視頻，上傳超星泛雅平臺，供學(xué)生課下參考.在此基礎(chǔ)上進(jìn)行擴展,讓學(xué)生在課下以小組合作的方式，從硬件設(shè)計、軟件設(shè)計和PPT匯報和撰寫報告幾個方面進(jìn)行合理分工，要求學(xué)生自主完成一些項目的設(shè)計與仿真.

表1 模塊化項目劃分表

3 項目式教學(xué)方法在教學(xué)中的應(yīng)用

由于單片機課程的應(yīng)用性特點，要求教學(xué)過程要體現(xiàn)理論與實踐的融合，但受課時的限制，實物的制作過程在理論課程中難以完成.利用Proteus仿真軟件進(jìn)行硬件設(shè)計，配合Keil軟件進(jìn)行聯(lián)調(diào)，可實現(xiàn)在課堂中演示單片機從硬件設(shè)計、軟件設(shè)計到軟硬件聯(lián)調(diào)的全過程，使抽象的課程變得生動有趣.下面以簡易秒表為例，說明基于Proteus與Keil的項目式教學(xué)方法在教學(xué)中的應(yīng)用.一個項目的實施過程包括5個部分[5-6]：

圖1 簡易秒表電路仿真圖

(1)項目導(dǎo)入.通過公共場合的電子手表、手機秒表、計時秒表等圖片引入項目.

(2)項目功能分析與設(shè)計.根據(jù)預(yù)定的人機接口確定需要進(jìn)行按鍵和顯示裝置的控制要求，確定單片機的IO口如何控制數(shù)碼管和按鍵，使用數(shù)碼管的公共端是共陰還是共陽，按鍵的閉合和彈起狀態(tài)，講解硬件設(shè)計方案.

(3)項目相關(guān)知識.由于數(shù)碼管顯示的內(nèi)容固定，通過數(shù)組實現(xiàn)比較方便，對數(shù)組知識進(jìn)行講解；按鍵的去抖動知識講解，數(shù)碼管動態(tài)顯示的消隱問題講解.

(4)項目實現(xiàn).通過對實現(xiàn)功能的分析，進(jìn)行流程圖的設(shè)計，利用Keil進(jìn)行軟件編程的設(shè)計，并配合Proteus進(jìn)行聯(lián)調(diào).

(5)項目拓展.根據(jù)現(xiàn)有的兩位數(shù)碼管秒表進(jìn)行改進(jìn)，拓展為6位數(shù)碼管秒表，實現(xiàn)啟動、復(fù)位和暫停按鍵控制功能.

下面對簡易秒表的實現(xiàn)過程進(jìn)行說明.如圖1所示，簡易秒表的硬件原理圖通過Proteus進(jìn)行設(shè)計，圖中AT89C51單片機構(gòu)成最小系統(tǒng)，注意由于是仿真硬件設(shè)計，電源和地引腳沒有顯示，實際系統(tǒng)中AT89C51需要5 V供電，圖中使用共陽極數(shù)碼管，按鍵可實現(xiàn)秒表0-10 s的計數(shù)、復(fù)位和暫停功能.

軟件在KeilC51中完成編譯生成timer.hex文件，然后將timer.hex文件添加到AT89C51中即可實現(xiàn)聯(lián)調(diào).源程序如下：

#include

sbit KEY=P3^7;//位定義

unsigned char code Table[]={0xC0,0xf9,0xA4,0x0B0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//共陽極數(shù)碼管段碼

unsigned char i=0;count=0;key_flag=0;flag=0;

bit Key_State;

void key_Handle();//按鍵處理函數(shù)聲明

void delay(unsigned int ms)

{unsigned char j;

while(ms-—)for(j=0;j<120;j++);}

void main()

{P0=0xff;//初始顯示0

P2=0x00;//位選關(guān)閉

TMOD=0x01;//T0定時器，工作模式1

TH0=(65536-50000)/256;//50ms定時初值

TL0=(65536-50000)%256;

Key_State=1;//用于有按鍵按下的記錄

while(1)

{if(Key_State!=KEY)//判斷是否有按鍵按下

{

delay(5);

Key_State=KRY;//按鍵的狀態(tài)值賦給 Key_State

key_Handle();}

if(flag==1)

{P0=Table[count/10]&0x7f;//顯示十位數(shù)和小數(shù)點

P2=0x01;

delay(5);

P0=0xff;

P0=Table[count%10];//顯示個位數(shù)

P2=0x02;

delay(5);

P0=0xff;

if(count==100)//計數(shù)滿100次，10 s顯示00

count=0;} } }

void key_Handle()

{if(Key_State==0)

{key_flag=(key_flag+1)%3;//記錄按的次數(shù)后處理為1,2,0

switch(key_flag)

{case 1:EA=1;ET0=1;TR0=1;break;//開中斷，啟動定時器，50 ms進(jìn)入中斷

case 2:EA=0;ET0=0;TR0=0;break;//關(guān)中斷，停止定時器

case 0:P0=0xC0;P2=0x00;i=0;count=0;break;//全部清零} } }

void DSY_refresh()interrupt 1

{TMOD=0x01;//T0定時器，工作模式1

TH0=(65536-50000)/256;//50 ms定時初值

TL0=(65536-50000)%256;

if(++i==2) //每0.1 s計數(shù)一次，并刷新數(shù)據(jù)

{i=0;

count++;

flag=1;} }

4 課程考核方式改革

為了保證過程管理的有效性，對單片機課程的考核方式進(jìn)行改革，采用考勤和作業(yè)評價(占比20%)、項目實施過程性評價(占比30%)與期末考試(占比50%)相結(jié)合的方式.其中，考勤和作業(yè)評價主要是針對平時對單片機理論知識學(xué)習(xí)和學(xué)習(xí)態(tài)度考核，過程性評價注重項目設(shè)計過程和實踐能力的考核，期末考試以考核課程的基礎(chǔ)理論知識為主.項目完成后要進(jìn)行PPT演示和實物演示，PPT演示鍛煉學(xué)生對設(shè)計內(nèi)容的語言表達(dá)能力，實物演示要求能夠展示硬件及調(diào)試過程，并要求提交設(shè)計報告，其中PPT報告占10%，硬件設(shè)計與功能實現(xiàn)占50%，設(shè)計報告占40%，旨在考核學(xué)生對所學(xué)知識的應(yīng)用能力、實踐能力、合作能力及語言表達(dá)能力.該考核方式已在2015級工科各專業(yè)、2017級自動化專業(yè)和2018級電子信息工程專業(yè)進(jìn)行實施，改革效果良好，學(xué)生實踐能力大幅提高，得到學(xué)生一致好評.

5 結(jié) 語

改革后的單片機教學(xué)真正做到了轉(zhuǎn)換教師為主導(dǎo)的傳統(tǒng)教學(xué)方式，實現(xiàn)以學(xué)生為中心的“教、學(xué)、做”一體的教學(xué)方式.基于Proteus和Keil的項目教學(xué)法可以讓學(xué)生很好地掌握單片機開發(fā)流程的工程實踐能力，而且由于Proteus是純軟件系統(tǒng)，通過對51控制系統(tǒng)的電路搭建，輔以Keil軟件進(jìn)行仿真，只需電腦就可建立虛擬實驗室，學(xué)生可以在課下獨立完成實驗、作業(yè)或者課程設(shè)計.學(xué)生在實踐過程中獲得成就感，自然會更好激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，更好實現(xiàn)以學(xué)生為中心的“教、學(xué)、做”三位一體的教學(xué)法.階段性的考核也可以培養(yǎng)學(xué)生的語言組織能力、團(tuán)隊合作能力和實踐能力，使學(xué)生綜合素質(zhì)鍛煉得到有效提高，滿足社會對應(yīng)用人才的需求，以便于今后能快速的適應(yīng)工作崗位.