導語：如何才能寫好一篇單片機實驗教學，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞： 單片機實驗教學 實驗內(nèi)容 教學方法 實驗環(huán)境 考核模式

1.引言

單片機原理及應用是具有很強的技術(shù)性和實踐應用性的課程，單片機實驗教學在課程中占有重要位置，而單片機傳統(tǒng)的實驗教學模式有許多不足之處，各高校在培養(yǎng)方案設置上，理論與實踐脫節(jié)。因此有必要進行單片機實驗教學改革［1］，讓學生在實踐教學環(huán)節(jié)充分發(fā)揮自主性，促進理論知識與實際開發(fā)技能相結(jié)合。我通過單片機多樣化的考核，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新精神，實現(xiàn)教與學的統(tǒng)一。

2.精選實驗內(nèi)容

實驗內(nèi)容的選取要做到典型的芯片都安排有相關的實驗內(nèi)容，要適應不同層次學生的需要，將單純的驗證性實驗逐步向綜合應用實驗和創(chuàng)新實驗類型發(fā)展，增強學生的參與意識，提高學生的動手能力，增加以設計性、系統(tǒng)性為主的實驗內(nèi)容。

單片機實驗既要進行硬件接線，又要編寫程序，且程序的準確編寫是實驗成功的前提條件。我們根據(jù)單片機課程的特點，將實驗教學內(nèi)容分為基礎實驗、基本接口實驗、綜合設計實驗三個部分。

學生在進行實驗時，首先要根據(jù)實驗任務完成硬件設計、搭建主體電路，然后編寫程序，最后調(diào)試。要正確處理好三類實驗關系。基本實驗的完成能鞏固單片機的基本原理知識。綜合設計型實驗可以培養(yǎng)學生的動手能力和綜合應用知識的能力，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，激發(fā)學生的學習興趣。綜合設計實驗和課程設計雖然有一定難度和深度，但對學生來說有很大的吸引力，能使學生從被動應付實驗變成主動實驗，不僅提高了基本操作技能，而且發(fā)揮了學生的學習自主性和創(chuàng)造性。

3.改進實驗教學方法

3.1進行實驗預習。

實驗預習是增強實驗效果的一個重要環(huán)節(jié)。在每次實驗完成后，就布置下一個實驗的內(nèi)容，并在上實驗課時通過提問、檢查預習報告等形式進行檢查。

3.2采用啟發(fā)式教學［2］。

在實驗過程中，積極對學生進行引導，最大限度地調(diào)動和發(fā)揮學生在實驗中的主體作用。對學生在實驗過程中提出的問題，啟發(fā)學生尋找解決方法。將傳統(tǒng)的以教師和課堂教學為主的教學模式，逐步演變成基礎實驗以教師為主導，綜合實驗教師與學生并重。利用課程設計進行系統(tǒng)設計級綜合實驗，使學生將各章學到的知識進行綜合歸納，充分調(diào)動學生學習的積極性。

3.3利用多媒體進行實驗教學。

結(jié)合實驗項目的內(nèi)容和教學大綱的要求，將相應的實驗原理、實驗步驟、實驗設備和儀器、實驗所用到的芯片工作原理和外形通過多媒體技術(shù)設計制作出多媒體虛擬實驗軟件。利用多媒體將相關的實驗內(nèi)容展現(xiàn)在學生面前，大大提高了實驗教學效率，保證了實驗教學效果。

3.4培養(yǎng)學生興趣。

興趣是需要培養(yǎng)的，而大學教學的任務之一也是引導學生自己去學習。理論與實踐的結(jié)合是培養(yǎng)興趣的最好方式，讓抽象的理論運用到具體的現(xiàn)實中，在實踐中發(fā)現(xiàn)自己的長處、優(yōu)點，從而更加投入某一專業(yè)的研究。只有這樣，四年下來才能學到真本領，才能真正地做到“一專多能”。只有一專多能的人才，才能吸引招聘人員的目光，叩開企業(yè)的大門，自信地走上工作崗位。

4.優(yōu)化實驗環(huán)境

4.1提供開放實驗室。

開放實驗室是學生在正常的理論與實驗課程之外，其余時間均可自由地在實驗室內(nèi)，以觀察、參與、討論、設計的方式渡過。（1）自行設計自己所想要的初步產(chǎn)品，老師可以及時給予指導；（2）在老師指導下多人合作設計相對復雜產(chǎn)品，不受時間的限制；（3）自行完成相關知識點的原理學習與相關實踐；（4）參與老師的真正工程項目的開發(fā)設計工作。最后寫出實驗報告及收獲。

這種開放式實驗室制度比一般專業(yè)實驗室制度在調(diào)動學生的積極上更有優(yōu)越性，值得大膽地去改革、實踐、創(chuàng)新。實驗室開放有利于學生充分利用實驗室的設備資源進行實踐活動，可以激發(fā)學生的學習積極性，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題能力，以及創(chuàng)新的能力；能夠給對單片機感興趣的同學以創(chuàng)造、表現(xiàn)、提高的機會，把他們的興趣變成深入學習研究的動力，從而達到實施素質(zhì)教育的培養(yǎng)目標。

4.2增加學生動手的機會。

教學過程要與學生的實踐活動緊密結(jié)合，通過課堂實踐教學、課外科研訓練實踐、大學生電子設計競賽等多種渠道實現(xiàn)真正的創(chuàng)新型實踐教學［3］。鼓勵學生結(jié)合實際自己立項，獨立完成項目。人才終將走入市場，市場也無非是要有經(jīng)驗的人，對于現(xiàn)在的中國市場，并不是市場不需要高學歷的人才，而是市場更需要有經(jīng)驗的人才。如果為學生多安排一些動手的機會，由專門的老師指導，學生能夠在里面搞一些設計，做出一些產(chǎn)品。那么這樣就發(fā)揮了學生主觀能動性，不僅提高了學生的動手能力，對學生而言也是一種經(jīng)驗的積累。

4.3注重實驗教學隊伍的培養(yǎng)，提高教師素質(zhì)。

實驗教學離不開實驗教師，由于加強了綜合設計型實驗項目，使得學生進行同一項目的實驗時，實驗程序和實驗電路有所不同，這就對實驗教師提出了更高的要求。必須加強對實驗人員的培訓，造就一支穩(wěn)定的、高素質(zhì)的實驗教師隊伍。

5.規(guī)范考核模式

改革考核模式，從理論和實踐兩方面進行，重點考核和評價學生的實際應用和創(chuàng)新能力?？荚嚦煽儾捎冒俜种?。為了充分發(fā)揮學生的主動性、創(chuàng)造性，全天開放實驗室。保證學生在規(guī)定的學時內(nèi)順利完成相關實驗，并對實驗結(jié)果當面考核。

6.結(jié)語

對于開設單片機實驗課程的學生，只有在學習理論之后，通過實驗親自設計一些軟硬結(jié)合的產(chǎn)品，才能對理論有更深的理解。也只有這樣，鍛煉出來的學生才具有工程意識、分析問題和解決問題的能力，在就業(yè)時才具備優(yōu)勢，才能更好地適應市場的需要。

參考文獻：

［1］張毅剛，彭喜元，彭宇.單片機原理及應用［M］.北京：高等教育出版社，2010，（5）.

［2］閻華榮，吳明君.新建本科院校教師繼續(xù)教育的思考［J］.繼續(xù)教育，2006，（8）.

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關鍵詞：單片機；教學方法；教學內(nèi)容；教學改革

由于單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，因此廣泛應用于智能儀器儀表、家用電器、醫(yī)療設備、航空航天、電子通信、專用設備的智能化管理及過程控制等各個領域。掌握單片機技術(shù)，不僅有助于培養(yǎng)學生對專業(yè)知識技能的提高和動手能力的培養(yǎng)，更重要的是能夠使學生獲得實用技能，提高實踐創(chuàng)新能力，增強就業(yè)競爭力，所以目前國內(nèi)外各高校電子信息及機械工程等專業(yè)都開設有單片機相關課程。

單片機是一門綜合性和實踐性非常強的課程，學習單片機必須理論與實驗相結(jié)合，而且實驗在整個課程的教學中起著非常重要的作用，通過實驗環(huán)節(jié)可以激發(fā)學生的學習興趣，鞏固理論知識，培養(yǎng)學生的動手實踐能力和創(chuàng)新設計能力，使學生把理論知識轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ虒嵺`應用的能力。但是，傳統(tǒng)的單片機實驗內(nèi)容基本上都是驗證性實驗，缺乏綜合應用型實驗，實驗過程中學生只要根據(jù)實驗指導書的要求進行簡單的連線，把現(xiàn)成的程序代碼輸入計算機并編譯下載即可得到相應的實驗結(jié)果，然后提交實驗報告就算完成了實驗。經(jīng)過多年的教學實踐發(fā)現(xiàn)，雖然學生學習過單片機，但是在需要進行單片機應用系統(tǒng)綜合設計時往往對課題不知所措，不知該如何選擇芯片型號和如何設計系統(tǒng)，而這些都是在學完單片機課程后應該初步掌握的內(nèi)容。針對目前單片機實驗教學中存在的弊端，本文通過優(yōu)化實驗教學內(nèi)容和改革實驗教學方法，推進綜合應用型實驗的建設，提高學生的實踐創(chuàng)新能力。

一、實驗內(nèi)容的優(yōu)化

根據(jù)單片機課程的特點和培養(yǎng)學生實踐創(chuàng)新能力的要求，實驗教學的內(nèi)容可分為初級軟件實驗、基本硬件接口實驗和綜合應用實驗三個部分。要正確處理好三部分實驗之間的關系，合理安排各部分實驗的具體內(nèi)容，使學生在有限的時間內(nèi)盡快熟練掌握單片機軟硬件知識，提高學生的實踐創(chuàng)新能力。實驗內(nèi)容的選取要做到對典型的芯片都安排有相關的實驗，增加綜合應用型實驗的比重，逐步將單純的驗證性實驗向綜合應用型和創(chuàng)新型實驗發(fā)展，增強學生學習的積極主動性，提高學生的實踐創(chuàng)新能力。

初級軟件實驗包括：不同進制之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、內(nèi)外RAM之間的數(shù)據(jù)傳送等，這部分實驗的主要目的是讓學生熟悉和掌握單片機匯編語言指令系統(tǒng)、程序設計方法及Keil .Vision2仿真軟件的使用方法。由于軟件仿真實驗只要在電腦上裝上Keil .Vision2仿真軟件就可以進行，基于學時的限制，這部分內(nèi)容課堂上教師只需簡單講解一下該軟件的用法和編程時要注意的要點，讓學生在課外預習實驗時根據(jù)實驗指導書的要求自行運行并修改程序，同時觀察實驗結(jié)果。

硬件接口實驗部分包括硬件接線和軟件編程兩部分，其中主要有I/O口輸入/輸出、定時器/計數(shù)器、鍵盤接口、串行通信、存儲器擴展、外部中斷及AD/DA轉(zhuǎn)換實驗，對于這部分實驗，學生首先要根據(jù)實驗任務完成硬件設計，搭建好電路，然后閱讀并運行程序，同時觀察實驗現(xiàn)象分析實驗結(jié)果。最后，教師指導學生在理解程序的基礎上修改程序，觀察實驗現(xiàn)象的變化，使學生更加深入地理解和掌握實驗的軟硬件原理。

綜合應用實驗通常要結(jié)合課程設計、畢業(yè)設計等來完成，該部分實驗的內(nèi)容主要有溫度測量與控制實驗、語音芯片控制實驗及電子時鐘實驗等。學生需要根據(jù)實驗要求，自行選取合適的接口模塊和芯片，獨立完成軟硬件設計和調(diào)試，分析并解決實驗中出現(xiàn)的問題，在解決問題的過程中要進一步加深對單片機軟硬件系統(tǒng)的理解和認識。通過綜合應用實驗能幫助學生全面掌握所學單片機知識，充分挖掘?qū)W生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)他們的綜合應用設計能力以及解決工程實際問題的能力。

二、教學方法的改革

學生在初次接觸單片機一般是聽教師介紹單片機在眾多領域的廣泛應用，了解學好單片機的重要性和必要性后會對單片機產(chǎn)生濃厚的學習興趣，但是隨著后面對單片機內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)以及匯編語言指令系統(tǒng)的、空洞的、枯燥的理論知識的學習后，學生又會慢慢對單片機失去興趣，這就是傳統(tǒng)的單片機教學只重理論而忽略實踐導致的結(jié)果。所以，為了提高學生對單片機課程的學習興趣，激發(fā)學生學習的熱情，在整個單片機教學過程中，一定要重視實驗教學，打破傳統(tǒng)的先是單片機硬件知識，然后是匯編指令系統(tǒng)及編程設計，再是單片機的中斷系統(tǒng)及定時器/計數(shù)器、存儲器及I/O口擴展、串行通信的這種循序漸進的教學方法，而是以單片機的應用為目標，結(jié)合基本的工業(yè)控制系統(tǒng)中的具體應用，將課堂理論教學與實驗教學相結(jié)合，先讓學生觀察實驗現(xiàn)象，通過所見即所得的實驗來講解各種指令的編程方法，順便介紹相關的基本概念及產(chǎn)生這種現(xiàn)象的硬件原理，從而使學生掌握單片機的硬件知識及軟件編程方法。

目前，我校采用的是浙江天煌教儀研發(fā)的THGQC-1型嵌入式單片機（80C51）實驗開發(fā)系統(tǒng)。例如，在做其中的8155交通燈控制實驗（用8155并行接口芯片的PC口驅(qū)動發(fā)光二極管模擬十字路口的交通信號燈）時，可以讓學生先觀察實驗現(xiàn)象得到感性認識，然后再引導學生思考產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因，包括控制各信號燈亮或滅所涉及的硬件資源和軟件編程內(nèi)容以及如何通過改變單片機的定時器/計數(shù)器的計數(shù)初值來改變定時時間等。最后，在學生理解基本原理、概念和編程思路的基礎上，結(jié)合實際生活中需求設計交通信號燈。例如，假設某個十字路口，早晚上下班高峰時間東西方向的車流量遠大于南北方向的車流量，這時就可以將東西方向綠燈時間調(diào)長一些，而南北方向綠燈時間調(diào)短一些。根據(jù)不同時間段車流量的不同，設計一個能夠根據(jù)每天的時間段調(diào)整各方向信號燈的亮/滅持續(xù)時間，以確保四個路口的紅黃綠燈能協(xié)調(diào)工作。這樣，通過由淺入深，舉一反三，從各個不同的角度考慮實際產(chǎn)品研發(fā)過程中涉及的問題，不僅使學生對單片機理論知識有了深入的理解和掌握，而且能夠激發(fā)學生的主觀能動性，調(diào)動學生的積極性，潛移默化地提高學生的獨立思考能力、獨立操作能力和分析問題、解決問題的能力，這對培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力非常有效。

本文根據(jù)單片機課程的特點和培養(yǎng)學生實踐創(chuàng)新能力的要求，對實驗教學內(nèi)容和教學方法進行了研究和改革。教學內(nèi)容方面，把實驗內(nèi)容分為初級軟件實驗、硬件接口實驗和綜合應用實驗三部分，通過合理安排三部分的具體教學內(nèi)容使學生在熟練掌握Keil.Vision2仿真軟件和單片機程序設計方法的基礎上，理解和掌握單片機的各種硬件接口的原理和使用方法，最后通過綜合應用型實驗進一步提高學生對單片機知識的綜合應用能力和創(chuàng)新實踐能力。教學方法方面，打破傳統(tǒng)的循序漸進的教學方法，以單片機的應用為目標，結(jié)合基本的工業(yè)控制系統(tǒng)中的具體應用，先讓學生觀察實驗現(xiàn)象，通過所見即所得的實驗來講解各種指令的編程方法，順便介紹相關的基本概念及產(chǎn)生相應現(xiàn)象的硬件原理，從而使學生掌握單片機的硬件知識及軟件編程方法。發(fā)揮學生在實驗中的主體作用，在掌握初級軟件和硬件接口實驗的前提下，根據(jù)現(xiàn)實生活中控制功能的需求，研發(fā)創(chuàng)新型綜合應用實驗，提高學生獨立思考、獨立操作能力和分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

參考文獻：

[1]高慶華，王潔.單片機實驗教學模式改革探索[J].實驗室科學，2013，16（5）：46-48.

[2]張志杰，趙旭.單片機實驗教學改革初探[J].實驗科學與技術(shù)，2008，6（1）：86-88.

[3]從電子設計競賽看單片機實驗教學的改革與創(chuàng)新[J].長沙大學學報，2006，20（5）：98-100.

[4]郭天祥.新概念51單片機C語言教程：入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

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關鍵詞： Proteus仿真軟件 《單片機技術(shù)》 實驗教學 應用實例

目前國內(nèi)各大高校在《單片機技術(shù)》實驗教學方面，大多采用單片機實驗箱或目標實驗板加硬件仿真器的方式，而學生在做課程設計、畢業(yè)設計時，往往因儀器設備與元器件等條件的限制而放棄一些有創(chuàng)新的實驗和設計，挫傷了學生實驗及設計的積極性。若引入Proteus仿真軟件，即可在同一項目中進行不同實現(xiàn)方式的嘗試，彌補傳統(tǒng)模式變化少、電路結(jié)構(gòu)固定、限制學生發(fā)散思維的缺點。

1.Proteus仿真軟件簡介

Proteus嵌入式系統(tǒng)仿真與開發(fā)平臺由英國Labcenter公司開發(fā)，是目前世界上最先進最完整的嵌入式系統(tǒng)設計與仿真平臺。Proteus可以實現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路及微控制器系統(tǒng)與外設的混合電路系統(tǒng)的電路仿真、軟件仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真和PCB設計等全部功能，真正實現(xiàn)了在沒有目標原形時就可對系統(tǒng)進行調(diào)試、測試與驗證。

2.Proteus應用實例分析

Proteus不僅僅可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU單片機，只要給出電路圖，它還可以對單片機的周邊設備進行仿真。因此在仿真和程序調(diào)試時，關心的不再是某些語句執(zhí)行時單片機寄存器和存儲器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接觀察程序運行和電路工作的過程和結(jié)果。

2.1Proteus仿真51單片機

這里以驅(qū)動發(fā)光二極管閃爍為例來講解Proteus的仿真過程。

（1）編寫軟件程序

#include

unsignedinti；

sbit led=P1^0；//聲明單片機P1口的第一位

void main（）

{

while（1）

{

led=0；//點亮發(fā)光管

for（i=10000；i>0；i--）；

led=1；//關閉發(fā)光管

for（i=10000；i>0；i--）；

}}

利用KEIL C編寫單片機程序，編譯成功后，生成*.Hex的編程文件。

（2）繪制電路圖

運行ISIS，進入仿真軟件的主界面，將所設計的電圖繪制好。如下圖1所示。

（3）下載程序到MCU上

步驟如下：

第一：在原理圖上雙擊單片機，將*.Hex的編程文件加載進來。

第二：在“clock frequency”欄中填寫單片機的工作頻率：l2Mhz。

第三：回到Proteus原理圖界面，點擊開始按鈕，就可以看見仿真的結(jié)果：LED閃動。

2.2Proteus與Keil聯(lián)調(diào)

上文介紹了如何把keil里寫的東西讓proteus動起來了，現(xiàn)在來講講如何進行聯(lián)調(diào)。Proteus能與Keil等常用的編譯器協(xié)同調(diào)試，實現(xiàn)系統(tǒng)的在線調(diào)試。

調(diào)試步驟如下：

1.把Proteus安裝目錄下VDM51.dll（X：＼...＼Labcenter Electronics＼Proteus 7/Professional＼MODELS）文件復制到Keil安裝目錄的X：＼...＼Keil＼C51＼BIN目錄中。

2.編輯C51里tools.ini文件，加入：TDRV9=BIN＼VDM51.DLL（“PROTEUS VSM MONITOR 51 DRIVER”）。其中“TDRV9”中的“9”要根據(jù)實際情況寫，不要和原來的重復。

3.在keil軟件里的“options for target”target1“Debug”選項里選中右邊的use，在下拉菜單中選擇proteus vsm simulator。

4.在proteus里選擇DEBUGuse remote debug monitor，再進入KEIL的project菜單option for target‘工程名’。在DEBUG選項中右欄上部的下拉菜選中ProteusVSM Monitor-51 Driver。

5.打開KEIL,按F5開始仿真。設置兩個斷點，可以看到聯(lián)調(diào)的效果。如下圖所示。

由上述例子可以看出，proteus可以很方便地與Keil C51集成開發(fā)環(huán)境連接，程序編譯好之后，立即可以進行軟、硬件結(jié)合的系統(tǒng)仿真。

3.結(jié)語

實踐證明，在實驗教學中采用Proteus仿真軟件，學生不需硬件支持也能完成實驗內(nèi)容，能降低實驗成本，縮短實驗周期，延伸實驗內(nèi)涵；可以對實現(xiàn)同一功能采用不同處理方式的驗證，對于開闊學生的視野，提高學生的實際應用能力，提高學生的科研能力及創(chuàng)新能力有很好的幫助。

參考文獻：

［1］趙巧妮.proteus在單片機仿真中的應用［J］.自動化技術(shù)與應用.2009，（28）：113-115.

［2］伍馮潔.proteus在虛擬單片機實驗教學中的應用［J］.實驗室科學.2009，（3）：102-103.

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論文摘要：介紹了單片機實驗教學改革的必要性和實驗教學改革的多個措施，探討了如何通過強化單片機實驗教學，培養(yǎng)學生面向工程的應用能力和創(chuàng)新實踐能力。

單片機技術(shù)是現(xiàn)代電子工程領域一門迅速發(fā)展的技術(shù)，應用于各種嵌入式系統(tǒng)中。單片機技術(shù)的發(fā)展極大地推動了電子工業(yè)的發(fā)展，無論在教育界還是在產(chǎn)業(yè)界，單片機技術(shù)的推廣仍然是一個熱點。目前，各個高校都建立了單片機實驗室，但是很多學校的實驗教學現(xiàn)狀卻不容樂觀。就我院而言，主要存在以下問題：（1）實驗場地和時間不足。學生除了上實驗課外，平時難得有機會實踐。（2）以驗證性實驗為主。實驗室所配備的實驗箱只能滿足驗證性實驗的要求。由于實驗箱是成品，學生很難參與到其中的細節(jié)設計中去，學生的實踐能力很難得到鍛煉和提高，學生也很難建立起單片機系統(tǒng)開發(fā)的整體概念。并且，這種實驗設備的配置方式局限了實驗項目數(shù)量，還存在設備維護工作量大的現(xiàn)實問題。（3）由于實驗設備僅適用于某一系列的單片機，若開設新的單片機課程，則需要重新配置實驗設備，增加了學校的投入。

為此，筆者進行了長時間的探索，提出了一些解決辦法。

建立開放式的實驗室管理模式單片機實驗室應實行開放式管理，在不影響正常實驗教學任務的前提下，面向全校學生，在課余時間向?qū)W生提供實驗所需要的場所、儀器設備等。開放范圍除了實驗開放項目、課程設計外，也包括學生興趣愛好、第二課堂活動、創(chuàng)新活動等。開放性實驗管理模式是在注重知識、能力和素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的同時，貫徹因材施教、注重個性培養(yǎng)的教學原則，目的是激發(fā)學生的學習興趣和熱情。在實施過程中，要注意實驗內(nèi)容不應與教學計劃及教學大綱所規(guī)定的實驗教學內(nèi)容相重復，應屬于課程教學內(nèi)容的拓展性實驗；還要注意綜合性和針對性，強化基礎，拓寬知識覆蓋面，注重培養(yǎng)知識的綜合運用能力。此外，還要根據(jù)科技的發(fā)展及其實際應用，結(jié)合實際工作，加強對學生科學研究思維和建立工程概念的訓練，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和動手能力。開放性實驗的組織中要突出學生的自主性，要全方位體現(xiàn)以學生為主體的自主式學習方式。在實驗方案設計、操作、實驗結(jié)果的分析處理等方面最大限度地發(fā)揮學生的主體作用，教師布置任務、講解及指導等要點到為止，留有余地，給學生獨立思考、獨立操作、獨立分析、獨立解決問題的空間，充分調(diào)動學生的積極性和主動性。

利用proteus與keil整合構(gòu)建單片機虛擬實驗室proteus是labcenter公司推出的一款基于標準仿真引擎spice3f5的電路分析、實驗仿真系統(tǒng)。該軟件有交互式動畫仿真、基于圖形的仿真和基于微控制器的仿真等三種模式，其最大的特點就在于它能夠仿真單片機及其外圍芯片。proteus軟件支持mcs-51及其派生系列、motorola68hc11系列，以及avr系列和pic12、pic16、pic18系列的單片機。proteus軟件支持的外圍器件有74ls373、8255、矩陣式鍵盤、lcd及多種a/d、d/a轉(zhuǎn)換器等。另外，用戶還可以建立新的元器件模型。對于mcs-51系列單片機而言，proteus還能夠與keilc51集成環(huán)境實現(xiàn)聯(lián)機同步調(diào)試。而keil是德國開發(fā)的一個51單片機開發(fā)軟件平臺，是目前應用最廣泛的、最重要的單片機開發(fā)平臺。它的界面簡單，操作容易。keil的uvision2可以進行純粹的軟件仿真，也可以利用硬件仿真器，搭接上單片機硬件電路，在仿真器中載入項目程序后進行實時仿真。此外，還可以使用keil monitor-51在不需要額外硬件仿真器的條件下，搭接單片機硬件系統(tǒng)對項目程序進行實時仿真。uvision調(diào)試器的調(diào)試功能也很豐富，具有常規(guī)源極調(diào)試、符號特性調(diào)試、歷史跟蹤，代碼覆蓋，復雜斷點等功能。構(gòu)建虛擬實驗室主要是利用proteus進行硬件電路的設計，用keil進行軟件設計。硬件電路的設計主要有兩個方面：系統(tǒng)擴展（包括rom、ram、i/o口、定時器等功能單元的擴展）和系統(tǒng)的配置（即根據(jù)系統(tǒng)的要求進行外圍設備的配置，如鍵盤、顯示器、a/d轉(zhuǎn)換器、d/a轉(zhuǎn)換器、打印機等的接口電路的設計），通過該軟件的使用，可以使學生掌握硬件電路的設計方法。軟件設計主要是應用程序的編制、調(diào)試，使學生掌握軟件開發(fā)的步驟、方法和技巧。而軟硬件的設計完成之后，還需要進行系統(tǒng)的總調(diào)，將這兩大執(zhí)行環(huán)境組合起來構(gòu)成聯(lián)合的仿真系統(tǒng)，其中，keil作為軟件的調(diào)試界面，而proteus作為硬件的仿真和調(diào)試界面。這樣，就可以像仿真器一樣調(diào)試程序了。

開設大型綜合設計實驗，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力大型綜合的設計實驗需要在學生完成基礎實驗之后視學生掌握程度而開設，這個環(huán)節(jié)在整個單片機教學中非常重要，只有經(jīng)過完整的項目訓練，學生才會建立起完整的系統(tǒng)的概念。學生需要根據(jù)設計任務書上的要求（包括軟硬件的資源配置、實驗要求達到的效果）進行設計實驗。這樣的訓練可以將科技方法的訓練、機電綜合設計、創(chuàng)新設計及畢業(yè)設計等實踐內(nèi)容融合到大型綜合設計實驗項目中，使原來分散的小規(guī)模設計和訓練集成為一個大型的系統(tǒng)設計項目，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。此外，在單片機實驗開發(fā)的基礎上，在學生參與下開發(fā)一些應用板，組成機電一體化的實驗平臺，如我院已經(jīng)開發(fā)出的步進電機的單片機控制實驗平臺。這些訓練可以使學生更加熟悉單片機的組成、工作原理、程序開發(fā)、系統(tǒng)的擴展。更重要的是，學生可以積累自己實踐的經(jīng)驗，增強工程意識，為將來順利進入實際的工程環(huán)境打下堅實的基礎。

建立單片機網(wǎng)絡互動實驗系統(tǒng)，作為傳統(tǒng)實驗教學的補充傳統(tǒng)的實驗教學是近距離的，由于實驗設備緊缺，設備普遍比較昂貴，加之時間和空間上的限制，已成為制約教學質(zhì)量的一個重要因素。為滿足培養(yǎng)具有高素質(zhì)創(chuàng)新人才的要求，實驗教學要不斷地進行改革，實驗要向綜合型、設計型轉(zhuǎn)變，但這種新型教學模式的實現(xiàn)必須有高技術(shù)化的手段和條件支持，因而網(wǎng)絡虛擬實驗教學成為現(xiàn)代教育技術(shù)應用的大趨勢。單片機網(wǎng)絡互動實驗室系統(tǒng)是針對單片機實驗而開發(fā)的內(nèi)容全面、結(jié)構(gòu)完整的單片機網(wǎng)絡實驗室系統(tǒng)。單片機網(wǎng)絡互動實驗室的構(gòu)建基于internet遠程智能化虛擬系統(tǒng)，充分發(fā)揮了網(wǎng)絡教學的特有優(yōu)勢，使學生的學習與交流不受時間、地點和實驗儀器設備的限制，甚至可以聯(lián)機協(xié)作完成實驗。實驗內(nèi)容以圖形、文字、動畫等方式呈現(xiàn)在客戶端的瀏覽器上，具有較強的交互性和真實性。同時，也提高了實驗教學的伸縮性和適應性，有助于提高分散教學資源的利用率，形成科學的實驗管理體系。單片機網(wǎng)絡互動實驗室可作為傳統(tǒng)理論與實驗教學的補充模式。我院在設計中采用服務器和客戶端模式，可以實現(xiàn)客戶端與服務器的交互通訊。我院自主開發(fā)了網(wǎng)絡系統(tǒng)，學生只需到我院的網(wǎng)站注冊一個用戶名并下載客戶端，便可以在自己的計算機上進行單片機實驗。

以電子技術(shù)競賽為契機，深化單片機實驗教學改革課程與教學改革一直是高職院校所關注的熱門話題，實驗教學改革的效果直接影響著應用型人才培養(yǎng)的質(zhì)量。目前，以單片機控制技術(shù)為核心的電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展和應用領域之廣是其他技術(shù)無法比擬的。但是學校教學內(nèi)容卻滯后于科技的高速發(fā)展。在高職院校開展電子技術(shù)競賽正是解決這一問題的有效途徑。競賽有力地促進了專業(yè)課程內(nèi)容的整合和實驗教學內(nèi)容的更新。一方面，所有參加競賽的學生都要經(jīng)過嚴格的賽前培訓和賽中訓練，學生普遍反映受益匪淺。實踐證明，這樣的學生在就業(yè)時也普遍受到企業(yè)青睞。此外，為了能夠使沒有參賽的學生也得到同樣的訓練，我院還開設了電子專業(yè)課程的設計訓練課程，作為傳統(tǒng)單片機實驗教學的補充。課程完全按照電子競賽的要求進行。這樣的訓練有效地提高了學生的工程設計能力和綜合素質(zhì)。另一方面，以競賽為契機，改革單片機實驗課程內(nèi)容和實驗方法。由于競賽中涉及的單片機內(nèi)容能夠跟隨科技發(fā)展的步伐，競賽的題目具有實際意義，所以對目前的單片機理論教學改革和實驗教學改革起了一定的引導作用。

參考文獻：

[1]劉映群. proteus與keil整合構(gòu)建單片機虛擬實驗室[j].中國現(xiàn)代教育裝備，2005，（8）:26-28.

篇5

關鍵詞：任務驅(qū)動教學法；單片機；實驗教學

中圖分類號：G434文獻標識碼：A文章編號：1672-7800（2012）012-0205-02

0引言

《單片機原理及應用》是高校工科計算機專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎課。在實際教學中發(fā)現(xiàn)，由于單片機教學知識點多，既要學習硬件組成和功能，又要學習指令系統(tǒng)、匯編語言、內(nèi)部資源、接口技術(shù)和應用系統(tǒng)設計，加之匯編語言和硬件的配置情況有關，不同的機種有不同的指令系統(tǒng)，可移植性較差。因此，單片機的學習難度比一般課程要大，所花的學習時間也較多，很多學生感到非常吃力 。計算機專業(yè)的學生對各種軟件編程類課程感興趣，而對于單片機原理及應用等硬件相關課程的學習積極性不高，導致該課程學習效果差。

通過單片機理論的學習和實踐過程，旨在使學生真正掌握單片機軟、硬件的開發(fā)過程和技能，培養(yǎng)學生的實際動手能力、創(chuàng)新能力、綜合思維能力。單片機課程是學習后續(xù)專業(yè)課程如嵌入式系統(tǒng)原理及應用、嵌入式操作系統(tǒng)的必修基礎課，從往屆畢業(yè)生反饋的就業(yè)信息看，硬件知識扎實對學生畢業(yè)后不論是從事硬件方面或者軟件方面的工作都有很大幫助。因此，在總結(jié)自己教學經(jīng)驗的基礎上，采用任務驅(qū)動的實驗教學法，從引導學生的學習興趣為突破口，突出實踐能力培養(yǎng)在教學中的地位，建立以學生為中心的實踐性教學模式，激發(fā)了學生對該課程的學習積極性，有效地提高了教學效果。

1任務驅(qū)動教學法

任務驅(qū)動教學法的一個顯著特征是：教師的教與學生的學都是圍繞著同一個目標、基于幾項任務來完成的。基本思路是：把課程學習的目標和內(nèi)容轉(zhuǎn)化為學生探究學習的任務，然后把一個大的任務再分解成一個或多個更小的任務，在教學過程中，教師根據(jù)具體任務讓學生提出問題，并通過教師的點撥由學生自己去解決問題。這樣在學生完成任務的同時既培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力和自主學習能力，又使學生掌握了獨立解決問題的能力。因此，這種教學方法適合于培養(yǎng)學生解決具體問題和獨立分析問題的能力，適用于設計應用性很強的單片機課程教學。

2實驗任務設計

任務驅(qū)動實驗教學中的實驗任務設計與編排非常關鍵，直接影響教學效果。在分析教學大綱和培養(yǎng)目標的基礎上，針對計算機專業(yè)課程的特點及要求，共編排了8個實驗任務（如表1）。每個設計的任務包含了學生要掌握的基本理論知識和操作技能，例如把指令和匯編語言3種程序結(jié)構(gòu)（順序程序、分支程序和循環(huán)程序）分解到流水燈控制（2）實驗任務中，通過使用不同的指令和程序結(jié)構(gòu)控制流水燈按照不同規(guī)律變化，掌握單片機指令系統(tǒng)和匯編語言程序設計方法。通過控制數(shù)碼管動態(tài)及靜態(tài)顯示的實驗任務，學習單片機定時器、中斷的使用方法。實驗任務遵循由簡單到復雜、由基礎到綜合的循序漸進的規(guī)律，并且具有可操作性和層次性等特點。

2.1可操作性

單片機的第一個實驗任務是流水燈亮滅，直接運行不同的控制程序。看到流水燈在不同控制程序下變化閃爍亮滅的效果，學生表現(xiàn)出很大的興趣，就會帶著興趣和問題進行后續(xù)理論課程的學習，設計不同結(jié)構(gòu)的控制程序，控制流水燈按照自己的設計而變化。后續(xù)的實驗任務也都跟流水燈或數(shù)碼管相關，程序運行后在實驗板上都可以立即看到結(jié)果，學生學習非常主動積極，也很有成就感。由于許多理論知識都是學生帶著問題自己主動學到的，程序也是自己編寫和反復調(diào)試才成功的，因此，知識點記得牢、用得活。

2.2層次性

8個實驗任務屬于驗證、設計、綜合等不同的層次，學生通過設計性實驗加深對理論知識的理解和掌握，通過綜合性實驗引導他們學會發(fā)現(xiàn)、思考尋找解決問題的方法。

根據(jù)學生的基礎與接受能力的不同，每一個實驗任務精心設計分層制定。對于優(yōu)秀學生，要求能順利達到教學要求，完成難度較大的綜合性程序設計，且能夠運用所學知識創(chuàng)造性地解決一些實際問題；對于中等學生，能獨立完成中等難度的設計性實驗，能運用所學知識解決程度相當?shù)膶嶋H問題，能保持對程序設計學習的興趣；對于較差學生，首先完成驗證性實驗，然后能在教師和其他學生的幫助下，完成一些較為簡單的設計性實驗。

比如實驗任務4和5中，輸出顯示可采用流水燈、八段數(shù)碼管和LCD 3種方式來進行，學生可根據(jù)自身的實際情況選擇最適合自己的設計難度?；A較好的學生可以選擇用數(shù)碼管和LCD顯示輸出；基礎一般的學生則可以用流水燈和數(shù)碼管顯示輸出；基礎較差的學生可以編寫簡單的流水燈控制程序，這樣讓每一個學生每一次實驗都能有所收獲，也體現(xiàn)了因材施教的教學原則。

3實驗任務實施

3.1充分發(fā)揮教師引導作用和學生主體作用

基于任務驅(qū)動的實驗教學模式中，教師不再是演講者、知識灌輸者，而是整個實驗活動的引導者、組織者和監(jiān)督者。在創(chuàng)設情境形成任務之后，教師要引導學生分析任務、討論任務的方案、明確任務的方向，為學生搭起支架，并提供指導和幫助。

編寫實驗指導書是幫助學生順利完成實驗任務的一個重要環(huán)節(jié)，是指導學生如何進行實驗的一個指導性文件。實驗指導書包括兩方面的內(nèi)容： 單片機實驗硬件、軟件使用說明和實驗任務指導，學生在實驗指導書的幫助下準備實驗，遇到問題時，不急于給出答案，而是和學生一起分析找出原因，這樣學生在任務驅(qū)動下探索運用理論知識創(chuàng)造性地解決任務，通過完成“任務”培養(yǎng)他們的動手能力，提高他們解決實際困難的能力和素質(zhì)。

3.2使用Proteus虛擬平臺

為了讓學生隨時可以自己進行單片機實驗，同時還能不增加實驗成本，在教學中引入Proteus虛擬硬件技術(shù)，單片機仿真工具Proteus軟件可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU及其電路，可以像使用仿真器一樣調(diào)試程序。學生只要在自己的電腦上裝上Proteus仿真軟件，就能在課余時間直接對實驗任務進行預先準備，并自己設計仿真電路圖，再調(diào)試程序，利用課余時間自己動手做流水燈、數(shù)碼顯示、定時中斷等設計性的實驗任務。

4任務考核評價

實驗的成功與否不是以能否正確得出實驗結(jié)果為依據(jù)，而是要看通過實驗是否真正使學生掌握了整個設計流程，按逐級達標要求，建立多元實驗考核方法，統(tǒng)籌考核實驗過程與實驗結(jié)果，對學生的實驗理論、基本技能、設計能力及創(chuàng)新能力進行更為客觀的評價。學生每獨立完成一項任務，都會獲得一定的成就感，這時教師的及時表揚與鼓勵，可以刺激學生的學習熱情與學習興趣，增強學生自信，并依據(jù)學生的實驗情況和實驗成果進行總結(jié)和反思，使其在不斷地建構(gòu)與完善自己知識結(jié)構(gòu)的同時，提高自我認識與對自身的評價，讓學生在一種良好的心理狀態(tài)下不斷學習、進步。

5結(jié)語

在實驗教學中采用任務驅(qū)動教學模式，將理論教學與工程應用緊密地聯(lián)系起來，達到了應用型人才培養(yǎng)的目標。實踐證明，這種教學方法有利于提高計算機專業(yè)學生的學習積極性和主動性，有利于培養(yǎng)學生的動手操作能力、綜合應用能力及創(chuàng)新能力。

參考文獻：

[1]唐煒.基于“項目驅(qū)動”的單片機類課程實踐教學改革[J].實驗室研究與探索，2010（5）.

篇6

一、引言

《單片機原理及應用》是計算機、自動化、通信工程、機電一體化等專業(yè)的專業(yè)基礎課。學習該課程，要求學生熟悉和掌握單片微型計算機的硬件組成及工作原理，會使用編程語言進行程序設計，熟悉典型的接口芯片和接口技術(shù)，綜合培養(yǎng)學生單片機設計及應用能力，是一門理論性和實踐性都較強的課程，具有一定的難度。

單片機課程的學習對學生的基本理論、設計方法和應用開發(fā)能力都提出了較高的要求，因而實驗教學尤為重要。在實踐教學中，傳統(tǒng)方法多數(shù)是利用硬件實驗箱來完成，這存在著實驗內(nèi)容固定、靈活性差；缺乏創(chuàng)新性和開放性；實驗室資金投入大、維護費用高，且無法長期保持先進性的不足。

為了突破當前單片機教學中的諸多限制，將Proteus仿真軟件應用于實驗教學，使用Proteus軟件進行仿真模擬和程序設計，可靈活的設計實驗，方便的擴展實驗項目，降低實驗室的建設和維護成本，充分調(diào)動學生學習單片機的積極性，提高教學效果。

二、Proteus在單片機實驗教學中的優(yōu)勢

Proteus軟件是英國Labcenter公司開發(fā)的一款仿真平臺，可以對多款單片機及相關接口芯片提供支持，還提供了示波器、信號發(fā)生器等虛擬儀表，支持Keil等第三方編譯開發(fā)軟件，是一個全開放性的仿真實驗平臺，相當于一個設備齊全的綜合性實驗室[1]。與傳統(tǒng)實驗方法相比，借助Proteus進行單片機虛擬實驗教學具有如下優(yōu)勢。

1.靈活性。傳統(tǒng)實驗方法采用的硬件實驗箱，由于實驗箱的電線、芯片多已焊接固定，實驗中學生一般進行課堂教學的驗證性實驗，不能靈活自主的進行設計[2]。而采用Proteus軟件實驗平臺，改變了“教師說，學生連”的傳統(tǒng)實驗模式，學生可自由選擇電路連接方式，調(diào)動了學生學習的主動性。

2.創(chuàng)新性。由于實驗箱硬件的限制，實驗步驟和內(nèi)容常常很難擴展。由于實驗課程安排有限，實驗內(nèi)容相對固定，學生很難在實驗中進行創(chuàng)新應用。而采用軟件仿真的實驗平臺，可以擴展實驗項目，讓學生根據(jù)興趣和能力去選擇，并且可以隨時更新實驗內(nèi)容，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。

3.開放性。由于實驗箱價格較為昂貴、設備維護困難等諸多因素的限制，使得實驗室無法做到全面開放。而采用軟件實驗平臺，只需定期維護安裝仿真軟件的計算機即可，降低了實驗室的建設和維護成本，使全面開放實驗室成為可能，促進了學生學習的積極性。

采用單片機仿真軟件Proteus對傳統(tǒng)教學實驗進行補充，實現(xiàn)實踐教學與理論教學緊密聯(lián)系，解決實驗教學中硬件條件與實驗學時不足的問題，豐富實踐性教學的手段，強化學生所學知識[3]。

三、Proteus仿真軟件在單片機實驗教學中的應用實例

為了讓學生更好地掌握單片機，應從實用的角度出發(fā)，鼓勵學生編寫一些簡單的小程序，通過實踐指引理論知識的學習。本文通過單片機端口操作實驗模擬汽車左右轉(zhuǎn)向燈的控制來說明Proteus在單片機實驗教學中的應用。

1.實驗任務。單片機端口操作模擬汽車轉(zhuǎn)向燈實驗中，P1口作為輸出口，P3口作為輸入口，P3.4、P3.5接撥動開關K3、K4；P1口接發(fā)光二極管L1～L8。K3作為左轉(zhuǎn)彎開關，K4作為右轉(zhuǎn)彎開關，L1作為左轉(zhuǎn)彎燈，L2作為右轉(zhuǎn)彎燈。要求編程實現(xiàn)向上打K3時，左轉(zhuǎn)彎燈L1以一定頻率閃爍；向下打K4時，右轉(zhuǎn)彎燈L2以一定頻率閃爍[4]。

2.硬件和軟件的設計。

模擬汽車轉(zhuǎn)向燈的單片機端口操作實驗電路原理圖如圖1所示。電路主要由單片機最小系統(tǒng)、LED發(fā)光二極管和撥動開關組成。電路通過P3.4和P3.5口讀取撥動開關的狀態(tài)，但要注意準雙向口P3作為輸入口時，需先向鎖存器寫入“1”才能讀??；為了讓接在P1.0和P1.7口的LED發(fā)光二極管亮，需使P1.0和P1.7口的電平為低電平，所以，在程序中點亮左右轉(zhuǎn)向燈時，給P1口賦值分別為FEH和7FH；為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)向燈閃爍點亮，需在程序中加延時子程序，本實驗所用的延時時間為1s，具體程序如下4：

ORG 0000H

AJMP MAIN

ORG 0200H

MAIN：MOV P3，#0FFH

MOV A，P3

CJNE A，#0EFH，L1

MOV P1，#0FEH

CALL DELAY

MOV P1，#0FFH

CALL DELAY

L1：CJNE A，#0DFH，L2

MOV P1，#7FH

CALL DELAY

MOV P1，#0FFH

CALL DELAY

L2：AJMP MAIN

DELAY：MOV R5，#10

DE0：MOV R7，#200

DE1：MOV R6，#248

DE2：DJNZ R6，DE2

DJNZ R7，DE1

DJNZ R5，DE0

RET

END

篇7

摘要：本文分析了以往單片機教學存在的問題，根據(jù)自己的教學經(jīng)驗提出了新的層次教學法，滿足了不同能力層次學生的要求，提高了教學效果和學生實踐動手能力。

關鍵詞：單片機；教學法；層次式教學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B

1單片機原理教學存在問題

1.1傳統(tǒng)的課堂教學模式

傳統(tǒng)的教學思路是按照教材的順序，先講單片機硬件基礎知識，再講指令系統(tǒng)和匯編語言程序的編制，最后講接口技術(shù)和一個單片機應用實例。學生只有在課程學習的最后才接觸到單片機的實際應用系統(tǒng)，而在此之前的學習由于學習目標不明確，學生會感到學習內(nèi)容枯燥乏味，學習了也不知道怎么用，故而學習的興趣不高。

1.2傳統(tǒng)的課堂與實驗教學模式

現(xiàn)在的單片機實驗設備很完善，能操作的實驗項目非常多，實驗指導書對實驗步驟、方法等規(guī)定得很詳細，學生只能在固定的實驗題目范圍變更接線，最多是在本程序內(nèi)修改一下程序，動腦和動手的機會極少。實驗內(nèi)容充其量就是主要是驗證書本上的原理，表面上學生很好地完成了實驗，實際上助長了學生的依賴性，無法發(fā)揮學生的想象力和主觀能動性，從某種程度上禁錮了學生的思路，扼殺了學生孕育創(chuàng)新意識，忽略工程設計方面的訓練，缺少文獻資料查閱能力的訓練，缺乏對新器件、新電路應用的認識，對單片機在工程中的應用更是一知半解，這個問題在畢業(yè)設計環(huán)節(jié)中反映更強烈。

實驗教學缺乏完善的考核機制，實驗教學內(nèi)容往往隨教師的喜好而定，且實驗考核方法不完善，“重知識、輕能力、重記憶、輕創(chuàng)新、重理論、輕操作”的考核模式普遍存在，從一定程度上助長了學生普遍不重視實際應用的不良風氣。

2課程層次式教學改革

單片機原理及應用是一硬件設計和軟件編程相結(jié)合的實踐性強的課程，硬件是應用基礎，但功能實現(xiàn)又離不開軟件，只有硬件和軟件都掌握了才能應用，針對單片機課程這個特點，筆者結(jié)合多年的教學經(jīng)驗，對單片機教學提出層次式教學方法。所謂層次式就是根據(jù)單片機課程特點，以人的認知規(guī)律為主線，把教學內(nèi)容分為學習單片機基本知識和功能結(jié)構(gòu)、熟練掌握基本功能應用和單片機系統(tǒng)應用等階段方法來學習以及考核辦法。實施分層教學法首先要根據(jù)學生的實際情況、教學目標以及教學學時來合理的確定這幾個授課階段的學時數(shù)。我們可以把單片機教學的層次階段概括為“學”、“練”、“用”以及“考”四個層次。

2.1學――學習單片機基本功能結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)

這個層次內(nèi)容包括單片機基本知識、硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、編程技術(shù)、匯編的編輯調(diào)試等幾大塊的內(nèi)容。教學原則可在老師指導下學習最起碼的基礎，先學“一知半解”，不求多，不求快 ，也不求“全面”，更不求“系統(tǒng)”。以老師的教授為主，讓學生感性認識、熟悉為目的，同時在教學過程中也要采取教學技巧。

(1) 上好第一堂課

興趣是最好的老師，如何讓學生對“單片機原理與應用”課程學習感興趣第一次課精彩的開場白尤其重要。最好的方法就是現(xiàn)場演示，例如演示預先編好“跑馬燈控制”，先用PowerPoint演示該控制程序的硬件結(jié)構(gòu)原理圖、程序清單等，然后現(xiàn)場把源程序經(jīng)Keil C編譯成Hex文件，通過刻錄器刻錄到芯片AT80C51中，通過面包板把石英晶體和電容連接到AT80C51芯片引腳XTAL1、XTAL2以及RST上就構(gòu)成了單片機的最小系統(tǒng)，通過P1口連接上8個LED，加上5V的電源(可通過干電池提供)確定無誤后，就可以看到結(jié)果了。整個過程只花10分鐘的時間，但卻讓學生了解這門課是與實際應用緊密結(jié)合的，并且初步了解單片機的開發(fā)過程，接著介紹單片機控制系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防等生產(chǎn)生活領域的應用，向?qū)W生交代課程的主要內(nèi)容和教學目的，使學生對單片機系統(tǒng)有一個深刻的感性認識，提高學生的學習興趣，為學好本門課程奠定堅實的基礎。

(2) 實物教學法

在教學過程中，講授的理論是抽象的，最好讓學生看實物，一邊觀察實物一邊學習，把理論體現(xiàn)到實物上去，例如講芯片引腳時，讓學生看看芯片80C51實物，針對實物講引腳的功能、結(jié)構(gòu)、使用方法等；在講到單片機的定時計數(shù)、串行通信等功能時列舉一些學生們平時能夠見到的儀器設備，如在物理實驗中用到的數(shù)字毫秒計時器、數(shù)字信號發(fā)生器等，以增加學生對單片機應用的感性認識，引發(fā)學生求知探索的強烈欲望。

(3) 指令講授技巧記憶法

指令是程序編寫的基礎，如何讓學生熟悉掌握MCS-51的111條指令，在按功能分為成的五類指令里，根據(jù)其功能，抓住其源、目的操作數(shù)的不同組合，再輔之以下面的教授方法，是完全能記住的。

① 指令圖示講授記憶法

圖示記憶法是把操作功能相同或相似、但其操作數(shù)不同的指令，用圖形和箭頭將目的、源操作數(shù)的關系表示出來的一種記憶方法。例如：由助記符MOV、MOVX、MOVC組成的送數(shù)組指令，可以用圖1、圖2、圖3表示。

② 英文還原講授記憶法。

單片機的操作碼助記符是該指令功能的英文縮寫，有些指令容易混淆，可將縮寫還原成英語原文，再對照漢語有助于理解其助記符含義，從而加強記憶。例如：短轉(zhuǎn)移(SJMP)

Short Jump；長轉(zhuǎn)移(LJMP)Long jump；比較轉(zhuǎn)移(CJNE)Compare

Jump Not Equality；絕對轉(zhuǎn)移(AJMP)Absolute jump；交換(XCH)Exchange；左環(huán)移(RL)Rotate Left；進位左環(huán)移(RLC)

Rotate Left Carry；右環(huán)移(RR)Rotate Right；進位右環(huán)移(RRC)Rotate Right Rarry。

③ 口訣記憶法

對于有些指令，我們可以把相關的功能用精練的語言編成一句話來記憶。如PUSH direct和POP direct這兩條指令。初學者常常分不清堆棧SP的變化情況，為此編成這樣一句話：(SP的內(nèi)容)加1(direct的內(nèi)容)再入棧，(SP的內(nèi)容)彈出(到direct單元)SP才減1。又如乘法指令中積的存放，除法指令中被除數(shù)和除數(shù)以及商的存放，都可以編成口訣記憶如下：

MULAB高位積(存于)B，低位積(存于)A；DIV ABA除以B，商(存于)A余(下)B。

總之，在講授單片機的指令系統(tǒng)時，充分運用技巧，寓指令于例子當中，可以將單片機實驗中的實例穿插在指令系統(tǒng)中介紹，并注意實例中涉及的指令盡量使用已教過的指令，讓學生盡快熟悉掌握這些指令。

(4) 模擬仿真教學法

在指令學習過程中，先用軟件進行程序運行模擬仿真，讓學生看到指令執(zhí)行的真實效果，更確切地體會到每一條指令執(zhí)行時的內(nèi)部過程，這樣學生學指令輕松了，就激起了學習興趣，學習匯編指令時不再枯燥無味。與此同時，盡可能讓學生逐漸熟悉匯編程序編寫調(diào)試的方法、技巧等。同時教導學生多讀書上的例題和別人編寫的程序，自己再結(jié)合實際初步編寫一些程序。

2.2練――單片機基本功能應用練習

“練”這個層次主要是對單片機熟練掌握各功能模塊應用，包括基本輸入輸出應用、定時器應用、中斷應用、串行口應用、并行口擴展應用、A/D、D/A應用等，同時加強編程能力。在這個層次倡導實驗教學為主，課堂教學為輔的教學指導思想，同時加大實驗室開放力度，保證學生實驗時間。具體來說，就是以學生實驗為主，教師主要任務就是針對每個功能選擇、設計實例，同時把實例分解成若干個任務，針對每個任務細分為具體的教學知識點，以深入理解第一個層次學習的各知識點，通過對知識點的深入理解，再獨立完成每個任務所需的實驗項目來達到教學目的。所以教師在設計教學實例時，遵循由淺入深，由易到難的原則，可設計/選擇三種層次的實驗項目：

① 驗證性實驗，用來驗證每一個功能模塊的工作原理，在設計時一般較簡單，功能單一，就是用來加深對知識點的理解，并不斷反復修改實現(xiàn)不同功能要求，以提高基本運用和基礎編程能力。

② 綜合性實驗，多個功能模塊綜合使用，程序較復雜，使編成能力和運用能力進一步提高。

③ 創(chuàng)新性實驗，要求學生學會查閱參考資料、獨立設計實驗的硬件電路和程序，并對軟件進行調(diào)試的能力。

同時要正確地引導學生從已熟知的內(nèi)容入手，不斷增強自信心、慢慢的把所學的知識有效地形成一個方向明確、思實驗路清晰、具有內(nèi)在聯(lián)系的問題鏈。

2.3用――單片機的應用實踐

這個層次主要是把單片機分散、獨立的知識融會貫通，集中應用到具體系統(tǒng)中去，培養(yǎng)學生單片機的實際綜合開發(fā)能力，通常以課程設計的形式體現(xiàn)。在設計之前只為學生作簡單的提示，主要靠學生自己去摸索，學會查閱參考資料，自己決定采用什么方案、如何選用芯片、如何組織器件、如何編程實現(xiàn)等，并對軟硬件進行聯(lián)機調(diào)試、指標測試。在調(diào)試過程中，學生學會自己動手分析結(jié)果，解決實驗中出現(xiàn)的問題，在解決問題的過程中進一步加深對單片機應用系統(tǒng)軟硬件設計的理解，提高學生獨立學習的能力，增強學生的自信心。當課題完成后，還要求學生寫出課程設計報告，使課程設計的過程與畢業(yè)設計相似，使學生了解完成一個課題的全過程。這樣的課程設計不僅提高了學生的綜合設計能力，而且培養(yǎng)了學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，為他們今后進一步的學習和深造打下了基礎。實踐證明在完成課程設計后，學生的設計能力和實際動手能力普遍提高了。

2.4考――單片機教學的考核

為了強化學生的動手能力和應用能力，對課程的考核成績采用結(jié)構(gòu)化成績，由3部分組成:主卷成績(期終理論筆試)占40%，副卷成績占30%，平時實驗成績30%組成，創(chuàng)新、論文等作另外加分。

平時實驗成績主要由出勤率、實驗態(tài)度、實驗動手能力、實驗成功率和實驗報告成績等內(nèi)容組成。實驗報告成績依據(jù)學生實驗記錄、實驗內(nèi)容完成情況及實驗報告質(zhì)量等組成。

副卷成績主要包括課程設計成績和實驗考核成績。課程設計成績主要是考查學生在知識運用上表現(xiàn)出來的獨立設計和綜合分析能力以及解決問題的能力，要求學生重視平時知識的積累、能力的培養(yǎng)和樹立嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。實驗考核要求學生現(xiàn)場抽題完成，允許學生帶教材、作業(yè)本和輔導書參加考試，但不能討論，在規(guī)定時間內(nèi)完成一個較為簡單的設計性實驗，并且現(xiàn)場完成實驗報告。教師根據(jù)實驗結(jié)果現(xiàn)場給予評分，旨在考查學生的理論基礎和應用知識的能力。

加分項用于鼓勵和培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神。當學生有所創(chuàng)新、有不同于其他同學的設計功能、程序部分涉及教學以外的知識、協(xié)助老師完成科研成果、發(fā)表相關的論文時，教師酌情加分。新的考核方式更注重實踐能力的培養(yǎng)。

3結(jié)束語

經(jīng)過幾年實踐證明，這種教學方法能滿足不同能力的學生的需求，逐步改變了學生對單片機技術(shù)畏懼的態(tài)度，從下手到自行開發(fā)出實驗產(chǎn)品，這都是加強教學改革的結(jié)果。本教學方法符合我校提出的加強學生的實踐能力，培養(yǎng)“應用型、開發(fā)型”人才為目標，開拓學生出口(就業(yè))。當然在教學改革中仍然有大量的工作要做，還有許多課題有待進一步探索、完善。

參 考 文 獻

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篇8

關鍵詞:單片機;實例化;模塊化;實驗平臺;教學改革

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

1引言

MCS-51系列單片機因結(jié)構(gòu)緊湊、指令系統(tǒng)靈活、成本低、開發(fā)工具普及等原因,得到了非常廣泛的應用。目前幾乎所有工科大專院校都開設了單片機原理及應用等課程。但多年的教學實踐經(jīng)驗也表明,單片機原理與應用課程的教學質(zhì)量較難保證,其主要原因是:傳統(tǒng)的灌輸式課堂教學方法、過多的理論課時抑制了學生學習的積極性,而較少的實驗課時又使本門課程的理論和實踐脫節(jié)。如何根據(jù)單片機原理與應用課程的特點,尋求一種能較好培養(yǎng)學生實踐能力的教學方法,是每一位任課教師都應深入思考的問題。

2傳統(tǒng)單片機教學模式的不足之處

目前,大多數(shù)單片機課程在教學內(nèi)容設置和教學順序安排方面仍然采用傳統(tǒng)的先基礎后應用的模式,即從介紹單片機的硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)及尋址方式入手,然后依次講解匯編語言程序設計、系統(tǒng)總線擴展及接口技術(shù),最后介紹應用系統(tǒng)設計實例。在上述安排中,課堂理論教學的學時大大多于實驗教學的學時,例如對于32學時的單片機原理與應用,通常實驗只分配4～6學時。同時,實驗環(huán)節(jié)通常安排在“匯編語言程序設計”之后才開始進行。這種教學體系的不足之處在于:

(1) 課程開始時原理性內(nèi)容太多,內(nèi)容較為枯燥,學生理解困難,影響學習熱情;

(2) 側(cè)重于原理知識介紹,應用系統(tǒng)設計及實驗學時不足,不利于培養(yǎng)學生的實踐能力;

(3) 因課時限制,程序設計語言的介紹止步于匯編語言,更常用的C51則無暇顧及;

(4) 實驗系統(tǒng)功能固定,缺少和南京郵電大學通信類教學內(nèi)容相關的實驗內(nèi)容,實驗學時少,不利于進行較為復雜的綜合性、設計性實驗,使學生在構(gòu)建實際的單片機應用時缺少系統(tǒng)化的思路。

上述幾個原因中,對教學質(zhì)量影響最大的原因就是實驗課時不足、實驗系統(tǒng)功能固定以及缺少通信類實驗內(nèi)容,不利于學生進行綜合性、設計性實驗,學生無法對所學知識融會貫通。同時,單片機原理與應用課程通常在第六或第七學期作為選修課開出,而此時學生由于找工作或考研等多方面因素的影響,對這些課程的重視程度不夠,也使得教學效果大打折扣。

3通過實例化教學加強單片機課程的實踐環(huán)節(jié)

對于單片機這類實踐性較強的課程,在教學中更應該強調(diào)學以致用。為了能更好地培養(yǎng)學生單片機技術(shù)應用能力,激發(fā)學生的學習主動性,我們在單片機教學過程中進行了實例化教學的探索。所謂的“實例化”教學,就是把單片機課程中所要教授的各項理論知識和實踐技能按由淺入深的原則分解到一個個具體的實驗實例中,通過讓學生在教學過程中按順序完成這些實驗來達到教學目的。在實例的設計和順序安排上必須注意循序漸進,各部分內(nèi)容既循序漸進,又互相聯(lián)系,前面的實例為后續(xù)的實例打基礎,后續(xù)的實例在不斷引入新內(nèi)容和新概念的同時,也對前面實例中提到的知識點進行適當?shù)闹貜?以加深學生對教學內(nèi)容的理解。

為了達到上述的教學目的,作者在主持單片機教學改革項目時,決定自行設計模塊化的單片機通信接口實驗平臺,以配合單片機教學方式及教學內(nèi)容的改革。

4單片機模塊化實驗系統(tǒng)的特點

4.1實驗平臺的主要特點

(1) 提供豐富的基本接口實驗模塊,這些模塊主要通過單片機的I/O端口控制。

(2) 提供單片機總線擴展接口,用于控制功能較復雜的器件。

(3) 提供多種通信接口實驗模塊,如串行口、電話通信接口、網(wǎng)絡通信接口、GSM/GPRS接口等。

(4) 選用具有IAP功能及集成MON51調(diào)試跟蹤功能的CPU,下載實驗代碼及動態(tài)跟蹤調(diào)試方便,不用仿真器,極大地降低了實驗系統(tǒng)的成本。

(5) 實驗平臺上CPU可選擇多種晶振頻率,方便不同種類實驗的需求。

(6) 大多數(shù)實驗電路均實現(xiàn)模塊化設計,學生進行實驗時首先必須設計電路并動手連接,既解決了單片機在控制復雜系統(tǒng)時I/O端口不足的問題,又有利于通過不同模塊的組合設計新的實驗,也可以鍛煉學生的動手能力。改變了以往很多實驗系統(tǒng)不需要搭電路,只要運行例子代碼即可完成實驗的不足。

4.2實驗平臺的功能

本實驗平臺目前可進行的驗證性實驗約有三十多個,包括通過單片機的輸入輸出接口可直接完成的實驗,如通過單片機控制LED、LED點陣、獨立鍵盤、行列式鍵盤、數(shù)碼管、E2PROM、實時鐘、串行A/D、串行D/A、溫度傳感器、紅外接收器、液晶顯示器、直流電機、步進電機等,實驗內(nèi)容基本涵蓋了單片機應用領域的各個方面,除了滿足單片機原理及應用課程的課內(nèi)實驗的需求外,還可供學生進行課外科技創(chuàng)新活動使用。

除了單片機I/O端口可直接控制的接口模塊之外,本實驗平臺還設計了單片機擴展總線接口,并在總線上接入了32K字節(jié)RAM存儲器、擴展了并行輸入/輸出端口、串行口、電話用戶線接口、以太網(wǎng)通信接口以及獨立的GSM/GPRS模塊等器件,在此基礎上,可進行十多個和通信相關的實驗,如單片機控制擴展串口芯片與PC機的串行通信、基于RS-485接口的多機通信、模擬電話用戶摘掛機及脈沖撥號、DTMF信號的接收和識別、TCP/IP協(xié)議棧測試、GPRS數(shù)傳通信、GSM短消息收發(fā)等。這些通信類實驗是本實驗平臺的主要特色之一,包含了多種通信方式和通信協(xié)議,大部分都屬于設計性和綜合性實驗,具有一定的趣味性和挑戰(zhàn)性,對于培養(yǎng)學生的分析能力、實踐能力、數(shù)據(jù)處理能力及資料查閱能力等都大有幫助。

5實驗平臺的硬件設計

實驗平臺的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

5.1實驗平臺CPU的選擇

實驗系統(tǒng)選擇NXP公司(原Philips公司)的P89V51RD2單片機作為CPU。該CPU為8052內(nèi)核,片內(nèi)包含64K字節(jié)的Flash存儲器、1K字節(jié)的擴展RAM,以及SPI接口、雙數(shù)據(jù)指針、硬件看門狗電路及5通道的PCA電路等資源;同時該CPU還具有ISP/IAP以及在線仿真功能,可通過串行口更新應用程序代碼或下載Mon51仿真代碼供跟蹤調(diào)試程序使用,不需要硬件仿真器即可完成各種實驗代碼的在線調(diào)試,功能強大,性價比高,極其適合實驗類應用的需求。

CPU的串行口通過RS-232電平變換電路和實驗微機的串行口相連,完成實驗代碼下載及在線調(diào)試工作。

5.2I/O控制類接口模塊的設計

所謂I/O控制類接口,指的是可以通過單片機的并行I/O端口引腳直接控制的實驗電路部分的接口。例如對于4×4行列式鍵盤,當采用掃描法工作時,共有4根行掃描線和4根列掃描線,在實驗平臺中將這8根掃描線引出到圖1中所示的I/O控制接口部分。在實驗時,可選擇單片機P0～P3中的某個并行端口,用8芯扁平電纜將I/O控制接口部分的鍵盤掃描線和CPU的并行端口連接起來即可進行實驗。

與鍵盤接口類似,實驗平臺中的1602字符點陣液晶顯示模塊、實時鐘、E2PROM存儲器、串行A/D、串行D/A、溫度傳感器、紅外接收模塊、8位共陰級數(shù)碼管模塊、可獨立驅(qū)動的數(shù)碼管、按鍵、LED、撥動開關、移位寄存器、CPLD模塊、步進電機及直流電機等器件和設備都是通過單片機的I/O端口引腳直接控制的方式進行實驗的,但是單片機本身的I/O端口引腳只有32根,無法同時控制所有的資源。為了解決這個矛盾,在電路設計時,將這類器件的受控引腳引出到接插件上,所有和受控引腳引出線相連的接插件就構(gòu)成了I/O控制接口。在進行具體的實驗時,根據(jù)實際電路的設計要求,使用兩端帶有接插件的扁平電纜將CPU的并行I/O端口和I/O控制接口中相應設備的受控引腳連接起來即可。各器件的供電電路、時鐘電路、驅(qū)動電路等單獨設計,在電路板上統(tǒng)一部署,無需通過I/O控制接口控制。

在實驗平臺的電路設計中,所有器件和設備引出的控制引腳和單片機的I/O端口引腳均已根據(jù)各自的特性進行了預處理,如上拉、下拉等,以確保未參與實驗的引腳在懸空時狀態(tài)的確定性,避免引起器件、設備的誤動作或損壞。

5.3總線控制類接口模塊的設計

在很多應用場合,MCS-51單片機片內(nèi)資源不能滿足要求,此時就要進行系統(tǒng)擴展,引出地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線用于控制外部器件設備。此時單片機的P0端口在ALE信號的控制下實現(xiàn)時分復用,擴展為數(shù)據(jù)總線和地址總線的低8位,P2端口擴展為地址總線的高8位,P3端口的P3.6和P3.7引腳分別用于擴展總線的寫選通和讀選通信號?？偩€上可以掛接多個設備或器件,設備或器件通過地址譯碼選通,由CPU進行讀寫。

本實驗平臺設計了總線擴展接口(A)和(B),總線擴展接口(A)和CPU的P0～P3端口復接,總線擴展接口(B)則和地址鎖存器及地址譯碼電路連接。當需要進行總線擴展時,通過40芯扁平電纜將電路板上的總線擴展接口(A)和(B)連接起來即可。此時單片機的P0、P2及P3.6、P3.7作為總線控制引腳使用,不可再當作普通I/O端口使用。

擴展總線使用A15對32K字節(jié)的RAM進行片選,同時通過74HC138地址譯碼電路提供8個地址譯碼輸出,譯碼電路如圖2所示。

圖2中的74HC138采用讀寫信號相與作為使能信號之一,這樣就保證了只有當單片機進行外部總線訪問時才選通74HC138進行地址譯碼。實驗平臺使用這些地址譯碼輸出選通相關的設備或器件進行讀寫。具體內(nèi)容如表1所示。

6配套實驗的設計及教學改革

6.1驗證性實驗

驗證性實驗是為了驗證并鞏固課程中已學習過的知識點而設計的實驗。單片機本身的知識點主要在于其指令系統(tǒng)及內(nèi)部資源如并行端口、定時器/計數(shù)器、串行口等的控制和使用。

各學校開設的單片機原理類課程的學時數(shù)基本都是32學時,其中實驗學時一般在4～8學時之間,能夠進行的實驗的數(shù)量并不多。為此我們對教學內(nèi)容及實驗方式進行了改革,增加部分基礎實驗的實驗課時,并為此設計了4～6個驗證性實驗的實例,例如通過I/O端口及循環(huán)延時控制LED實現(xiàn)跑馬燈、通過定時中斷控制LED實現(xiàn)跑馬燈、獨立按鍵的掃描、單片機串行口數(shù)據(jù)的收發(fā)等。這些實驗的控制流程簡單,代碼量小,非常容易理解,主要側(cè)重于單片機指令系統(tǒng)及單片機內(nèi)部資源的使用。實例同時提供匯編語言與C語言兩種版本,由老師事先調(diào)試運行完畢,在進行課內(nèi)實驗時,讓學生直接在該實驗系統(tǒng)上運行。由于實驗代碼已事先調(diào)試完畢,所以學生在短時間內(nèi)可以完成所有的實驗,通過對閱讀實際代碼、編譯、連接工程、模擬調(diào)試、下載代碼并執(zhí)行這樣一個完整的開發(fā)過程的實踐,切實掌握單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)流程及開發(fā)工具的使用,并能體會到機器指令、匯編語言和高級語言之間的關系,為進一步完成后續(xù)的綜合性及設計性實驗打下基礎。為了防止學生在完成驗證性實驗時走過場,我們還針對每個實驗設計了一些思考題,在驗收實驗時要求學生現(xiàn)場修改并執(zhí)行,可充分檢驗出學生對實驗內(nèi)容的了解程度,起到督促學生認真進行實驗的作用。

6.2綜合性實驗

綜合性實驗是指學生在具有一定的知識和技能的基礎上,運用某一門課程中的多個知識點或多門課程的相關知識對實驗技能和方法進行綜合訓練的一種復合型實驗。

對于單片機課程而言,綜合性實驗一般在課程結(jié)束前進行,此時學生已經(jīng)基本掌握了單片機的內(nèi)部資源及外擴設備的原理,可以運用多個知識點完成綜合性實驗。我們準備了兩個綜合性實驗:短消息收發(fā)終端的設計和分布式溫度采集系統(tǒng)。短消息收發(fā)終端設計實驗要求學生掌握通過單片機外擴總線擴展串行通信接口,實現(xiàn)擴展串行接口和單片機本身串行口之間的數(shù)據(jù)緩沖、中斷式數(shù)據(jù)收發(fā)、數(shù)據(jù)包分析等功能;分布式溫度采集系統(tǒng)實驗要求學生掌握單片機多機通信的原理、多機通信環(huán)境下數(shù)據(jù)包收發(fā)的設計和實現(xiàn)、通過I/O端口模擬總線時序?qū)U展設備進行操作等知識。上述兩個實驗學生可按三人一個小組,任選一個完成。由于它們都引入了功能較復雜的外部設備,學生必須在課外預先進行一定的準備,鍛煉了學生資料查閱能力、系統(tǒng)分析能力、分工合作能力及編程實踐能力。

6.3設計性實驗

設計性實驗是指給定實驗目的、要求和實驗條件,由學生自行設計實驗方案并加以實現(xiàn)的一種探索型實驗。設計性實驗不但要求學生綜合課程中的多個知識點和各種實驗原理來設計實驗方案,而且要求學生能充分運用已學的知識去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。開設設計性實驗的目的是讓學生在實踐中將相關的基礎知識、基本理論得以實踐、融會貫通,培養(yǎng)其獨立發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力,以最大限度發(fā)揮學生學習的主動性,相對于綜合性實驗而言,要求更高、難度更大。

對于設計性實驗,我們充分利用自制實驗設備豐富的系統(tǒng)資源,準備了十余個題目,大部分和通信相關,同時還涉及單片機內(nèi)部及擴展資源的使用,例如模擬電話用戶接口設計、串口/以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊設計、短信監(jiān)控系統(tǒng)設計等。這些實驗只指定了實驗的基本要求和可用的資源,具體的實驗方案和實際的設計過程都由學生自行完成。通過這樣的實驗過程,學生們可以把分散、獨立的知識融會貫通,整合為一體,最大程度上了解并掌握了單片機系統(tǒng)開發(fā)的全過程,使學生的創(chuàng)新能力、設計能力及實踐能力得到了充分的鍛煉。

由于課時的限制,設計性實驗并不要求作為課內(nèi)實驗完成。我們針對設計性實驗進行了教學改革的嘗試,鼓勵學生選擇一到兩個設計性實驗,在課程結(jié)束后的半學期內(nèi)利用課外時間到開放實驗室去完成。學生完成實驗,提交實驗報告,經(jīng)實驗教師檢查合格后可根據(jù)實驗學時獲得一定的自主個性化學分,以此來激發(fā)同學們選做實驗的積極性。

7結(jié)語

本文介紹的單片機實驗教學系統(tǒng)具有以下特點:實例化的基礎實驗可使學生盡快掌握單片機應用系統(tǒng)設計思路及開發(fā)工具的使用;豐富的系統(tǒng)資源及資源的模塊化設計可組合出較多的實驗內(nèi)容,并在該實驗平臺上實現(xiàn)了同時進行驗證性、綜合性和設計性實驗的功能,提高了實驗平臺的性價比;在綜合性、設計性實驗內(nèi)容的安排上偏向于通信領域各種技術(shù)的應用,符合本校的辦學特色。

目前該實驗系統(tǒng)已批量生產(chǎn),首批80套設備投入使用后,經(jīng)過一個學期兩個大班實驗教學的試點,教學效果良好,極大地提高了學生的學習興趣及綜合創(chuàng)新能力。

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篇9

關鍵詞 Proteus 單片機 電路軟件 硬件仿真

中圖分類號：TP368.1-4 文獻標識碼：A

隨著我國教育信息化步伐和“互聯(lián)網(wǎng)+”建設的不斷加快，利用現(xiàn)代化教育資源構(gòu)建網(wǎng)絡化、數(shù)字化、個性化的教育教學方式方法已經(jīng)成為一種新的發(fā)展趨勢。同時基于軟件仿真設計的實驗教學也越來越多，越來越重要。軟件仿真實驗教學作為理論教學的擴展和補充，不僅可以改善原理簡述的抽象性，還可以幫助學生加深對理論知識的理解，并進一步拓展知識面，激發(fā)學生的探究興趣和能力。

1研究現(xiàn)狀

作為計算機技術(shù)在控制領域的應用。單片機以其體積小、性能強、集成度高、功耗低、控制能力強、易擴展等特點，廣泛應用于工業(yè)自動化方面、儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、信息和通信產(chǎn)品方面、航空航天、軍事、專用設備的智能化管理及過程控制等領域。

目前的單片機教學采用項目教學法，不少內(nèi)容抽象、乏味，若不通過實驗很難讓學生提起興趣，得到更好的理解，而以前的實驗硬件平臺能做的實驗有限，效果不理想，開設成本也很高，培養(yǎng)出來的學生既不知如何設置電路，也不知選擇芯片的哪些引腳，只會單一的編程驗證，且編寫的程序都是為了實現(xiàn)試驗箱上的功能，根本滿足不了實際項目課題的需要。

2研究意義

現(xiàn)在使用的教學仿真軟件有多種，這些軟件各具特點，在教學實踐中根據(jù)不同專業(yè)及需求可以選用不同的軟件。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布圖，代碼調(diào)試到單片機與電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模擬仿真軟件三合一的設計平臺。Proteus仿真軟件具有數(shù)字、模擬及數(shù)字/模擬混合電路的仿真能力；還提供了電路的直流工作點分析、瞬態(tài)分析、噪聲和失真分析等多種常用的電路仿真分析方法。這些分析方法基本能滿足一般電路的分析設計要求。

在單片機實驗教學中采用Proteus軟件能更好地解決采用虛擬技術(shù)解決單片機及其電路的設計和協(xié)同仿真的問題，無需硬件實驗平臺，只需利用個人計算機進行單片機軟硬件同步仿真，仿真結(jié)果即可直接運用于真實設計。因此采用Proteus電路仿真軟件建立的網(wǎng)上單片機實訓室既解決了以往單片機編程過程中的抽象性問題，同時還極大程度地擴展了單片機硬件電路資源，降低了實驗教學成本，也使教學過程更加直觀，還為學習者提供了一個即時可學式實驗室。

3 Proteus在單片機功能開發(fā)中的作用

目前，實物單片機實驗室的基本功能主要包括元器件選擇、電路連線、單片機程序編寫、系統(tǒng)運行調(diào)試和硬件電路測試，而利用Proteus仿真軟件所提供的不同功能可以完全保證對其完全實現(xiàn)。

（1）系統(tǒng)資源。任何一種單片機都提供了一定的系統(tǒng)資源。對于51系列單片機來講，所供的資源是以寄存器和存儲器的方式體現(xiàn)出來的。Proteus仿真軟件所提供的元器件包括了電阻、電容、二極管、三極管、MOS管、555定時器等模擬元器件和74系列1vrL芯片、4000系列CMOS芯片、存儲器、FC元器件等數(shù)字元器件以及PIC、AVR、8051系列單片機，學習者可以通過選取所需的元器件并對參數(shù)進行修改實現(xiàn)單片機實驗元器件的選擇。

（2）硬件電路的設計、制作與調(diào)試。硬件電路的設計包括兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)的擴展；二是系統(tǒng)的配置。大部分常用的硬件電路設計可以通過Proteus軟件來實現(xiàn)，學生通過Proteus軟件的使用，可以很方便地掌握硬件電路的設計方法。Proteus仿真軟件具有導線自動連線功能，使用時只需單擊元器件的引腳系統(tǒng)就可進行自動布線，同時，學習者也可根據(jù)需要對走線方式進行調(diào)整，完成系統(tǒng)電路的整體線路連接，此功能使學習者更加方便的對電路結(jié)構(gòu)進行理解。

（3）程序編寫。利用Proteus仿真軟件的編程功能學習者可以進行單片機程序編寫實驗，并在軟件中進行目標代碼的仿真運行，利用軟件所提供的診斷及追蹤信息，學習者可以發(fā)現(xiàn)代碼中所存在的問題并進行修改。

（4）系統(tǒng)運行調(diào)試。利用Proteus軟件的仿真調(diào)試可以實現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)試。Proteus可以作為硬件仿真和調(diào)試界面。Proteus仿真軟件還提供了系統(tǒng)單步運行仿真調(diào)試功能，并可以通過此功能模擬單片軟件調(diào)試器功能，使學習者觀察設計效果，同時，在程序運行過程中單片機引腳的電平狀態(tài)也將實時地顯示出來，這為學習者更好地理解程序運行提供了很好的幫助。

（5）硬件電路測試。除了上述功能，Proteus仿真軟件還包含了大量的虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、函數(shù)發(fā)生器、時鐘計數(shù)器、電壓計和電流計等單片機硬件電路測試所需的試驗儀器，學習者可以通過此功能仿照真實情況完成對硬件電路的測試與檢查。

通過實地教學反饋，針對單片機控制系統(tǒng)是軟、硬件結(jié)合的應用系統(tǒng)，若將Proteus軟件引入單片機課堂教學，可以構(gòu)建一個適合“教、學、做”一體化教學的單片機虛擬實訓室，大大提高學習效率，方便實踐操作。

4結(jié)論

敘述了單片機實驗教學的發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了Proteus仿真軟件創(chuàng)新性的功能，研究了Proteus仿真軟件在單片機實驗教學中的作用。通過實踐證明，其構(gòu)建的虛擬實驗室與傳統(tǒng)單片機實驗室相比，具有開放、靈活和成本低等特點。使用該實驗能夠?qū)崿F(xiàn)以教師為引導、以項目為主線、以學習者為實驗主體的教學新方法，在提高教學效率的同時，使學習者形成工程設計思路，并利用電路仿真和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了設計、開發(fā)、調(diào)試并形成產(chǎn)品的全過程，增強了單片機實驗的創(chuàng)新性。

參考文獻

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一、如何創(chuàng)新，問題提出

課堂教學演示難以見到的原因很多，其中有一個很重要的原因：課堂教學演示太困難、效果也不理想。通常，要做一次課堂演示實驗，教師要準備如下設備：計算機、仿真機或編程器、電源、實驗電路板。其中仿真機或編程器要和計算機相連，電源要接到實驗電路板上，為了上一節(jié)課，要準備較長時間;如果用仿真機做實驗，那么仿真頭要和實驗電路板相連。在真正做開發(fā)工作時，電路板放置好后就不必動了，但在課堂教學中卻需要拿起來實驗電路板來展示，稍有不慎，仿真頭會從電路板中脫落而造成錯誤，需要重新編譯，甚至可能損壞仿真頭或?qū)嶒炿娐钒?如果用編程器寫片的方法來驗證實驗結(jié)果，那么就得多次在實驗板和編程器之間撥、插芯片，很麻煩，課堂效率低;即使勉強做，由于實驗電路板上的器件較小，學生很難看清有關現(xiàn)象，效果非常有限。

學生實驗中也存在問題，單片機除了一些驗證性實驗外，主要是通過實驗來培養(yǎng)學生的動手能力，并通過實驗加深對理論知識的理解，傳統(tǒng)的單片機實驗是不可能做到這一點，單片機實驗所必須的仿真機、實驗板、電源等等價格高，專業(yè)性很強，學生不可能自行裝備;學校單片機實驗室設備陳舊，由于單片機技術(shù)發(fā)展很快，單片機仿真機一般每過2-3年即更新?lián)Q代，而學校的單片機實驗室是非營利的，相對于計算機實驗室，利用率不高，價格卻不低，學和用就會脫節(jié)。這也是老問題一直也沒能很好地解決，只是由于單片機發(fā)展速度快，開發(fā)要求高，所以顯示得更嚴重一些。

二、大膽創(chuàng)新、解決方案

針對以上的問題，通過深入研究，利用“單片機實驗仿真板”軟件，并結(jié)合Proteus軟件，為解決這類問題尋找了一些思路。

1.仿真板軟件

以目前最流行的80C51系列單片機開發(fā)軟件Keil C為基礎，利用其提供的AGSI接口開發(fā)而成。

圖1是該軟件運行后的情況，右側(cè)注有“51實驗仿真板”的窗口是自編的軟件界面，而其它部份是Keil軟件的界面。從圖中可以看出，仿真板由4個按鈕、8個LED、2位數(shù)碼管、帶有計數(shù)器的脈沖發(fā)生器、中斷按鈕等部份組成。該窗口的左側(cè)是一段源程序，用于實現(xiàn)接在P1.0上的led閃爍發(fā)光，程序正在運行中。對源程序的任何修改都將直接表現(xiàn)在該仿真板上，重新編譯連接再運行后，仿真板即出現(xiàn)該有的現(xiàn)象。如果運用實際硬件，那么把該段源程序的目標代碼寫入芯片，進行實際運行，就是這么一個效果，也就是說這個界面可以替代實際的、真實的硬件，該仿真板上的其它部份也具有這樣的功能。借助于Keil軟件的強大的調(diào)試功能，可以用單步、全速、加入斷點等方式執(zhí)行程序，觀察各指令執(zhí)行的效果。

圖1 單片機實驗仿真板用于教學

將該軟件用于課堂教學演示有如下的優(yōu)勢：

a：速度快，程序修改、編譯后馬上就可以看到效果，不需要撥片、寫片、插片這么麻煩，提高了課堂效率;

b：效果好，可以放在多媒體教室上課，投影在大屏幕上，比之真實的實驗板要大很多，非常清楚;

c：方便，由于僅僅只有一個軟件，不需要任何的硬件連線，所以課堂演示非常容易;

d：起點高，由于Keil軟件是目前最流行的單片機開發(fā)軟件，所以學生學習的起點高。

圖2是已開發(fā)的兩塊仿真電路板。可以完成鍵盤、流水燈、中斷系統(tǒng)等類型的多個實驗。

圖2 實驗仿真板

2.Proteus仿真軟件

這種軟件相對于較難的硬件設備可以由仿真電路圖進行仿真，并且也是再計算機上操作完成。簡單方便，有效避開了傳統(tǒng)教學的硬件繁瑣和容易出錯。

傳統(tǒng)的教學中是基本固定的硬件，很少有機會讓學生親自設計電路和對內(nèi)容的自動設計，不能以達到真正的學習目的。傳統(tǒng)的教學方式會使學生的學習興趣降低，對學生動手能力的培養(yǎng)很不利。基于Proteus的單片機教學在很多方面都有所改善，能夠達到較好的實驗效果，硬件方面的開支也得到很大程度的節(jié)省，很大程度上幫助學生提高了獨立創(chuàng)新能力和學習的積極性，成為不可或缺的單片機教學軟件。

基于Proteus教學流程的優(yōu)勢：

（1）作為EDA工具軟件Proteus由兩個軟件構(gòu)成即ISIS和ARES，Proteus印刷電路板設計和Proteus虛擬系統(tǒng)模型是Proteus的兩大基本結(jié)構(gòu)部分。它不僅是是一種多種型號微控制器系統(tǒng)的設計與仿真平臺，更是模/數(shù)混合電路、數(shù)字電路、模擬電路的設計與仿真平臺。從原理圖設計、單片機代碼級調(diào)試與仿真、電路分析與仿真、功能驗證、系統(tǒng)測試到形成PCB的完整的電子研發(fā)、設計，它真正實現(xiàn)了這些過程在計算上完成。在教育、生產(chǎn)、和設計等方面Proteus得到了廣泛的應用?；赑roteus的單片機教學流程圖如圖3所示：

圖3 基于Proteus的單片機教學流程圖

（2）基于Proteus教學設計流程的優(yōu)勢

建立在標準模塊硬件上的實驗，對有關實驗內(nèi)容學生只是需要課前進行預習，把編好的程序在實驗時進行燒錄，然后驗證實驗結(jié)果。而基于Proteus單片機實驗擁有的優(yōu)勢如下：

a：提供大量可供學生參考與自學的范例。在原設計上學生可以進行自己的修改、設計，拓展自己的知識和編程能力。

b：激發(fā)學習興趣。學生可以利用該軟件進行路圖設計和仿真，避免了傳統(tǒng)實驗板上的學生不能更改的局限性、硬件電路固定，學習興趣得到提高、學生的思路得以擴展，學生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識也得到了一定程度上的提高。

c：較真實的硬件軟件仿真調(diào)試，操作簡單。Proteus能夠使學生對程序設計和電路設計的學習得到滿足。首先設計電路是在Proteus的ISIS環(huán)境下，其次編寫程序是在Keil等環(huán)境下。當編寫、設計好基該電路的程序和該電路時，程序聯(lián)調(diào)可以在Proteus環(huán)境下進行，對設計的系統(tǒng)能否達到預期控制要求進行驗證。在仿真的過程中能夠隨時修改編程方面或硬件的不足。

d：具有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢，較少的硬件投入費用。AVR、PIC、ARM的微處理器CPU模型Proteus都支持，購買各種系列單片機的費用將不存在。Proteus元件庫中的元件很豐富，其中大部分元件可以直接用于搭建接口電路，并且經(jīng)濟、可靠。為了減少試驗中元器件的損耗采用Proteus軟件進行實驗而且比較安全。

圖4 K1-K4按鍵狀態(tài)顯示

在K1-K4按鍵狀態(tài)顯示的實驗中，電路仿真原理圖如圖4所示。使用proteus軟件畫出仿真原理圖，在80C51中載入程序并運行，即可以K1、K2按下時LED點亮，松開時熄滅，K3、K4按下并釋放時LED點亮，再次按下并釋放時熄滅。

總之，基于Proteus的單片機教學在很多方面都有改善，能夠達到較好的實驗效果，硬件方面的開支也得到很大程度的節(jié)省，很大程度上幫助學生提高了獨立創(chuàng)新能力和學習的積極性，成為不可或缺的單片機教學軟件。

在傳統(tǒng)實驗教學中利用軟件資源進行輔助即基于Proteus仿真平臺的單片機教學，作為教學方法的一項改革開辟了一個新的有效單片機實驗教學，能夠達到較好的實驗效果，硬件方面的開支也得到很大程度的節(jié)省，很大程度上幫助學生提高了獨立創(chuàng)新能力和學習的積極性。

這兩種方法同樣為單片機課程的遠程教學提供了技術(shù)手段?，F(xiàn)在網(wǎng)上教學正在迅速發(fā)展，然而對于像單片機這樣與實驗緊密相關的課程，網(wǎng)上教學很不方便，該軟件提供了一個虛擬的實驗平臺，為解決這一問題提供了思路。當然，軟件并不能替代硬件實驗，硬件實驗是必須的，學生的動手能力在計算機上是練不出來的。不過借助于該軟件，可以將學生的軟、硬件動手能力的培養(yǎng)分開，更合理地利用單片機實驗室。隨著發(fā)展迅速的單片機技術(shù)在很多領域都的應用，微控制系統(tǒng)的核心就是單片機，在國內(nèi)各個高校中理工科電子信息專業(yè)只有對該領域?qū)I(yè)的人才培養(yǎng)的過程中，只有不斷摸索研究才能不斷適合社會發(fā)展的需要。

參考文獻

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