项目驱动教学法在“单片机原理及应用”课程中的应用

赵月静，陈继荣

（河北科技大学机械电子工程学院，河北石家庄 050018）

项目驱动教学法在“单片机原理及应用”课程中的应用

赵月静，陈继荣

（河北科技大学机械电子工程学院，河北石家庄 050018）

在分析“单片机原理及应用”课程教学目前存在的问题基础上提出了项目驱动教学法，给出了项目驱动教学法具体的实施方法、过程以及项目的设计具体内容，并通过Proteus和Keil软件来给出具体的项目，展示了项目驱动教学法的优点。

项目驱动教学法；单片机；课程

1 项目驱动教学法的实施

由于单片机的实践性很强，所以在应用项目驱动教学法的教学过程中必须理论知识和实践相结合，把理论知识点融入到每次的项目设计中，而且要软、硬件结合，将单片机程序和外围电路相结合。因此在项目中采用Proteus软件作为硬件电路原理图的绘制软件，Keil用来编写程序。用Proteus进行软、硬件的仿真。

1.1 教学过程中的项目设计

在教学过程中，根据要讲授单片机的硬件资源及扩展，按照项目应用到的理论知识点来设计相应的项目。每个项目设计中包括9部分：项目名称、项目的目的、所用理论知识点拨、项目的硬件电路图及仿真、软件编程（包括汇编语言或C语言，重点讲授C语言，因为各大企业用的比较多）、项目注意事项、动手实践焊接电路板、示例、项目拓展。在项目的实施过程中，既学到理论知识，又理论联系实际，使学生明白单片机中这些硬件资源的使用方法及应用场合。

针对学校的单片机课程，共设计11个项目。分别是：1）定时器/计数器；2）中断源；3）串行通信；4）I/O接口；5）I/O 接口扩展；6）键盘接口；7）显示器接口扩展；8）数据采集转换系统；9）步进电机的控制（步进电机驱动）；10）直流电机的控制（直流电机驱动）；11）交通信号灯的控制（模拟交通灯）。这些项目涵盖了单片机中的所有硬件资源及扩展的方法，软件学习贯穿于每个项目中。通过这些项目的实施，学生对单片机的软、硬件及应用都有很好的实践，提升了学生的综合应用能力。

1.2 课程的考核

单片机是一门注重应用的课程，这门课最终目的还是在于开发应用系统。因此在课程结束时的考核阶段让学生设计一个综合完整的单片机应用系统，把以前相对独立的各个项目综合起来，锻炼学生单片机控制系统的设计能力。具体措施如下。

1）选择合适的课题 教师向学生推荐若干个单片机应用系统课题，学生根据自己的能力选择其中一个课题，或者和指导老师一起确定实用课题。如果课题比较大，可以把几个学生合成一个项目组，共同完成一个课题，学生的动手能力得到锻炼，同时也培养了学生的配合、沟通能力。

2）整个项目的设计与调试 这种方式让学生熟悉单片机应用系统的研制步骤和方法，学生从分析系统入手，经过总体设计－硬件系统－软件系统－仿真调试－固化程序等整个流程，对每一个阶段都有更加深刻的认识，对单片机应用系统的开发系统也有一定的了解。学生自己设计硬件电路、软件程序，自己进行电路焊接和软、硬件的综合调试，并最终焊接电路板，完成作品实物。老师随时根据学生需求进行辅导，帮助学生解决自己无法克服的难题。

3）作品的验收及点评 学生整理材料，做出整个开发过程的PPT，老师根据学生在项目分组中的表现和所承担的任务，对作品进行点评，并给出学生的成绩等级。

2 项目实例——定时器/计数器的使用

2.1 目的

熟悉掌握单片机内的硬件资源定时器和计数器的使用方法，达到会应用的程度，并利用制作定时器、计数器电路，进行硬件设计和软件编程。

2.2 理论知识

1）定时器/计数器 80C51系列单片机内有2个16位可编程的定时器或加1计数器：TH0，TL0，TH1，TL1占用4个字节，它们具有4种工作方式：方式0，方式1，方式2，方式3。其控制字和状态字均在相应的特殊功能寄存器TMOD和TCON中，通过对控制寄存器编程可以方便地选择适当的工作方式。工作在定时器或计数器及工作方式是通过TMOD来选择，TCON用来设定定时器/计数器的运行控制位——启动或停止、溢出标志位。

2）定时初值的计算 作为定时器是每隔1个机器周期TL0中内容加1，每隔一个机器周期计数1次，定时时间除以机器周期就是要计的数。要计的数按位（位数和工作方式有关）求反函数再加1，即做求补运算，就是定时器的初值。

3）定时器/计数器中断 当计数计满后溢出就会发生中断。用作计数器时，计数脉冲来自外部引脚T0（T1），外部输入的计数脉冲的最高频率为振荡频率的1/24。

4）利用计数器扩展外部中断 若工作设定计数初值为满量程，计数器加1就溢出，发生中断，把外部中断接到T0引脚。

2.3 项目的硬件电路图及仿真

利用Proteus和Keil仿真软件，可以根据所应用的元器件模型和外围电路模型，使用Proteus仿真软件设计原理图，画出项目的硬件电路图，使用Keil仿真软件对其进行编程调试，利用Proteus ISIS与Keil C的联调来仿真系统及其外围硬件电路的运行状况［4－5］。具体情况略。

2.4 步骤及需要注意的问题

鼠标右键单击工程名称，在弹出的快捷菜单中选择option for target‘target 1’。再在弹出的对话框中的debug选项卡中选中load application at start，选择use keil monitor－51 drive.

注意的问题：1）初始化编程，确定工作在定时器还是计数器，设定工作方式，装入初值，启动计数器，打开中断；2）初值的计算需要注意工作方式，位数。

2.5 实例

例1 设单片机晶振频率为12 MHz，使用定时器1以方式0产生周期为500μs的方波脉冲，并由P1.7输出，采用查询和中断2种方式。用汇编语言和C语言2种方式编程，比较二者的优缺点。

首先根据题意要求进行初始化，求初值，机器周期 MC＝fosc/12＝1μs，计数个数：250/1＝250＝FAH，初值＝1F06H。

在Proteus中画出硬件电路图，即单片机最小系统＋示波器接在P1.7上，如图1所示（定时器功能）。

程序如下。

图1 硬件电路图设计Fig.1 Design of hardware circuit

3 结 语

项目驱动教学法克服了传统教学呆板、被动的缺点，充分调动了学生的思维，让学生在学习过程中发现问题、思考问题、解决问题，变被动学习为主动学习。学生还可以在课外独立设计、验证自己的系统，有助于培养学生的创新素质和创造能力。

项目驱动教学法的特点是以学生为中心，以真实项目为基础，以培养学生的实际操作技能和团队精神为目标，在整个过程中学生能获取理论知识和实践知识。所以在“单片机原理及应用”课程教学中，只要项目选材合适，材料准备充分，注意好过程控制，就一定会收到较好的效果。

［1］陈 慧，饶成明.Proteus仿真软件在单片机项目教学中的应用［J］.现代企业教育，2009（6）：56－57.

［2］王晓荣，权义萍，张印强.基于C语言的“单片机”教学方法［J］.中国电力教育，2009（6）：96－97.

［3］张 齐，朱宁西.单片机应用系统设计技术［M］.北京：电子工业出版社，2009.

［4］殷士勇.Keil和Proteus在单片机实验教学中的应用［J］.重庆工商大学学报（自然科学版），2009，26（6）：567－570.

［5］许 超，吴新杰，张 丹.基于Proteus和Keil的单片机课程教学改革［J］.辽宁大学学报（自然科学版），2011，38（1）：27－29.

Application of project teaching method in the study of single chip microcontroller principle and use

ZHAO Yue－jing，CHEN Ji－rong
（College of Mechanical Engineering，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang Hebei 050018，China）

Project teaching method（PTM）is presented for the problems that exists in the study of single chip microcontroller principle and use.The application method，the process and the content of the project about the PTM are put forward.An example of the project is given in detail by Proteus and Keil software.

project teaching method；single chip microcontroller；curriculum

G642

A

1008－1534（2012）04－239－04

2012－04－26

冯 民

河北科技大学理工学院教育教学研究资助项目（2010Y28）；河北科技大学机械工程学院教育教学研究资助项目

赵月静（1974－），女，河北安国人，副教授，硕士，主要从事单片机原理及应用、机械控制工程基础方面的教学与研究。