基于单片机应用技术典型任务的教学项目开发与实践研究

盛希宁

“单片机应用技术”课程是五年制高职机电一体化专业和电气自动化专业的核心课程，该课程具备很强的工程应用性，充分反映了对学生运用所学知识理解并解决实际工程问题的能力要求，且对于学生综合职业能力的培养和发展起着至关重要的作用。[1]为了更好地契合五年制高职教育以就业为导向、以服务为宗旨的培养目标要求，笔者及课程组教师一直致力于该课程的改革与创新，不断探索教学的新理念和新模式。

一、基于单片机应用技术典型任务的教学项目开发

“项目导向型”教学是以项目为主体的，职业行业为引导的教学方式，它将一门课程需要掌握的知识点和各项技能分解到一个个有联系的项目中，通过组织学生真实地参加项目设计、调试和维护，让学生真实地了解产品设计开发的全过程。[2]基于单片机应用技术典型任务的教学项目开发的本质，是以企业典型的单片机工作过程和工作过程中的任务为基础，设计教学化的工作任务和教学项目，通过工作任务来组织教学过程，使学生在学习和工作的过程中，系统学习单片机的硬件知识和软件知识，培养其运用单片机软、硬件技术分析和解决实际问题的能力。

基于以上要求，课程组以单片机为控制核心，将单片机指令系统、C语言程序设计、中断与定时系统等重点内容进行有机结合，共规划了五大教学项目。按照职业典型工作任务而设计的各个教学项目之间紧密衔接，每个项目根据知识和能力的发展需求，又细化为若干个工作任务。表1所示为基于单片机应用技术典型任务的教学项目设计。教学项目中的工作任务均来源于实际的职业工作任务，具备了典型工作过程的工作要素，同时，突出了单片机应用技术知识的实用性。

值得一提的是，以上教学项目的平台是基于Keil和Proteus软件的协同仿真。Keil的项目工程编译和Proteus的仿真验证二者结合，适用于综合性、设计性较强的单片机系统设计项目，其仿真效果与工程实践亦最为接近。通过此种方式，将减少因设计方案问题而造成的硬件投入浪费，从而极大地提高了单片机系统设计的效率。

二、基于单片机应用技术典型任务的教学项目实施

根据“单片机应用技术”课程的教学项目和工作任务，课程实施过程的安排以基于工作过程的方法来进行。在以完成工作任务为目标的教学过程中，学生将逐步提炼并积累属于单片机应用技术工作任务的知识和技能，并最终形成相应的职业能力。

本文以基于单片机应用技术典型任务的教学项目二“基于单片机的各类灯的控制”中工作任务6“流水灯控制系统”为例，阐述基于典型工作任务的教学项目实施过程。

表1 基于单片机应用技术典型任务的教学项目

（一）情境导入

通过多媒体课件，展示静态的流水灯图片，介绍日常生活中LED应用于城市照明工程、以及广州亚运会闭幕式LED显示屏等实例。

（二）工作任务的效果演示与目标要求

1.通过Keil和Proteus软件联调，演示单片机控制流水灯点亮的动态仿真效果，讨论流水灯的点亮规律与单片机的硬件连接方式。

2.提出任务6的具体目标要求：（1）应用AT89C52单片机的P1口，控制8个LED按照从上至下的规律循环点亮；（2）通过单片机编译软件Keil与电路仿真软件Proteus联合调试，协同完成单片机控制流水灯系统的虚拟模型仿真，并达到上述效果。

（三）任务决策

分析工作任务6，讨论选择流水灯控制系统仿真的最佳软硬件设计方案和流程。

1.在Proteus软件中绘制流水灯系统的电路原理图，其设计关键在于AT89C52单片机I/O接口与LED的连接方式。

2.按照上述硬件电路的设计，在Keil软件中编制相应的C51流水灯控制程序，编译无误后生成.hex文件。

3.在Proteus软件中将生成的.hex文件下载至AT89C52单片机芯片中。

4.Keil与Proteus联合调试完成流水灯控制系统虚拟模型的仿真，达到和预期一致的效果。

（四）任务计划

1.分组讨论并归纳工作任务6涉及的知识和能力。

2.通过课件新授本任务所需用到的单片机C51语言中移位操作符、for()语句、库函数_crol_、带参数函数的应用、循环结构的设计方法等相关的知识：（1）for()语句延时的Keil软件示例；（2）移位操作库函数_crol_的Keil软件示例；（3）Keil与Proteus协同仿真的设置及仿真状态的示例。

3.制定小组的工作计划，明确工作任务的分工。学生按照工作任务实施的组织形式进行角色扮演，体验其实施的全过程。

（五）任务实施

根据工作任务的目标和计划，运用仿真软件模拟法分步进行工作任务实践的各个环节，完成流水灯控制系统仿真硬件、软件两部分的设计与软硬件的联合调试，并进行虚拟仿真系统的实时演示。

1.利用Proteus绘制流水灯控制系统的仿真电路。（1）将广告灯系统所需的元器件模型添加至对象选择器窗口，如：单片机AT89C52、红色发光二极管LED-RED、电阻RES、电容CAP、按键BUTTON、电解电容CAP-ELEC、晶振CRYSTAL；（2）放置电路元器件至图形编辑窗口，移动并调整方向；（3）编辑对象的属性，设置元器件的参数；（4）放置电源及接地符号；（5）元器件之间的合理布局与连线。

2.KeilC51程序的设计。步骤为：（1）画出流水灯控制系统的程序设计流程图；（2）在Keil软件中编制流水灯控制的C51源程序。

3.Keil与Proteus的联合调试与协同仿真。（1）在线联合仿真，即在Keil中调试运行程序，同时，在Proteus中观察实时仿真结果。（2）将Keil与Proteus二者结合起来，同时，观察程序的运行情况和当时硬件系统所处的状态，可以方便地查找系统设计中存在的软硬件错误；（3）学生在虚拟仿真系统中进行工作任务成果的实时演示；（4）师生共同探讨并优化工作任务实施的方案，在其间引入模块化程序设计的思想，即在不影响程序功能实现的情况下，可以把程序分成若干个功能独立的模块；（5）归纳、总结该工作任务实施中涉及的相关知识点和技能点：AT89C52单片机P1口的应用方法，C51程序循环结构的设计方法，C51语言中for()语句、循环左移库函数_crol_的应用，延时程序的一般编程方法。

（六）任务评价

工作任务评价的项目包括：基本知识技能水平评价、方案设计能力评价、任务实施过程评价、工作态度评价、团体合作能力评价、项目成果演示评价、项目报告的形成能力评价。工作任务评价的具体操作将从学生自评、协作者互评和教师评价三个层面进行。

（七）任务拓展

分组分工完成拓展的工作任务：多花样流水灯的虚拟仿真设计及实例演示。

（八）任务成果提交

学生各自完成工作任务报告的电子文档，包括分组工作计划、工作任务实施方案、Proteus仿真电路原理图的截图、KeilC51源程序代码等；同时，将Proteus仿真文件与Keil工程文件打包，运用屏幕录制软件screen2exe将仿真演示结果保存为可执行文件，作为每个工作任务的可视化成果。

综上所述，“单片机应用技术”课程的教学项目以工作任务的形式出现，模拟了行业企业实际工作岗位的工作过程，体现了五年制高职教育鲜明的工程性技术应用能力的培养特色。因此，本课程的教学实施模式应该坚持以工程性的思维方式与行动，引导学生自己动手完成工作任务，使学生通过工作任务的技能训练，学习相关的理论知识，从实践中积累单片机系统设计、调试、修改与完善的经验技巧，体验在工程实践中完成产品的开发应用过程。值得注意的是，教师应结合学生的项目完成情况和程序设计能力，在实际项目的实施进度和难度上进行适当的把握。

[1]葛金印，商联红.单片机控制项目训练教程[M].北京:高等教育出版社，2010.

[2]谢辉，陈立万，王悦善.“理实一体化”单片机课程项目导向型教学法的探索与实践——以重庆三峡学院为例[J].职教通讯，2011（16）：46-47.