三本院校单片机课程教学新模式的探索

刘秀敏 韩晓燕 张新英

中原工学院信息商务学院 河南郑州 450007



三本院校单片机课程教学新模式的探索

刘秀敏 韩晓燕 张新英

中原工学院信息商务学院 河南郑州 450007

摘 要：针对三本院校目前单片机课程教学中所存在的问题，提出项目式的教学新模式，同时把Proteus和Keil C仿真软件引入到单片机课程教学中来。实践证明能锻炼学生软硬件综合应用能力，起到良好的教学效果。

关键词：单片机；项目式；新模式

作为三本院校，我们注重应用技术型人才的培养。本院学生历年来参加全国电子大赛，赛题中几乎每道题都牵涉到单片机的控制问题。而且近几年单片机以其体积小、性价比高、功能强、可靠性高等特点，在工业控制、通信技术、智能仪器仪表、家用电器等领域中得到了广泛的应用。所以单片机应用及接口技术作为一门实践性很强的课程，被列为测控、自动化等电子类专业的重要专业课。

1 单片机课程教学现状

单片机应用与接口技术是一门实践性强且较为抽象的课程。对于这样一门课程，教师在课堂教学过程中多采用传统的灌输式授课模式，目前该课程在本院的教学现状归纳有如下几点：

（1）单片机课程内容多，课时少，且大多采用课堂理论教学为主，实验为辅，缺乏一些生动直观的辅助手段，使学生觉得单片机的学习乏味，使得教学效果不理想。

（2）本院所设的单片机实验箱是封闭的，做实验时只需在外部连接几根线即可，不能看到内部结构、难以理解硬件原理。硬件的固定化，则使得软件编程部分程序的单一化，只需根据参考程序，进行简单修改、调试后查看结果即可，多是验证性实验。学生无法将软硬件有效的结合学习，从而造成知识点掌握应用情况较差，无法实现理论和实践的相融合［1］。

（3）本院实验课时有限，使得实验设备功能出现闲置；另外随着电子元件的老化和接触不良，会造成实验箱工作不正常，加上电子设备更新换代较快，也造成了设备维修的难度。

（4）单片机实验箱套数有限，不能保证人手一套，这样实验课对于有些学生来说并没有起到真正的锻炼目的，且课外时间学生难有机会实践，这样限制了学生动手能力的提高［2］。

因此，针对这些问题，本文提出利用Proteus和Keil C连调进行单片机的软硬件仿真，充分调动学生的学习积极性，为三本院校单片机课程提出新的教学模式。

2 单片机课程教学新模式

2.1 单片机理论教学新模式

针对单片机课程知识点较多，学时量有限的前提，我们提出项目式的教学模式，即每章围绕一个项目展开，结合本章知识点构思项目实例［3］，利用Proteus和Keil C设计电路和编写程序，通过仿真实现项目功能。让学生直观地看到动态效果，激发学习兴趣。

为了学生易于接受，按照知识点的难易程度，我们将教学内容以时间先后设置为LED灯闪烁、流水灯、动态数码管显示、键盘控制、中断系统、60s定时器、串行通信、单片机接口技术等8个项目［4］，每个项目依据具体情况分配2～4个学时来完成。每个项目所讲主要知识点及学时分配见表1。

表1 项目知识点及学时分配

在课堂上教师要先讲每个项目的分析、设计和仿真及调试，基于该项目的延伸靠学生课后自己去分析、设计和仿真。对项目分析时我们得把项目涉及的硬件和软件知识逐一的讲透彻，以便学生在以后能灵活运用。比如遇到有关的芯片，需要教会学生怎么看芯片资料，像时序图、引脚说明及如何控制这些引脚等。这对于三本院校电类的学生来说是至关重要的，只要会看引脚图和时序图，就知道如何去控制它，那么学生的动手能力和创新能力自然而然就得到提高了。

2.2 单片机实践教学新模式

单片机实践教学中实验内容一般是对理论知识的验证，往往是预先由教师设计好相应的实验题目，由学生照本宣科地重复，完成实验内容。这种实验方法在一定程度上可以帮助学生熟悉单片机软硬件开发环境，但不利于培养学生的动手能力和工程应用能力，容易造成学生“眼高手低”，以至于在毕业设计中无法完成工程实际应用型课题。

较之前实践教学的不足，我们进行了实践教学改革。把实验内容分为基础性实验、设计性实验和综合性实验［5］。基础性实验主要是让学生熟悉单片机基本知识，多数为验证性实验。设计性实验主要是实验指导书只给出实验任务书，学生必须根据实验要求独立设计实验原理图和程序，在Proteus仿真软件里进行调试仿真，鼓励学生自行设计实验。综合性实验一般安排在课程结束后的课程设计环节进行，给学生一些单片机应用系统的题目，如电子钟、温度计等，让学生任选其一自行设计开发，并做出实物，锻炼其动手解决实际问题的能力。最后，我们把每个已完成的题目，从实验题目的提出，到实物的完成，把其每步都详细的记录，做成案例，实现案例教学，呈现给每位学生，做到“授之以渔”。

3 基于Proteus和Keil C的教学实例应用

3.1 Proteus和Keil C软件介绍

Proteus是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析（SPICE）各种模拟器件和集成电路，是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。该软件支持主流单片机系统的仿真；提供软件调试功能，同时支持第三方的软件编译和调试环境［6］，如Keil C51 uVision2等软件；具有强大的原理图绘制功能。

Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。它支持众多不同公司的MCS-51架构的芯片，集编辑、编译、仿真等于一体，同时Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面，易学易用，在调试程序、软件方面也有很强大的功能。

将Proteus软件与Keil μVision软件联合使用可以获得接近全真环境下的单片机系统设计。

3.2 实践教学举例

以项目5单片机的中断系统知识点为依托，用AT89C51单片机设计实现一个两级中断嵌套的实例。

3.2.1 设计要求

AT89C51单片机的P1.6口连接一个发光二极管D1，P2口上连接一位共阴极的LED数码管，两个外部中断引脚INT0，INT1分别连接两个按键key1，key2，要求key1优先级为低，key2优先级为高，key1按键按压一次发光二极管D1闪烁5次，key2按键按压一次数码管从0循环显示到F。led发光二极管初始状态为灭，数码管初始状态为黑屏。结合要求，利用Proteus软件绘制原理图，如图1所示。

图1 两级中断嵌套实验原理图

3.2.2 Keil C软件编写程序

打开Keil uVision2软件，创建一个新工程，命名为zdqt，进入Select Device for Target ‘Target 1’对话框，为工程选择目标CPU，选择AT89C51，然后新建一个源文件，命名为zdqt.c，并将该源文件加载到工程zdqt中，最后选择Project下的options for target ‘Target 1’，打开对话框，选择“Output”选项卡，在 “Creat HEX File”选项前打钩，按“确定”退出，这样生成的HEX文件就可以被单片机执行了。

在源文件中输入C语言的源程序，进行编译，效果图如图2所示。

图2 源程序编译效果图

3.2.3 Proteus软件硬件仿真

打开在Proteus软件中已设计好的原理图，双击80C51单片机，单击program file项后的文件夹，找到zdqt.hex文件，单击ok，将源程序加载到单片机中，就可以对单片机二级中断嵌套系统进行软硬件相结合的调试仿真。当按下key1键一次产生低优先级的外部中断1中断请求信号，D1灯开始亮灭，在外部中断1服务子程序未执行结束之前，再按下key2键一次，产生高优先级的外部中断2中断请求信号，根据高优先级的中断请求可以打断正在执行的低优先级中断的原则，点亮数码管显示从0到F字符，运行效果图如图3所示。

图3 两级中断嵌套实验运行图

通过该设计，可以直观的让学生看到中断的效果以及高优先级与低优先级中断源的响应，加深其对中断系统的理解。

4 教学新模式效果

该教学新模式经过在本院一学期的教学实践，效果良好。归纳下来有以下几点：

（1）课堂上改变了传统的灌输式教育，而是先讲知识点，再仿真演示，让学生直观地看到知识点应用成果，无形中调动了学生学习的积极性；

（2）程序调试和验证不再局限在实验室里，学生电脑上只要有Proteus和Keil两款软件随时随地都可完成，使学生学习起来更加灵活便利；

（3）克服了实验箱实验项目固定的缺陷，这样能够让学生最大程度的发挥自主学习兴趣。

5 结束语

本文提出项目式的教学模式，同时把Proteus和Keil仿真软件引入到单片机课程教学中来，能够很好地将理论学习和实践操作完美地结合在一起，让学生在趣味性强的仿真演示中掌握单片机系统的原理及应用。

参考文献

［1］王海华.基于Proteus和Keil的单片机实验教学探究［J］.科技信息，2009（3）:35-36.

［2］郭玉，李彦梅.Proteus在《单片机》课程教学中的应用研究［J］.安庆师范学院学报:自然科学版，2010，16（3）:121-123.

［3］李新领，武翠茹.基于Proteus的单片机课程教育模式探索［J］.石家庄职业技术学院学报，2010，22（6）:66-68.

［4］刘爱荣.51单片机应用技术（C语言版）［M］.重庆:重庆大学出版社，2015.

［5］李美莲.对三本院校单片机教学改革的探讨［J］.赤峰学院学报:自然科学版，2013（18）:200-201.

［6］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.

Exploration on the New Mode of SCM Course for Independent College

Liu Xiumin， Han Xiaoyan， Zhang Xinying
College of Information & Business， Zhongyuan University of Technology， Zhengzhou， 450007， China

Abstract:In view of the existed problems in the course teaching of single chip microcomputer at the independent college，this paper proposes a new mode of project-based teaching，and introduces the Proteus and Keil C simulation software to the teaching of SCM. It is proved that it can exercise the students' comprehensive ability of soft and hardware， and can have good teaching effects.

Key words:single chip microcomputer； project-based； new mode

收稿日期：2015-11-16

作者简介：刘秀敏，硕士，讲师。韩晓燕，硕士，讲师。