高职单片机课程教学设计的探索

孔 亮 戴 剑

(武昌职业学院，湖北 武汉 430202)

1 单片机课程教学方法

单片机是一门理论性、实践性和综合性很强的学科，在我院机电一体化技术专业中其前续课程有电工电子技术、传感器技术等，后续课程有电气控制技术、可编程控制器应用技术等。单片机课程内容涉及到硬件、软件，是软硬件的有机结合。

单片机课程的教学目的是以51系列单片机为主体，使学生掌握单片机硬件结构、工作原理、典型外围接口等知识，掌握机电一体化技术专业所需要的单片机应用系统的设计方法，具备较好编程能力，有较强的单片机接口电路的应用分析能力和电子技术知识的实际应用能力。

以往的单片机课程教学，是从单片机的I/O、定时/计数器、中断、串口、通信系统化的进行，采用不同任务案例讲解单片机各种硬件资源，通过KeilC编程语言进行程序讲解。名称是项目化，但由于项目难易度没有控制好，使学生从一开始就感觉单片机很复杂、很难学。实际教学过程中学生也普遍反映单片机概念难理解、难掌握。再加之实践教学的训练度不够，随着课程的深入，学生普遍缺乏学习兴趣。

我院根据该课程的特点和专业培养目标对课程的要求，采用基于工作过程的项目化教学模式，以发光二极管的一系列显示状态为典型任务，通过教学做一体化在实践中学习单片机各种硬件资源、熟悉编程思路，达到单片机学习入门的要求。

同时，为加强学生工程实践能力的培养，每个任务设置了三个教学做一体化环节。

(1)首先在开发板或者实验台上进行硬件接线、电脑编程，进行软硬件的设计与调试。学习重点：熟悉硬件电路，完成程序设计与调试。

(2)然后采用单片机编程软件KEIL和仿真软件Protrus的设计与仿真调试。学习重点：掌握硬件电路设计，熟悉程序结构与编程语法。

(3)之后采用PCB设计软件Protel进行制板，完成硬件电路设计、优化。学习重点：熟悉实际工程项目实施，了解抗干扰、监控程序等实际工程需要考虑的问题。

表1 典型任务概述

通过以上三个各有侧重的反复训练，达到学生掌握单片机应用技术的教学目的。解决了学生概念不理解、学习兴趣不强、缺乏实践的教学困境。

2 单片机入门教学设计

俗话说得好“兴趣是最好的老师”。教师的任务不仅是传授知识,而且需要将学生很好地引入门，要让学生认知该课程的重要性与实用性，提高学生的学习兴趣，培养学生的自信心。让学生首先就要有兴趣、有信心去学好它，这将是整个课程学好的关键第一步。

把相应的知识点和实际应用结合起来，遇到一个问题时不直接给学生结论，而是通过一系列教学活动，让学生自己分析。这是一个不断探索的过程，是知识的迁移和升华的过程。教学的根本，就是课堂到底能够给学生什么？学生能得到什么？因而，在备课时应围绕“学生该得到什么？用什么方式帮助他们得到？这样的方式恰当吗？”来设计教学方案，真正做到“为学习而设计，为学习而教”。

教学设计是高效达成教学目标的关键，我院采用以发光二极管的一系列显示状态为典型任务作为单片机入门教学内容，通过三轮教学法，可以有效的使学生掌握单片机入门知识，培养学生学习兴趣，促进学生深入学习单片机技术知识。

表2 教学设计例子

2.1 单灯

(1)单片机开发板上电路都已集成，重点学习程序结构、程序的调试的步骤、方法。通过单灯实验了解一般单片机的程序结构，即头文件、预处理、函数，单片机的控制功能均是通过函数实现的。本例中，由于单片机内部I/O均为逻辑1，外部硬件电路中灯的两端均为高电平，灯是不亮的，只需将P0.0端口通过程序写0，即可导通电路，点亮单灯。基本实验完成后，提出新问题：点亮P0端口外接的多个灯。

(2)通过仿真软件Protrus的设计硬件电路，并调试程序。教学中可以让学生尝试任意IO口，同时，抛出新问题。这样直接通过I/O驱动的灯最多能接多少个？为后续涉及到串口、扩展芯片的内容做铺垫。

(3)设计PCB板，在单片机最小系统的基础上制作通用实验板，将I/O口全部引出。为后续试验做准备。(以下PCB设计均是在通用实验板上完成，故省略)

2.2 闪烁灯

(1)硬件电路与任务1相同，重点学习循环语句For的应用。本例中，重点是闪烁的实现，即延时程序的编写，由于还没有学习单片机内部定时器的应用，故目前采用循环程序的方式。通过多重循环，利用程序执行周期达到延时的目的。同时提出定时器概念，让学生预习相关内容。

(2)通过仿真软件Protrus的设计硬件电路，并调试程序。教学中可以让学生尝试不同的延时时间，掌握循环程序执行时间的计算。

2.3 状态灯

(1)硬件电路与任务1、2相同，重点学习条件判断语句If的应用和中断的应用。提出问题1，如何通过外部按键控制灯的亮或灭。可采用If语句进行判断按键是否按下，从而控制灯的状态。提出问题2，如何让常亮的灯通过按键控制变为闪烁灯。让学生利用已学内容通过If语句编写程序，深化程序逻辑上的理解。比较程序运行效果。

(2)通过仿真软件Protrus的设计硬件电路，并调试程序。讲解中断的概念，中断函数interrupt的应用。让学生尝试不同中断的控制功能，实现多种状态的切换。

2.4 红绿灯

(1)硬件电路为单灯扩展，在P0口通过串阻接8 个灯，重点学习多重判断语句Case的应用和定时器的应用。提出问题，如何实现南北向和东西向红绿灯的定时切换。利用Case语句设计程序。

(2)通过仿真软件Protrus的设计硬件电路，并调试程序。讲解定时器的概念，通过内部定时器中断进行时序控制。提出新问题，加入黄灯控制要求，让学生自行尝试设计程序。

2.5 彩灯

(1)重点学习扩展电路设计，并口、串口的概念以及数组的应用。回顾单灯、多灯项目设计，提出问题，彩灯的效果是如何实现的。利用数组将彩灯不同状态一一列出，并在主程序中通过循环函数一一调用。

(2)通过仿真软件Protrus的设计硬件电路，并调试程序。提出新问题，单片机有P0、P1、P2、P3四个输入输出接口，是否最多只能控制40个灯的显示呢？引出并口、串口的概念，讲解8255可编程并行I/O接口芯片、 74164串行输入并行输出移位寄存器在单片机扩展电路中的应用，讲解电子芯片DataSheet的使用方法。

2.6 控制灯

(1)重点学习单片机与单片机、单片机与计算机之间的通信以及Max232芯片的应用。提出问题，如何通过B单片机控制A单片机灯的显示。讲解通信的概念及典型应用。

(2)通过仿真软件Protrus的设计硬件电路，并调试程序。讲解上位机概念，工程项目的。

以上简述了以发光二极管的一系列显示状态为典型任务的教学设计，作为单片机入门内容在教学实践应用效果良好。通过循序渐进、不断深入扩展的知识学习，学生的学习积极性调动了起来，对后续繁琐、复杂的内容也不是非常排斥，达到了掌握单片机系统开发的技能。

3 总结

在单片机教学过程中，应采用各种不同的教学手段，结合使用情境引入、虚拟仿真、示范讲解等多种教学方法推动教学进程，激发学生的学习兴趣。学生是学习的主体，通过分组协作、自主探究、小组竞赛等教学组织方法，鼓励学生大胆尝试、不断实践，使学生在轻松的学习氛围中培养分析问题、解决问题的技能。

[1] 戴剑.现实一体化教学模式在单片机课程中的作用[J].现代商贸工业，2017，(17).

[2] 余智勇.单片机控制系统中软件抗干扰的作用[J].现代商贸工业，2017，(11).

[3] 张绘敏.高职单片机课程创新教学模式探索与实践[J].现代商贸工业，2016，(34).