多软件辅助单片机课程探究

朱铁欣 颜丙学

摘 要：对于机械电子工程、机电一体化等电气、电子类专业而言，“单片机原理与应用”课程是一门不可或缺的必修基础课程；而对于计算机、材料及控制工程等其他工学类专业而言，“单片机原理与应用”课程也是一门选修基础课程。但这门课程是一个需要理论联系实际和动手操作的课程，它的实际应用是一个不可或缺的部分。目前，各级各类学校都对网络线上教学进行了探索和实践。在这门课程的授课过程当中，在线下教学时，采用理论讲授配合软件仿真的形式；在线上教学时，配合使用超星泛雅、腾讯会议等线上教学软件，结合Keil软件以及Proteus软件进行仿真分析。这样的教学形式使部分教学不会受到时间和空间的限制，学生的学习能够达到一个比较理想的效果。本文以一堂单片机课为例，介绍了如何采用线上线下相结合的授课方式进行授课，并对整个课程结束后的学生线上教学的参与度、随堂练习的完成情况等各项指标进行分析，并结合线下教学情况以及期末考试的结果，分析了整个课程授课效果，相较于传统单一理论教学方式，其效果更加理想。

关键词：线上教学；单片机实验；超星泛雅；Keil；Proteus仿真

Exploration of Multi Software Assisted Microcontroller Course

Zhu Tiexin1 Yan Bingxue2

1.Zhongyuan Institute Of Science And Technology HenanXuchang 461000；

2.Xuji Electric Co.，Ltd. HenanXuchang 461000

Abstract：For electrical and electronic majors such as mechanical and electronic engineering and mechatronics integration，the course "Principles and Applications of Microcontrollers" is an indispensable compulsory basic course；For other engineering majors such as computer science，materials and control engineering，the course "Principles and Applications of Microcontrollers" is also an elective basic course.But this course is a course that requires combining theory with practice and handson operation，and its practical application is an indispensable part.Since the COVID19 epidemic，schools at all levels and in all types have explored and practiced online teaching.During the teaching process of this course，theoretical teaching combined with software simulation is used for offline teaching；When teaching online，use online teaching software such as Chaoxing Fanya and Tencent Meeting in conjunction with Keil software and Proteus software for simulation analysis.This teaching form ensures that some teaching is not limited by time and space，and students' learning can achieve a relatively ideal effect.This article takes a microcontroller class as an example to introduce how to use a combination of online and offline teaching methods for teaching.It analyzes various indicators such as students' participation in online teaching and the completion of classroom exercises after the entire course is completed.Combined with the offline teaching situation and the results of the final exam，the teaching effect of the entire course is analyzed.Compared to traditional single theory teaching methods，the effect is more ideal.

Keywords：Online teaching；Microcontroller Experiment；Chaoxing；Keil；proteus simulation

单片机是计算机技术、大规模集成电路技术和控制技术的综合产物，经过几十年的发展历程，其应用已经十分广泛和深入。“单片机原理与应用”是一门面向应用的、具有很强实践性与综合性的课程。通过本门课程的学习，能够改善学生的知识结构，使其获得利用单片机解决某些工程技术问题所需的知识，为利用单片机实现电气控制、过程控制、信息处理和管理等应用奠定必要的基础，获得相关领域内应用单片机的初步能力。单片机课程主要包括其结构和原理、指令系统、程序设计、人机接口技术、中断系统及定时计数器以及串行口等内容。这些内容如果只是纯理论的讲解，对于学习者来说比较抽象，晦涩难懂，所以需要结合具体的实际应用加以理解。线下教学对于单片机课程线上教学的探索依旧具有十分重要的意义。本文所研究的多种软件辅助教学的教学方法，无论对于线上教学还是线下教学，都有十分重要的意义。

一、单片机课程主要内容

“单片机原理与应用”课程的目的，就是要通过对微控制技术（单片机技术）的学习，掌握常用单片机的工作原理，能够设计简单的接口电路，并结合已掌握的电子技术和控制技术等相关知识，学习微控制系统基本的分析、设计方法，使学生初步具备自动控制设计及解决问题的思想。在本门课程中，系统讲述了单片机的发展过程、特点以及应用领域；经典系列单片机80C51的内部结构、引脚功能以及单片机的最小系统。了解了单片机的基础知识之后，在人机接口技术中，介绍了LED、数码管、蜂鸣器、独立按键、键盘以及LCD的接口技术；最后介绍了单片机的中断系统以及定时/计数器的使用。通过对上述内容的学习，学生可以自主完成难度适中的课程设计，同时为学生的毕业设计以及日后工作中的应用打下坚实的基础。

二、多软件辅助单片机教学

Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其他EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是比较好的仿真单片机及外围器件的工具，很多单片机爱好者和从事单片机教学的教师还有致力于单片机开发应用的科技工作者都很青睐此软件。从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。单片机的大部分相关实验都可以通过这一软件来进行仿真分析。

以最简单的流水灯实验为例，在应用Proteus软件完成实验的情况。首先，根据所学的电路以及单片机等相关知识，设计实现流水灯的硬件原理图。其次，根据原理图绘制出仿真电路图，然后根据实验要求的流水灯的花样效果要求，按照所学的计算机语言（如汇编语言）的语法规则，带领学生完成对应程序的编写。最后，将写好的程序进行编译查错并进行程序加载，观察实验现象是否与预想一致，并将不一致的地方加以修改完善。绘制电路图时，首先打开绘图界面，在元器件库里找到所需要的电源、地、电容、电阻、晶振、LED灯以及89C51单片机，然后布置好位置，连线并设置参数。这一绘图过程不仅能帮助学生再次查验最初设计的硬件电路有无错误，有无缺陷，还能够帮助学生熟悉电气元器件在电路图当中的画法，并锻炼学生的实际操作能力。但Proteus软件只支持使用汇编语言进行编程。在使用汇编语言进行编程时，先逐步地给学生演示及讲解每一个语句的用法及注意事项，带领学生完成程序的编写，然后由学生按照自己的思路和想法，设计算法并完成程序的编写。在运行过程中，除了直观地从电路图当中看到实验现象以外，还可以使用Proteus的单步运行功能，调出相应窗口进行分析，可以清晰地看到每一步运行之后对应寄存器等内容的变化，更有利于学生对于程序内容的理解。仿真成功后，也可将程序加载到实物进行实验。

现如今，在单片机的使用过程当中，用C语言进行编程的应用也是非常之多的。但由于上述提到的Proteus软件只能使用汇编语言进行编程，那我们在没有实物的情况下，如何直观地看到实验现象呢？这时可以采用Proteus软件与Keil软件相结合的形式。

μVision集成开发软件是Keil公司的产品，它集编辑、编译（或汇编）、仿真调试等功能于一体，具有当代典型嵌入式处理开发的典型界面。目前常用的版本是μVision4。它支持数百种嵌入式处理器（包括80C51系列、非80C51系列的多种单片机以及ARM处理器等芯片）开发，可以用汇编程序及C51语言编程。在完成应用程序实践时，需要先建立工程，用鼠标单击Project菜单的下拉选项New μVision Project，在弹出的窗口中输入准备建立的工程文件名。然后添加相应的程序。最后进行编译及仿真调试。此时，若需要在电路图中直观地看到实验现象，可以在编译之后，生成后缀名为.HEX的可执行文件，然后在Proteus软件的电路图中，通过单片机芯片直接添加此.HEX文件，然后运行，这样就可以实现在仅支持汇编语言编程的Proteus软件中导入使用Keil软件用C语言所编写的程序，看到实验现象。

若是用实物完成上述实验，一般需要CPU芯片、LED灯、连接线、七段数码管以及洞洞板等实验设备。在设计好电路之后，需要按照设计图对元器件进行布局以及焊接，焊接之后，如若硬件电路没有问题，可将编写好的程序，通过烧录软件，烧录到单片机中，并运行观察结果，根据结果修改程序。这一过程若采用线下教学，首先，教师演示时可能会有部分同学观察不清楚的情况。其次，整个焊接过程元器件较多，注意事项较多，学生仅观摩学习一次，可能会出现遗忘和遗漏知识点的问题。

若采用线上教学，可通过拍摄视频或者在线直播的方式使用实物进行教学。同时可以配合使用腾讯会议、超星泛雅及EV录屏等多种软件保证授课过程的顺利有效进行充分地将一堂实验课优质地完成。

腾讯会议软件提供实时共享屏幕、支持在线文档协作。学习通是一款集移动教学、移动学习、移动阅读、移动社交为一体的免费应用程序［1］。EV录屏软件是一款非常好用的桌面视频录制软件，这款软件可以帮助用户轻松地录制电脑屏幕，并且功能全免费无水印，是一款非常好用的桌面视频录制软件。以上三种软件都是近些年各大学校线上教学过程中的常用软件。

线上教学过程主要分为直播和录播两种形式［2］，为了达到良好的线上授课效果，每节课课前，教师可先将本节课所需理论知识的word文本、PPT、网络视频等相关资料通过超星泛雅（学习通）课程站点，加入对应位置，并告知学生查看位置及方法，请同学提前预习。在课程站点中，提前将学生班级建好，并将所有学生加入班级。在上课开始时，通过签到功能，代替线下课程的课程点名，已了解学生的出勤情况，未按时出勤的同学，通过微信或电话等方式及时了解情况。这一过程能够缩短了解学生情况所需要的时间，并能够使每一位学生再次注意到已经开始上课。授课过程使用直播功能进行知识讲授，并在授课过程中，与学生在线互动，增加学生的课堂参与度。在每个小知识点讲解之后，还可以使用超星泛雅的随堂练习等功能，检查每位同学的学习情况［35］。学生也可以在上课及时对课程当中遇到的问题进行提问和反馈，教师可以根据学生反馈以及随堂练习的情况，及时调整授课内容。课程讲授完毕之后，开放课程回放功能，使学生可以在课下重新观看上课时未了解清晰或遗忘的内容。授课结束后，使用EV录屏，将本小节的重点知识，以及授课过程当中发现的一些学生理解起来相对较难的知识点，进行更加细致的讲解，并进行屏幕录制，将重点知识的视频送给学生，以便学生更加详尽地进行学习。最后通过超星泛雅发布课后作业，对于选择或判断等客观题目，系统可以自动进行批改，对于简答或程序设计题目，学生可以以word或图片等各种方式提交答案。在完成课程教学之后，可以使用直播的功能，对整个教学过程中学生的参与情况以及学习效果进行统计和分析，例如，每个学生对任务点的学习次数以及学习时长，随堂测验完成及得分情况，课堂讨论的参与程度以及作业的提交情况等。下图为单片机课程超星学习通互动内容，根据对各部分内容的统计和分析，可以清晰地查看学生的学习状况，各部分章节的学习进度，各个知识点的掌握情况等，通过对这些内容以及数据的直观分析，可以根据分析结果，适当地对教学内容、教学方法以及教学进度等进行更加合理的优化和调整。

结语

随着科学技术的发展，各个学科课程都涌现出各种各样的相关教学辅助软件，线上线下相结合的教学方式也已经成为常见的一种教学手段。实践证明，对于单片机课程而言，使用多种软件辅助的教学方式，可以取得更加理想的教学效果。不仅能够提高教学效率优化教学效果，多元化的教学方式还能够提高学生学习的兴趣，使更多的学生能够积极主动地进行学习，使课程能够在有限的时间内发挥最大的作用。

参考文献：

［1］滢超，翟天林，李听.基于超星学习通的土地利用规划学课程混合式教学实践［J］.河南教育（高等教育），2022（11）：7980.

［2］唐守强，黄蓉.基于网络的“单片机课程”线上线下融合式教学方法探索［J］.科学世界，2022（1）：7879.

［3］贺宇涛，贾宁.大学英语混合式教学模式研究与实践：以“超星学习通”教学平台为例［J］.石家庄学院学报，2022（2）.

［4］陈桂蓉，李俊.线上线下混合教学模式在C语言教学中的应用［J］.科技风，2021（11）：3031.

［5］邓广福.单片机课程教学模式探索［J］.职业时空，2011，7（08）：106107.

［6］Zhu Tiexin，Yan Bingxue.Analysis on Online Teaching of Microcontroller Experiment Course［J］.Adult and Higher Education，Volume 5，Issue 13.2023.

作者简介：朱铁欣（1990— ），女，汉族，黑龙江人，硕士研究生，助理工程师，研究方向：电气；颜丙学（1989— ），男，汉族，黑龙江人，本科，中级工程师。