單片機課程仿真案例教學改革思路

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摘要：針對高等院校單片機課程教學存在的問題進行研究，提出了單片機課程仿真案例教學為主導的教學改革方案，主要進行了單片機案例的確定、單片機案例教學的實施步驟和單片機案例教學的考核等研究。經過實際教學驗證，該教學改革模式提高了學生的單片機實際應用能力，對學生參加電子競賽具有較大幫助。

關鍵詞：單片機；仿真；案例教學；教學改革；電子競賽

單片機是一門綜合性、實踐性極強的課程。單片機的概念多、專有名詞多、內容抽象、指令豐富，且軟、硬件發展很快，新器件不斷，故相當多的學生在學習單片機時感到郁悶，實際使用不知如何下手，不能真正掌握單片機技術。因此，如何安排教學內容，使學生既能了解新技術又能對單片機的應用技術融會貫通；如何設計教學方法，激發學生的學習興趣，真正理解和掌握單片機技術，是在單片機教學中需要解決的問題。針對教學對象的特點和課程特點，我們提出了“案例教學”的教學理念，以達到創新人才的培養效果[1]。

一、單片機教學的現狀和存在的問題

（一）傳統的理論教學環節

教師上理論課時，先講述單片機的理論知識，如講述單片機的概述與發展，單片機的內部結構，指令系統及I/O接口電路，而講述單片機實例的課時比較少，達不到理想的效果，并且學生在學理論知識時，只是處于被動接受知識的一方，調動不了學生的主觀能動性，學生對單片機知識的學習會感到很盲目，從而對這門課程產生不了很大的興趣。

（二）傳統的教學實踐環節

教學實踐環節分為實驗教學環節和課程設計環節兩部分。實驗教學環節一般采取單片機實驗箱，學生做實驗時根據實驗連線步驟連接好硬件電路，下載現有的實驗程序，得出實驗結果，一般只能起一個驗證過程的作用，學生缺乏對整體電路的設計，也缺乏修改硬件電路和軟件程序的機會，從而不能真正鍛煉學生的動手實踐能力。課程設計環節，對于設計一個單片機應用系統，要涉及到很多的單片機的專業知識，很多同學只是在網上下載一些實例，按照資料設計硬件電路圖，復制其程序生成HEX文件，然后聯調就基本仿真通過。如果要求他們改變或增加一些功能設計，很多同學基本完成不好，主要原因是他們還沒有基本沒有搞懂對應的知識。

二、單片機課程仿真案例教學的實施

（一）單片機案例教學簡介

單片機案例教學就是將單片機課程所要求掌握的基本知識點、基本原理和方法都溶入到包含這些原理的實際項目例子的討論與講解之中，基于項目開發的過程來組織教學內容[2]。

（二）單片機案例確定

經過教研室教師對單片機案例進行設計，將單片機的基本知識點都包含到以下幾個案例中。單片機案例從難易程度暫分為三個階段，分別為第一階段、第二階段和第三階段。第一階段為初級階段，基本掌握單片機的I/O口的使用，學生比較容易掌握，而且容易提高學生的興趣。第二階段為中等難度階段，需要掌握單片機與各常用接口電路的應用。第三階段比較難，涉及到的傳感器驅動程序比較復雜。

（三）單片機課程仿真案例具體實施

1.教師進行具體案例任務的確定，并確定相應的單片機知識點，針對各個具體的案例，老師進行設問。同時，課前將下一堂課的案例材料發給學生，要求學生熟悉每一個案例的材料，針對設計的問題進行分小組思考和探討。

2.在課堂教學組織方式上，每次教學過程均圍繞一個案例進行各教學環節的組織，以任務目標為主線，結合相應案例對各相關知識點和技能點進行講解，引導學生思考并提出相應的解決方案，激發學生的主觀能動性和創新能力，學生在學習過程中以小組為單位，每組針對任務和要求進行分析，并對實現的方案、硬件電路和軟件功能設計。最后，由老師進行總結和評價，指出案例所涉及的理論知識及其應用方法，就學生提出的問題進行解答[3，4]。

3.將實踐教學環節溶入課堂教學，學生實踐環節以課堂教學任務為對象，利用PROTEUS仿真軟件繪制硬件電路圖，用KeilC軟件進行軟件程序的編寫，然后進行聯合仿真調試。教師對學生調試過程中的重點、難點以及學生操作過程存在的問題進行實時點評，并要求學生在已經實現的硬件電路和程序的基礎上，進行適當修改。

4.具體仿真案例教學的舉例———交通燈案例分析。

第一，確定具體任務和要求：設置東南西北四個方向紅、綠、黃共12個（或者6個，其中東西一組，南北一組）LED信號指示燈，南北方向的綠燈亮27秒，黃燈閃爍3秒，東西方向的紅燈亮30秒，然后南北方向紅燈亮30秒，東西方向綠燈亮27秒，黃燈閃爍3秒，依次循環，數碼管倒計時顯示，當出現緊急情況時，四個方向交通燈全部為紅燈。要求利用并行接口芯片8255擴展設計相應的硬件電路、軟件流程圖和程序。

第二，確定交通燈案例的相關單片機知識點為：并行I/O接口芯片與單片機的接口電路設計，以及其相應的8255的驅動程序，定時器和中斷程序，數碼顯示電路和按鍵電路驅動程序等。

第三，針對交通燈案例老師準備的問題：問題1：為什么設計黃燈和黃燈閃爍如何實現？問題2：倒計時1秒應該如何實現？問題3：緊急情況用什么來實現？單片機交通燈仿真圖如圖1所示。圖1中南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮。P1口提供南北方向的段碼，P2口提供東西方向的段碼，P3.0-P3.3分別提供南北方向和東西方向數碼管的位碼，P0.0-P0.5分別提供6組交通指示燈。

三、單片機課程仿真案例教學的考核

單片機案例教學考核方法是課程教學的最后環節，它直接檢驗單片機教學的效果。隨著教育教學改革的不斷深入，變應試教育為素質教育，《單片機原理及應用》的考核應注重考核學生的實踐和創新能力，該課程的考核一般采取開卷考試、實驗成績和平時成績相結合的方式進行考核。其中平時成績占20%，主要包括學生的考勤、作業、隨堂測試以及課堂表現和回答老師的提問情況等。實驗成績占30%，主要考查學生的硬件電路的設計和軟件編程能力，在完成基本的實驗任務時，然后根據思考部分的提問進行相應硬件電路和軟件程序的修改。開卷成績考試占50%，主要考查學生單片機理論知識、單片機接口電路設計和軟件編程。

四、結束語

文章針對傳統單片機教學過程中存在的不足提出了單片機案例教學方法，將單片機的理論知識融入到實際的案例中去，在講述案例的同時插入理論知識的講解，這樣充分調動了學生的學習興趣，增強了學生對單片機的綜合應用能力。基于單片機案例教學已取得了較好的效果，對學生參加各類電子設計競賽和畢業論文設計具有較大幫助。

參考文獻

[1]孫軍業.案例教學[M].天津：天津教育出版社，2004.

[2]陳錕.單片機課程案例教學的思考與探討[J].中南民族大學學報，2008（27）：10-12.

[3]李冰.單片機課程的項目化教學改革與實踐[J].實驗室科學，2014（17）：101-103.

[4]陸旭明,繆建華.項目化課程教學改革探索[J].江蘇技術師范學院學報，2010（3）：79-84.

作者：彭建英 郭杰榮 劉長青 姚亮 單位：湖南文理學院