在線仿真與實操結(jié)合單片機(jī)教學(xué)研究
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摘要:目前單片機(jī)已成為社會生產(chǎn)、工業(yè)控制、尖端武器、日常生活中最廣泛使用的計算機(jī)，對于學(xué)生和科技人員來說，學(xué)習(xí)和掌握單片機(jī)提出了更高的要求，所以在線仿真、實驗箱的使用在院校當(dāng)中得到廣泛使用，分析這兩種方式在教學(xué)當(dāng)中存在的一些現(xiàn)狀和問題，本文提出一種在線仿真與實操相結(jié)合的單片機(jī)教學(xué)方法，完成單片機(jī)項目驅(qū)動教學(xué)的全部過程。
關(guān)鍵詞:單片機(jī);在線仿真;實操訓(xùn)練
單片機(jī)一詞最初是源于“SingleChipMicrocomputer”，簡稱SCM，它的主要作用包括運(yùn)算和控制，單片機(jī)又稱為嵌入式微控制器，在智能儀表、工業(yè)控制、智能終端、家用電器等很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，單片機(jī)也成為各高校專業(yè)必修的的課程。學(xué)習(xí)掌握單片機(jī)對于學(xué)生來是相對困難的，因為單片機(jī)控制電路項目中包括硬件電路的設(shè)計與調(diào)試、軟件的程序設(shè)計，以及軟件和硬件結(jié)合問題。所以采用單個方式，或者部分方式，掌握起來相對因難。本文針對上述問題，提出一種結(jié)合方式，通過Keil、Proteus和萬能板器件電路實物，通過實物的練習(xí)，實物的調(diào)試，增加實操訓(xùn)練，提高掌握效率。
1單片機(jī)課程教學(xué)現(xiàn)狀
1．1單片機(jī)課程理論化
現(xiàn)有部分單片機(jī)開設(shè)課程理論化，只有理論的學(xué)習(xí)，缺少實操過程，或者是沒有虛擬的練習(xí)。因為單片機(jī)的特點，它是由硬件、硬件電路、軟件、軟件調(diào)試組合課程，并且涉及到單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)成，及內(nèi)部控制電路、運(yùn)算電路、存儲寄存器、軟件編程思想等內(nèi)容，所以，這樣會造成理論非常困難，成倍增加難度。不能滿足學(xué)習(xí)多樣需求，也達(dá)不到深入淺出的必要條件。
1．2單片機(jī)課程實踐單一化
這里單一化指的是實訓(xùn)只有虛擬，或者是只有實驗箱的實訓(xùn)過程。一定程度上解決了單片機(jī)學(xué)習(xí)困難的問題，將單片機(jī)項目化，模塊化。由于缺少實操部分，缺少了實物項目化，實物模塊化。少了工作為導(dǎo)向，少了項目的完整過程，還是有一定的難度，一定程度會減少學(xué)生的積極性，會形成以老師為主導(dǎo)，學(xué)生被動接受知識的現(xiàn)象。
1．3單片機(jī)項目內(nèi)容簡單化
由于缺少單片機(jī)實操部分，或是缺少單片機(jī)項目完整性。為了達(dá)到培養(yǎng)要求，降低項目難度，在項目選擇上，傾向挑選簡單的項目內(nèi)容，減少的項目豐富內(nèi)容，好的單片機(jī)項目，好的創(chuàng)新思想得不到實現(xiàn)。達(dá)不到人才培養(yǎng)的目的和目標(biāo)。
2在線仿真
Keil、Proteus在實驗教學(xué)當(dāng)中的應(yīng)用單片機(jī)是注重理論，也注重實踐的一門課程，也是綜合各學(xué)科的課程，完整的單片機(jī)實驗項目，需要涉及到各方面知識，其中包括:模擬與數(shù)字電路、Protel電路設(shè)計、匯編與單片機(jī)C語言編程、單片機(jī)接口設(shè)計、單片機(jī)通信顯示設(shè)計等。在項目實驗過程中，采用理論與實踐相結(jié)合的方式，實物與虛擬操作相對照的方式，通過理論指導(dǎo)實踐，達(dá)到明顯的提高效果，反過來虛擬操作增加興趣點，提高自信心。在線傳真包括如下三個步驟:
2．1單片機(jī)的理論
單片機(jī)理論學(xué)習(xí)必不可少，注重解析出教學(xué)內(nèi)容的重點、難點、易點，通過項目導(dǎo)向，任務(wù)驅(qū)動，內(nèi)容模塊化，項目化，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性、積極性，帶著問題、帶著疑問在實踐和實操過程中尋找答案。深入淺出的學(xué)習(xí)各部件的工作原理、軟件方面的編程思想。
2．2單片機(jī)
Protel電路設(shè)計通過工學(xué)結(jié)合，模擬工作過程，利用AD14設(shè)計軟件，設(shè)計繪制出單片機(jī)外圍電路原理圖，生成原理圖的網(wǎng)絡(luò)表，利用網(wǎng)絡(luò)表設(shè)計繪制PCB印刷電路板，通過原理圖和PCB的設(shè)計，加深了對模擬和數(shù)字電路認(rèn)識，以及項目設(shè)計中的各種設(shè)計規(guī)則，增加的項目設(shè)計的興趣點，減少了單片機(jī)外圍電路設(shè)計的困難點。
2．3單片機(jī)
Proteus在線仿真利用Keil和Proteus仿真單片機(jī)開發(fā)過程，提高單片機(jī)的開發(fā)清晰度，減少單片機(jī)開發(fā)時間，提高開發(fā)效率。Keil開發(fā)單片機(jī)C程序，編譯和鏈接，生成．hex文件，可以熟練掌握編程思想和編程方法。通過Proteus下載．hex文件，模擬單片機(jī)程序的燒寫，Proteus搭建單片機(jī)電路和外圍電路等，通過搭建好的電路上運(yùn)行燒寫的程序，運(yùn)行結(jié)果反映出程序編程的效果，方便找開發(fā)程序的漏洞，提高了程序調(diào)試能力。
3搭建單片機(jī)實物電路實操過程
3．1PCB萬能板搭建
前述提到Protel電路設(shè)計，設(shè)計出PCB印刷電路，開發(fā)出PCB電路板，焊接PCB電路板單片機(jī)所有器件，包括單片機(jī)常用的晶振電路、電源電路、接口電路、I2C電路、顯示電路、驅(qū)動電路等。實物焊接進(jìn)一步促進(jìn)掌握單片機(jī)電路各器件的工作原理、理論參數(shù)、連接方式、電磁兼容、電路布局和布線等知識。有助于減少單片機(jī)理論知識枯燥性，和提高對整體項目的把控。如下圖所示:
3．2焊接電路工具實操
單片機(jī)焊接時涉及到各種的工具，其中包括電烙鐵、萬能表、示波器、吸槍等，焊接工具的使用進(jìn)一步提高了對器件融通，增強(qiáng)了對器件參數(shù)理解，能幫助理解掌握各器件的特性、參數(shù)指標(biāo)，通過工具的實測得到的值后了解各部件的工作原理及運(yùn)行過程。通過實操的練習(xí)增加了對單片機(jī)的樂趣，打通了單片機(jī)理論與仿真到項目實戰(zhàn)的最后一步的問題。
3．3單片機(jī)項目運(yùn)行
單片機(jī)課程項目化、模塊化，以項目為導(dǎo)向，提供一整套的搭建、編程、燒錄、調(diào)試的工作過程。單片機(jī)萬能板電路、單片機(jī)．hex開發(fā)程序、單片機(jī)燒錄程序STC、單片機(jī)燒錄終端等，運(yùn)行步驟如下:(1)計算機(jī)操作系統(tǒng)與單片機(jī)燒錄終端連接;(2)運(yùn)行STC燒錄程序，為單片機(jī)燒錄．hex程序;(3)安裝燒錄好的單片機(jī);(4)單片機(jī)項目上電運(yùn)行;(5)項目測試。此方法運(yùn)用了案例教學(xué)、項目驅(qū)動、產(chǎn)教融合等方法，相對較好的解決了單片機(jī)硬件電路的設(shè)計與調(diào)試、枯燥語言程序設(shè)計的兩大難題，為學(xué)生提供了范例，適應(yīng)了單片機(jī)教學(xué)需求，達(dá)到了以學(xué)生為中心，老師為輔導(dǎo)，調(diào)動了學(xué)生的積極性，有助于進(jìn)一步增加學(xué)習(xí)的動力。
4結(jié)語
單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)是一項新型的軟硬件工程技術(shù)，其是學(xué)生們覺得最難學(xué)的課程之一，涉及到硬件的各科知識，也涉及到高級語言編程，一定程序上增加的課程的難度，為了更好的學(xué)習(xí)好單片機(jī)這們課程，采用理論、仿真、實操結(jié)合的方式，運(yùn)用多種教學(xué)方法，實現(xiàn)難點簡單化、問題直觀化，重點切入。增加課堂的趣味，調(diào)動了學(xué)生主觀能動，提高了積極性和動手能力，在一定程度上提高了學(xué)生的自信心，達(dá)到了培養(yǎng)要求。
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作者：雷福寶 孟臘梅 高娜 單位：廊坊燕京職業(yè)技術(shù)學(xué)院
