摘要本文主要介绍以项目教学法完成单片机课程教学。同时采用Proteus单片机仿真软件设计各实验,弥补教学设备的不足,更深刻地掌握单片机的抽象的理论,激发学生学习的主动性和积极性。
关键词单片机课改项目教学法Proteus仿真
中图分类号:G420文献标识码:A
随着微电子技术和计算机技术的紧密结合,使工业控制与自动化向集成化、智能化方向发展,单片机系统的开发应用给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。如今,《单片机原理及应用》已成为大多数工科专业的必修课程之一。
1 课程改革理念
1.1教学现状
目前该课程授课形式比较单一,一般是采用在课程设置上增加实验环节,并适当辅以多媒体进行教学,来提高教学效率,效果不是很明显。在教学方式上仍然是以教师为主体,以教材章节顺序为教学进程,先讲单片机概论、硬件;再讲指令、语句、流程图,最后举几个开发应用实例。由于与实践的脱节,就越听越糊涂。面对这样的现状,课程教学改革势在必行。
1.2课程设计理念与思路
课程课改是以实训项目为中心带动课程内容全面展开,采用“感性认识—实践—再认识—理论分析”的模式,在项目的开始先进行具体实物的实验演示,根据项目的演示讲解相关的理论知识点;学生再进行实践制作,在实践中验证理论知识和总结出若干结论,然后再用理论知识分析实验的结论;通过采用边讲授边实践的方式让学生有较好的感性认识,通过感性认识增强学生的理论分析能力。同时通过学生对各模块的深刻掌握,最后进行综合实训项目的设计,使学生具备单片机产品设计开发能力。
笔者在尝试过程中存在以下问题:(1)由于需要学生自己制电路板,在上课时间调试程序的时候经常出现实验电路板虚焊、或者电路焊接错误等原因而占用大量时间,导致最后调试和结论的时间变少;但另一方面,由于出现的错误,使学生能够观察到不同的现象,对硬件电路的了解也更深刻。(2)实验设备的缺乏:目前硬件仿真嵌入式微处理器的实验设备为伟福调试仿真器,但是数量太少,基本上是4-5个学生使用一台。并且由于伟福调试仿真器的高使用率以及学生的不恰当的使用,常常导致该仿真器损坏,由于没法调试,抑制了学生的实验兴趣和创新思维能力。
针对以上原因,在本课程改革中增加了Proteus仿真软件的使用,通过Proteus的多功能教学实验平台,极大程度弥补了硬件电路的存在不足。
2 教学内容
2.1 教学内容取舍
简要介绍单片机的硬件结构,简化内部电路的讲解,增加Proteus仿真软件的使用,重点引导学生软件设计,增加教学各个环节的实践内容。
2.2 教学内容
2.2.1各模块内容
根据课程内容的衔接确定项目设计的顺序。
项目一:演示——单片机基础
项目二:单片机复位、晶振、ALE信号的观测,掌握单片机的最小应用系统。
项目三:流水灯的制作。初步掌握单片机的基本内部结构:存储器、寄存器以及时序电路;初步了解IO口的输出工作原理及应用;初步掌握相关指令;初步学会使用单片机的开发工具进行软件程序的调试。
项目四:数码管的显示——扩展:9999倒计时,掌握LED数码管显示原理;掌握单片机静/动态和显示工作原理;进一步加强I/O口的输出应用;通过软件,具备软件硬件调试能力。
项目五:模拟开关实验——扩展:矩阵键盘。掌握独立式键盘和矩阵式键盘的工作原理;熟练掌握单片机的内部结构;熟练掌握单片机IO口的输入输出原理和应用。
项目六:单一外部中断实验。了解中断概念、原理和中断实现的方法;理解和掌握单片机外部中断系统结构、中断优先权和中断控制;掌握外部中断的应用和触发方式;掌握外部中断程序设计方法和编程技术。
项目七:定时器的使用。进一步理解单片机中断的实现和控制方式;领会单片机的定时/计数器基本概念、组成结构和功能原理和控制过程;掌握单片机定时器的可编程控制寄存器的编程设定以及计数初值的计算;掌握单片机定时器应用的编程技术和方法。
项目八:单片机与单片机(PC机)的数据传送。了解RS-232串行通信标准和与MCS-51的连接方法;掌握单片机串行口波特率的设置及计算方法;了解基本的串行通讯的编程技术。
项目九:单片机存储器的扩展
(a)8155并行口及RAM存储器的扩展
(b)24C02串行口扩展
项目十:A/D转换的应用。掌握A/D转换的工作原理和与单片机的连接方式;掌握A/D转换的编程方法。
2.2.2Proteus仿真软件
优势:(1)内容全面:采用Protues仿真软件进行实验教学,克服了用单片机实验教学板教学中硬件电路固定、学生不能更改、实验内容固定等方面的局限性,可以扩展学生的思路和提高学生的学习兴趣。 (下转第52页)(上接第46页)
(2)硬件投入少,经济优势明显:在教学过程中所涉及到的接口电路,也需要有较大的投入和储备,以利于实验的进行和在实验过程中元件损毁后的更换。Protues所提供的元件库中,大部分可以直接用于接口电路的搭建,同时该软件所提供的仪表,不管在质量还是数量上,都是可靠和经济的。
(3)学生可自行实验,锻炼解决实际工程问题的能力:采用仿真软件,学习的投入变得比较小,而实际工程问题的研究,也可以先在软件环境中模拟通过,再进行硬件的投入,这样处理,不仅省时省力,也可以节省因方案不正确所造成的硬件投入的浪费。
(4)与工程实践最为接近,可以了解实际问题的解决过程:在进行实训项目的时候,可以具体在Protues中做一个工程项目,并将其最后移植到一个具体的硬件电路中,让学生了解将仿真软件和具体的工程实践如何结合起来。
2.3课程设置
在课程设置上,考虑将实训周的课时增加至理论课时中;同时在不改变总课时的前提下,增大每周的教学课时,在半学期集中教学,保持学生在学习过程中学习内容的连贯性和持久性,避免学生在学习后续知识中忘记前面的
内容,通过循序渐进的学习方法提高学生的理解能力。
2.4课程考核方式
在考核方式上,采取理论与实践相结合的考核方式,取消期中考核,增大实践考核比例,即采用理论40%,实践60%,其中实践的考核包括了平时项目的考核程度(占40%)和期末综合的工程项目设计的考核成绩(20%),因此在平时的项目实践环节中,应有针对性地增加相关教学内容的答辩考核,根据该环节的考核成绩和学生实践报告的完成情况评定相应的项目成绩。
3 课改效果
3.1创新点和突破点
(1)通过“感性认识—实践—再认识—理论分析”的模式进行教学,增强学生的理解。
(2)独立的工程项目贯穿全部课程的教学,将实践与理论结合,提高学生的实践动手能力,了解产品开发的基本过程。
(3)增加了Proteus仿真软件的使用,构建了基于Proteus的单片机教学平台,实现虚、实、软、硬兼容的教学模式。
3.2价值
(1)通过该门课程的教学改革,一方面增加实践环节,更重要的是让学生真正在实践环节中提升课程的感性认识,可以大大提高学生学习的积极性和学习效率,牢固掌握课程的基本的理论知识,了解产品设计开发的基本过程。
(2)单片机的开发设计为广大有创新能力的同学提供施展才华的舞台,辐射升华了电子协会的作用。同时又将第一课堂与第二课堂有效融合,充分发挥第一课堂和第二课堂的各自优势,为大学生电子竞赛培养人才,奠定了坚实的基础。
总之,本文介绍单片机原理的改革新思路,通过以实训项目为依据,分模块分项目学习,采用边讲授边实践的教学方式,并采用Proteus仿真软件辅佐,理论与实践一体化,从而通过感性认识增强学生的学习兴趣,提高了学生的理论分析能力和提高工程应用能力。