0引言
单片机是一种采用超大规模集成电路将主要部件集成在一块硅片上的微型计算机系统。单片机因其具有体积小、质量轻、价格便宜、集成度高、运算速度快、运行可靠等特点成为各控制领域和工厂自动化的重要组成部分。单片机及其相关课程是工科院校电子、自动化类等专业学生的一门专业技术课,这就构成了单片机教学成为相关院校相关专业的教学重点,但由于单片机的自身特性又决定了单片机教学中的难点较多。又由于大部分学生英语基础较差,对单片机课程课本中晦涩难懂的专业语言存在恐惧心理。本门课程教学中应根据学生理论知识不够扎实,但动手能力较强的实际情况,不适合单纯讲解高难度的理论知识,应将理论与实践相结合,在实践中学习理论。由此结合我们实际教学经验,提出采用单片机系统的虚拟仿真软件--Proteus和Keli联动调试来弥补单片机教学中的诸多问题。
1教学现状及存在的问题
在本门课程教学中,有1/3的学生由于英语和计算机基础较差,一开始就对本门课程产生第一印象“难”,因害怕而不去学;学习比较踏实且想学习的同学由于在学习的过程中没有找到有效的学习方法,在开始时学习热情高涨,但随着学习的深入发现硬件结构看不见、摸不着,软件编程枯燥无味、晦涩难懂,逐渐灰心丧气,最终这一部分学生也放弃了这门课程的学习。
在教学方法中,目前普遍采用的主要有两种:一种是理论实验式教学,另一种是任务驱动式教学。前一种教学方法是典型传统的教学方法,先讲解单片机的硬件结构、原理,然后讲解指令、软件编程,最后是介绍单片机系统中各种外围器件的应用。此种教学方法学生普遍感到难学、枯燥,缺乏兴趣,影响了教学效果。但这种教学方法层层递进,能使学生的理论知识体系比较完整、牢固,为深入学习打下基础。后一种教学方法是目前提倡的,主要是将原有的知识体系重新解构、组合,融入几个典型的任务当中,各个任务之间相对独立。这种教学方法的优点是调动了学生的学习兴趣,主动去学也愿意跟随老师去完成每个任务,课堂教学效果比较好。但也存在一些弊端,学生每节课在老师指导下与队友合作完成每项任务,而课后不主动进行总结整理,到课程结束时,无法形成完整的知识体系。
2应对策略
在实践教学中,采用实验与实训相结合的教学方法。
一方面采用实验教学,根据学院现有的实验箱设计几个软件和硬件实验,学生在学习过程中参考实验指导书,根据硬件电路图连接好相应的引脚,输入已编写好的程序,编译、下载、链接之后就可以得到实验结果。这样一来使本门课程的教学变成了纯机械性的操作。教师在讲解硬件电路图和编程原理时,大部分同学不主动去总结吸收。这种教学模式,实践训练手段单一,基本上是验证性实验,对学生硬件系统整体设计能力和软件程序编写能力的提高效果不大。另一方面,采用实训教学,在校内课程设计实训周教学安排中,购买设计好的单片机系统套件,如电子幸运转盘设计套件、基于AT89C2051单片机的四位电子时钟设计套件等。在一周的实训中,首先介绍套件中各电子元器件的识别方法、功能,以及各焊接工具的使用方法、焊接方法、注意事项;然后讲解系统硬件设计电路图的原理、PCB图的制作过程;最后学生独立完成电路板的焊接与调试。这种教学方法虽能调动学生的积极性,但部分学生只是感兴趣,只是为玩而去完成任务,不去积极主动地提出问题、解决问题、总结知识。
3基于Proteus和Keil的项目驱动教学法
3.1 软件介绍
Proteus8.0是一款相当优秀的专业化电路仿真软件,Proteus8.0功能强劲,能够帮助用户将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件合而为一,Proteus8.0软件操作简便,是仿真单片机及外围器件功能相当好的一款EDA软件,更是单片机课堂教学的好帮手。
Keil5是一款非常友好和强大的C语言软件开发系统。Keil5提供了清晰直观的操作界面,而且使用起来十分的轻松便捷,并具备编译器、编译器、安装包和调试跟踪,主要新增包管理器功能,支持LWIP,Keil5的SWD下载速度也是KEIL4的5倍,给用户带来了全新的感受和体验。
3.2 Protues与Keli联动调试
下面以51单片机控制电机正反转项目为实例。
第一步安装好这两个软件,Keli4和Protues7以上的版本。
第二步首先打开protues软件创建新的原理图并要画好一个原理图。如图1所示51单片机控制电机正反转的原理图。
.png)
图1
第三步打开keil编辑程序。
第四步对程序进行编译,并检查程序是否有错误。
第五步编译通过没错但是还没不能进行程序下载,设置创生HEX文件。
第六步再次对程序进行编译,等HEX文件已经建立。
第七步回到protues的原理图中,双击单片机,出现下面窗口。
第八步点击黄色文件夹图标,选择第六步生成的hex文件。
第九步找到刚才keil生产的hex文件后左键单击文件名。
第十步选择好要加载的hex文件后,点击ok。
第十一步回到protues,点击三角形对原理图进行仿真。看到程序正常的在仿真图中运行,此时查看程序运行结果,而且当在keli里修改程序时,单片机中加载的hex文件也会自动更新,所以实现了实时程序调试,运行结果如图2所示。
.png)
图2
4.小结
基于对我院单片机教学现状的分析,结合我院学生的实际情况,多方面提升学生的动手能力和实践能力。在单片机教学中采取Proteus和Keil的项目驱动方法教学法,既能使学生从理论和实践两方面系统地掌握单片机的概念、原理,又能使学生掌握Proteus和Keil软件的使用方法。在单片机实践训练上,应通过比较典型的单片机应用系统实例,使学生在进一步学习单片机知识的同时,锻炼学生的团队合作能力、创新能力,以及设计完整单片机应用系统的能力。在今后的教学改革中,应结合我院实训设备情况,以学生为主体,设计本门课程“理实一体化”的课程标准、合理的教学计划、切合实际的项目指导书和任务书、合理的过程考核及期末考核评价表,不断地提高本课程的教学质量,使培养出来的学生能够成为高素质技术人才。
作者简介:
牟立萍(1982-),女,硕士,讲师,哈尔滨华德学院机器人工程学院教师。