单片机教学改革的研究

2013-04-02任艳焱

赤峰学院学报·自然科学版 2013年21期

关键词：汇编语言单片机电路

任艳焱

（赤峰学院计算机与信息工程学院，内蒙古赤峰024000）

单片机教学改革的研究

任艳焱

（赤峰学院计算机与信息工程学院，内蒙古赤峰024000）

“单片机（MCU）原理与自动控制”是一门偏重工程应用的课程，很多高等学校只是把它作为选修课并且为本课程安排的学时数较少.要想在这样的情况下取得较好的教学效果，就得采取行之有效的教学方法.这就需要在传统的教学方法上进行改革.

实践；Proteus；Keil；C51；汇编

近年来，嵌入式技术已经逐步渗入到人们的工作和生活的各个方面，成为了生活环境中不可或缺的一部分.单片机就属于嵌入式计算机.在单片机的教学上要着眼于学生考试成绩较好、而动手能力较差的情况进行改革.本文将针对这些问题对现有的传统教学方法进行研究，把单片机技术所用到的知识串连起来，不断更新该课程的教学内容、改进教学手段以及增加实践环节，通过理论联系实际来提高学生的学习积极性，从而提高学生分析问题、解决问题的能力[1].

1 传统的教学方法

迄今为止，在很多高等院校里单片机课程的教学采用的是传统的教学模式，即首先在教室里讲授理论部分，再让学生在单片机实验室完成相应的实验，其中理论部分所占的学时数较多.

现在很多学校的单片机实验室，大都是以单片机实验箱为实践教学平台，学生做实验的内容比较固定.以实验箱作为单片机教学平台有其不足的地方，比如对于刚接触单片机的学生来说很难熟悉单片机实验箱的构成.若想自己设计实验线路，又受到实验箱的限制.因为实验箱里的各个电子器件、元器件的接线图、电路原理图、程序清单等都是生产厂家设计好的，所有的硬件程序已固化在程序存储器EEPROM中，学生做实验时只能按照实验箱设计好的电路连线，按照实验箱既定的原理图编写程序进行验证，这种方法影响了学生的学习兴趣和信心，不能发挥学生的想像力和创造力[2].

2 基于情境的单片机教学方法

现今各高校的单片机教学大多是以一个由简单到复杂逐步深入的过程，主要从单片机的基本结构入手，再讲述指令系统、汇编语言、定时/计数器、中断系统、键盘接口电路，然后是各种不同类型的应用系统.由于单片机的实践性很强，所以就需要教师在课堂上设置一定氛围的教学情境，采取板书和多媒体相结合的授课方式，使学生更直观地看到单片机的各种功能、内部结构、应用实例、调试方法以及完整的开发流程.在讲授过程中要基本上涵盖单片机技术中的相关知识点，着重在课程的重点、难点内容上适当地提出具有启发性的问题，将学习情境、学习任务融进课堂教学，引起学生积极思考，从而提高学生的学习积极性；同时结合日常生活中能用到相关知识的地方向学生提供重要信息，要让学生清楚所讲授内容的意义和作用，如何与实际系统相结合，激发学生的兴趣，进而引导学生主动思考，而不是简单地告诉学生相应的结论.鼓励学生大胆表达自己的想法，拓展分析问题、解决问题的思路.[3]把一个具体的单片机应用系统实物拿到课堂上，让学生对实际的应用系统有一个直接认识.

3 基于Proteus和Keil仿真软件的单片机教学方法

通过引入仿真软件Proteus和Keil，并采用机房教学来弥补传统教学方法的不足，从而培养学生的动手能力以及系统开发能力.

Proteus软件是一种EDA工具软件，它是由英国Labcenterelectronics公司开发的.它不但可以仿真其它的EDA工具软件，还可以仿真单片机以及它的外围器件电路，例如可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU及其外围器件电路.它是一款将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，实现了从概念到产品的完整设计，无论从原理图布图、代码调试还是到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计都很理想，是迄今为止此类工具中性能较优越的一种.其处理器模型支持8051、HC11、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并在不断地增加其他系列处理器模型.在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器.在用户中反响较好.

为了培养学生设计电路的能力，可以利用Proteus软件将虚拟仿真技术和计算机多媒体授课相结合；将Proteus仿真软件应用到教学中，先设计大量的单片机应用实例，用Proteus软件向学生演示单片机软硬件设计开发、调试的全过程，并观察硬件的工作和程序执行效果，使学生通过实例对单片机的工作原理、工作过程、工作效果有更多的了解，学生普遍觉得不需要投入硬件设施，就能很好地掌握单片机的知识.实践证明，利用这种方法可以很大程度上提高单片机系统的设计速率[4].

目前，世界上出现的几种用于51系列的单片机开发软件，他们的基本功能大同小异，公认的效率高且使用方便的集成开发环境是德国Keil公司的μVision3IDE，它是Windows下的集成开发环境，可模拟51系列单片机及派生产品的片内部件，支持软件模拟和用户系统实时调试2种功能.在这个环境下可以完成编辑、汇编、编译、仿真和调试等整个开发流程.它主要提供了包括C51编译器、A51宏汇编器、LIB51库管理器、BL51连接/定位器. Keil支持汇编、C语言及混合编程，能够在不接硬件电路的情况下直接仿真用户程序，或者利用硬件仿真器，通过连接单片机硬件电路，在仿真器中装载目标程序后进行实时仿真.

在单片机课堂教学中，使用Proteus和Keil构建起个人的单片机虚拟仿真设计仿平台，教师在讲述完理论部分后，可在多媒体教室里利用Proteus设计相关的硬件电路，再用Keil软件编写、编译和修改调试程序，测试验证，最后得到仿真结果.使学生真正从原理上理解单片机的工作过程，以及单片机系统设计方法，提升教学效果[4].

利用Proteus和Keil构建虚拟实验室首先需要安装Proteus和Keil软件，其次利用Proteus绘制硬件电路，根据需要搭建各种虚拟仪器仪表；再用Keil编写汇编源程序，最后设置Keil和Proteus之间的接口；在Keil里对汇编源程序进行编译连接后进行程序调试，并且在Proteus里的虚拟仪表里观测实验结果、记录实验数据.

在单片机的教学中引入Proteus和Keil仿真软件，弥补了理论和应用之间相互脱节的不足.这种单片机教学的改革方法，在实际教学过程中取得了一些初步的成果.使学生产生浓厚的学习兴趣，提高了教学效果.但Proteus仿真不能完全代替实物，在实际应用中需要将其和实验设备相结合，进一步锻炼学生的综合开发能力[5].

4 基于单片机语言的教学方法

目前，国内各高等院校采用的单片机教材，多数采用的开发语言学是汇编语言.虽然说汇编语言具有运行效率较高的优点，可以直接控制硬件内部.但是它的缺点也很显著主要表现在依赖目标单片机的硬件结构，可移植性不高，指令系统枯燥难懂.

用C语言代替传统的汇编语言编写单片机源程序，可解决汇编语言的上述缺点.51系列单片机的C语言软件开发系统KeilC51是美国Keil Software公司出品的，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上比传统的汇编语言有明显的优势，简单易学.尤其是那些用过汇编语言编程的用户再使用C语言来编程的，更能体会出它的优越性来.KeilC51软件是全Windows界面，可提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具.再者，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码非常紧凑，易懂易用.在开发大型软件时更能体现出C语言的优势[6].