项目教学法在单片机课程中的规划与实施——以湖南人文科技学院为例<br/>

项目教学法在单片机课程中的规划与实施——以湖南人文科技学院为例

2013-06-07朱高峰张艳蕾

湖南人文科技学院学报 2013年2期

朱高峰，张艳蕾

(湖南人文科技学院物理与信息工程系，湖南娄底 417000)

项目教学法是指师生通过共同实施一个个完整的“项目”工作而进行的教学活动，是“以项目为主线、教师为引导、学生为主体”的新型教学模式。将其应用在我校电子信息科学与技术专业的单片机课程教学中，结果表明能显著提高学生学习积极性，提高学生对单片机系统的分析、软硬件开发和团体协作能力。

一项目规划

项目任务的设计是运用项目教学法的前提和基础。授课教师既要考虑教学内容和教学课时，又要注意学生的兴趣爱好和可操作性，对单片机课程教学内容和知识结构进行设置和归纳，所规划的项目要根据教学大纲由浅入深，循序渐进，由简单的基本项目逐步过渡到复杂的综合项目。湖南人文科技学院电子信息科学与技术专业结合Proteus 和Keil 软件，编写出了单片机项目实施课程讲义，其项目任务如表1 所示。

表1 单片机教学项目任务分配表

二项目实施案例

现以“LED 显示原理”的教学内容为例，阐述项目教学法在单片机课程中的具体实施过程。

(一)教学说明

本课堂的教学目的是理解LED 显示器的结构和显示原理，掌握单片机控制多位数码管显示的设计方法。将班级学生进行分组，每组2 人，教学场地定在装有Proteus 和Keil 软件的计算机房。教学时间为4 课时，第一课时安排为主要知识点讲解、项目布置，第二课时安排为项目资料搜集、总体设计方案、硬件设计，第三课时安排为系统软件设计，第四课时安排为系统仿真调试、综合评价。其中知识点的讲解主要包括LED 显示器的结构及相关驱动码，多个LED 显示的2 种显示方式，讲授时间约40 分钟。接下来布置项目，设计的基本任务为要求学生利用51 单片机驱动4 个七段数码管同时显示数字，学生可以根据自己所学知识和兴趣进行功能扩充，同时鼓励学生采用多种方法和不同的编程语言来完成设计。

(二)项目分析

充分发挥学生的主动意识，引导学生进行项目分析和资料查询。首先要确定所用的数码管是共阴极还是共阳极，共阴极的位线接地，共阳极的位线接高电平5V。同时为了使数码管足够亮，可考虑段码线外接三级管或其他逻辑门驱动，接下来要思考单片机的驱动方式。

方式一最基本的驱动方法是单片机的4 个8 位的I/O 口分别连接4 个数码管，由于各位的数据输出口不同，在同一时间里，每一位显示的数据也可以不同。但实际开发表明，当此方式显示变化的数据时，LED 有闪烁感，且亮度不够。

方式二在方式一的基础上考虑增加锁存器，同样采用静态显示方式，如在每路I/O 口线上增加一片74LS373，LED 显示的字符驱动码一经送出，相应锁存器将锁存其段码而维持不变，直至送入另一个字符的段码为止。但仍然无法克服占用单片机口线太多的缺点，在实际应用中也不可取。

方式三采用前面讲授过的LED 动态显示方式，这样能简化硬件电路。将所有位的段码线相应段并联在一起，由单片机的1 个8 位I/O 口控制，形成段码线的多路复用，而各位的共阳极或共阴极引脚分别由单片机相应的I/O 线控制，形成段码线的分时选通。即在任一时刻，只让其中一个数码管的位选线处于选通状态，字符驱动码同时送往段码线而显示相应的字符，其他3 位是熄灭的。而在其下一个时刻让下一个数码管的位选线处于选通状态，相应的字符驱动码也送往段码线，则下一个数码管被点亮，其他3 位是熄灭的。由于LED 的余晖和人眼的视觉惰性，当各位显示的时间间隔足够的短，则可以达到同时显示的假象［1］。

方式四还有一种更经济有效的方式是利用串行口扩充输出，通过移位寄存器如74LS164 实现串并转换。单片机的串口由P30(RXD)和P31(TXD)组成，当串口以方式0 工作的时候就是以SPI 的方式工作。用此方式来拓展低速的I/O 口，尤其是作为显示的控制，可以节省大量的P 口。为了扩充教学知识点，可以在设计好的电路图中再加入中断电路，由按钮BUTTON1、BUTTON2 来产生不同的中断信号，显现出不同的数值。

(三)系统设计和仿真

在查阅和论证了相关资料后，学生要针对自己所选用的系统设计方案，用Proteus 仿真软件绘制电路原理图。接下来的关键就是进行软件设计，对于知识掌握扎实的学生，鼓励他们用汇编语言和C语言分别进行编程。先根据所采用的驱动方式和项目要求，约定好输出形式和速度，确定算法。其次再将任务具体化，画出程序流程图。最后编程前还要进行资源分配，如内存工作区、变量名称、堆栈区等。用Keil 软件编写好源代码后进行调试，调试范围可以由小到大、逐步增加，通常交叉使用单步运行、断点运行、连续运行等。每次调试过程中要注意RAM 中的相关内容、I/O 口的状态是否正确，最后结合Proteus 进行系统仿真［2］。对于提前完成基本功能的同学可以适当进行功能扩展，比如用方式四进行数码管驱动，采用共阴极的数码管，再加入按键触发中断的知识点，从而提高学生的综合能力。系统仿真结果如图1 所示，按下BUTTON1 后将显示2008，按下BUTTON2 后将显示0808，项目任务顺利完成。

图1 系统仿真图

(四)项目评价

为增加学生的成就感和学生的鉴定能力，顾及“知识与技能”、“过程与方法”、“情感态度和价值观”三个方面［3］，项目总评采用学生自评(30%)、互评(30%)和教师总评(40%)相结合的方式。项目评分细节可考虑资料收集是否准确(5%)、系统方案是否可行(10%)、硬件电路是否正确(15%)、程序调试是否成功(15%)、实现方法是否单一(15%)、系统功能是否多样(20%)、项目完成是否及时(10%)、回答问题是否正确(10%)。