情境模拟基础上的单片机实训课程研究

朱 念

(贵州交通职业技术学院 贵州贵阳550008)

情境模拟基础上的单片机实训课程研究

朱 念

(贵州交通职业技术学院 贵州贵阳550008)

单片机是一门理论与实践相结合的课程，对于实践的要求很高。采用情景模拟的方式，使学生融入单片机的开发环境，体会单片机的开发过程，领悟单片机硬件和程序的结合，培养学生的学习能力和解决问题能力。系统化描述了单片机的实训过程，对教师和学生均有一定的指导意义，对开展实训课程具有一定的示范作用。

单片机 创建情境 情景模拟

0 引 言

单片机(SCM)的广泛应用使得其在工学领域不断崭露头角。作为一门理论与实践相结合的课程，单片机的实践尤其重要。结合多年的单片机教学和实践经验，笔者对单片机的实训课程建设提出了系统性建议。

1 实训课程的重要性

在单片机课程的学习中，学生仅仅学习相关理论、学会编写汇编语言程序或C语言程序是不够的，要完成实际项目还存在着很大的困难。因此，实训课程尤为重要，通过实训可以使学生了解单片机的开发过程，理解程序的设计，结合实际项目，使学生体会真实的单片机开发过程。

2 开展实训之前需具备的基本能力

开展实训之前，学生应该具备设计程序的能力和利用仿真软件调试程序的能力，这部分能力可以通过调试各种结构(如顺序结构、分支结构、循环结构、子程序调用)进行培养。在该过程中，学习Keil软件的使用、程序调试、程序运行结果分析、程序实现功能的观察，并结合PROTEL软件进行仿真。

① Keil软件的使用主要是学会建立项目和文件，把文件加载到项目中。如：开发1个交通灯项目，应该首先新建1个后缀为.uvision的项目文件，把与项目有关的程序都汇总在一起；将程序员编写的与本项目有关的主程序、子程序、中断服务程序等程序保存之后(如汇编语言程序，注意程序保存后缀为.asm)，放在该项目中。

② 程序的调试主要是学会用编译键对程序进行编译。调试过程中，计算机会提示程序出现的语法错误，根据提示对程序进行修改直至程序不再出现错误。

③ 程序运行结果的分析主要是学会观察存储器，特别是数据存储器。通过观察与程序相关的数据存储器的内容变化情况，可以分析程序是否已经实现了设想的功能。

④ 应用PROTEL软件建立项目的硬件电路，并把程序放入虚拟单片机中仿真，观察软硬件是否能达到项目要求，如果达到项目要求，则开始构建实际电路。

3 设计项目实施过程

3.1 创建情境

学生自由组队(最好3人一组)，组成项目开发小组，并完成组内人员分工。每个小组都要有项目负责人(负责整个项目的开展以及组员之间的协调工作，对项目完成的质量负直接责任)、软件开发工程师(负责项目的软件开发工作)和硬件开发工程师(负责项目的硬件开发以及材料采购等硬件相关工作)，使不同角色的学生明确自己的岗位职责。

3.2 情境模拟

教师站在客户的角度，向各个组的学生(开发者)提出不同的项目要求：包括产品功能、完成时间、所需指标等，如图1所示。学生对于任务单如有疑问，可以和老师进行沟通交流。

图1 交通灯控制系统设计任务单Fig.1 Work order for the design of a traffic light control system

学生清楚任务以后，由负责人组织小组成员集中讨论任务实施步骤，确定具体实施计划，包括：具体的任务分工以及时间节点等，如表1所示。

由小组集中确定系统总体设计方案，再由各成员分担具体的实施任务，项目负责人在此期间定期向软硬件工程师沟通，了解项目进度以及遇到的困难。项目负责人还应定期集中小组成员进行交流，及时发现设计方案中不合理的地方并进行调整。

表1 交通灯系统设计工作计划表Tab.1 Design schedule for a traffic light control system

项目实施过程中，软件工程师应该结合系统总体设计方案设计流程图以及项目指标，根据流程图完成程序的设计并进行调试；硬件工程师也应该结合系统总体设计方案设计流程图以及项目指标，利用PROTEL硬件仿真软件搭建硬件图，并综合考虑性价比等性能指标。最后，在负责人的指导下，由工程师把软硬件结合，并进行仿真试验。如仿真成功，就可以进行硬件电路的搭建。此过程中可能会出现实际电路无法实现的问题，需要不断进行调试。

图2 学员自评表Fig.2 Self assessment sheet

3.3 项目结题

项目完成后，由负责人汇报项目成果及所用经费情况，填写自评表(见图2)。由老师(客户)使用项目成果后，填写项目评价单(见图3)。

图3 项目评价表Fig.3 Project evaluation sheet

4 实训效果

采用情景模拟的项目式开发实训和一般的实训方式比较起来，既可以培养学生解决问题的能力，提高学生的学习兴趣，还能帮助学生在做的过程中学习知识点。表2是采用情景模拟项目开发式实训后的学生情况调查。

表2的调查结果表明，情景模拟项目式实训方式对学生动手能力的培养起到了积极的作用，并能够很好地与工程实践相结合，但是教师对学生的关注程度受到一定的影响。对于这个问题，将在以后的实训中适当加强教师的指导作用，提高实训效果。

表2 2013级机械设计制造及自动化(应用型本科)学生单片机实训效果评价统计表Tab.2 Effectiveness evaluation list of SCM practical training for 2013 mechanical design manufacturing and automation(applied undergraduate)majors

总之，通过实训方式，可以使学生作为主角自主完成项目，逐步提升能力。实训重点培养了学生的学习能力，以及解决问题和思考问题的能力，掌握了单片机的整个开发过程，不仅演练了实际项目的开发过程，也为适应今后工作打下了基础。

［1］ 李军. 单片机原理与应用(高职高专机电类工学结合模式教材)[M]. 北京：清华大学出版社，2014：21-55.

［2］ 张旭涛. 单片机原理与应用[M]. 北京：北京理工大学出版社，2013：205-245.

［3］ 忽建蕊. 实施一体化教学对教师和学生提出的新要求[J]. 中国培训，2016(3)：34-35.

［4］ 吴静丽，霍文进. 育芬芳桃李，享快乐工作——浅谈电机与变压器课程的一体化教学设计[J]. 职业，2016(6)：79-80.

On Scenario Simulation Based SCM Training Courses

ZHU Nian
(Guizhou Polytechnic College of Communications，Guiyang 550008，Guizhou Province，China)

The learning of SCM knowledge must be combined with theory and practice.By way of simulation scenarios，students can be led into the development environment of SCM，experience the MCU development process，know from the combination of hardware and program and thus have their learning ability and problem solving ability improved.In this paper，a systematic description of the whole training process was given，which has a guiding significance for both teachers and students and has a demonstration effect on the implementation of the training courses.

single chip microcomputer(SCM)；scenario creation；scenario simulation

G4

：A

：1006-8945(2016)05-0057-03

2016-05-09