高职高专单片机教学改革的研究与实践

陈洪圳，李 婕

（河南工学院 自动控制系，河南 新乡 453003）

高职高专单片机教学改革的研究与实践

陈洪圳，李 婕

（河南工学院 自动控制系，河南 新乡 453003）

在分析单片机课程教学现状的基础上，针对当下高职高专学生的特点进行教学改革实践。通过将Proteus和Keil软件应用到教学中，直观地完成教学项目任务，激发学生学习兴趣，提高教学效果。

单片机；教学改革；Proteus；Keil

随着集成电路技术、微电子技术和计算机技术的不断进步，单片机发展迅速，体积缩小，功能增强，成本减少。因其诸多优点，被广泛应用在工业自动化、智能仪表、自动检测与控制、机电一体化设备、汽车电子和家用电器等各个领域［1］。单片机课程已是高职高专院校电子、自动化、机电一体化等相关专业的核心课程之一。单片机课程综合了模拟电子技术、数字电子技术、电路、编程语言等多方面知识，实践性和应用性较强，旨在培养学生的知识应用能力、逻辑能力、动手实践能力和创新能力。目前，高职高专学生普遍基础薄弱，缺乏学习的主动性，在传统的课堂教学模式下，难以达到理想的学习效果。为此，笔者将Proteus和Keil软件应用在课堂教学中，进行改革实践探索，并取得了良好的教学效果。

1　高职高专单片机课程教学现状

1.1侧重理论教授

传统的单片机教学过程以理论教学为主、实践教学为辅，理论课时的比例要远大于实践课时。理论教学内容包括单片机硬件结构、I/O端口、定时/计数器、中断系统、串行口等，主要侧重于单片机内部结构和工作原理的讲解。实践教学内容较少，时间安排滞后，覆盖面小，给学生提供的动手实践机会少。单片机本身是一门实践性较强的课程，对原理知识的有限掌握很难满足实际应用的要求，需要通过长期的动手实践掌握其应用。

1.2实践过程缺少自主设计环节

目前，大多数高职高专院校的单片机实训设备采用厂家提供的实验箱，内部硬件结构模块化，实验项目内容单一化。在实践环节，硬件方面学生只需将各种硬件模块接口进行简单连接；软件方面则只需将指导书上的程序输到电脑上，再下载到实验箱中，观察实验现象，进行验证。在整个实践过程中，学生完全按照固定的内容和流程进行，缺乏自主设计环节。单片机系统的应用设计要求学生具备硬件电路设计、软件程序设计、仿真与调试的综合能力，而当前的实践环节，难以达到该培养目标。

1.3课下缺少实践平台

在传统的学习模式中，学生课堂上听课、做笔记，在课下只能通过书本和笔记来学习。这样的学习模式显然不适合实践性较强的单片机课程。学生需要一个课下实践的平台，能够自由地进行硬件和软件设计，将所学理论知识转化为实际应用，通过实践主观能动地解决自己的疑问。

1.4不符合当前高职高专学生特点

传统的单片机教学主要侧重于给学生讲解“为什么”，与当前高职高专学生特点不符。当前高职高专学生，具有两个特点：一是普遍基础薄弱，缺乏学习主动性。而单片机教学内容包含综合知识面广、原理复杂、逻辑性强、内容抽象，要求学生具备扎实的基础知识和主动学习的能力。二是对枯燥的原理知识缺乏兴趣，而更多关注其实际应用。传统板书以及PPT形式的教学，难以吸引学生注意力，不易使高职高专学生理解和掌握教学内容。因此，针对当前高职高专学生的特点，应把教学的侧重点从“为什么”转移到“怎么用”。

收稿日期：2016-04-12

作者简介：陈洪圳（1988―），男，河南新乡人，助教，硕士，主要从事检测技术与自动化装置研究。

2　应用Proteus和Keil软件的单片机课程教学改革

Proteus是Labcenter Electronics 公司出品的一款用于电子电路和单片机系统设计与仿真的软件，Keil是Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。Proteus 与 Keil 软件结合到一起，可以构建个人单片机虚拟仿真实验室，实现在PC 上完成从原理图设计、电路仿真、PCB 设计到软件代码调试、实时仿真、测试和验证的整个开发过程［2］。

针对高职高专单片机课程教学现状，结合自己的教学实践经验，将Proteus和Keil软件应用到教学中，从以下几方面进行了教学改革。

2.1在理论教学中应用Proteus和Keil软件

在理论教学中，应用Proteus和Keil软件，结合项目式教学方法进行改革。每章只保留核心理论知识，围绕章节设计一个综合性的项目任务，在课堂上利用多媒体系统，演示通过Proteus进行硬件仿真电路设计、利用 Keil进行软件编写、下载程序、系统调试的整个过程。并且可以根据理论知识，更改设计，实时验证各种设计效果。通过此改革，达到以下目的：第一，提高实践在教学中的比重；第二，引导学生如何一步一步将理论知识转化为实际应用，实现“讲、练、做”的统一；第三，使学生可以更加深刻地、直观地理解理论知识内容，提高教学效果。

2.2在实践教学中应用Proteus和Keil软件

在实践教学中，应用Proteus和Keil软件可以不考虑成本，突破传统实践环节中的局限，设计多个开放性实验项目。实验指导书给出参考硬件电路和程序，学生可以参照指导书也可以根据项目要求自主设计硬件和软件，充分调动学生的主观能动性，培养实践能力和创新能力。

2.3引导学生课下应用Proteus和Keil软件

在课下，学生需要不断动手实践，来提高单片机应用能力。一般可采用两种方法实现，一是购买单片机开发板；二是自己搭建硬件电路。然而，两种方法都具有局限性，方法一成本高，硬件固定；方法二耗时长，不稳定。通过引导学生在课下应用Proteus和Keil软件进行实践学习，学生在PC上可以搭建个人单片机虚拟仿真平台，不受外界因素的约束，自主进行硬件和软件设计，提高学习效率。

3　教学实例

下面以“简易电子时钟的实现”为例，利用Proteus和Keil软件学习数码管动态显示和定时器的应用。首先，使用Proteus软件搭建硬件仿真结构，选择8位共阴型数码管作为显示器件，单片机型号选择 AT89C51；数码管段选线连接单片机 P1口，位选线连接 P2口；单片机外围晶振电路、复位电路和电源电路在 Proteus中可以省略。然后，使用Keil进行C语言编程，并进行编译，生成Hex文件。最后，将Hex文件加载到Proteus里的仿真单片机模型中。8位数码管分别显示时、分、秒，中间用“—”隔开，运行结果如图1所示。

图1　简易电子时钟运行结果图

4　结束语

本文针对高职高专单片机课程教学现状，建议在理论教学、实践教学中应用Proteus和Keil软件，吸引学生注意力，直观地完成教学项目任务，在课堂上实现理论与实践的相互转化，提高教学效果。引导学生在课下应用 Proteus和 Keil软件，使学生突破硬件电路设计成本、周期、可行性的局限，充分发挥主观能动性，锻炼动手能力和创新能力。但是，仿真终究不能代替实物，只能作为实物设计前的准备。在条件允许的情况下，仿真成功后，建议学生要做进一步的工作，将仿真转化为实物，锻炼综合设计能力。

（责任编辑 吕春红）

［1］ 张毅刚.单片机原理及接口技术（C51编程）［M］.北京：人民邮电出版社，2011.

［2］ 郑小梅，摆银龙，赵方.Proteus和Keil软件在单片机教改中的应用［J］.装备制造技术，2011（4）.

The Research and Practice for Teaching Reform of MCU in Higher Vocational Colleges

CHEN Hong-zhen，et al
（Department of Automatic Control， Henan Institute of Technology， Xinxiang 453003， China）

Based on an in-depth analysis of current teaching status of the MCU course, teaching reform according to the characteristics of vocational college students nowadays is badly in need. Meanwhile, applying Proteus and Keil into teaching is greatly beneficial for the fulfilment of teaching tasks, students' interest stimulation, and teaching effect improvement.

MCU; teaching reform; Proteus; Keil

G642.0

A

1008–2093(2016)03–0073–03