• 當前位置:論文網 > 論文寶庫 > 工程技術類 > 機械 > 單片機原理及應用課程創新實踐教學改革正文

    單片機原理及應用課程創新實踐教學改革

    來源:UC論文網2018-10-08 08:49

    摘要:

      摘要:針對單片機原理及應用課程實踐性強的特點,在分析教學現狀基礎上,為了改善教學效果、增強學生的動手實踐能力,在教學過程中將理論與實踐、硬件和軟件有機地結合,引入Proteus仿真軟件和KeilC編程軟件,采...

      摘要:針對單片機原理及應用課程實踐性強的特點,在分析教學現狀基礎上,為了改善教學效果、增強學生的動手實踐能力,在教學過程中將理論與實踐、硬件和軟件有機地結合,引入Proteus仿真軟件和KeilC編程軟件,采用項目驅動教學法,使學生在動手參與單片機應用系統開發的過程中有更深刻的認識。改變考核方式,增加課程設計,通過仿真的直觀性和項目可參與性以及生動有趣的真實感,激發學生的學習興趣,極大地開拓了學生動手實踐的時間和空間,降低了學習成本,提高了學習效果。


      關鍵詞:教學改革;單片機;項目驅動;


      作者:趙月靜


      “單片機原理及應用”課程是機械設計制造及其自動化專業的一門重要的專業基礎課程,是機電專業模塊的專業必修課。隨著各種機械設備自動化程度的提高,設備的控制系統越來越重要,單片機是實現各種機械電子設備控制的重要手段之一。單片機由于具備體積小、成本低、高性能等特點被廣泛應用于工業控制、智能儀器和機電一體化等多領域。因此了解單片機的工作原理,掌握單片機技術,特別是具備基本應用操作技能,成為當代相關專業大學生的重要任務。單片機是一門理論和實踐結合非常緊密、突出動手能力的課程,但該課程相對比較抽象,學生普遍反映入門較難且難以理解單片機的內部結構,而單片機的傳統教學方式多以課堂原理講解與少量硬件實驗相結合,實踐內容偏少,不能充分激發學生的學習興趣,使其處于被動接受知識而不是主動求知[1-2]。


      1教學現狀


      目前的單片機課程教學主要由課堂教學和實驗教學2部分組成。課堂教學普遍采用多媒體設備,將教學內容制作成幻燈片,對著PPT講解電路和程序、CPU內部結構、I/O接口、硬件、軟件,均采用演示的教學方法[1]。這種具備音視頻效果的教學方式,使學生一定程度上容易理解和接受所講授的內容,并對提高學習的積極性有一定效果,但對于單片機這種課程,只是把理論學了,而實際的動手能力沒有得到鍛煉,效果有限。


      現在大多數的單片機教材都是以匯編語言為主,由于匯編語言具有代碼緊湊、執行時間短、控制及時且易于記憶等優點,教師也是把很多課時用在匯編語言上面,而單片機的C語言卻很少提及[4]。但是隨著單片機技術的發展出現了一些問題,主要表現在對硬件結構的過分依賴,不同類型的單片機匯編指令有所不同,而且程序比較繁瑣、可移植性差等。與匯編語言相比,C語言在功能上、結構上、可讀性和可維護性上有明顯的優勢,而且C語言有豐富的函數庫,可以有效減少編程工作量,對單片機的硬件稍作了解即可進行系統開發,特別是C語言對寄存器的分配與尋址方式都是由編譯系統自動完成,所以企業公司開發產品基本上都用C語言[5-6]。


      現在的考核方式多采用閉卷考試,學生死記硬背硬件內容和軟件指令,考完后很快忘掉,但開發單片機應用系統的能力沒有任何提高。


      單片機是一門注重應用的課程,這門課最終目的還是在于開發產品,這些教學方式忽視了學生設計和創新能力的培養,不利于培養學生解決實際問題的能力,對提高學生的學習興趣、擴展學生的學習思路收效甚微,對以后課程設計和畢業設計中要應用的單片機控制系統更是知之甚少。


      2創新實踐教學的方法策略


      為了改善教學效果,增強學生的動手實踐能力,在教學過程中采用將理論與實踐、硬件和軟件有機結合的教學方法。理論教學環節充分利用仿真軟件,在教學中引入Proteus仿真軟件,加強C51語言的教學,引入KeilC編程軟件;采用項目驅動教學法,通過開發單片機應用系統項目,讓學生對實際控制系統有直觀的認識,并在參與系統開發的過程中加深認識,對整個開發過程有充分的了解。通過仿真的直觀性和項目可參與性,以及生動有趣的真實感,激發學生的學習興趣,提高教學效果,極大地開拓了學生動手實踐的時間和空間,降低了學習成本,提高了學習效果。


      2.1Proteus仿真軟件的應用


      Proteus軟件是英國Labcenterelectronics公司研發的電路分析與實物仿真軟件,具有近20年的歷史,是目前最好的單片機及外圍器件的仿真工具。Proteus軟件提供了大量的仿真設備和元器件,有30多個元件庫、近8000個數字和模擬元件模型(包括各種單片機、常用邏輯電路),有各種調試工具、測試儀器、顯示設備、虛擬儀器、調試信號等。它由ISIS和ARES構成。ISIS是原理圖編輯與仿真軟件,ARES是布線編輯軟件[7-9]。


      利用Proteus可實現單片機及外圍電路的仿真,如單片機軟件仿真系統、模擬電路仿真、數字電路仿真、單片機外圍電路仿真、RS232動態仿真、I2C調試器、SPI調試器、鍵盤和LCD系統仿真等。該軟件不但可以模擬硬件系統,而且可以把編譯好的程序代碼裝入仿真元件中,通過運行仿真系統可以像焊接好的電路板一樣看到系統的執行效果,滿足了在仿真和程序調試時,關心的不再是某些語句執行時單片機寄存器和存儲器內容的改變,而是從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結果,彌補了理論知識和實踐應用間脫節的矛盾,同時也支持第三方的軟件編譯和調試環境,以及Keil、Maplab等軟件整合使用,達到了更好的仿真效果。


      Proteus軟件真正實現了在計算機上完成從原理圖設計、電路分析和仿真、單片機代碼調試與仿真、系統測試與功能驗證到形成PCB的完整的電子設計、研發過程。


      2.2KeilC軟件的學習


      KeilC軟件是美國KeilSoftware公司出品的兼容單片機C語言軟件的開發系統,它提供了豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具,采用全Windows界面,并且多數語句生成的匯編代碼容易理解,尤其在開發大型軟件時更能體現高級語言的優勢。一般將其中的C語言稱為C51。C51是專門為51系列單片機設計的,根據51單片機的特點對ANSI(標準)C進行了若干擴展,在語法和庫函數方面存在稍許差別,使C51可以和匯編語言一樣可直接訪問51系列單片機的硬件資源,但大部分是兼容[10-11]。keil軟件目前已受到單片機愛好者、應用者和開發者的青睞.


      KeilCμVision是一款基于51單片機的軟件開發工具,提供了強大的項目管理功能,可以十分方便地進行結構化、多模塊程序設計。μVision集成開發環境(IDE)包括項目管理器、程序編輯器、Cx51編譯器、Ax51宏匯編、BL51/Lx51連接定位器、RTX51實時操作系統、Simulator軟件模擬器以及Monitor51硬件目標調試器,所有這些功能都可以在μVision提供的單一靈活的開發環境中極為簡單地進行操作[10]。它支持匯編語言、C語言及混合編程,具有強大的仿真功能,可以進行硬件仿真和純粹的軟件仿真。在軟件模擬的仿真方式下不需要任何單片機硬件即可完成用戶程序仿真調試。


      Proteus和Keil各自都可以進行一定程度仿真調試,但效果不是很理想。如果我們把ProteusISIS與KeilC配合起來使用,充分利用各自的仿真優勢功能,使得在仿真過程中的軟件調試和硬件設計更加便捷、高效,降低開發成本。


      在教學過程中,匯編語言與C51語言都講,讓學生了解匯編語言,掌握C51語言。可以用匯編語言完成簡單程序的設計,能夠用C51語言完成簡單和復雜程序的設計,學生的前序課程中學過C語言,這樣大大降低了學生學習的難度,同時,學生能從對比中加深對匯編語言和C51語言的理解。


      2.3采用項目驅動教學方法


      項目驅動教學法是通過師生共同實施一個完整項目而進行的教學活動,是圍繞項目展開,以項目開發步驟作為教學順序,將單片機理論知識點插入到開發項目的過程中,以學生為中心,以真實項目為基礎,引導學生邊做邊學,在實踐中學習。在項目教學中,教師不再把現成知識技能傳遞給學生作為教育的惟一目標,而是讓學生把看到的、聽到的、手上做的結合起來。學生在尋找某個結果過程中,學會思考,學會發現問題、解決問題,進而增強信心、提高學習積極性、鍛煉動手實踐能力,是引導學生主動學習的方法。項目式教學中教師的作用是輔導,是配角,是給各小組學生提供資料、方法,讓學生能夠針對問題主動思考并得到解決[12]。項目驅動教學法有利于實施模塊式教學,實現階段性教學目標,培養學生的實際操作技能、綜合應用能力和團隊精神。


      在單片機項目教學中,采用單片機系統虛擬仿真軟件Proteus充分仿真單片機系統工作情況,用KeilC軟件編程,用虛擬單片機系統代替實際硬件電路,程序運行于虛擬的MCU上,使軟件調試不再依賴實物硬件電路,仿真結果達到系統預期效果后,還可以進行硬件實物制作[13]。


      在教學過程中,根據要講授的單片機課程內容,按照項目應用到的理論知識點來設計相應的項目。每個項目設計中包括9個部分:項目名稱,項目目的,所用理論知識點撥,項目的硬件電路圖及仿真,軟件編程,項目注意事項,動手實踐焊接電路板,示例,項目拓展。在項目的實施過程中,既學到理論知識,又理論聯系實際應用,使學生明白單片機中這些硬件資源的使用方法及應用場合[14]。


      針對我們學校的單片機課程,共設計11個項目,分別是:定時器/計數器,中斷源,串行通信,I/O接口,I/O接口擴展,鍵盤接口,顯示器接口擴展,數據采集轉換系統,步進電機的控制(步進電機驅動),直流電機的控制(直流電機驅動),交通信號燈的控制(模擬交通燈)。這些項目涵蓋了單片機中的所有硬件資源及擴展的方法,軟件學習貫穿于每個項目中。通過這些項目的實施,學生對單片機的硬件、軟件及應用都有很好的實踐,提高了學生的綜合應用能力,為學生以后開發應用系統打下堅實的基礎。


      2.4考核環節的改進


      單片機是一門注重應用的課程,學習這門課最終目的在于開發應用系統,因此在課程結束考核階段,采用讓學生設計一個綜合、完整的單片機應用系統項目,把學習的所有知識綜合起來,鍛煉學生設計單片機控制系統的實際應用能力。具體措施如下:


      (1)選擇合適的課題。教師向學生推薦若干個單片機應用系統課題,學生根據自己的能力和愛好選擇其中一個課題,或者自己查找資料,和指導教師一起確定實用性課題。如果課題比較大的話,可以把幾個學生合成一個項目組,共同完成一個課題,學生的動手能力得到鍛煉,同時也培養了學生的配合、溝通能力。


      (2)整個項目的設計與調試。這種方式讓學生熟悉單片機應用系統的研制步驟和方法,學生從分析系統入手,經過總體設計—硬件系統—軟件系統—仿真調試—固化程序等整個流程,對每一個階段都有更加深刻的認識,對單片機應用系統的開發系統也有一定的了解。學生自己利用所學的keilC軟件程序以及Proteus設計硬件電路,自己進行電路焊接、軟硬件的綜合調試,并最終焊接電路板,完成作品實物。教師隨時根據學生要求進行輔導,幫助學生解決自己無法克服的難題。


      (3)作品驗收及點評。學生整理材料,做出整個開發過程的PPT進行答辯。教師根據學生在項目分組中的表現和承擔的任務,對作品進行點評,給出學生的成績等級,同時還可鍛煉學生搜集、整理資料以及演講等能力。


      2.5增加課程設計環節


      現在單片機的學時數比較少,只能介紹最基礎的硬件和軟件知識,后面的應用由于時間關系也講解得很少,應該增加該課程的學時數,給學生更多的學時鞏固使用單片機。對于機電專業的學生,機械類的課程學完后,很多課都有課程設計,電類課程也要引入課程設計環節,否則學生學完電方面的課程,只掌握理論知識不會應用,是一個缺憾。機電并重的學生才真正是企業所需要的機電一體化專業人才。


      3結束語


      本文指出了單片機教學中出現的問題,并引入Protues和KeilC軟件,利用項目驅動教學法進行教學,改進考核環節。經實踐證明,效果良好,學生動手能力得到了較大的提高。在實踐過程中,可以要求學生借助于網絡,特別是各種單片機論壇,從更多的渠道獲得開發經驗與技巧,拓寬知識面。引導學生查閱各種單片機的芯片資料,為單片機的選型和硬件電路的搭建奠定基礎,為開發單片機應用系統起到輔助作用。單片機是機電專業的一門重要的專業課,學好、用好單片機可以提升學生就業競爭能力。

    核心期刊推薦


    發表類型: 論文發表 論文投稿
    標題: *
    姓名: *
    手機: * (填寫數值)
    Email:
    QQ: * (填寫數值)
    文章:
    要求:
    11选5任3必中计算方法