在线仿真与实操相结合的单片机教学研究
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摘 要：目前单片机已成为社会生产、工业控制、尖端武器、日常生活中最广泛使用的计算机，对于学生和科技人员来说，学习和掌握单片机提出了更高的要求，所以在线仿真、实验箱的使用在院校当中得到广泛使用，分析这两种方式在教学当中存在的一些现状和问题，本文提出一种在线仿真与实操相结合的单片机教学方法，完成单片机项目驱动教学的全部过程。
关键词：单片机;在线仿真;实操训练
单片机一词最初是源于“Single Chip Microcomputer”，简称SCM，它的主要作用包括运算和控制，单片机又称为嵌入式微控制器，在智能仪表、工业控制、智能终端、家用电器等很多领域得到广泛应用，单片机也成为各高校专业必修的的课程。学习掌握单片机对于学生来是相对困难的，因为单片机控制电路项目中包括硬件电路的设计与调试、软件的程序设计，以及软件和硬件结合问题。所以采用单个方式，或者部分方式，掌握起来相对因难。本文针对上述问题，提出一种结合方式，通过Keil、Proteus和万能板器件电路实物，通过实物的练习，实物的调试，增加实操训练，提高掌握效率。
1 单片机课程教学现状
1.1 单片机课程理论化
现有部分单片机开设课程理论化，只有理论的学习，缺少实操过程，或者是没有虚拟的练习。因为单片机的特点，它是由硬件、硬件电路、软件、软件调试组合课程，并且涉及到单片机内部结构构成，及内部控制电路、运算电路、存储寄存器、软件编程思想等内容，所以，这样会造成理论非常困难，成倍增加难度。不能满足学习多样需求，也达不到深入浅出的必要条件。
1.2 单片机课程实践单一化
这里单一化指的是实训只有虚拟，或者是只有实验箱的实训过程。一定程度上解决了单片机学习困难的问题，将单片机项目化，模块化。由于缺少实操部分，缺少了实物项目化，实物模块化。少了工作为导向，少了项目的完整过程，还是有一定的难度，一定程度会减少学生的积极性，会形成以老师为主导，学生被动接受知识的现象。
1.3 单片机项目内容简单化
由于缺少单片机实操部分，或是缺少单片机项目完整性。为了达到培养要求，降低项目难度，在项目选择上，倾向挑选简单的项目内容，减少的项目丰富内容，好的单片机项目，好的创新思想得不到实现。达不到人才培养的目的和目标。
2 在线仿真Keil、Proteus在实验教学当中的应用
单片机是注重理论，也注重实践的一门课程，也是综合各学科的课程，完整的单片机实验项目，需要涉及到各方面知识，其中包括：模拟与数字电路、Protel电路设计、汇编与单片机C语言编程、单片机接口设计、单片机通信显示设计等。在项目实验过程中，采用理论与实践相结合的方式，实物与虚拟操作相对照的方式，通过理论指导实践，达到明显的提高效果，反过来虚拟操作增加兴趣点，提高自信心。在线传真包括如下三个步骤：
2.1 单片机的理论
单片机理论学习必不可少，注重解析出教学内容的重点、难点、易点，通过项目导向，任务驱动，内容模块化，项目化，充分发挥学生的主动性、积极性，带着问题、带着疑问在实践和实操过程中寻找答案。深入浅出的学习各部件的工作原理、软件方面的编程思想。
2.2 单片機Protel电路设计
通过工学结合，模拟工作过程，利用AD14设计软件，设计绘制出单片机外围电路原理图，生成原理图的网络表，利用网络表设计绘制PCB印刷电路板，通过原理图和PCB的设计，加深了对模拟和数字电路认识，以及项目设计中的各种设计规则，增加的项目设计的兴趣点，减少了单片机外围电路设计的困难点。
2.3 单片机Proteus在线仿真
利用Keil和Proteus仿真单片机开发过程，提高单片机的开发清晰度，减少单片机开发时间，提高开发效率。Keil开发单片机C程序，编译和链接，生成.hex文件，可以熟练掌握编程思想和编程方法。通过Proteus下载.hex文件，模拟单片机程序的烧写，Proteus搭建单片机电路和外围电路等，通过搭建好的电路上运行烧写的程序，运行结果反映出程序编程的效果，方便找开发程序的漏洞，提高了程序调试能力。
3 搭建单片机实物电路实操过程
3.1 PCB万能板搭建
前述提到Protel电路设计，设计出PCB印刷电路，开发出PCB电路板，焊接PCB电路板单片机所有器件，包括单片机常用的晶振电路、电源电路、接口电路、I2C电路、显示电路、驱动电路等。实物焊接进一步促进掌握单片机电路各器件的工作原理、理论参数、连接方式、电磁兼容、电路布局和布线等知识。有助于减少单片机理论知识枯燥性，和提高对整体项目的把控。如下图所示：
3.2 焊接电路工具实操
单片机焊接时涉及到各种的工具，其中包括电烙铁、万能表、示波器、吸枪等，焊接工具的使用进一步提高了对器件融通，增强了对器件参数理解，能帮助理解掌握各器件的特性、参数指标，通过工具的实测得到的值后了解各部件的工作原理及运行过程。通过实操的练习增加了对单片机的乐趣，打通了单片机理论与仿真到项目实战的最后一步的问题。
3.3 单片机项目运行
单片机课程项目化、模块化，以项目为导向，提供一整套的搭建、编程、烧录、调试的工作过程。单片机万能板电路、单片机.hex开发程序、单片机烧录程序STC、单片机烧录终端等，运行步骤如下：
（1）计算机操作系统与单片机烧录终端连接;
（2）运行STC烧录程序，为单片机烧录.hex程序;
（3）安装烧录好的单片机;
（4）单片机项目上电运行;
（5）项目测试。
此方法运用了案例教学、项目驱动、产教融合等方法，相对较好的解决了单片机硬件电路的设计与调试、枯燥语言程序设计的两大难题，为学生提供了范例，适应了单片机教学需求，达到了以学生为中心，老师为辅导，调动了学生的积极性，有助于进一步增加学习的动力。
4 结语
单片机的应用技术是一项新型的软硬件工程技术，其是学生们觉得最难学的课程之一，涉及到硬件的各科知识，也涉及到高级语言编程，一定程序上增加的课程的难度，为了更好的学习好单片机这们课程，采用理论、仿真、实操结合的方式，运用多种教学方法，实现难点简单化、问题直观化，重点切入。增加课堂的趣味，调动了学生主观能动，提高了积极性和动手能力，在一定程度上提高了学生的自信心，达到了培养要求。
参考文献：
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[2]段德功，丁莹亮.单片机原理及应用[M].北京：经济科学出版社，2010.
[3]闫海煜.Protel 99 SE电路设计基础[M].北京：机械工业出版社，2017.
[4]乔莉，刘寅生.基于CDIO的单片机课程教学改革方法探索[J].黑龙江科技信息，2011（11）：196.
作者简介：雷福宝（1985-），男，硕士，讲师，研究方向：计算机应用技术，计算机工程系系统维护教研室主任。
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