单片机开发板在项目教学方法中的应用

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【摘要】本文针对目前单片机类相关课程的传统教学方式，提出了基于单片机开发板和keil开发软件条件下的单片机项目教学法。教学效果证明，基于单片机开发板和keil开发软件的项目教学法，改善了传统教学方法在单片机软硬件知识学习方面的不足，很好的提升了学生单片机知识水平、实践能力和培养了学生单片机系统分析设计和项目开发能力。

【关键词】项目教学;单片机;开发板;实践

教育部正在酝酿一种改革，启动高校转型改革，1200所国家普通高等院校，将会有600多所也就是将近一半转向职业教育。那也就是说，培养技能型人才的高校比例将会大幅上升。我校为应用型本科院校，开展的应用型本科教育实际上就是本科的职业教育。

单片机原理及应用是我校电气工程及其自动化、自动化等专业一门非常重要的主干课程。单片机广泛应用在电力电子技术、工业自动化、智能仪器仪表等多个领域，但是相关工作岗位要求学生有很强的系统设计能力和项目开发的能力，如何培养技能型人才，让学生学以致用，实现毕业后与工作岗位的无缝对接，具备工作岗位的专业技能，对单片机相关课程现有的传统教学模式提出了挑战。

一、单片机项目教学法及其实践平台

目前，单片机课程传统的教学模式是“理论教学”、“课内实验”和“课程设计”。教学内容相对比较单一，综合训练和工程背景不强、，造成学生对单片机技术理解不透彻、实践动手能力普遍较弱。[1]

项目教学法主张先练后讲，先学后教，强调学生的自主学习，主动参与，从尝试入手，从练习开始，调动学生学习的主动性、创造性、积极性等，学生为主体，教师为主导，围绕具体的项目构建教学内容体系，通过师生共同参与完成一个具体的项目而展开的教学活动。项目驱动法教学是以实践应用为根本目标，在项目的教学实施过程中，学生按需学习，亲身实践，学习成为一个参与的创造实践活动，项目完成的过程有利于培养分析和解决问题的能力，加强对学生自学能力、创新能力的培养。[2]

在单片机项目教学法中引入单片机开发板，keil开发软件。

图1 单片机开发板

1.开发板简介

单片机开发板如图1所示，为单片机项目教学提供硬件环境。该开发板采用方便易学设计理念，各功能模块完全独立，互不干扰，模块之间用排线快速连接。一方面可以锻炼动手能力，同时可加强初学者对实验板硬件的认识，熟悉电路，快速入门;另一方面，因为各功能模块均独立设计，完全利用此板上的模块资源，可以根据自身需要构建一个相应的最小系统板。系统单片机采用宏晶STC单片机，该单片机集成Flash 程序存储器，并且具有 ISP在系统可编程功能，无需编程器，应用宏晶公司提供的下载软件，可由串口直接下载程序，几秒钟即可完成，为项目教学中的编程调试提供极大方便。

2.keil软件应用

Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。Keil提供一个集成开发环境（uVision），这个集成开发环境包含：编译器，汇编器，实时操作系统，项目管理器，和一个功能强大的仿真调试器。Keil软件在单片机项目教学过程中主要让同学学习单片机编程。

二、项目教学方法的实施

项目的内容是项目教学的基础，项目的设计是项目教学的最重要的环节，通过各个项目的实施，不仅要让同学掌握单片机的基础知识，还要培养同学的系统设计和开发能力。

本文将开发板提供的硬件环境和传统单片机教学内容相结合，打破传统单片机教材的章节结构，根据难易程度设计了三个层次的项目内容，每个层次由几个具体项目组成，每个项目大概4到8课时。[3][4]

1.基础训练

项目1：单片机认知，keil软件应用，下载软件应用。

主要内容：了解单片机的性能，单片机的引脚功能，学习使用keil软件开发平台，了解开发板的主要功能模块，开发板下载软件下载流水灯的程序。

实施效果：通过该项目的实施，让同学掌握keil软件的基本应用，对单片机系统开发过程有初步认识。

项目2：输入输出接口，led指示灯应用，按键，数码显示等。

主要内容：了解led灯，led数码显示，独立键盘，矩阵键盘等简单输入输出接口的原理及使用方法。

实施效果：上述输入输出接口是单片机相关项目的基础，通过该项目为同学在后续的项目实施过程中提供了简单的人机交互接口，使同学对单片机在各相关行业的应用有更加感性的认识。

项目3：单片机存储器结构，寄存器应用

主要内容：顺序结构程序，分支程序，循环程序，子程序等。

实施效果：通过该项目的实施主要让同学掌握单片机的编程方法，单片机各存储器的功能以及读写方法。

2.接口模块训练

项目4：单片机中断系统

主要内容：了解STC51单片机的中断系统结构，中断相关寄存器的功能，掌握中断的编程方法和中断电路的使用。

实施效果：中断时单片机与外设交换数据的重要手段，通过该项目的实施使同学对中断有了更深入的了解，掌握中断的编程方法，中断程序结构，中断在工程应用中的意义。

项目5：单片机定时器/计数器

主要内容：掌握STC51单片机定时器/计数器的结构，寄存器的功能，各种工作模式的特点，定时器/计数器的编程方法。

实施效果：项目分别针对实际生产生活过程中的应用进行了定时器，计数器的练习。

项目6：串行通信接口

主要内容：掌握STC51单片机串行通信接口的结构，寄存器的功能，各种工作模式的特点，串口的通信协议和编程方法。

实施效果：通过该项目的实施使同学了解串行通信的基础知识，完成单片机和PC（串口调试助手）之间的通信，完成两台开发板之间的通信（要求同学自定义通信协议）。

3.综合训练

项目7：SPI总线，A/D，D/A转换器的应用

主要内容：SPI总线的引脚功能，时序。项目选用具有SPI接口的A/D，D/A转换器。

实施效果：串行总线接口有很多优点，在单片机电路的扩展过程中使用更加广泛，通过SPI总线和A/D或D/A转化器项目的实施，不仅使同学掌握SPI总线，A/D，D/A工作原理和编程方法，而且让同学掌握单片机电路串行扩展的思想，引导同学自学I2C总线和单总线等串行总线。

项目8：温度可调声光报警系统

主要内容：温度采集，键盘设置温度的上下线，数码显示温度，声光报警，继电器输出。

项目所用模块组合如图2所示。

实施效果：该项目相对比较综合，难度较大，可以在此基础上增加加热，降温环境，实现闭合控制，很好的提高了学生综合能力。

图2 温度可调声光报警系统

综合训练项目可以根据实际情况具体实施。

三、结束语

基于单片机开发板的项目教学方法改变了“单片机理论教学+实验教学+课程设计”传统模式，并打破了传统课本单片机教学内容的结构。教学过程中，每个项目的实施都达到了很好的效果，并为我校学生参加的单片机类的全国大赛都取得的优异成绩奠定了基础。

另外，该开发板提供的模块很多，综合训练可以根据不同同学的学习情况进行单独设置。同学可以通过增加难度，增加模块功能，或者自行设计模块和开发板对接来完成毕业设计。

参考文献

[1]唐炜.基于“项目驱动”的单片机类课程实践教学改革[J].实验室研究与探索，2010（05）.

[2]王京港，张翠屏.基于项目驱动及Proteus仿真的单片机教学改革探索[J].中国电力教育，2013（22）：138-139.

[3]彭远芳，陆勤，胡宁，杨洋.基于“项目驱动法”的单片机课程一体化教学的探索与实践[J].计算机教育，2010（06）.

[4]赵永熹，黄云峰.基于项目驱动法的单片机课程体系设计[J].中国电力教育，2013（4）：55-56.

作者简介：高峰（1976―），男，金陵科技学院机电学院讲师，主要研究方向：测试计量技术及仪器。