孫媛 陳麗梅

摘 ?要： 針對(duì)傳統(tǒng)單片機(jī)課程教學(xué)中存在的弊端，提出了項(xiàng)目式教學(xué)方法。探討了在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中項(xiàng)目的選擇、項(xiàng)目的情境設(shè)計(jì)、項(xiàng)目在教學(xué)過程中的實(shí)施等問題。以燃?xì)饪刂破鳛轫?xiàng)目案例，介紹了如何將項(xiàng)目教學(xué)方法融入到單片機(jī)的硬件和軟件教學(xué)中。以項(xiàng)目為主線，逐層完成整個(gè)項(xiàng)目的開發(fā)，直觀地展示項(xiàng)目式教學(xué)方法在單片機(jī)教學(xué)中的優(yōu)越性。該教學(xué)方法能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)其創(chuàng)新意識(shí)，幫助學(xué)生畢業(yè)之后更快地適應(yīng)相關(guān)工作。

關(guān)鍵詞： 單片機(jī)課程; 項(xiàng)目式教學(xué); 控制器; 創(chuàng)新意識(shí)

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1006-8228（2014）12-53-02

Reform and practice of SCM course in colleges based on project

Sun Yuan， Chen Limei

（Beijing Wuzi University， Beijing 101149， China）

Abstract： According to the disadvantages in the traditional SCM （single-chip microcomputer） courses， the project teaching method is proposed. The selection of project， the design of project and the implementation of project in the process of teaching are discussed.Take the gas controller as a project case， how to imbed the project teaching method into the teachingof the SCM hardware and software is introduced. With project as the main line， the entire project is gradually developed. It shows the superiority of project teaching method in SCM teaching. It can arouse students' interest and enthusiasm， stimulate their creativity， imagination and help them quickly adapt to the related work after graduation.

Key words： SCM course; project teaching method; controller; creativity

0 引言

單片機(jī)課程是我校信息學(xué)院計(jì)算機(jī)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)工程的專業(yè)基礎(chǔ)課。在傳統(tǒng)的授課模式中，教師一般都會(huì)采用“以講為主，實(shí)驗(yàn)為輔”的方式，授課重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)對(duì)原理性知識(shí)的理解和掌握，講解過程中涉及很多抽象的理論知識(shí)，一般先將單片機(jī)的各個(gè)環(huán)節(jié)如總線、并行接口、中斷、堆棧、地址、數(shù)據(jù)類型和語法等分開講解，各部分無論講得多么細(xì)致，學(xué)生還是很難建立起一個(gè)基于單片機(jī)測(cè)控器件的整體概念，這樣就把本來是一個(gè)合理的有機(jī)體變得支離破碎，學(xué)生普遍感到難學(xué)，導(dǎo)致課程變成了“天書”，學(xué)生逐漸失去了學(xué)習(xí)的信心和興趣。引入項(xiàng)目式教學(xué)方法可以大大改善單片機(jī)教學(xué)中“學(xué)”與“教”的關(guān)系，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為學(xué)生在學(xué)習(xí)和就業(yè)方面架起橋梁，增加畢業(yè)生就業(yè)機(jī)會(huì)。

1 項(xiàng)目式教學(xué)方法

項(xiàng)目式教學(xué)是師生通過共同實(shí)施一個(gè)完整的“項(xiàng)目”工作而進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)。在職業(yè)教育中，項(xiàng)目是指以生產(chǎn)一件具體的、具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的產(chǎn)品為目的的任務(wù)。在整個(gè)教學(xué)過程中體現(xiàn)了學(xué)生的主體作用，使課堂教學(xué)的質(zhì)量和效益得到更大幅度的提高。通過項(xiàng)目教學(xué)法學(xué)習(xí)的學(xué)生，他們的動(dòng)手能力、解決實(shí)際問題的能力及創(chuàng)新能力將有很大的提高[1]。打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，將教學(xué)資源整合，引進(jìn)“產(chǎn)品導(dǎo)向、項(xiàng)目遞進(jìn)”式的項(xiàng)目教學(xué)，從成熟的生產(chǎn)或生活中基于單片機(jī)項(xiàng)目案例入手，讓學(xué)生首先看到結(jié)果是單片機(jī)能夠做什么，“原來單片機(jī)可以完成這么多功能”，很多學(xué)生在驚訝的同時(shí)會(huì)提出很多問題，自己想掌控單片機(jī)，如果自己學(xué)會(huì)了，那么也可以設(shè)計(jì)很多智能器件，這時(shí)老師可以將這些測(cè)控器項(xiàng)目一層一層打開，由淺入深，由深入淺，由整體到部分，由部分到整體，將單片機(jī)主要的內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣講給學(xué)生，學(xué)生可以在總體和細(xì)節(jié)上掌握單片機(jī)，而不是以前只見樹木不見森林的講解方法。項(xiàng)目式教學(xué)法使學(xué)生有獨(dú)立進(jìn)行計(jì)劃工作的機(jī)會(huì)，在一定的時(shí)間范圍內(nèi)可以自行組織、安排自己的學(xué)習(xí)行為，使學(xué)生變被動(dòng)灌輸為啟發(fā)求知。項(xiàng)目式教學(xué)不僅是已有知識(shí)、技能的應(yīng)用，而且還要求學(xué)生運(yùn)用新學(xué)習(xí)的知識(shí)、技能，解決過去從未遇到過的實(shí)際問題[2]。

2 項(xiàng)目式教學(xué)案例分析

2.1 如何進(jìn)行項(xiàng)目總體規(guī)劃

本文以基于單片機(jī)天燃?xì)獠杉托孤秷?bào)警器為案例來介紹項(xiàng)目的總體規(guī)劃。天燃?xì)饪刂破鞒擞糜诔Ｒ?guī)的顯示等功能之外，還需要能夠?qū)崿F(xiàn)天燃?xì)獾牟杉?、存?chǔ)、調(diào)整、顯示、上傳和接收數(shù)據(jù)等，以及燃?xì)庑孤秷?bào)警等功能，如圖1所示。

[單片機(jī)][顯示][鍵盤][通信接口][天燃?xì)獠杉痌[天燃?xì)庑孤禲[存儲(chǔ)擴(kuò)展]

圖1 ?燃?xì)饪刂破鞴δ軋D

煤氣控制器外觀中主要分四個(gè)模塊：①信號(hào)輸入功能;②顯示功能;③存儲(chǔ)功能;④通信功能等。學(xué)生首先看到的是一個(gè)用于實(shí)際天燃器采集和泄露報(bào)警的產(chǎn)品，從這個(gè)產(chǎn)品的功能出發(fā)，對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)案例進(jìn)行剖析、總體講解。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)是以單片機(jī)為核心，配合一定的外部電路及程序，從而實(shí)現(xiàn)特定測(cè)量及控制功能的應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)的任務(wù)是指，以單片機(jī)為核心，構(gòu)建硬件部分和軟件部分組成，配以一定的外圍電路和軟件，實(shí)現(xiàn)某幾種功能，完成相應(yīng)的任務(wù)。硬件是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，軟件則是硬件的基礎(chǔ)上對(duì)其合理的調(diào)配和使用，從而完成應(yīng)用系統(tǒng)所要完成的任務(wù)。單片機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩大部分。

2.2 項(xiàng)目中硬件部分的講解方法

項(xiàng)目設(shè)計(jì)中硬件設(shè)計(jì)分兩部分。①單片機(jī)擴(kuò)展部分設(shè)計(jì)：包括存儲(chǔ)器擴(kuò)展和接口擴(kuò)展。本控制器對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行擴(kuò)展EEPROM，還有通信端口的擴(kuò)展。從這個(gè)實(shí)際的擴(kuò)展中講解單片機(jī)為什么擴(kuò)展，如何擴(kuò)展;再引申到存儲(chǔ)器的擴(kuò)展，指EPROM、EEPROM和RAM的擴(kuò)展。其接口擴(kuò)展是8255、8155、8279以及其他功能器件的擴(kuò)展。②各功能模塊的設(shè)計(jì)：燃?xì)饪刂破饔休斎肽K、顯示模塊、通信模塊、存儲(chǔ)模塊。在硬件上如何擴(kuò)展這些模塊，如信號(hào)測(cè)量功能模塊、信號(hào)控制功能模塊、人機(jī)對(duì)話功能模塊、通信功能模塊等，根據(jù)系統(tǒng)功能要求配置相應(yīng)的A/D、D/A、鍵盤、顯示器、打印機(jī)等外圍設(shè)備。

在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，注重總體方案，并需進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)論證。硬件電路的總體設(shè)計(jì)比較重要的是硬件電路原理圖。在硬件系統(tǒng)中，電路的各部分都是緊密相關(guān)、互相協(xié)調(diào)，任何一部分電路的設(shè)計(jì)如果考慮的不充分，都會(huì)給整體方案帶來難以預(yù)料的影響，所以設(shè)計(jì)者應(yīng)在總體方案設(shè)計(jì)時(shí)反復(fù)論證、比較，尋求最合理的總體方案。在硬件設(shè)計(jì)過程中要用到Protel等印制板輔助設(shè)計(jì)軟件，在Protel軟件中首先畫連接原理圖，然后再用Protel將原理圖轉(zhuǎn)換為印制板圖即PCB圖，檢查無誤后，交給印制板生產(chǎn)廠家，印制板生產(chǎn)調(diào)試好后，將元器件焊接到印制板上就完成了硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具體部驟如下：

⑴ 繪電路圖。教學(xué)中要求學(xué)生利用最少的知識(shí)完成電路圖的繪制;

⑵ 生成網(wǎng)絡(luò)表，檢查錯(cuò)誤;

⑶ 規(guī)劃電路板并手工布局;

⑷ 自動(dòng)布線，并輸出各層圖紙。

學(xué)生完成這四個(gè)任務(wù)后，基本了解了硬件設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)電路板的全過程。盡管每個(gè)任務(wù)看上去都很簡(jiǎn)單，但過程是完整的，學(xué)生完成這個(gè)項(xiàng)目，就已完全掌握了設(shè)計(jì)過程，盡管項(xiàng)目完成得還不是很完美。如果課時(shí)不夠充分，對(duì)于電路板的制作過程可以放到實(shí)踐周中集中講解效果會(huì)更好，但在通常的單片機(jī)課程講解中，整個(gè)硬件的設(shè)計(jì)應(yīng)該講解清楚，還要通過這個(gè)控制器的案例將硬件布局優(yōu)化和調(diào)試講給學(xué)生，由一個(gè)單片機(jī)控制器硬件的設(shè)計(jì)引申出同一類的硬件設(shè)計(jì)[3]。

2.3 項(xiàng)目中軟件部分的講解方法

一個(gè)單片機(jī)能夠聰明地執(zhí)行某種任務(wù)，除了它們強(qiáng)大的硬件外，還需要它們運(yùn)行的軟件。其實(shí)單片機(jī)并不聰明，它們只是完全按照人們預(yù)先編寫的程序而執(zhí)行之。燃?xì)饪刂破髦械某绦蚋鶕?jù)硬件的特點(diǎn)，采用模塊化的編寫方法，將程序的功能分成幾大模塊，例如初始化模塊、燃?xì)庑孤秷?bào)警模塊、讀表模塊、寫入24C16模塊、鍵盤模塊、通信模塊等。在每個(gè)功能模塊的基礎(chǔ)上再細(xì)分幾個(gè)子模塊，在程序的編寫上采用分層的方法處理，由于單片機(jī)有主程序較短的特點(diǎn)，主要的處理工作分層展開，通過子程序的調(diào)用一層一層地實(shí)現(xiàn)程序的功能，逐步細(xì)化、求精，使程序清晰、可讀性強(qiáng)、可重用性強(qiáng)、便于調(diào)試擴(kuò)展。通過燃?xì)饪刂破鬈浖糠值闹v解將程序設(shè)計(jì)方法和思想滲透到各個(gè)程序的編寫中。硬件設(shè)計(jì)之后，軟件的任務(wù)是合理有效地驅(qū)動(dòng)這些硬件，讓硬件充分有效地分發(fā)揮其功能。在軟件的設(shè)計(jì)中通過軟件可以更好地理解硬件是如何使用和工作的。

MCS-51單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)通常分為下面三個(gè)步驟。

⑴ 制作程序流程圖

對(duì)所提出的算法找出最合理、最簡(jiǎn)便的解決方法并作出程序流程圖，程序流程圖用以表示人們利用一定的算法解決問題的思路。流程圖有粗略和詳細(xì)兩種，粗略的流程圖可以給出解題的大致步驟，而詳細(xì)的流程圖則給出每一步驟的細(xì)節(jié)。對(duì)一些大的問題，應(yīng)先給出粗略的流程圖以得出總體概念，然后作詳細(xì)的流程圖對(duì)每一步驟作具體的描述。

⑵ 資源分配

根據(jù)算法的要求合理地分配系統(tǒng)資源，如存儲(chǔ)器分配、輸入輸出接口的分配等。在MCS-51系統(tǒng)中，程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分別編址，而存儲(chǔ)器又分為內(nèi)部和外部存儲(chǔ)器，又有位尋址的存儲(chǔ)器，因此資源分配得合理，將會(huì)給編制程序帶來方便，不然可能會(huì)增加麻煩，甚至使程序產(chǎn)生錯(cuò)誤。

⑶ 源程序編制及調(diào)試

源程序編制就是將流程圖表達(dá)的算法用程序?qū)崿F(xiàn)，MCS-51系統(tǒng)的程序可用編輯器編輯，在集成的調(diào)試環(huán)境中讀入，也可直接在集成的調(diào)試環(huán)境中輸入，集成調(diào)試環(huán)境包括了程序的調(diào)試工具，如單步、斷點(diǎn)、全速運(yùn)行程序，還能實(shí)現(xiàn)寄存器檢查、存儲(chǔ)器內(nèi)容檢查等功能。

通過總體論證之后，將燃?xì)饪刂破鞯某绦蜃寣W(xué)生花一段時(shí)間略讀，使學(xué)生可以大致了解一個(gè)成熟的單片機(jī)控制器程序的整體模塊框架。接下來，教師引導(dǎo)學(xué)生從總體上掌握程序的主框架，包括在此框架下如何擴(kuò)展更多功能?？偪蚣芰私庵?，再精講各個(gè)模塊，對(duì)典型的有代表的模塊仔細(xì)講解。類似的程序讓學(xué)生自己消化，可以讓學(xué)生采用查閱資料、研討、和教師討論等形式完成。這時(shí)教師將單片機(jī)中存儲(chǔ)器分配、定時(shí)計(jì)數(shù)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、看門狗、中斷系統(tǒng)、外圍擴(kuò)展等與程序處理相結(jié)合，讓學(xué)生充分了解單片機(jī)的各模塊是如何有條不紊地工作的，以及如何擴(kuò)展功能等。

在整個(gè)軟件的講解中將單片機(jī)匯編語言或者C語言融入到各個(gè)環(huán)節(jié)中，使計(jì)算機(jī)語言更生動(dòng)、更有生命力，學(xué)生學(xué)習(xí)語言時(shí)關(guān)注點(diǎn)在其應(yīng)用而不側(cè)重語法，語言用得多了自然就熟能生巧了[4]。

3 結(jié)束語

采用單片機(jī)課程項(xiàng)目式教學(xué)方法能夠克服以往知識(shí)點(diǎn)散亂，單片機(jī)的各個(gè)環(huán)節(jié)不能有機(jī)結(jié)合的缺點(diǎn)，力求做到圍繞單片機(jī)系統(tǒng)項(xiàng)目開發(fā)而展開教學(xué)，使學(xué)生通過典型案例的學(xué)習(xí)了解同一類項(xiàng)目的開發(fā)過程從而能夠?qū)W會(huì)應(yīng)用單片機(jī)解決實(shí)際問題[5]。我校開展與企業(yè)“一來二去”合作模式，“一來”即把企業(yè)家引進(jìn)學(xué)校來， “二去”即老師去企業(yè)學(xué)習(xí)，學(xué)生去企業(yè)鍛煉。通過此合作模式，在加強(qiáng)校企合作的同時(shí)，為學(xué)生的實(shí)踐、實(shí)習(xí)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)搭建了良好的平臺(tái)。有了這樣的校企合作平臺(tái)，可以將企業(yè)中的成型項(xiàng)目帶到教學(xué)中來進(jìn)行研究和講解消化，再到企業(yè)中創(chuàng)新地應(yīng)用到新的項(xiàng)目中去。此合作模式可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，希望可以為同類型的課程探索提供參考。

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