朱 念

(貴州交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 貴州貴陽550008)

情境模擬基礎(chǔ)上的單片機實訓(xùn)課程研究

朱 念

(貴州交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 貴州貴陽550008)

單片機是一門理論與實踐相結(jié)合的課程，對于實踐的要求很高。采用情景模擬的方式，使學(xué)生融入單片機的開發(fā)環(huán)境，體會單片機的開發(fā)過程，領(lǐng)悟單片機硬件和程序的結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和解決問題能力。系統(tǒng)化描述了單片機的實訓(xùn)過程，對教師和學(xué)生均有一定的指導(dǎo)意義，對開展實訓(xùn)課程具有一定的示范作用。

單片機 創(chuàng)建情境 情景模擬

0 引 言

單片機(SCM)的廣泛應(yīng)用使得其在工學(xué)領(lǐng)域不斷嶄露頭角。作為一門理論與實踐相結(jié)合的課程，單片機的實踐尤其重要。結(jié)合多年的單片機教學(xué)和實踐經(jīng)驗，筆者對單片機的實訓(xùn)課程建設(shè)提出了系統(tǒng)性建議。

1 實訓(xùn)課程的重要性

在單片機課程的學(xué)習(xí)中，學(xué)生僅僅學(xué)習(xí)相關(guān)理論、學(xué)會編寫匯編語言程序或C語言程序是不夠的，要完成實際項目還存在著很大的困難。因此，實訓(xùn)課程尤為重要，通過實訓(xùn)可以使學(xué)生了解單片機的開發(fā)過程，理解程序的設(shè)計，結(jié)合實際項目，使學(xué)生體會真實的單片機開發(fā)過程。

2 開展實訓(xùn)之前需具備的基本能力

開展實訓(xùn)之前，學(xué)生應(yīng)該具備設(shè)計程序的能力和利用仿真軟件調(diào)試程序的能力，這部分能力可以通過調(diào)試各種結(jié)構(gòu)(如順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、子程序調(diào)用)進(jìn)行培養(yǎng)。在該過程中，學(xué)習(xí)Keil軟件的使用、程序調(diào)試、程序運行結(jié)果分析、程序?qū)崿F(xiàn)功能的觀察，并結(jié)合PROTEL軟件進(jìn)行仿真。

① Keil軟件的使用主要是學(xué)會建立項目和文件，把文件加載到項目中。如：開發(fā)1個交通燈項目，應(yīng)該首先新建1個后綴為.uvision的項目文件，把與項目有關(guān)的程序都匯總在一起；將程序員編寫的與本項目有關(guān)的主程序、子程序、中斷服務(wù)程序等程序保存之后(如匯編語言程序，注意程序保存后綴為.asm)，放在該項目中。

② 程序的調(diào)試主要是學(xué)會用編譯鍵對程序進(jìn)行編譯。調(diào)試過程中，計算機會提示程序出現(xiàn)的語法錯誤，根據(jù)提示對程序進(jìn)行修改直至程序不再出現(xiàn)錯誤。

③ 程序運行結(jié)果的分析主要是學(xué)會觀察存儲器，特別是數(shù)據(jù)存儲器。通過觀察與程序相關(guān)的數(shù)據(jù)存儲器的內(nèi)容變化情況，可以分析程序是否已經(jīng)實現(xiàn)了設(shè)想的功能。

④ 應(yīng)用PROTEL軟件建立項目的硬件電路，并把程序放入虛擬單片機中仿真，觀察軟硬件是否能達(dá)到項目要求，如果達(dá)到項目要求，則開始構(gòu)建實際電路。

3 設(shè)計項目實施過程

3.1 創(chuàng)建情境

學(xué)生自由組隊(最好3人一組)，組成項目開發(fā)小組，并完成組內(nèi)人員分工。每個小組都要有項目負(fù)責(zé)人(負(fù)責(zé)整個項目的開展以及組員之間的協(xié)調(diào)工作，對項目完成的質(zhì)量負(fù)直接責(zé)任)、軟件開發(fā)工程師(負(fù)責(zé)項目的軟件開發(fā)工作)和硬件開發(fā)工程師(負(fù)責(zé)項目的硬件開發(fā)以及材料采購等硬件相關(guān)工作)，使不同角色的學(xué)生明確自己的崗位職責(zé)。

3.2 情境模擬

教師站在客戶的角度，向各個組的學(xué)生(開發(fā)者)提出不同的項目要求：包括產(chǎn)品功能、完成時間、所需指標(biāo)等，如圖1所示。學(xué)生對于任務(wù)單如有疑問，可以和老師進(jìn)行溝通交流。

圖1 交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)單Fig.1 Work order for the design of a traffic light control system

學(xué)生清楚任務(wù)以后，由負(fù)責(zé)人組織小組成員集中討論任務(wù)實施步驟，確定具體實施計劃，包括：具體的任務(wù)分工以及時間節(jié)點等，如表1所示。

由小組集中確定系統(tǒng)總體設(shè)計方案，再由各成員分擔(dān)具體的實施任務(wù)，項目負(fù)責(zé)人在此期間定期向軟硬件工程師溝通，了解項目進(jìn)度以及遇到的困難。項目負(fù)責(zé)人還應(yīng)定期集中小組成員進(jìn)行交流，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計方案中不合理的地方并進(jìn)行調(diào)整。

表1 交通燈系統(tǒng)設(shè)計工作計劃表Tab.1 Design schedule for a traffic light control system

項目實施過程中，軟件工程師應(yīng)該結(jié)合系統(tǒng)總體設(shè)計方案設(shè)計流程圖以及項目指標(biāo)，根據(jù)流程圖完成程序的設(shè)計并進(jìn)行調(diào)試；硬件工程師也應(yīng)該結(jié)合系統(tǒng)總體設(shè)計方案設(shè)計流程圖以及項目指標(biāo)，利用PROTEL硬件仿真軟件搭建硬件圖，并綜合考慮性價比等性能指標(biāo)。最后，在負(fù)責(zé)人的指導(dǎo)下，由工程師把軟硬件結(jié)合，并進(jìn)行仿真試驗。如仿真成功，就可以進(jìn)行硬件電路的搭建。此過程中可能會出現(xiàn)實際電路無法實現(xiàn)的問題，需要不斷進(jìn)行調(diào)試。

圖2 學(xué)員自評表Fig.2 Self assessment sheet

3.3 項目結(jié)題

項目完成后，由負(fù)責(zé)人匯報項目成果及所用經(jīng)費情況，填寫自評表(見圖2)。由老師(客戶)使用項目成果后，填寫項目評價單(見圖3)。

圖3 項目評價表Fig.3 Project evaluation sheet

4 實訓(xùn)效果

采用情景模擬的項目式開發(fā)實訓(xùn)和一般的實訓(xùn)方式比較起來，既可以培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能幫助學(xué)生在做的過程中學(xué)習(xí)知識點。表2是采用情景模擬項目開發(fā)式實訓(xùn)后的學(xué)生情況調(diào)查。

表2的調(diào)查結(jié)果表明，情景模擬項目式實訓(xùn)方式對學(xué)生動手能力的培養(yǎng)起到了積極的作用，并能夠很好地與工程實踐相結(jié)合，但是教師對學(xué)生的關(guān)注程度受到一定的影響。對于這個問題，將在以后的實訓(xùn)中適當(dāng)加強教師的指導(dǎo)作用，提高實訓(xùn)效果。

表2 2013級機械設(shè)計制造及自動化(應(yīng)用型本科)學(xué)生單片機實訓(xùn)效果評價統(tǒng)計表Tab.2 Effectiveness evaluation list of SCM practical training for 2013 mechanical design manufacturing and automation(applied undergraduate)majors

總之，通過實訓(xùn)方式，可以使學(xué)生作為主角自主完成項目，逐步提升能力。實訓(xùn)重點培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，以及解決問題和思考問題的能力，掌握了單片機的整個開發(fā)過程，不僅演練了實際項目的開發(fā)過程，也為適應(yīng)今后工作打下了基礎(chǔ)。

［1］ 李軍. 單片機原理與應(yīng)用(高職高專機電類工學(xué)結(jié)合模式教材)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2014：21-55.

［2］ 張旭濤. 單片機原理與應(yīng)用[M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社，2013：205-245.

［3］ 忽建蕊. 實施一體化教學(xué)對教師和學(xué)生提出的新要求[J]. 中國培訓(xùn)，2016(3)：34-35.

［4］ 吳靜麗，霍文進(jìn). 育芬芳桃李，享快樂工作——淺談電機與變壓器課程的一體化教學(xué)設(shè)計[J]. 職業(yè)，2016(6)：79-80.

On Scenario Simulation Based SCM Training Courses

ZHU Nian
(Guizhou Polytechnic College of Communications，Guiyang 550008，Guizhou Province，China)

The learning of SCM knowledge must be combined with theory and practice.By way of simulation scenarios，students can be led into the development environment of SCM，experience the MCU development process，know from the combination of hardware and program and thus have their learning ability and problem solving ability improved.In this paper，a systematic description of the whole training process was given，which has a guiding significance for both teachers and students and has a demonstration effect on the implementation of the training courses.

single chip microcomputer(SCM)；scenario creation；scenario simulation

G4

：A

：1006-8945(2016)05-0057-03

2016-05-09