单片机课程教学方式改革与实践

周朝霞 纪艺娟

（厦门大学 嘉庚学院 信息科学与技术学院，福建 漳州 363105）

1 单片机原理及应用课程的传统教学方法及教学现状

目前，单片机原理及应用课程的教学主要分两部分：课堂理论教学和实验室实验教学，具体来说。

(1)课堂理论教学现在基本不使用传统的授课方式——老师在讲台上板书，而普遍采用多媒体设备，将上课教学内容制作成PPT，采用演示教学法。这种同时具备声音、视频效果的教学方式，使学生在一定程度上容易理解并接受所讲授的内容，并对提高学生的学习积极性有一定效果，但对于单片机原理及应用这门课程，学生反映很抽象、难懂、难学，效果很有限[1]。

(2)实验室实验教学是在固定的实验箱上，围绕单片机理论课程中的知识点进行验证性、设计性和综合性的实验，为让学生能更好地理解并掌握知识点，每次实验内容都较多，再加上实验箱陈旧，故障率较高，所以学生一般很少能在有限的实验课时内完成所有的实验内容。这样造成不少学生学完了单片机实验课程后，往往对实际操作一知半解，有些理论难点内容也是没有深入理解、似懂非懂。这种情况，不利于培养学生独立解决实际问题的能力，对提高学生学习兴趣、扩展学生学习思路收效也不大，给后续的课程设计、毕业设计及各类竞赛带来一定的麻烦。所以, 目前单片机课程的教学现状不容乐观，教学方式的改革势在必行。

2 Proteus和Keil μvision4软件的简介

Proteus是英国Labcenter公司研发的多功能EDA[2]。Proteus是模拟电路、数字电路、模数混合电路的设计与仿真平台，也是单片机系统先进的设计与仿真平台。它真正实现了在计算机上完成从电路设计、原理图绘制、程序代码联合调试、系统测试到最后形成PCB板的整个过程设计，并可进行功能验证的仿真。

Keil软件是美国Keil Software公司出品的兼容单片机C语言软件的开发系统，它支持众多不同公司的MCS-51架构的芯片。它提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器在内的完整开发方案，能与Proteus联合调试，给程序代码的修改提供极大的方便。Keil和Proteus对单片机的仿真具有强大的功能，受到电子技术爱好者、从事电子与电工教学的教师及致力单片机开发应用科技工作者的青睐[3]。

3 Proteus和Keil μvision4软件在单片机教学中的应用

3.1 单片机教学方式改革的效果

（1）在单片机课堂教学中使用Proteus和Keil μvision4软件教学，以教材为基础，以每个知识点的理解和应用为目标，我们设计了大量的单片机仿真实例（流水灯、数码管动态显示、中断编程、定时器应用等）。上课过程中通过多媒体设备，使用Proteus和Keil软件演示程序在单片机中的全速运行（run）、断点运行(breakpoints)、单步运行（step）等软件调试的整个过程。这种教学方式实现了在课堂上进行实例演示，让学生很直观地体会到单片机系统的设计、仿真、调试等工作过程，大大简化了单片机理论知识点理解的难度，对提高学生的学习兴趣和学习积极性有着明显的作用和效果。

(2)单片机课程实验教学中由于实验箱设备淘汰很快，有些实验箱故障率较高，严重影响实验硬件的调试，加上实验内容很丰富，极少数学生能在实验课堂内完成预定实验内容，为了能让学生不受实验设备和实验课时的限制，我们倡导学生根据实验箱硬件连线的要求及所应用的元器件模型和外围设备模型, 用proteus软件设计仿真原理图，同时使用keil软件对其进行编程调试，最后通过仿真仪器的输出效果对实验的结果进行验证。这样一来，单片机实验教学解决了实验设备有限的难题，也使实践教学并不局限在实验室, 很多实验内容学生在宿舍、在自己的电脑上就可以完成，大大提高了学生的学习兴趣，也增强了学生独立解决实际难题的能力，为后续参加电子竞赛、智能车竞赛、单片机竞赛及各种创新性训练计划项目打下坚实的基础。

3.2 Proteus和Keil μvision4联合调试实例

单片机的并行I/O口设计LED显示器，学生普遍反映这部分知识点很难学懂、学透，数码管的静态显示方式和动态显示方式，学生觉得比较抽象，理解仅仅局限在字面上，很难把握住本质。为了解决这个问题，我们理论上课时设计了一个数码管动态显示仿真实例。

为了让学生完全理解数码管动态扫描方式，课堂上我们用Proteus结合Keil软件设置程序断点运行和全速运行，运行结果如下：

图1.数码管动态显示HELP全速运行仿真实例

图2.数码管动态显示HELP断点运行部分仿真图

LED数码管动态接口软件程序流程图如下：

图3.软件程序流程框图

通过以上Proteus仿真图的演示，直观、形象、生动地展现了数码管动态显示的工作原理——每位数码管循环轮流点亮（图2中在Keil软件设置断点运行，可明显观察到这种现象），但由于扫描时间很快，利用人眼的暂留特性，看上去好像是四位数码管同时亮（图1在Keil软件设置全速运行所观察到的现象）。这种演示教学法加深了学生对数码管动态接口方式下断点运行和全速运行时差别，真正理解了动态扫描方式的整个工作过程，改善教学效果。

4 总结

在单片机理论课程和实验课程的教学中应用Proteus和Keil μvision4仿真软件，使理论教学和实验教学融为一体,通过实验仿真实例可形象生动地理解理论中的难点和重点，更好地完成单片机原理及应用课程的教学任务。另外，单片机系统使用Proteus仿真和Keil软件联合调试克服了实验硬件平台的束缚，有效解决学生理论知识与实践应用相脱节的矛盾，取得很好的教与学的效果。

[1]许超.基于Proteus和Keil的单片机课程教学改革[J].辽宁大学学报(自然科学版),2011,(1): 27-29.

[2]李林雄,彭协忠.Proteus单片机仿真虚拟实验与应用[J].中国人民教师,2006,(4):83-84.

[3]张靖武.单片机原理应用与PROTEUS仿真[M].北京:电子工业出版社,2008.