项目式模仿教学法在单片机教学中的应用
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摘要：该文主要针对在片机课程教学过程中存在的问题，提出了新的教学方法，即项目式模仿教学法。该教学方法能够把理论与实践相结合，边理论边实践，边学习边模仿，是直观教学、实践教学、情景教学和仿真教学的有机结合。通过该教学方法，学生们不仅牢牢地掌握了所学的内容，而且学习的兴趣也提高了、学习也变得轻松了、综合能力也有了较大的进步。
关键词：单片机；模仿；教学法；项目式
中图分类号：G642 文献标识码：A 章编号：1009-3044（2016）25-0137-03
1 背景
《单片机技术》这门课程对电子、通信、自动控制、机电等工科专业的学生来说是一门非常重要的课程，但是很多学生都普遍感到这门课很难学，听不懂，老师也觉得这门课不好教。我想原因是多方面的，复杂的。一方面，学生的基础差，学习的兴趣不高，缺少了学习的积极性和主动性；另一方面，老师的教学方法没有与时俱进，仍然是一支粉笔、一本书，从头讲到尾，整个教学过程缺少了学生参与，不能够很好地理论联系实际，自然吸引不了学生。因此要教好单片机这门课程，首先就要改变传统的教学方法，提高学生的学习兴趣，要充分利用现有的多媒体技术、单片机仿真软件和单片机开发板等实验室设备和条件，把理论与实践有机地结合起来，使抽象的内容具体化，复杂内容简单化，让同学们看得见，摸得着，从而提高了学生的学习兴趣，达到事半功倍的效果。
下面以单片机教学过程当中最常用的霹雳灯项目为例，介绍项目式模仿教学法在整个单片机教学中的过程。
2 项目的设计要求及工作原理
2.1 项目的设计要求
所谓“霹雳灯”就是指八个发光二极管（LED灯）排成一排，任何时候只有一个发光二极管亮，其他都是灭的。灯亮的顺序先是从左到右依次点亮，间隔时间为1秒，然后再从右到左依次点亮，如此反复。八个发光二极管由单片机的P0端口驱动。当P0端口的某位为0时，对应的LED灯点亮，反之为1时，对应的LED灯熄灭。
2.2 实际电路展示
老师在课堂上首先把制作好的“霹雳灯”电路的实物拿出来，并接上电源演示给同学看。为了方便展示，可用四节1.5v电池串联作为单片机工作电源，现场实物演示。同学们看到8个LED灯从左到右，再又从右到左的流水效果，都感觉十分新奇，自然学习的兴趣也就提高了。这时，老师就可以从电路的结构、工作原理、制作方法等方面一步步展开教学了。
2.3 工作原理
要达到该项目的地，方法有很多种，最终的目的都一样，就是如果左循环只要将单片机的P0口先送11111110（即0xfe），0亮，1不亮，然后再循环左移变成11111101（即0xfd）……依次类推，最后送入01111111（即0x7f）；如果是右循环只要将单片机的P0口先送01111111（即0x7f），然后再循环右移变成10111111（即0xbf）……依次类推，最后送入11111110（即0xfe）。在这里我们可以利用左移后在利用OR运算，即LED=（LED<<1）"0x01指令，就可以实现将11111110变成11111101，同理，在进行右移时，可利用LED=（LED>>1）|0x80指令。当然，也可以利用C51自带_crol_（） （循环左移）和_cror_（） （循环右移）的库函数指令来实现。
3 项目的硬件电路设计
3.1 单片机最小系统的设计
单片机最小系统的设计主要包括时钟电路，复位电路，电源电路以及存储器引脚处理电路。51系列单片机内部已经具备振荡电路，只要在单片机的18、19两个引脚连接简单的石英晶体与电容组成的并联谐振回路即可。如图1所示，时钟电路主要包括C1、C2和CRYSTAL（晶体）。单片机的工作频率主要取决于晶体的振荡频率，一般工作频率为0～24MHZ，而本项目设计中采用的是12MHz。电容C1、C2一般取30pF左右，电容的大小对工作频率的影响很小，只起微调的作用。
复位电路如图1所示，主要由电容C3、电阻R1和按钮开关PB组成。复位端（Reset）是单片机第9脚，当该引脚上出现2个机器周期的高电平就可产生复位动作。因本电路中采用的是12MHZ晶振，2个机器周期约为2us时间。而在复位电路中使用的电阻R1为100KΩ，电容C1为0.1uF，其充电的时间常数远大于2us的时间，所以足以使单片机产生复位的动作。电容两边并联的按钮开关PB是一个手动复位开关，当按下PB后，约产生10ms左右的高电平脉冲，同样起到复位的动作。
3.2 “霹雳灯”电路的设计
如图1所示，“霹雳灯”电路主要包括八个发光二极管D1～D8和排阻RN1组成。发光二极管通过排阻RN1分别接到单片机的P1口，排阻RN1在这里起到限流作用，通常取150Ω～470Ω之间。
4 软件的设计、仿真和调试
4.1 流程图
如图2所示。
4.2 程序设计、编译、调试和仿真
5 实际电路的演示
当通过Keil C软件调试/仿真功能正常后，就可以使用在线仿真器进行在线仿真，看是不是达到预期的效果，如果有问题，则反过来再仔细检查线路的连接和程序，直到问题解决为止。若没有在线仿真器也可以直接把hex文件通过专门的数据线和程序下载到单片机芯片中，再按照图1的原理图用面包板和导线把各个元件连接起来，以取代在线仿真器，然后送电以达到预期的教学目的。在这里我们用的单片机应采用89S51/89S52系列的单片机，因为这种系列单片机采用的是Flash技术的内存，只要5V电压即可刻录与擦除，可以反复擦除达1000次以上。图6为具有USB下载功能的单片机开发板，通过此开发板可以很方便地把编写的程序烧录到单片机的芯片里去，再通过面包板、把元件按图1所示用导线连接起来，达到预期的效果。
6 学生模仿制作
当实际电路演示成功后，学生各个兴趣都很高涨，跃跃欲试，都想自己亲自试一下。趁着学生兴趣正浓时，适时地发给学生一些元器件、导线和面包板，让学生对照原理图去模仿连接电路、按老师刚才讲的过程一步步去模仿编程、调试和下载等。当然，学生在模仿制作过程当中肯定会出现不少问题，例如二极管的正负极接错、单片机引脚弄错、编写的程序有问题，不能顺利通过编译等等。当学生出现问题时，提倡学生自己去查找原因，找资料或相互之间讨论，实在找不到原因时老师才给予帮助。当学生模仿制作成功后，就会感到十分有成就感，同时学习单片机的兴趣也就逐渐提高了起来。
7 结束语
通过项目式模仿教学法，使学生从最初的简单项目“点亮一个发光二极管”开始模仿制作到定时中断、数模转换等较为复杂的项目学习，最终完成教学大纲所规定的内容。这种教学模式改变传统的只重理论不重实践方法，把理论与实践有机地结合起来。从理论到实践，再从实践到理论正是项目式模仿教学法的精髓所在，它是直观教学、实践教学、情景教学和仿真教学的有机结合。通过一段时间的模仿后，学生的读图能力、动手能力、分析解决问题的能力都得到较大地提高，兴趣也变得很浓，再也感觉不到单片机很难学了，老师教起来也感到轻松很多。
参考文献：
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