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基于实验仿真板的单片机教学研究与实践

作者:程金明 字数:2198  点击:

摘 要:单片机是一门实践性非常强的课程,又是一门非常抽象的课程。对于这样的一门课程,课堂演示和学生实验有着非常重要的作用,课堂演示可以将抽象的理论、枯燥的程序分析转化为生动的实例,而实验则能够培养学生的动手能力,进一步理解有关理论知识。但在传统的单片机教学中,几乎不能见到课堂演示,而学生实验中也存在诸多问题。

关键词:单片机;教学;实验仿真板

课堂教学演示难以见到的原因很多,其中有一个很重要的原因:课堂教学演示太困难、效果也不理想。通常,要做一次课堂演示实验,要用到如下设备:计算机、仿真机或编程器、电源、实验电路板。其中仿真机或编程器要和计算机相连,电源要接到实验电路板上,为了上一节课,要准备较长时间;如果用仿真机做实验,那么仿真头要和实验电路板相连,在真正做开发工作时,电路板放置好后就不必动了,但在课堂教学中却需要拿起来实验电路板来展示,稍有不慎,仿真头会从电路板中脱落而造成错误,甚至可能损坏仿真头或实验电路板;如果用编程器写片的方法来验证实验结果,那么就得多次在实验板和编程器之间拨、插芯片,很麻烦,课堂效率低;即使勉强做,由于实验电路板上的器件较小,学生很难看清有关现象,效果有限。学生实验中同样存在问题,单片机除了一些验证性实验外,主要是通过实验来培养学生的动手能力,并通过实验加深对理论知识的理解,从这一意义上来说,短短的课堂实验时间是远远不够的,应该给学生创造条件在课后动手实验。但是传统的单片机实验不可能做到这一点,单片机实验所必须的仿真机、实验板、电源等等价格不菲,专业性很强,学生不可能自行装备;由于实验涉及到硬件,有一定的危险性,一般必须要由专业教师在现场指导,这也很难安排;学校单片机实验室设备陈旧,由于单片机技术发展很快,单片机仿真机一般每过2-3年即更新换代,也就是常说的学与用的脱节。

1 解决方案

针对以上的问题,作者通过深入研究,开发了“单片机实验仿真板”这一软件,为解决这类问题提供了一些思路。该软件以目前最流行的80C51系列单片机开发软件Keil C为基础,利用其提供的AGSI接口开发而成,下面就有关技术问题加以讨论。

借助于Keil软件的强大的调试功能,可以用单步、全速、加入断点等方式执行程序,观察各指令执行的效果。

将该软件用于课堂教学演示有诸多优点,第一是速度快,程序修改、编译后马上就可以看到效果,不需要拨片、写片、插片这么麻烦,提高了课堂效率;第二是效果好,可以放在多媒体教室上课,投影在大屏幕上,比之真实的实验板要大很多,非常清楚;第三是方便,由于仅仅只有一个软件,不需要任何的硬件连线,所以课堂演示非常容易;第四是起点高,由于Keil软件是目前最流行的单片机开发软件,所以学生学习的起点高。

2 教学实例

该课的名称是《定时/计数器实例分析》,是在讲完单片机中定时/计数器部份的理论之后开设的,目的是使学生进一步理解单片机定时/计数器的结构,学习使用定时/计数器的一般编程方法。该课程的难点在于定时/计数器编程中的一些概念难以理解,如编程开始为何要初始化、为何在定时时间到后要重置时间常数等等。如果使用常规的教学方法,无非是对程序进行认真和细致的分析与讲解,至多辅以课件,演示各种现象,但课件是死的,只能按教师预设的方案进行讲解,学生却是活的,他们会给出很多你意想不到或者即便想到也不便于在课件中表达的问题,课件也不便于学生参与学习。

首先给出以前曾作过详细分析的用软件延时实现LED单灯闪烁的程序,然后给出用定时/计数器的方法实现的程序,让学生看到,使用定时/计数器的确可以实现同样的功能。然后提问:为什么要初始化,问题提出后,学生讨论,但一般不会有什么正确的结果,既然想不出,那就做一做看,由于有这么一个实验平台,实验做起来很容易,只要在程序行:

MOV TMOD,#00000001B

前加一个分号,即将该行注释掉,然后按F7功能键重新汇编、连接即可实验。学生看到了不进行初始化的实验结果,现象是“乱跳”,,无规律,学生虽不知道为什么会乱跳,但是对“没有初始化,程序工作就不正常”这一点有强烈的认同。教师因势利导,分析乱跳的原因是由于工作方式不对(正确的应该是工作方式1,如果没有设置,则系统在复位时默认工作方式0),学生很容易接受。

这部份的教学任务完成后,再次提问:如果在定时时间到了之后不重置初值,会有什么结果?学生讨论,但没有统一的答案,然后同样用实验板试一试,即把标号“NEXT:”后的两行程序:

MOV TH0,#HIGH(65536-20000)

MOV TL0,#LOW(65536-20000)

注释掉,然后按F7功能键重新汇编、链接即可演示。学生很容易看到,第一次闪烁(灯由暗到灭)的时间与后面的时间不同,这一次学生比较容易总结出规律,不重置初值,只有第一次的定时时间是正确的,以后都不正确了。

从上面的叙述中可以看到,这一堂课真正地实现了在老师指导下的学生的自主性学习,而不是满堂灌,这其中该实验仿真板起到了关键的作用。这一节课的课堂容量大、课堂效率高,如果没有这样的实验手段,用传统的实验电路板,编程器写片验证或用仿真机演示,学生是否都能看清不说,绝不可能这么快地进行实验。


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