基于虚拟仿真平台的单片机应用技术课程项目教学研究

2021-03-07朱经睿

轻纺工业与技术 2021年2期

李威，朱经睿，王涛

（吉安职业技术学院，江西吉安 343000）

0 引言

单片机应用技术课程是一门融合了电路设计和程序设计的课程，具有较强的实践性[1-3]。为了能让学生更高效地学习单片机应用技术课程，人们对单片机应用技术的授课方法和资源开发形式进行了研究。陈志红等[4]和胡宏梅等[5]研究通过平台资源建设途径，将单片机应用技术课程相关的资源，建立在线学习平台，以提高单片机课程的教学；邵华[6]以教学方法为突破点，提出了以项目为导向的《单片机编程与实训》课程改革，通过项目化教学方法来实施单片机课程的教学；车守全等[7]也将项目式教学方法用于单片机课程的教学，提出了基于项目应用的《单片机原理及应用》课程研究与实践，分析了项目式教学在单片机课程中的实用性。由此可见，项目式教学已成为当下单片机课程教学的重要方法。

本研究以项目式教学为基础，将虚拟仿真平台融入到单片机课程的教学中，以设计交通灯控制系统为项目，研究通过虚拟仿真平台实现单片机项目教学的方法，为单片机课程的授课方式提供参考。

1 基于虚拟仿真平台的项目式教学分析

在项目式教学中，可利用一个个独立，或者相互关联的实践项目，作为教学载体进行教学。学生通过完成所设计的教学项目，来学习并应用相关的课堂知识。单片机应用技术课程具有实践性较强的特点，这使得其具有较好使用项目式教学的可实施性[8-9]。教师可通过设计单片机相关度的控制系统作为教学项目，让学生根据项目的需求，选择所需的元器件，设计系统所需的控制电路，并根据项目需求和控制电路，设计控制程序；然后将控制程序和控制电路进行联调，观察系统工作时的现象，来分析所设计系统的正确性。在这个过程中，学生即可对所需的电路知识和程序设计知识进行学习和实践。

基于实物的单片机课程项目化教学在选择所需的元器件，设计系统所需的控制电路时，不仅需要消耗耗材，而且可修改的灵活性不高、制作过程耗时较长。此时，基于虚拟仿真平台的单片机项目化教学凸显优势。通过虚拟仿真平台，不仅可以节约耗材，而且具有较好的灵活性，耗时也相对较短。因此，采用基于虚拟仿真平台的单片机课程项目教学是非常有必要而且高效的。

2 采用虚拟仿真平台实施单片机应用技术课程项目教学

在此，将以基于单片机的交通灯控制系统设计项目，来分析基于虚拟仿真的项目化教学过程。虚拟仿真平台采用Proteus软件来实现。

在项目开始时，教师需给出如表1所示的基于单片机的交通灯控制系统的设计要求。

在给出表1所示设计要求后，教师可以引导学生根据设计要求，来设计系统的硬件电路。从表1所示的要求可以知道，该交通灯控制系统除了需要单片机最小系统外，还需要一个如图1所示的信号灯控制电路。

表1 交通灯控制系统中信号灯的工作状态

图1 信号灯控制电路

学生可参照图1分析自己所设计硬件电路的正确性。在设计出硬件电路后，学生便可根据硬件电路得出元件清单，并根据元件清单在proteus软件中，拾取对应的元器件，按照所设计的硬件电路，绘制仿真电路图。

在设计好仿真电路后，教师可引导学生根据表1所示设计要求，来画程序控制的流程图。接着教师可给出如图2所示的参考流程图。

图2 程序控制流程图

学生可参照程序控制流程图，在KEIL C51软件上编写控制程序。在完成控制程序的编写后，即可将程序进行编译连接，以生成HEX文件。最后将HEX文件装载到仿真电路图中的单片机中。接着运行电路，查看信号灯的工作情况。若信号灯的工作过程与表1所需不符，则需要根据运行情况调试程序或修改仿真电路，直至现象正确为止。