任肖丽，王骥，刘思凤

（广东海洋大学，广东 湛江）

单片机作为微型计算机发展的一个重要分支，单片机课程具有实验性强、原理抽象的特点，因此单片机实验教学具有重要作用。为了学生更好地掌握这门课程，我院教师经过多年教学探索，采用软硬件结合实验教学方式，将软件虚拟仿真和硬件调试相结合，得到良好实验教学效果。

一 单片机实验教学存在问题

在高校单片机课程实验教学中一般存在以下方面问题：（1）实验教学模式单一。传统的单片机实验教学通常是学生按照实验指导书步骤，在实验箱上进行接线，之后在计算机中运行调试程序，这种教学模式下的实验，会造成学生只为得到实验结果，而忽略硬件电路和程序设计分析过程；（2）实验内容安排不够合理。实验项目多为验证性实验，学生只需在实验箱上按实验步骤接线，再运行给定程序即可完成实验，而设计性和综合性实验相对较少，不利于培养学生综合设计能力；（3）实验成绩考核制度不完善。实验成绩考核方式主要以实验报告为主，没有明确的科学依据，不能客观给出学生实验成绩，削弱了学生在实验课上设计实验的主动性。

二 单片机实验教学改革

针对单片机实验教学中存在的一些弊端，总结多年的实验教学经验，提出以下几点实验教学创新方案。

（一）更新实验教学方法

基于虚拟仿真软件的单片机实验教学越来越广泛。通过虚拟仿真软件，很多实验都可以在软件环境中得以实现，从而使实验教学更加便捷。虚拟仿真单片机实验系统是以Proteus[1][2]为核心，结合Keil C51[3]进行单片机课程实验教学的软件仿真，将虚拟仿真软件应用于单片机实验教学中，可以使学生全面了解单片机系统硬件电路的设计、仿真和测试，从而能够利用虚拟仿真独立设计和解决实际问题。

目前广东海洋大学单片机实验教学采用的是软硬件结合形式进行。其中，以Proteus 虚拟仿真工具和Keil 编译工具为软件设计平台，以一种新型八位单片机实验系统和实验训练创新综合实验箱作为可选的硬件实现辅助平台。

利用Proteus 仿真软件可实现系统电路的虚拟仿真，操作简单方便，结果直观。Keil C51 软件提供了多种调试、运行程序的方法，支持汇编语言和C 语言的源语言混合调试。学生在课余时间可以利用Proteus 绘制电路原理图，再利用Keil 软件调试所写程序，无误后可下载到Proteus 仿真电路的单片机中，随时仿真实验过程，如果学生实验预习积极性不高，可以课后作业的形式来要求其完成实验前的预习，以便在有限的实验学时下能达到更好的实验效果。在实验课前绘制实验电路并进行模拟仿真，课堂上再将仿真调试后的程序下载到实际硬件电路中，进行实验操作，从而能更好地掌握所学知识。

作为硬件实现辅助平台之一的新型八位单片机实验系统电路结构主要由系统总线单元、面包板总线扩展单元和实验接口单元组成，实验平台结构如图1 所示。该实验系统使用Keil C51 集成开发环境作为实验系统设计、调试、开发的工具，采用单元化电路，所有实验资源完全开放给用户，支持“验证式、模仿式、探索式和开发式”四种实验方法的综合运用，可以提高学生动手操作和设计开发的能力。

作为硬件实现辅助平台之二的实验训练创新综合实验箱采用的是母板+子板结构，母板如图2 所示，子板采用的是51 系列单片机学习子板，如图3 所示。利用Proteus 绘制系统电路原理图，通过Keil C51 编写实验程序，将其生成的HEX 文件加载到Proteus 单片机中进行虚拟仿真，无误后，利用该实验箱专门下载软件WWISP 通过USB 下载线将HEX 文件烧录到硬件电路单片机中，WWISP 下载器软件界面如图4 所示，从而实现单片机实验的软硬件实现。

对于一些不需要实物支撑的知识点，可以要求学生使用Proteus 仿真软件和Keil 软件，画出电路仿真原理图，编写C 语言程序，并进行两个软件的联机调用，演示预期的实验效果；对于需要硬件实现的实验，在Proteus 和Keil 软件仿真调试基础上，选择实验室硬件辅助平台之一，将程序生成的HEX 文件下载到硬件单片机中实现功能，观察实验结果，教师现场进行指导，确保每一个学生都能得到点评和指导。学生有问题可以直接提出，也可以分小组互相讨论，最后每一个学生都必须完成设计任务，达到学习目标。

以当前人工智能为契机，构建虚拟仿真实验室系统，使实验教学不局限于实验室，学生登录系统可随时使用实验室资源进行实验，教师可随时检查学生实验情况，加强教师与学生之间的互动，使实验室资源高效为师生所用。

（二）完善实验指导书内容

目前实验指导书的内容缺少学生自行设计实验部分，不利于培养学生综合分析和解决实际问题的能力。实验内容的选取应该更注重设计性和综合性，让学生参与到实验设计过程中，提升分析和设计能力。

在每个实验项目中，可适当对程序实现的功能进行扩展，增加1-2 个选做实验，启发学生思考，进而使学生更深入掌握所学知识，鼓励学生在实验室开放时间内完成自己感兴趣的选做实验，使学生更深入地对程序有个理解运用过程。

对于一些较复杂的综合性和提高性实验，可以给出以填空的形式给出部分实验程序，学生必须在理解电路原理，读懂程序的基础上，才能正确补充所缺程序语句，从而引导学生对整个实验软硬件设计进行分析和思考。

（三）重视课程设计

单片机课程设计是单片机课程理论教学和实验教学的综合实验环节，加强学生对所学基础知识的理解与巩固，是培养学生分析问题、解决问题的综合设计能力的重要环节。课程设计题目应该多样化，给出多个课题供学生选择。首先介绍课题的要求、难点及注意事项，利用proteus 绘制电路原理图，通过proteus 和keil 仿真调试，自制实验板验证和仿真，无误后撰写所设计报告，最后进行实验环节答辩。课程设计时间为一周，具体安排如表1 所示。

表1 课程设计内容及时间安排

对于电子专业的学生，单片机课程基本在学生大三时开始，学生可以在前期的电子工艺实习课程中，做出一个系统电路，可用于在后续课程的实验中，这样既锻炼了学生的动手能力，又能使学生对软硬件设计有个全面认识，将专业知识具体化生动化。对于即将毕业的学生来说，经过课程设计的一系列锻炼，可以使大部分学生对毕业设计有一定认识，为撰写高质量论文奠定了扎实基础。

（四）健全学生实验考核机制

良好的实验考核机制可以对学生的成绩进行合理有效的评价，促进学生综合能力的培养。考核依据为学生的硬件系统设计和创新能力、软件系统设计与调试，系统联合调试、撰写课程设计报告、综合分析和解决问题能力。考核主要环节主要包括设计方案选择、系统设计与调试、创新思维和撰写设计报告等。

对实验考核成绩的评定标准进行完善[4]。将实验总成绩分为实验操作和实验报告两部分，其中，实验操作成绩占实验总成绩的60%，实验报告分数为实验总成绩的40%。实验操作成绩包括实验过程中随机考核成绩（20%）、实验综合表现成绩（10%）和实验操作考试成绩（30%）。由于实验设备数量有限，学生进行分组实验时会造成分组中有个别不积极的学生没参与到实验操作中，这就要求教师在验收实验结果时，随机对学生进行实验考核，根据所提问题的回答情况了解学生的掌握程度，给出相应的分数，对于没掌握的学生要求其重新操作实验并根据最后情况给出分数；实验综合表现成绩采用加分的激励方式，对于实验预习及操作过程中态度认真，积极性高的学生给予不同程度的加分奖励，鼓励学生主动思考; 最后实验操作考试在平时所做实验的基础上，随机抽取考试题目，以笔试和实际操作相结合的方式考核，全面考查学生对知识点的掌握程度和分析设计能力。

三 结语

本文根据单片机课程实验教学存在的问题和我们从事单片机实验教学的体会，以“培养大学生创新创业能力”为目标，致力于研究单片机实验教学的新模式，根据我院特点[5]，进行单片机实验教学改革，实行软硬件结合实验教学模式，完善实验内容与考核机制，能够调动学生积极性，提升学生理论水平和实验分析设计能力，为进一步学习其他相关专业课程打下了良好基础。