單片機開發儀在單片機教學中的使用

單片機課程作為一門實踐性很強的學科，是機電和自動化等專業的一門專業核心課程，它可以直接面向生產實踐。目前單片機在工業控制、智能儀器儀表，智能家電，外設控制、機器人等方面都被廣泛應用。為了能讓學生更好的適應未來的就業崗位，如單片機開發工程師、嵌入式研發工程師等，滿足企業對人才的要求，需要在學校開設單片機課程，并配備單片機教學實訓裝置。
一、單片機開發儀
傳統的單片機教學均以單片機的結構為主線，一般按照單片機的硬件結構、單片機的指令系統和程序設計來講解，然后結合單片機的外圍器件來講解單片機的一些應用。這種方法講解起來比較抽象、枯燥，學生在學習過程中看不到單片機實物，很難理解單片機各部件含義以及各個芯片的硬件電路圖，從而使初學者在一開始就喪失了對單片機的學習興趣。其次學生進行單片機實驗時是一個集成的實驗箱或綜合實訓臺加上一本實驗指導書，學生基本都是按照指導書來進行實驗，基本都不了解各模塊電路的作用、各端口的使用、編程的原理，以致學生學習缺乏主觀能動性。為了能最大程度的激發學習者的興趣，讓學習者對單片機開發的全過程有個詳細的了解、更方便的學習單片機，推薦使用小型單片機開發儀。
小型單片機開發儀價格實惠、攜帶方便、教學資源豐富，既能滿足課堂教學要求，也能滿足學生自主學習的要求。本文推薦使用普中科技單片機開發儀，單片機開發儀教學資源包括各模塊開發原理圖、開發工具以及各芯片手冊、開發程序案例。開發原理圖包括MCU、電源模塊電路、復位電路、USB自動下載、矩陣鍵盤、動態數碼管、五線四相步進電機、LCD1602、交通燈等的硬件電路原理圖。開發板芯片資料包括如，74HC138、74HC595、18B20、LM358等常用芯片的資料講解。單片機實驗程序里面包含基礎實驗例程、中級實驗例程、高級試驗例程。
二、單片機開發儀之教學方法
以單片機開發儀為依托，使單片機課堂實現以動手為主、學生自主學習的課堂。單片機課程采取項目式驅動的教學方法，以教學資源中的典型基礎實驗為例，針對每個實驗項目中要完成的任務對內容進行講解。每堂課以三大模塊進行展開：實驗原理（包括各模塊的電氣原理圖及各芯片的作用）、實驗程序、實驗操作演示。針對以上方法進行教學層次清晰、學生易于接受，學生在學習的過程中可以缺什么補什么，針對性強。
通過選取基礎試驗例程中的繼電器、數碼管、步進電機、矩陣鍵盤、定時器0中斷、交通燈、紅外通信等典型實驗進行教學，使課程內容循序漸進，層層遞進，銜接得當、難易適中，易于被學生所接受和喜歡。所有實驗均采用C語言編程而不是匯編語言，與企業中單片機項目開發采用的C編程相吻合。在學習每一個實驗的過程中，注重培養學生分析實驗模塊電氣原理圖的能力，學會查找相關的芯片資料并分析常用芯片作用的能力、學會C語言編程的能
力。同時對單片機開發儀愛好者來說，可以不必把自己的學習局限于課堂，利用單片機開發儀便于攜帶的特點，也可以在課后隨時進行學習，利用里面的中級實驗例程和高級試驗例程更深入的學習單片機的編程，真正做到玩轉單片機。
三、矩陣按鍵的應用實例
矩陣按鍵實驗在單片機的課堂教學中屬于中等難易程度的設計實驗，故選取此實驗來展示單片機開發儀是如何應用在單片機教學中的。對于矩陣按鍵實驗的教學講解分三個部分完成：矩陣按鍵原理、矩陣按鍵編程、矩陣按鍵實驗操作。矩陣按鍵原理包括矩陣按鍵由來、矩陣按鍵掃描原理（逐行掃描、行列掃描）、矩陣按鍵如何變成獨立按鍵。矩陣按鍵模塊在開發板中的原理圖如圖1所示，通過對原理圖的講解，學生能看懂開發板上各個模塊的硬件電路以及相關芯片的常見功能，如電源轉換芯片MAX232、斯密特反相器74HC14、對外紅色發射接收管WYC H206等。

圖1 矩陣模塊原理圖

矩陣按鍵編程主要是寫程序，在編寫程序中側重培養學生模塊化編程的思想，主程序為main函數，在主函數中調用兩個子函數--按鍵判斷函數KeyDown、數碼段鍵值顯示函數smgduan來實現，這種編程方法更具有條理性，便于學生理解和總結，每個函數都能實現一個獨立的功能，便于后續程序的移植。編程完后進行軟件調試，最后進行矩陣按鍵實驗操作，此部分主要是實驗接線，學生在編程的基礎上進行相應端口的接線，燒寫程序至開發板中。本矩陣按鍵實驗主要是通過矩陣鍵盤控制顯示0～F的數碼，實驗接線圖如圖2所示。

圖2 實驗接線圖

四、結束語
實踐證明，上述實踐教學方法的有效開展，極大地激發了學生對單片機學習的興趣和熱情，縮短了學生從理論知識到實際應用的過程，能分階段的學習開發板上各部分的模塊電路和相應的各芯片，學會看開發板的硬件原理圖、芯片資料和用戶手冊，為學生以后從事單片機、嵌入式等開發工作打下基礎。同時單片機開發板體積很小，學生有了自己的開發板可以隨時深入學習單片機。基于單片機開發儀的單片機教學實踐取得了良好的教學效果，使學生產生了一種創業成就感。

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