单片机开发仪在单片机教学中的使用

单片机课程作为一门实践性很强的学科，是机电和自动化等专业的一门专业核心课程，它可以直接面向生产实践。目前单片机在工业控制、智能仪器仪表，智能家电，外设控制、机器人等方面都被广泛应用。为了能让学生更好的适应未来的就业岗位，如单片机开发工程师、嵌入式研发工程师等，满足企业对人才的要求，需要在学校开设单片机课程，并配备单片机教学实训装置。
一、单片机开发仪
传统的单片机教学均以单片机的结构为主线，一般按照单片机的硬件结构、单片机的指令系统和程序设计来讲解，然后结合单片机的外围器件来讲解单片机的一些应用。这种方法讲解起来比较抽象、枯燥，学生在学习过程中看不到单片机实物，很难理解单片机各部件含义以及各个芯片的硬件电路图，从而使初学者在一开始就丧失了对单片机的学习兴趣。其次学生进行单片机实验时是一个集成的实验箱或综合实训台加上一本实验指导书，学生基本都是按照指导书来进行实验，基本都不了解各模块电路的作用、各端口的使用、编程的原理，以致学生学习缺乏主观能动性。为了能最大程度的激发学习者的兴趣，让学习者对单片机开发的全过程有个详细的了解、更方便的学习单片机，推荐使用小型单片机开发仪。
小型单片机开发仪价格实惠、携带方便、教学资源丰富，既能满足课堂教学要求，也能满足学生自主学习的要求。本文推荐使用普中科技单片机开发仪，单片机开发仪教学资源包括各模块开发原理图、开发工具以及各芯片手册、开发程序案例。开发原理图包括MCU、电源模块电路、复位电路、USB自动下载、矩阵键盘、动态数码管、五线四相步进电机、LCD1602、交通灯等的硬件电路原理图。开发板芯片资料包括如，74HC138、74HC595、18B20、LM358等常用芯片的资料讲解。单片机实验程序里面包含基础实验例程、中级实验例程、高级试验例程。
二、单片机开发仪之教学方法
以单片机开发仪为依托，使单片机课堂实现以动手为主、学生自主学习的课堂。单片机课程采取项目式驱动的教学方法，以教学资源中的典型基础实验为例，针对每个实验项目中要完成的任务对内容进行讲解。每堂课以三大模块进行展开：实验原理（包括各模块的电气原理图及各芯片的作用）、实验程序、实验操作演示。针对以上方法进行教学层次清晰、学生易于接受，学生在学习的过程中可以缺什么补什么，针对性强。
通过选取基础试验例程中的继电器、数码管、步进电机、矩阵键盘、定时器0中断、交通灯、红外通信等典型实验进行教学，使课程内容循序渐进，层层递进，衔接得当、难易适中，易于被学生所接受和喜欢。所有实验均采用C语言编程而不是汇编语言，与企业中单片机项目开发采用的C编程相吻合。在学习每一个实验的过程中，注重培养学生分析实验模块电气原理图的能力，学会查找相关的芯片资料并分析常用芯片作用的能力、学会C语言编程的能
力。同时对单片机开发仪爱好者来说，可以不必把自己的学习局限于课堂，利用单片机开发仪便于携带的特点，也可以在课后随时进行学习，利用里面的中级实验例程和高级试验例程更深入的学习单片机的编程，真正做到玩转单片机。
三、矩阵按键的应用实例
矩阵按键实验在单片机的课堂教学中属于中等难易程度的设计实验，故选取此实验来展示单片机开发仪是如何应用在单片机教学中的。对于矩阵按键实验的教学讲解分三个部分完成：矩阵按键原理、矩阵按键编程、矩阵按键实验操作。矩阵按键原理包括矩阵按键由来、矩阵按键扫描原理（逐行扫描、行列扫描）、矩阵按键如何变成独立按键。矩阵按键模块在开发板中的原理图如图1所示，通过对原理图的讲解，学生能看懂开发板上各个模块的硬件电路以及相关芯片的常见功能，如电源转换芯片MAX232、斯密特反相器74HC14、对外红色发射接收管WYC H206等。

图1 矩阵模块原理图
矩阵按键编程主要是写程序，在编写程序中侧重培养学生模块化编程的思想，主程序为main函数，在主函数中调用两个子函数--按键判断函数KeyDown、数码段键值显示函数smgduan来实现，这种编程方法更具有条理性，便于学生理解和总结，每个函数都能实现一个独立的功能，便于后续程序的移植。编程完后进行软件调试，最后进行矩阵按键实验操作，此部分主要是实验接线，学生在编程的基础上进行相应端口的接线，烧写程序至开发板中。本矩阵按键实验主要是通过矩阵键盘控制显示0～F的数码，实验接线图如图2所示。

图2 实验接线图
四、结束语
实践证明，上述实践教学方法的有效开展，极大地激发了学生对单片机学习的兴趣和热情，缩短了学生从理论知识到实际应用的过程，能分阶段的学习开发板上各部分的模块电路和相应的各芯片，学会看开发板的硬件原理图、芯片资料和用户手册，为学生以后从事单片机、嵌入式等开发工作打下基础。同时单片机开发板体积很小，学生有了自己的开发板可以随时深入学习单片机。基于单片机开发仪的单片机教学实践取得了良好的教学效果，使学生产生了一种创业成就感。