中小學(xué)單片機虛擬實驗室

1、中小學(xué)單片機虛擬實驗室一、引言單片機又稱作微控制器（MicrocontrollerMCU），是把微處理器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器和各種外圍器件（如通用并行I/O、同步/異步串行I/O、定時器/計數(shù)器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、模擬比較器）有機結(jié)合在一塊集成電路芯片上的計算機系統(tǒng)。人們能夠根據(jù)任務(wù)需要編寫程序，調(diào)度單片機的各種資源用于工作。單片機主要嵌入于各種產(chǎn)品當(dāng)中，實現(xiàn)產(chǎn)品智能化，被廣泛應(yīng)用在自動化控制、智能化儀器、數(shù)據(jù)采集、家用電器等方面，滲透于社會、生產(chǎn)、服務(wù)、家庭等領(lǐng)域。現(xiàn)在，單片機的蹤影幾乎無處不及，特別是單片機系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)、通信、多媒體結(jié)合，“嵌入式”概念展現(xiàn)出了巨大的威力，單片機技術(shù)更加顯示出

2、無比廣闊的發(fā)展前景。二、提出問題在目前的中小學(xué)信息技術(shù)課程中，教學(xué)內(nèi)容主要是“文字處理”、“圖形圖像處理”、“多媒體技術(shù)”、“程序設(shè)計”、“數(shù)據(jù)庫技術(shù)”等一些大眾信息工具的使用。而現(xiàn)在，單片機在生活中的應(yīng)用已是越來越廣泛。在信息技術(shù)課程中加入對單片機技術(shù)的學(xué)習(xí)是否可行呢？三、分析與討論在目前的信息技術(shù)課程中所教授的軟件，日常生活中我們都會或多或少的接觸到，部分同學(xué)已經(jīng)可以熟練操作。那么目前中小學(xué)信息技術(shù)課程的內(nèi)容是否像有些人講的“有用的不學(xué)、學(xué)沒用的,不會做的內(nèi)容不學(xué)專門學(xué)已經(jīng)會做的”？ 對于這個問題我認為，信息技術(shù)課程的內(nèi)容應(yīng)該體現(xiàn)出兩種文化即“大眾文化”和“技術(shù)文化”。如果我們回

3、顧一下我國中小學(xué)信息技術(shù)教育的發(fā)展歷程可以清楚的看出這個問題。我國的中小學(xué)信息技術(shù)教育可以分為三個階段。第一階段：從上世紀(jì)80年代初到上世紀(jì)80年代后期，這個階段課程名稱為“計算機”，由于受程序設(shè)計是一種文化的論點影響，課程內(nèi)容主要為“程序設(shè)計”，在操作系統(tǒng)方面主要學(xué)習(xí)DOS命令。第二階段：從上世紀(jì)80年代后期到上世紀(jì)90年代中后期，這個階段課程名稱改稱“電腦”，由于受到“程序設(shè)計教育無用論”的影響，課程內(nèi)容主要以文字處理軟件、圖形處理軟件為主，中小學(xué)電腦課程的內(nèi)容取消了程序設(shè)計的教學(xué)。第三階段：從上世紀(jì)90年代后期到現(xiàn)在，課程名稱改稱“信息技術(shù)”，主要以培養(yǎng)自身信息素養(yǎng)為學(xué)習(xí)目標(biāo)，強調(diào)要學(xué)習(xí)

4、如何利用信息技術(shù)解決實際生活中的問題。課程內(nèi)容既包括“文字處理”、“圖形圖像處理”、“多媒體技術(shù)”，也包括“程序設(shè)計”、“數(shù)據(jù)庫技術(shù)”等等?？梢哉f開始關(guān)注“大眾文化”和“技術(shù)文化”?？梢钥闯?，我國的信息技術(shù)教育經(jīng)歷了從“程序設(shè)計教學(xué)”“應(yīng)用軟件教學(xué)使用方法為主教學(xué)”“以培養(yǎng)信息素養(yǎng)為目標(biāo)的教學(xué)”歷程，可以說經(jīng)歷了從“技術(shù)文化”“大眾文化”“大眾文化和技術(shù)文化并重”的過程。我認為，中小學(xué)信息技術(shù)課程的內(nèi)容應(yīng)該包括對中小學(xué)生使用大眾信息工具的訓(xùn)練，應(yīng)該學(xué)習(xí)必要的信息規(guī)范、信息意識，提高自身的信息素養(yǎng)，增強利用信息技術(shù)解決實際生活中的問題的能力。但是，信息技術(shù)課程也應(yīng)該接觸到“技術(shù)文化”，它包括程序

5、設(shè)計部分，這部分內(nèi)容具有強烈的計算機學(xué)科的特征。有些人認為，計算機的操作越來越傻瓜化，對于計算機使用者來說只需要知道計算機能夠為我們做什么？不需要知道計算機是如何做的，學(xué)習(xí)程序設(shè)計根本沒有必要。但實踐證明，“程序設(shè)計”的學(xué)習(xí)，對于我們理解計算機解決問題的方法、理解算法的概念，培養(yǎng)程序思維能力是必不可少的。而且，適當(dāng)學(xué)習(xí)一些時下應(yīng)用較廣的內(nèi)容，能夠了解信息技術(shù)的發(fā)展趨勢。所以，在中小學(xué)信息技術(shù)課程中，要注重信息技術(shù)的“大眾文化”和“技術(shù)文化”的學(xué)習(xí)，二者必須相輔相成、缺一不可。我認為，我們應(yīng)該了解一些除大眾信息工具以外，而又不與生活脫軌，能夠廣泛運用的知識。單片機就是一個很好的例子，在引言部分已

6、有過介紹。學(xué)習(xí)單片機時，我們既要學(xué)習(xí)程序的編寫，又要學(xué)習(xí)它的結(jié)構(gòu)、工作原理等知識。這樣有兩點好處：一是在學(xué)習(xí)程序編寫時，我們能夠從中學(xué)習(xí)、理解計算機解決問題的方法、理解算法的概念，培養(yǎng)程序思維能力；二是在仿真程序時，我們能夠了解工作原理、電子元件、電路等多種知識，也促進了與其他學(xué)科的聯(lián)合學(xué)習(xí)。四、應(yīng)用軟件與程序介紹由于方便性、經(jīng)濟性等因素，我認為中小學(xué)生學(xué)習(xí)單片機應(yīng)以在電腦上模擬仿真為主，個別有條件的再進行硬件模擬，所以我編寫了這個程序以供學(xué)習(xí)之用。在程序編寫方面，我所使用的是BASCOM-AVR；而在仿真方面，我使用的是Proteus ISIS。我選擇的是學(xué)習(xí)BASIC語言。這種語言有許多優(yōu)

7、點：、接近人類語言習(xí)慣，易學(xué)好用；、語句功能強，通用性好，易于移植；、程序的可讀性和可維護性好。雖然這種語言相比目前流行的其他語言而言，有許多不足之處，但是它簡單易懂，適合我們中小學(xué)生學(xué)習(xí)，更便于我們了解程序設(shè)計思想。下面我就簡單介紹一下這兩個軟件：（1）BASCOM-AVRBASCOM AVR是MCS公司開發(fā)的以BASIC高級程序設(shè)計語言為平臺的AVR單片機開發(fā)軟件。它為我們學(xué)習(xí)、使用AVR單片機提供了簡潔方便、功能強大的手段。該軟件具有可視化圖形界面，是與VB/QB高度兼容的結(jié)構(gòu)化BASIC語言，簡要清晰，十分適合初學(xué)者理解、掌握。除了有專門為AVR單片機串行和并行接口、外圍器件開發(fā)的語句

8、，另外還擴充了許多通用的單片機外部設(shè)備的專用語句（鍵盤、LCD顯示器），使我們調(diào)用各種硬件資源更加得心應(yīng)手。程序經(jīng)過編譯之后，進入軟件仿真窗口作仿真運行，可以非常清楚地觀察程序運行反應(yīng)，從實物圖形化的硬件仿真平臺上，可以直觀地進行實驗操作，使我們學(xué)習(xí)和開發(fā)單片機更加容易、方便，更有樂趣，許多設(shè)計在電腦仿真中就可得知結(jié)果。程序編譯產(chǎn)生的hex文件，可以使用廉價的ISP下載電纜燒錄到AVR單片機的FLASH程序存儲器。BASCOM-AVR提供了豐富的數(shù)據(jù)類型，大量面向通用I/O和專用外設(shè)的操作語句，結(jié)構(gòu)化、模塊化的程序設(shè)計語句，為了增強單片機系統(tǒng)的實時性，還支持硬件中斷服務(wù)以及匯編語言混合編程。它

9、如同BASIC一樣具有程序設(shè)計簡單易學(xué)、用簡單的語句可實現(xiàn)較復(fù)雜的功能等特點。其開發(fā)平臺使用簡潔方便，并具有實物圖形化的仿真平臺，可以直觀地仿真出程序的運行結(jié)果, 是AVR單片機初學(xué)者快速入門的最佳工具。（2）Proteus ISISProteus ISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真,分析各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點是：實現(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真，數(shù)字電路仿真，單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真，RS232動態(tài)仿真，I2C調(diào)試器，SPI調(diào)試器，鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛

10、擬儀器，如示波器，邏輯分析儀，信號發(fā)生器等。支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有：68000系列，8051系列，AVR系列，PIC12系列，PIC16系列，PIC18系列，Z80系列，HC11系列以及各種外圍芯片。提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速，單步，設(shè)置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量，寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能。具有強大的原理圖繪制功能?？傊?該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。（3）程序介紹下面是我所編寫的學(xué)習(xí)程序的流程圖：開 始設(shè)置與初始化鍵盤輸入選擇執(zhí)行程序輸入1？程序1：歡迎程序輸入2？程序2：廣告燈NoYes輸入6？程序