基于實驗平臺和仿真平臺的AVR單片機的課程開發論文
單片機課程是電子信息類專業的核心課程。單片機芯片中包含微處理器、存儲器和外部接口。單片機系統是以單片機芯片為核心開發的應用系統，單片機系統的應用的領域非常廣泛，幾乎涉及到我們能夠想到的各個領域，如生產、生活、軍事、教育等各個方面。
單片機芯片的性能直接決定單片機系統的功能，所以單片芯片在高速發展以適應單片機系統功能不斷發展的新要求。單片機課程的特點是應用性非常強，使用的芯片發展非常快，整個課程的開發應該圍繞使用什么芯片使課程保持先進性，課程有哪些應用項目使課程提高理論結合實踐的應用性兩個核心，以教學為主題展開。圍繞著兩個核心，我們做了做了大量研究工作，結合課程的應用項目開發了單片機實驗平臺。在以教學為主題的研究中將單片機實驗平臺和PROTUES構建的仿真平臺相結合，形成立體化的教學模式，提高教學的效率和效果。
一、單片機實驗平臺的開發
（一）、使用什么芯片
單片機實驗平臺開發的第一個要確定的是使用什么樣的芯片。在當前流行的眾多單片機芯片中，我們選擇了AVR單片機芯片ATmega16。AVR單片機芯片是ATMEL公司的產品，發展非常快，正在逐步成為主流單片機芯片。其優點是它是新型的高速8位單片機，運行速度高，AVR單片機的片上資源非常豐富，具有極高的性價比。因此AVR最小系統構成簡單，程序下載方便，只需要一條ISP下載線，進入AVR單片機開發的門檻較低，費用低廉，基于以上出發點，我們選擇了AVR單片機芯片。
（二）、實驗平臺的功能模塊和課程項目
實驗平臺的功能模塊來源于實際應用，我們對單片機的應用領域進行了分析，提取了一些公共的應用和特殊應用，做為實驗平臺的功能模塊。在實驗平臺的開發過程中課程項目開發和實驗平臺功能模塊的開發是相輔相成的。這些模塊直接支持課程開發中的具體項目。
1．8-12V電源模塊：為電路板提供電源。
2．ATmega16L最小系統模塊：是整個實驗板的核心，它提供系統的復位、系統所使用的時鐘電路和并口下載的接口。
3．16路開關：用于對各功能模塊的開關控制。
4．8位發光二極管：可實現LED的指示、流水燈和學習C語言基礎等項目。
5．8位數碼管：可實現數碼的顯示功能，如數碼的靜態顯示，動態顯示，時鐘顯示等項目；
6．8*8LED顯示：可實現字符點陣的顯示項目。
7．液晶1602：可實現16*2液晶顯示功能項目
8．74HC595芯片：可實現數字I/O口的串行擴展項目。
9．鍵盤：可實現4個按鍵的輸入和外部中斷源實驗項目。
10．4*3矩陣鍵盤：可實現12個按鍵的輸入項目。
11．頻率發生器MC4060：實現單片機定時/計數器的外部時鐘及時鐘分頻等項目。
12．EEPROM存儲器：可實現ATmega16外部存儲器的的擴展項目。
13．時鐘芯片DS1302：是一個時鐘功能芯片，主要特點是采用串行數據傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關閉充電功能。利用它可構成一個時間可調的實時時鐘。
14．I2C總線24C01：
15．AD轉換器：可實現數/模轉換和模/數轉換項目。
16．MX232串口通信：可實現ATmega16單片機的異步串行通訊項目。
17．溫度傳感器DS18B20：可實現ATmega16單片機的溫度控制項目。
18蜂鳴器：發聲的執行部件，可實現報警和音樂播放等的執行項目。
19．紅外接收頭：紅外信號的接收部件，可實現遙控等項目。
20．放大電路LM358：可實現電流信號的放大功能。
（三）、軟件開發工具
在編程語言中我們選擇了C語言，在軟件平臺的選擇上，我們使用了CodeVisionAVR作為C語言程序的編輯和編譯工具，使用SLISP作為程序的下載工具。
二、仿真平臺的應用
在課程的開發中僅研究教什么還遠遠不夠，還應該研究怎樣教。使用自己開發實驗平臺是一個好的解決方法，但還存在效率不高，靈活性不夠的缺點。因此，我們在研究怎樣教時，使用了單片機的仿真平臺Protues。Protues軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件，它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。
使用實驗平臺和仿真平臺配合進行單片機教學和學習的過程如下
1． 分析項目要求；
2． 在Protues中畫出電路原理圖；
3． 根據原理圖在CodeVisionAVR中編寫、編輯、編譯C語言程序；
4． 在Protues中將編譯好的目標程序加載到Mega16芯片中；
5． 在Protues中仿真；
6． 在單片機實驗平臺中連接電路；
7． 使用SLISP軟件通過下載線將目標程序下載到實驗平臺，完成一個學習過程。
三、基于實驗平臺和仿真平臺的單片機實驗室建設
從上面的討論可知，硬件的實驗平臺和軟件的仿真平臺的結合，使單片機的課程即保證了實踐第一的特色，又做到了靈活多變，事半功倍。在單片機實驗室的建設上也就自然將實驗平臺和仿真平臺有機地結合。下面是以上課規模50人，一人一機的單片機實驗室建設方案。
1．奔騰及以上的PC電腦50臺；
2．并口下載線，50根；
3．5V高穩定專用穩壓電源50臺；
4．AVR單片機JTAG仿真器個；
5．自行開發的單片機嵌入式開放實驗平臺50臺；
6．C語言程序的編輯和編譯環境CodeVisionAVR
7．SLISP單片機程序下載軟件
8．PROTUES單片機仿真軟件
9．Multisim電子仿真軟件
四、課程的考核體系的建立
考核中結合實驗平臺和仿真平臺的項目應用情況，采用過程化考核，注重平時考核，建立日常考核、測驗和期末考核三級考核體系，均采用項目考核，以培養學生的實際應用能力。將平時隨堂小項目的完成做為日常考核，如流水燈、數碼管、LED點陣、LCD液晶顯示、按鍵控制、定時計數器等、將具有典型代表性的項目作為測驗如矩陣鍵盤、音樂播放器、串行通信等，將綜合項目做為期末考核如數字時鐘、溫度測量等。在三級考核體系中日常占30%，測驗占30%，期末占40%。
實驗平臺和仿真平臺的配合使用，通過項目的實施，很好地解決了單片機課程教什么和怎樣教的問題，課程建設面向實際應用，靈活、高效、節約成本。配以完善的實驗室建設和課程考核體系的建立，形成了立體化的單片機的課程體系。
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