中小学单片机虚拟实验室.doc

中小学单片机虚拟实验室一、引言单片机又称作微控制器（MicrocontrollerMCU），是把微处理器、程序存储器、数据存储器和各种外围器件（如通用并行I/O、同步/异步串行I/O、定时器/计数器、模/数转换器、模拟比较器）有机结合在一块集成电路芯片上的计算机系统。人们能够根据任务需要编写程序，调度单片机的各种资源用于工作。单片机主要嵌入于各种产品当中，实现产品智能化，被广泛应用在自动化控制、智能化仪器、数据采集、家用电器等方面，渗透于社会、生产、服务、家庭等领域。现在，单片机的踪影几乎无处不及，特别是单片机系统与网络、通信、多媒体结合，“嵌入式”概念展现出了巨大的威力，单片机技术更加显示出无比广阔的发展前景。二、提出问题在目前的中小学信息技术课程中，教学内容主要是“文字处理”、“图形图像处理”、“多媒体技术”、“程序设计”、“数据库技术”等一些大众信息工具的使用。而现在，单片机在生活中的应用已是越来越广泛。在信息技术课程中加入对单片机技术的学习是否可行呢？三、分析与讨论在目前的信息技术课程中所教授的软件，日常生活中我们都会或多或少的接触到，部分同学已经可以熟练操作。那么目前中小学信息技术课程的内容是否像有些人讲的“有用的不学、学没用的,不会做的内容不学专门学已经会做的”？对于这个问题我认为，信息技术课程的内容应该体现出两种文化即“大众文化”和“技术文化”。如果我们回顾一下我国中小学信息技术教育的发展历程可以清楚的看出这个问题。我国的中小学信息技术教育可以分为三个阶段。第一阶段：从上世纪80年代初到上世纪80年代后期，这个阶段课程名称为“计算机”，由于受程序设计是一种文化的论点影响，课程内容主要为“程序设计”，在操作系统方面主要学习DOS命令。第二阶段：从上世纪80年代后期到上世纪90年代中后期，这个阶段课程名称改称“电脑”，由于受到“程序设计教育无用论”的影响，课程内容主要以文字处理软件、图形处理软件为主，中小学电脑课程的内容取消了程序设计的教学。第三阶段：从上世纪90年代后期到现在，课程名称改称“信息技术”，主要以培养自身信息素养为学习目标，强调要学习如何利用信息技术解决实际生活中的问题。课程内容既包括“文字处理”、“图形图像处理”、“多媒体技术”，也包括“程序设计”、“数据库技术”等等。可以说开始关注“大众文化”和“技术文化”。可以看出，我国的信息技术教育经历了从“程序设计教学”“应用软件教学使用方法为主教学”“以培养信息素养为目标的教学”历程，可以说经历了从“技术文化”“大众文化”“大众文化和技术文化并重”的过程。我认为，中小学信息技术课程的内容应该包括对中小学生使用大众信息工具的训练，应该学习必要的信息规范、信息意识，提高自身的信息素养，增强利用信息技术解决实际生活中的问题的能力。但是，信息技术课程也应该接触到“技术文化”，它包括程序设计部分，这部分内容具有强烈的计算机学科的特征。有些人认为，计算机的操作越来越傻瓜化，对于计算机使用者来说只需要知道计算机能够为我们做什么？不需要知道计算机是如何做的，学习程序设计根本没有必要。但实践证明，“程序设计”的学习，对于我们理解计算机解决问题的方法、理解算法的概念，培养程序思维能力是必不可少的。而且，适当学习一些时下应用较广的内容，能够了解信息技术的发展趋势。所以，在中小学信息技术课程中，要注重信息技术的“大众文化”和“技术文化”的学习，二者必须相辅相成、缺一不可。我认为，我们应该了解一些除大众信息工具以外，而又不与生活脱轨，能够广泛运用的知识。单片机就是一个很好的例子，在引言部分已有过介绍。学习单片机时，我们既要学习程序的编写，又要学习它的结构、工作原理等知识。这样有两点好处：一是在学习程序编写时，我们能够从中学习、理解计算机解决问题的方法、理解算法的概念，培养程序思维能力；二是在仿真程序时，我们能够了解工作原理、电子元件、电路等多种知识，也促进了与其他学科的联合学习。四、应用软件与程序介绍由于方便性、经济性等因素，我认为中小学生学习单片机应以在电脑上模拟仿真为主，个别有条件的再进行硬件模拟，所以我编写了这个程序以供学习之用。在程序编写方面，我所使用的是BASCOM-AVR；而在仿真方面，我使用的是Proteus ISIS。我选择的是学习BASIC语言。这种语言有许多优点：、接近人类语言习惯，易学好用；、语句功能强，通用性好，易于移植；、程序的可读性和可维护性好。虽然这种语言相比目前流行的其他语言而言，有许多不足之处，但是它简单易懂，适合我们中小学生学习，更便于我们了解程序设计思想。下面我就简单介绍一下这两个软件：（1）BASCOM-AVRBASCOM AVR是MCS公司开发的以BASIC高级程序设计语言为平台的AVR单片机开发软件。它为我们学习、使用AVR单片机提供了简洁方便、功能强大的手段。该软件具有可视化图形界面，是与VB/QB高度兼容的结构化BASIC语言，简要清晰，十分适合初学者理解、掌握。除了有专门为AVR单片机串行和并行接口、外围器件开发的语句，另外还扩充了许多通用的单片机外部设备的专用语句（键盘、LCD显示器），使我们调用各种硬件资源更加得心应手。程序经过编译之后，进入软件仿真窗口作仿真运行，可以非常清楚地观察程序运行反应，从实物图形化的硬件仿真平台上，可以直观地进行实验操作，使我们学习和开发单片机更加容易、方便，更有乐趣，许多设计在电脑仿真中就可得知结果。程序编译产生的hex文件，可以使用廉价的ISP下载电缆烧录到AVR单片机的FLASH程序存储器。BASCOM-AVR提供了丰富的数据类型，大量面向通用I/O和专用外设的操作语句，结构化、模块化的程序设计语句，为了增强单片机系统的实时性，还支持硬件中断服务以及汇编语言混合编程。它如同BASIC一样具有程序设计简单易学、用简单的语句可实现较复杂的功能等特点。其开发平台使用简洁方便，并具有实物图形化的仿真平台，可以直观地仿真出程序的运行结果, 是AVR单片机初学者快速入门的最佳工具。（2）Proteus ISISProteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真,分析各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真，数字电路仿真，单片机及其外围电路组成的系统的仿真，RS232动态仿真，I2C调试器，SPI调试器，键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器，逻辑分析仪，信号发生器等。支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列，8051系列，AVR系列，PIC12系列，PIC16系列，PIC18系列，Z80系列，HC11系列以及各种外围芯片。提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速，单步，设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量，寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能。具有强大的原理图绘制功能。总之,该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。（3）程序介绍下面是我所编写的学习程序的流程图：开 始设置与初始化键盘输入选择执行程序输入1？程序1：欢迎程序输入2？程序2：广告灯NoYes输入6？程序6：简易游戏机NoN