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關(guān)鍵詞：單片機綜合設(shè)計；系統(tǒng)仿真；實踐創(chuàng)新

一、前言

《單片機綜合課程設(shè)計》是面向測控及電子通信專業(yè)綜合性主干課程，是在學(xué)習(xí)完成電路原理、模擬電子線路和數(shù)字電子技術(shù)、單片機原理及應(yīng)用及微機原理等電子專業(yè)課后，進(jìn)行的一次綜合性、系統(tǒng)性的設(shè)計實踐。設(shè)計題目包括對信號的采集、濾波、放大，以及應(yīng)用各種不同類型智能微處理器顯示、控制等。通過本次的動手實踐，鞏固提高學(xué)生應(yīng)用單片機、電子技術(shù)進(jìn)行地震勘探儀器系統(tǒng)綜合設(shè)計的水平，提高學(xué)生獨立地分析問題、解決問題的能力，為將來的工作實踐打下一個較好的基礎(chǔ)。

二、教學(xué)目標(biāo)

學(xué)生通過對本課程環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，使學(xué)生掌握數(shù)字及模擬電子技術(shù)基本原理，深入了解單片機及其他微處理器系統(tǒng)組成原理及設(shè)計技術(shù)，并將所學(xué)的電子技術(shù)理論與項目實踐相結(jié)合，完成課程設(shè)計內(nèi)容要求，掌握智能電子系統(tǒng)電路設(shè)計及程序設(shè)計的一般方法，進(jìn)而提升解決特定工程問題能力；通過動手實踐，提高學(xué)生獨立地分析問題、解決問題的能力。

三、教學(xué)內(nèi)容

在教學(xué)實踐中，為達(dá)到較好的教學(xué)效果，單片機課程設(shè)計內(nèi)容上采用仿真教學(xué)與實踐動手相結(jié)合的教學(xué)模式。1.通過仿真調(diào)試階段，提升綜合設(shè)計能力。課程設(shè)計分為兩個階段，第一階段，為仿真調(diào)試階段。通過這一過程階段，意在促進(jìn)學(xué)生綜合運用所學(xué)理論知識，提升綜合運用和系統(tǒng)設(shè)計能力。針對課程設(shè)計題目進(jìn)行仿真調(diào)試，采用PROTEUS專業(yè)軟件，設(shè)計題目以單片機綜合設(shè)計題目為主，通過三個步驟進(jìn)行設(shè)計。系統(tǒng)設(shè)計階段：學(xué)生根據(jù)設(shè)計題目，進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，包括選擇應(yīng)用芯片類型，電路分類及程序流程等；硬件電路設(shè)計階段：結(jié)合所選擇芯片，完成電路設(shè)計，并在PROTEUS環(huán)境下完成電路圖繪制。軟件設(shè)計：在硬件電路完成后，根據(jù)題目要求，編寫硬件程序。在日常單片機及數(shù)字模擬電路教學(xué)中，學(xué)生往往針對一種電路及模塊進(jìn)行設(shè)計，系統(tǒng)設(shè)計概念比較欠缺，通過完成綜合仿真設(shè)計，真正將電路設(shè)計與C語言編程緊密結(jié)合，將知識融會貫通，達(dá)到學(xué)以致用的效果。以“多通道模擬量信號的采集與動態(tài)顯示設(shè)計”題目為例，題目要求包括：①從多個通道輸入可調(diào)模擬量電壓信號，分時采集各通道輸入信號；②將多通道采集數(shù)據(jù)連續(xù)存儲到單片機片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器；③設(shè)置獨立式按鍵，確定顯示的通道，在數(shù)碼塊上顯示相應(yīng)通道采集的模擬量數(shù)據(jù)，顯示控制方式為動態(tài)掃描方式實現(xiàn)。題目分析：設(shè)計題目包括信號處理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、動態(tài)顯示四個方面功能，題目設(shè)計的知識點包括模擬電路中信號濾波放大的知識，包括數(shù)字電路中4—7段數(shù)碼塊譯碼顯示的內(nèi)容，同時包括單片機中數(shù)據(jù)存儲及與功能芯片接口設(shè)計的技術(shù)，在功能的實現(xiàn)上，還需要根據(jù)不同功能，編寫C語言驅(qū)動程序，并將程序與電路聯(lián)通調(diào)試，實現(xiàn)對應(yīng)功能。題目綜合多門課程涉及內(nèi)容，同時需要軟硬件配合調(diào)試。學(xué)生在設(shè)計中，既復(fù)習(xí)運用所學(xué)各門課程的知識，又需將各個知識點加以綜合靈活運用，達(dá)到復(fù)習(xí)鞏固所學(xué)知識，掌握電子系統(tǒng)電路設(shè)計及程序設(shè)計的一般方法，進(jìn)而提升解決特定工程問題能力的教學(xué)目的。2.通過動手實踐環(huán)節(jié)，提升實踐創(chuàng)新能力。在仿真設(shè)計完成基礎(chǔ)上，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實際電路的制作和調(diào)試。學(xué)生采用2—3人為一個小組，首先運用所學(xué)電子技術(shù)基礎(chǔ)知識，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料、電子線路參考設(shè)計手冊、電子元器件手冊，進(jìn)行電路設(shè)計、程序編制，在設(shè)計過程中，鍛煉自己熟練掌握和使用先進(jìn)的計算機電路仿真軟件工具，提高設(shè)計效率。其次進(jìn)行電子市場調(diào)研、購買相應(yīng)元器件，完成電路設(shè)計制作、功能調(diào)試、參數(shù)測定，通過這一過程，學(xué)生與實際電子元器件緊密接觸，從書本的知識物化為實際電子器件，并通過繪制電子線路版圖，焊接電子元件，進(jìn)一步增加實踐技能，將書本上的理論與實踐結(jié)合，達(dá)到學(xué)以致用、學(xué)為所用的實際教學(xué)效果。最后由教師組織全班進(jìn)行設(shè)計交流、現(xiàn)場功能演示和提問答辯，同時教師完成每組的成績評定和設(shè)計總結(jié)，為下次的課程設(shè)計提出合理化建議。從教學(xué)角度，在課程設(shè)計的內(nèi)容選擇上，更突出設(shè)計內(nèi)容的綜合性，并適當(dāng)增加設(shè)計應(yīng)用技術(shù)的難度，并與現(xiàn)代電子新技術(shù)緊密結(jié)合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。除此而外，增加設(shè)計內(nèi)容的工程性，增加電子線路板設(shè)計及繪制環(huán)節(jié)，為學(xué)生講解PCB電路板的設(shè)計方法及技巧，多層電路板的設(shè)計技術(shù)及高速電路板的設(shè)計等，進(jìn)一步提高學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識進(jìn)行工程綜合設(shè)計的水平。目前，開設(shè)的新增加的課程設(shè)計題目包括：基于CAN局域網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集板卡設(shè)計實現(xiàn)；基于凌陽單片機的音樂播放器設(shè)計開發(fā)實例；基于I2C總線的公交語音報站播放器設(shè)計；基于ZIGBEE無線通信系統(tǒng)設(shè)計；基于GPRS無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。通過大量新穎的具有高技術(shù)含量的綜合設(shè)計，充分調(diào)動學(xué)生的熱情，讓學(xué)生從實驗中掌握知識，提升技能。3.以課程設(shè)計為基礎(chǔ)，積極參與各類科技創(chuàng)新活動，提升科技創(chuàng)新水平。深入貫徹學(xué)以致用、理論聯(lián)系實際的教學(xué)理念，在單片機課程設(shè)計基礎(chǔ)上，鼓勵學(xué)生應(yīng)用課堂設(shè)計中獲得的實踐技能解決實際問題，積極參與大學(xué)生科技創(chuàng)新活動以及各類電子競賽等活動，將知識活學(xué)活用。在大學(xué)生科技創(chuàng)新活動中，在指導(dǎo)教師引導(dǎo)下，結(jié)合科研項目，應(yīng)用單片機及電子技術(shù)解決問題，自身綜合設(shè)計能力和創(chuàng)新能力獲得提高。以大學(xué)生科技創(chuàng)新題目“抽油機皮帶輪自動檢測裝置”為例：油田現(xiàn)場抽油機皮帶輪脫落會影響生產(chǎn)，原始的皮帶輪脫落檢測采用施工圖數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，經(jīng)常出現(xiàn)誤報錯報事故的現(xiàn)象。根據(jù)工程需求，學(xué)生們大膽設(shè)想，通過霍爾傳感器檢測抽油機工作速度，再通過速度大小判別皮帶輪工作狀態(tài)。以單片機為核心，控制霍爾傳感器采集速度信息，并將顯示結(jié)果通過RS485上傳到計算機顯示結(jié)果。設(shè)計思路新穎獨特，較好解決了工程實踐中的難題，自身的設(shè)計水平也達(dá)到大幅度提高。開展以科技創(chuàng)新為核心的課外科技創(chuàng)新活動，最終是以培養(yǎng)學(xué)生實踐能力，創(chuàng)新能力和提高教學(xué)質(zhì)量為宗旨，通過科技創(chuàng)新活動，讓學(xué)生通過課外的電子科技活動，切實感受到自己所學(xué)知識的應(yīng)用價值，將理論教學(xué)與研究實踐相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生對電子專業(yè)課程的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生由被動學(xué)習(xí)狀態(tài)轉(zhuǎn)入主動學(xué)習(xí)狀態(tài)，并以此鼓勵學(xué)生開拓進(jìn)取。

四、、結(jié)束語

理論教學(xué)與實踐教學(xué)是高校教育的兩個重要組成部分，單片機綜合課程設(shè)計是一門將理論與實踐緊密聯(lián)系的綜合性實踐課程，通過綜合設(shè)計實驗教學(xué)，對于鞏固課本上學(xué)習(xí)的理論知識，培養(yǎng)引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)的思維方法，培養(yǎng)綜合分析問題和解決問題的能力，嚴(yán)謹(jǐn)求實的工作作風(fēng)和協(xié)同工作的團隊精神等方面具有獨特的，不可替代的作用。

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我們組一共有三個人，但其他兩個人是真的神龍見首不見尾，除了在最后答辯的時候他們一起坐在了我旁邊，冠冕堂皇的指著我畫了幾遍的圖說了幾嘴，我想可能他們自己都不知道自己在說怎么，雖然有的東西他們也答出來了。我佩服他們的勇氣，羨慕他們的運氣（我見到的很多做了10天的人最后的成績都有不如他們的），但是鄙視他們的做法。

所幸的是，我得到了很多同學(xué)的幫助。我想沒有他們我可能都要放棄了，因為我本人對單片機也并不是很熟悉，學(xué)的東西好像它是它，我是我似的，理論聯(lián)系不了實際。以前的匯編語言沒學(xué)好，一開始的程序這塊兒就要令我抓狂了。后來請教我們班的一個男生，每次跟他一起到試驗室調(diào)試程序（他們組也只有他一個人動手），看他邊做邊給我講解。最后在開發(fā)機上做出來的時候，雖然不是我自己寫的，但看他那么高興，我也有一種分享到的成就感。后來我們組就用了他寫的程序，他自己又抽空做了些拓展。

接下來就是做硬件方面的焊接工作了。沒想到這項看起來不需要多少技術(shù)的工作卻是非常的勞心勞力。很多次是早上起來帶瓶水帶些吃的到實訓(xùn)中心，一泡就是一天。我看到有很多人跟我一樣，不同的是他們是三三兩兩，而我大部分時間都是一個人做。在這個時候也有很多人幫助我，或是熱心的幫我?guī)э?，或是在我打盹兒的時候幫我做點焊接。大家都鼓勵我，即使最后出不來東西，但是一定要堅持把它做完。當(dāng)我想放棄的時候，我也這么對自己說，即使你做出來的是次品甚至不合格品，但是你一定要拿出來一件成品。

在要驗收前，終于做了一件成品出來，不幸的是它真的是一件不合格品。幫我的那個男生做的已經(jīng)出來了，所以最后應(yīng)該還是我的焊接方面的問題。有一點灰心，想再重做來不及了，單是檢查線路卻也查不出來什么問題。那么就準(zhǔn)備答辯吧。我對著電路圖再看課本，發(fā)現(xiàn)以前很多覺得很難記的東西現(xiàn)在記起來容易多了，因為整天都在同它們打交道。51的引腳及其功能，A/D轉(zhuǎn)換器的，驅(qū)動器的，所有我用到的我都一再的看書了解，同時請教同學(xué)我看書過程當(dāng)中的疑惑。在這個過程中又發(fā)現(xiàn)了以前焊接當(dāng)中出的一些問題，能改的就改，不能改的，咳，要是時間再多一些，或者我能早點做好，要是不只是我一個人動手……算了吧，不要想那些如果，還是準(zhǔn)備我自己的，做好我現(xiàn)在能做的吧。

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（吉林建筑大學(xué)，吉林 長春 130000）

【摘要】分析單片機課程設(shè)計在實踐教學(xué)中的重要性，設(shè)計一個目的明確、設(shè)計方案伸縮性強的單片機課程設(shè)計題目。在所設(shè)計的題目中，給出實驗原理、設(shè)計方案指導(dǎo)、教學(xué)模式強化等內(nèi)容。實踐表明，所設(shè)計的課程設(shè)計題目可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、增強學(xué)生的創(chuàng)新意識等。

關(guān)鍵詞 單片機；課程設(shè)計；探索

0　引言

單片機技術(shù)是電子信息專業(yè)的學(xué)生必須掌握的基本技術(shù)。在重視實踐環(huán)節(jié)、強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的今天，設(shè)計出一個好的單片機課程設(shè)計題目，對提高教學(xué)效果、培養(yǎng)學(xué)生興趣，在教學(xué)改革中具有一定的意義。好的課程設(shè)計題目，對培養(yǎng)應(yīng)用型人才，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析和解決問題的能力，樹立實踐觀念，提高學(xué)生綜合分析和創(chuàng)新能力具有重要意義。

單片機已經(jīng)由8位技術(shù)，提升到32位技術(shù)，乃至64位技術(shù)，生產(chǎn)單片機的廠家也由當(dāng)年Inter的一家獨大，到現(xiàn)在的百家爭鳴?，F(xiàn)在主要的單片機生產(chǎn)廠家有AVR、ST、Freescale、Microchip等，他們生產(chǎn)多應(yīng)用領(lǐng)域的單片機，更有ARM內(nèi)核的單片機，與之51內(nèi)核的8位單片機比較，運算速度快、功能強大。同時，時代變遷，各個領(lǐng)域都可以用到單片機，如何選擇貼近生活而又全面反映單片機的功能應(yīng)用，是我們設(shè)計一個號的單片機課程設(shè)計題目所要思考的。傳統(tǒng)單片機課程設(shè)計，要求學(xué)生在實驗室依據(jù)老師給的資料，完成部分設(shè)計，主要是把幾個較大的程序，改變幾個參數(shù)，觀察現(xiàn)象，學(xué)生無法知道程序如何書寫，更少有知道原理獨自寫出程序的學(xué)生。造成學(xué)生不知道單片機在實踐中是如何設(shè)計、如何編寫程序。為此，對課程設(shè)計從選題、設(shè)計軟件和硬件到調(diào)試出正確結(jié)果，都做了改革。設(shè)計一個實用性強的題目，既體現(xiàn)單片機課程自身特色，又很好培養(yǎng)學(xué)生對單片機的興趣，提高學(xué)生的應(yīng)用技能，收到良好的教學(xué)效果。

1　單片機課程設(shè)計方案

單片機原理及應(yīng)用課程的教學(xué)內(nèi)容以實用性和應(yīng)用技能培養(yǎng)為主線。教學(xué)中要理論與實踐相結(jié)合，并且要提高內(nèi)容的趣味性。教學(xué)中，單片機課程設(shè)計是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，單片機課程設(shè)計的效果對單片機學(xué)習(xí)效果具有決定性意義。

1.1　課程設(shè)計的目的

單片機課程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生熟練掌握單片機系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計能力，培養(yǎng)優(yōu)秀的電子信息工程學(xué)科人才。具體地說，通過這一新的實踐教學(xué)的途徑，達(dá)到以下目標(biāo)：鞏固和掌握單片機技術(shù)的基本原理，在此基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計能力；培養(yǎng)、訓(xùn)練理工科學(xué)生的創(chuàng)新應(yīng)用能力，使學(xué)生通過這一實踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，能夠獨立的設(shè)計一個單片機系統(tǒng)，并實現(xiàn)系統(tǒng)的各項功能；著重從以下幾個方面培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力：單片機的應(yīng)用開發(fā)能力；軟硬件綜合應(yīng)用能力；單片機應(yīng)用中的故障判斷及排除能力；單片機系統(tǒng)的設(shè)計能力；提高學(xué)生理論與實踐相結(jié)合的能力。

1.2　課程設(shè)計內(nèi)容

下面給出設(shè)計的參考題目，學(xué)生可以根據(jù)興趣進(jìn)行選擇題目，在兩周內(nèi)完成設(shè)計。脈搏血氧儀設(shè)計；無線傳感網(wǎng)絡(luò)的溫濕度采集及控制系統(tǒng)設(shè)計。

1.3　課程設(shè)計任務(wù)要求

針對題目要求進(jìn)行功能分析。首先對系統(tǒng)的原理進(jìn)行分析，對硬件電路進(jìn)行設(shè)計，使用Altium Designer軟件繪圖，對單元電路使用Multisim軟件仿真。制作Pcb圖后焊接完成硬件的制作。其次根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計軟件并調(diào)試。第三步是系統(tǒng)整體調(diào)試和脫機運行，這是設(shè)計中最為困難和關(guān)鍵的一步。最后要求學(xué)生寫出系統(tǒng)的詳細(xì)說明和設(shè)計報告。

2　脈搏血氧儀設(shè)計實例

下面是以脈搏血氧儀的設(shè)計為實例，來說明設(shè)計的單片機課程設(shè)計題目的要求、教學(xué)過程等。

2.1　脈搏血氧儀原理

無創(chuàng)脈搏血氧飽和度測量是以朗伯-比爾定律和血液中還原血紅蛋白(Hb)和氧合血紅蛋白(HbO2)對光的吸收特性不同為基礎(chǔ)的。通過兩種不同波長的紅光600～700nm和紅外光800～1000nm分別照射組織經(jīng)反射（或者透射）后再由光電接收器轉(zhuǎn)換成電信號。組織中的其他成分吸收光信號是恒定的，經(jīng)過光電接收器后得到直流分量DC，而動脈血中的HbO2和Hb對光信號的吸收是隨著心跳作周期性變化，經(jīng)過光電接收器后得到交流分量AC，由于HbO2和Hb對同一種光線的吸收率各不相同，通過測量紅光和紅外光的光吸收比率便可以計算出兩種血紅蛋白含量的百分比。血氧飽和度的計算公式如下：

SpO2=A-BR+CR2

式中，A、B、C為定標(biāo)常數(shù)，可以由定標(biāo)實驗得到，兩個波長的光吸收比率R為：

其中，Vredac為紅光的交流分量；Vreddc為紅光的直流分量；Viredac為紅外光的交流分量；Vireddc為紅外光的直流分量。

2.2 　電路設(shè)計指導(dǎo)

系統(tǒng)設(shè)計總體框圖如圖1所示，圖中給出了設(shè)計的指導(dǎo)性建議，并不是一定要按照這個框圖設(shè)計，可以根據(jù)學(xué)生自身的情況，適當(dāng)修改。單片機要求學(xué)生使用16位單片機或者32位單片機。

2.3　軟件設(shè)計指導(dǎo)

要求使用C語言或者C++語言來進(jìn)行軟件設(shè)計，在設(shè)計過程中，要使用模塊化思想進(jìn)行設(shè)計。脈搏的計算只依賴紅外光的光波信號，通過3個機器周期的采樣點的個數(shù)來計算脈搏。在所有采樣點的數(shù)據(jù)中，做一個類似模擬遲滯比較器。經(jīng)過遲滯比較器，脈搏信號變成了矩形波型號，近似測量相鄰兩個上升沿的時間，最后得出脈搏。如果把脈搏信號看成周期信號，測量上升沿的時間可以轉(zhuǎn)換為測量脈搏信號的頻率，由定時器周期查詢信號狀態(tài)并完成查詢次數(shù)計數(shù)，這樣可以方便完成脈搏測量。

2.4　教學(xué)模式

設(shè)計好一個單片機課程設(shè)計的實驗，老師要用怎樣的教學(xué)模式把相關(guān)的信息傳達(dá)給學(xué)生，至關(guān)重要。老師教學(xué)的模式，就是學(xué)生的學(xué)習(xí)模式，好的教學(xué)模式，才能培養(yǎng)出學(xué)生好的學(xué)習(xí)模式。教育家喬伊斯在《教學(xué)模式》一書中，介紹了很多教學(xué)模式，我們把三種教學(xué)模式綜合起來用于我們的課程設(shè)計教學(xué)中：信息加工型教學(xué)模式，構(gòu)建學(xué)習(xí)群體教學(xué)模式，個人型教學(xué)模式。信息加工型教學(xué)模式是向?qū)W生提供相應(yīng)的信息和概念，老師給學(xué)生布置任務(wù)、說明實驗?zāi)康?，講解實驗原理，這是一個概念、理論傳達(dá)的教學(xué)過程；構(gòu)建學(xué)習(xí)群體教學(xué)模式，實際上就是一個團體學(xué)習(xí)的模式，實驗是三個人一組，大家可以一起討論，知識共享，火花一起碰撞，同時也是分工明確、各司其職；個人型教學(xué)模式，就是要發(fā)揮個人潛力，鼓勵獨立思維、自主創(chuàng)新，學(xué)生可以根據(jù)自己的知識，創(chuàng)新設(shè)計，這時，可以有針對性的對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。

3　結(jié)論

《單片機課程設(shè)計》是實踐環(huán)節(jié)課程，我們所選擇的題目，從2012年開設(shè)以來得到了學(xué)生的好評，取得了非常好的教學(xué)效果。用學(xué)生的話說：貼近生活的題目進(jìn)行實踐教學(xué)，把幾年所學(xué)數(shù)字電路，模擬電路，光電技術(shù)，傳感器技術(shù)等知識綜合起來，把所學(xué)的知識在實踐中應(yīng)用。在滿足了教學(xué)任務(wù)的同時，學(xué)到了更有競爭力的能力。

實踐證明，選擇合適的單片機課程設(shè)計題目，有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、有效地掌握所學(xué)知識，有效的把理論學(xué)習(xí)過渡到實際應(yīng)用。開放式的課程設(shè)計題目，有利于增強學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高學(xué)生實踐應(yīng)用能力。

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關(guān)鍵詞 單片機 精品課程 課程建設(shè)

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Model Curricula Development in Principle and application of MCU

LEI Jun， ZHAO Rong， LUO Min

（School of Electrical & Information Engineering， Hubei University of Automotive Technology， Shiyan， Hubei 442002）

Abstract Through the research on aspects of SCM curriculum theory teaching， practice teaching， teaching staff， teaching reform， etc.， for the microcontroller strong practical courses， introduction of Keil and Proteus simulation software programming software， promote the improvement of the overall level courses. Students through experiments and class-based， single-chip program written in C language， to stimulate interest in learning， encourage students to participate in competitions projects to improve innovation and practical ability.

Key words MCU； model curricula； curriculum development

0 引言

單片機原理及應(yīng)用是電類專業(yè)的專業(yè)課程，是學(xué)習(xí)后續(xù)課程的重要基礎(chǔ)。單片機課程組按照“思想先進(jìn)、目標(biāo)明確、改革領(lǐng)先、師資優(yōu)化、設(shè)備精良、教學(xué)優(yōu)秀”的指導(dǎo)思想，建設(shè)校級精品資源共享課程。目前“單片機”課程已經(jīng)形成完整的教學(xué)體系結(jié)構(gòu)，擁有一支教學(xué)水平與學(xué)術(shù)造詣較高的教學(xué)梯隊，實驗設(shè)備完善，教學(xué)手段先進(jìn)，教學(xué)形式靈活多樣。

1 夯實理論環(huán)節(jié)

從2003年以來，課程組重新進(jìn)行了教學(xué)大綱的編寫工作，選擇優(yōu)秀教材，不斷地對單片機課程進(jìn)行教學(xué)改革。根據(jù)課程的需要，修訂了部分多媒體課件，完成了實驗指導(dǎo)書的重新編寫。在課程教學(xué)中積極采用現(xiàn)代化的教學(xué)手段，網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)取得了很好的效果，單片機與Keil教學(xué)協(xié)調(diào)配合，在教學(xué)中引入Proteus單片機仿真軟件，為學(xué)生直接應(yīng)用計算機完成單片機系統(tǒng)的構(gòu)模、分析和仿真打下基礎(chǔ)，加深了對課程內(nèi)容的理解和掌握，提高了學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析、解決問題的能力。利用學(xué)校先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境，建立了形式多樣的各種多媒體教學(xué)課件及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源庫。目前網(wǎng)上已具備的教學(xué)資源有：（1）教學(xué)大綱；（2）教學(xué)日歷；（3）教材內(nèi)容；（4）習(xí)題解答；（5）電子課件（PPT）；（6）網(wǎng)上留言；（7）實驗指導(dǎo)；（8）參考文獻(xiàn)。豐富的教學(xué)資源方便了學(xué)生的課程學(xué)習(xí)，在課程教學(xué)中發(fā)揮了有效的作用。

2 加強實踐環(huán)節(jié)

在理論課程教授完畢后，本課程進(jìn)入實踐環(huán)節(jié)，其目的是使同學(xué)們扎實牢固地掌握單片機知識，培養(yǎng)創(chuàng)新思維、獨立分析問題和解決問題的能力，同時提高實踐動手能力。課程組依據(jù)我校的辦學(xué)指導(dǎo)思想和特色，充分依托東風(fēng)汽車公司這個大工程背景，構(gòu)建了課程的實踐教學(xué)體系，如圖1所示。將單片機傳統(tǒng)的驗證性實驗與綜合性設(shè)計性實驗相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。將現(xiàn)代化的計算機輔助工具用于實驗教學(xué)過程中，使學(xué)生學(xué)會如何應(yīng)用現(xiàn)代化手段仿真和解決實際系統(tǒng)的控制問題，調(diào)動學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)興趣。教師在整個教學(xué)過程中不僅僅是授課，還要配合實驗課教師指導(dǎo)實驗、參加討論，負(fù)責(zé)答疑和解決教學(xué)過程中出現(xiàn)的各種問題。

實踐教學(xué)以能力培養(yǎng)為核心，由淺入深、分層設(shè)置。通過實踐教學(xué)體系的培養(yǎng)，學(xué)生的實踐能力和專業(yè)素養(yǎng)得到了提高。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生按要求自己獨立完成實踐內(nèi)容，出現(xiàn)故障和問題自己解決。將課外創(chuàng)新實踐活動與課程實驗教學(xué)環(huán)節(jié)相結(jié)合，組織、指導(dǎo)有興趣的學(xué)生參加電子設(shè)計、智能汽車競賽等活動，例如在智能車控制系統(tǒng)中，涉及單片機編程、PCB電路板的制作等都是單片機課程中的知識點。通過此類活動提高了學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)積極性，加深對課程內(nèi)容的理解，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。

圖1 單片機課程的實踐教學(xué)體系

新教師須具備實驗室工作和下廠工程鍛煉實習(xí)經(jīng)歷1～2年，才能參加教學(xué)工作。通過下廠工程鍛煉實習(xí)，使得青年教師從中得到鍛煉，增強了工程意識，提高工程應(yīng)用能力；通過實驗教學(xué)、實習(xí)教學(xué)、指導(dǎo)學(xué)生的課外科技實習(xí)和創(chuàng)新活動，并結(jié)合工程鍛煉實習(xí)收獲成績進(jìn)行教學(xué)法研究，以更新充實理論教學(xué)與實驗教學(xué)的內(nèi)容，改革教學(xué)方法和手段。鼓勵或計劃安排教師進(jìn)行學(xué)歷提高學(xué)習(xí)，到兄弟院校進(jìn)修培訓(xùn)，為提高自身的理論知識、教學(xué)水平、科研能力及綜合素質(zhì)進(jìn)行再學(xué)習(xí)。課程組成員老師已經(jīng)連續(xù)八年負(fù)責(zé)全國大學(xué)生 “飛思卡爾”杯智能汽車競賽的指導(dǎo)，從2006到2013年，面對全國高校強勁的競爭對手，在此項賽事上先后三次獲得全國一等獎，兩次全國二等獎，多個賽區(qū)一等獎和二等獎的佳績，并最早打破我校學(xué)生參加國家級綜合賽事無一等獎的歷史。

3 結(jié)束語

單片機是一門實踐性很強的課程，課程的目的是培養(yǎng)學(xué)生對單片機硬件及其擴展系統(tǒng)的分析能力和工程應(yīng)用能力，通過理論教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合，注重學(xué)生綜合實踐能力的培養(yǎng)，這就要求學(xué)生多動手。任務(wù)驅(qū)動項目教學(xué)法是學(xué)生在老師老師的引導(dǎo)下，通過共同實施一個完整的項目而進(jìn)行的教學(xué)活動。目前各類電子競賽就提供了大學(xué)生開展創(chuàng)新工作的平臺，學(xué)生組成項目組，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，緊緊圍繞比賽內(nèi)容開展工作，設(shè)計方案，在完成項目的過程中，大學(xué)生的實踐能力得到提高，有了團隊協(xié)作意識，有助于增強其創(chuàng)新、創(chuàng)造、創(chuàng)業(yè)意識和動手能力，學(xué)生在參加項目的訓(xùn)練中，提高了創(chuàng)新能力。

通過校級資源共享精品課程建設(shè)將單片機教學(xué)輻射到課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、大學(xué)生竟賽等方面，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，促進(jìn)課程總體水平的提高。通過課程改革的實踐與探索，學(xué)生經(jīng)過單片機課程的理論學(xué)習(xí)、實驗、課程設(shè)計以及畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)的鍛煉，提高了工程實踐能力，多位學(xué)生在全國大學(xué)生智能車競賽、全國大學(xué)生電子競爭等比賽中獲得好成績。

基金項目：湖北省教育廳教學(xué)研究項目（2010265）；湖北汽車工業(yè)學(xué)院2013年精品資源共享課程專項（單片機原理及應(yīng)用）

參考文獻(xiàn)

[1] 劉喜雙，姚健.單片機課程實踐教學(xué)改革探索[J].教育探索，2013（8）：31-32.

篇5

?？诮?jīng)濟學(xué)院作為應(yīng)用型本科大學(xué)，培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)具備高素質(zhì)技術(shù)和技能，我們正在探索人才培養(yǎng)和行業(yè)、社會的無縫對接，多種形式的教學(xué)改革是提高人才培養(yǎng)的有效途徑，本文分析了我校電子信息工程專業(yè)的單片機課程教學(xué)存在的問題，利用SPOC教學(xué)平臺把傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方式的優(yōu)勢和在線學(xué)習(xí)的優(yōu)勢結(jié)合起來，對教學(xué)模式進(jìn)行了探索和實踐。

1 單片機課程的性質(zhì)和特點

1.1 課程的性質(zhì)

單片機課程是電子信息工程專業(yè)的核心課程之一，課程任務(wù)是從應(yīng)用的目的出發(fā)，通過對51系列單片機結(jié)構(gòu)的剖析，使學(xué)生獲得有關(guān)單片機的硬件基本概念、基本知識和單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計編程知識；使學(xué)生能用C51進(jìn)行程序設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

1.2 課程的要求

（1）基本要求：通過理論教學(xué)與實驗教學(xué)，讓學(xué)生了解單片機的基本工作原理；掌握51單片機的硬件結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成、C51程序設(shè)計以及單片機系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)。

（2）提高性要求：熟悉單片機硬件系統(tǒng)與擴展電路的設(shè)計；能夠采用匯編語言或C51編程自行設(shè)計單片機應(yīng)用系統(tǒng)。

（3）技能性要求：通過學(xué)習(xí)MCS-51單片機原理及應(yīng)用技術(shù)課程，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用與之類似的系列單片機技術(shù)，通過學(xué)習(xí)單片機技術(shù)來實現(xiàn)電子產(chǎn)品的智能化，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

2 當(dāng)前單片機課程教學(xué)存在的問題

2.1 “以教為主”的單一方向知識傳播，不能激發(fā)學(xué)生的積極創(chuàng)造能力

以教師為課程主體的教學(xué)方式，是多年的傳統(tǒng)教學(xué)方式，理論教學(xué)中，如果老師講授的時間超過15分鐘，一些學(xué)生的注意力就會發(fā)散；課程的實驗教學(xué)中，一些學(xué)生只是反復(fù)模仿老師的示范操作，為了快速完成實驗，不求甚解，缺乏思考和反復(fù)驗證推敲。所以， “以教為主”的單一方向傳播知識的方式，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在的教育教學(xué)需求。

2.2 實踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱，不利培養(yǎng)學(xué)生實踐綜合能力

這門課程的實踐性非常強，固有的實驗學(xué)時已經(jīng)不能滿足部分學(xué)生的求知欲望，有些學(xué)生經(jīng)常在課下繼續(xù)進(jìn)行實驗的驗證和探求?，F(xiàn)有的教學(xué)模式中，理論授課占60%，先理論后實驗，而且基本為驗證性實驗，難以培養(yǎng)學(xué)生的開發(fā)和設(shè)計能力。實驗課程中，主要采用KeilC51編程軟件和仿真軟件Proteus結(jié)合使用，在后期的課程設(shè)計中使用實驗開發(fā)板來進(jìn)行，實驗課堂的時間有限，學(xué)生只能按照老師的規(guī)范操作，下載程序后，在仿真軟件或者開發(fā)板上觀察實驗效果。

2.3 以考代評，缺乏對學(xué)生的真實能力的評價環(huán)節(jié)

單片機課程的考核方式以閉卷筆試為主，采用“3+7”模式，即實驗成績30分，期末筆試成績70分。并且實驗成績也主要以書寫實驗報告來評定成績，由于課上時間有限，老師不能一一的檢查、驗收每位學(xué)生真實的實踐操作水平，所以傳統(tǒng)的以試卷來考核的方式也存在弊端。

3 基SPOC的MOOC與翻轉(zhuǎn)課堂結(jié)合的教學(xué)模式設(shè)計與實施

3.1 MOOC與SPOC的有效結(jié)合構(gòu)建課程

現(xiàn)代先進(jìn)的教育技術(shù)大量涌現(xiàn)，只有高效、具有強大生命力的教學(xué)方法才能滿足我們的教學(xué)需要，滿足學(xué)生的求知渴望。如今，MOOC的傳入在教育領(lǐng)域的興起，給高等學(xué)校的教育帶來了新方法、新機遇、新挑戰(zhàn)。MOOC（ Massive Open Online Course） 即大?模開放性在線課程，又稱“慕課”，由加拿大學(xué)者 Dave Cormier 和 Bryan Alexander 于 2008 年提出[2]。我們借助MOOC實現(xiàn)單片機課程教學(xué)效果提升，其思路就是： 轉(zhuǎn)變?yōu)檎n堂教學(xué)工具，進(jìn)入SPOC時代，將傳統(tǒng)的 “堂上聽、堂下答疑” 翻轉(zhuǎn)為 “堂上討論、線上學(xué)習(xí)”。SPOC（small private online courses），即小規(guī)模私有在線課程，由哈佛大學(xué)繼MOOC之后提出的，SPOC中的small和private相對于MOOC中的massive和open而言[2]，SPOC是MOOC的發(fā)展和補充，在教學(xué)理念上較相似。SPOC是MOOC與學(xué)校課堂教學(xué)的深度結(jié)合與應(yīng)用，SPOC更加能滿足線上（on line）與面對面（face to face）混合教學(xué)的需要，可以適當(dāng)?shù)慕档徒虒W(xué)成本，加強教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

應(yīng)用MOOC的成果和SPOC的教學(xué)管理模式，逐漸改革單片機課程的教學(xué)。首先進(jìn)行MOOC課程資源建設(shè)：一是，按照教學(xué)大綱的授課順序制作PPT課件，將知識點模塊化、項目化；二是，錄制講解短視頻，精講、透徹；三是，提供電子文檔，圍繞知識點詳細(xì)介紹；四是，編制典型練習(xí)題，與知識點同步，突出重點；五是，借助學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)平臺，上傳資料；六是，在線回答學(xué)生提出問題。

圖1 基于SPOC的單片機課程建設(shè)構(gòu)成

基于SPOC的單片機課程的建設(shè)具有以下特點：

（1）人數(shù)規(guī)模適中：一個班學(xué)生一般在30人左右，符合SPOC中的small標(biāo)準(zhǔn)。

（2）學(xué)生知識結(jié)構(gòu)相似：學(xué)生為同專業(yè)或相近專業(yè)學(xué)生，他們的知識結(jié)構(gòu)、學(xué)科基礎(chǔ)等因素基本相同，符合private的標(biāo)準(zhǔn)。

（3）課程的知識點專題性強，知識點容易索引，適合MOOC課程的專題建設(shè)。

（4）學(xué)校成熟的網(wǎng)絡(luò)平臺：使用學(xué)校現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平臺，相關(guān)在線課程資料，如：PPT、短視頻、電子書等，方便上傳和下載，維護便利。

3.2 基于SPOC的翻?D課堂構(gòu)建單片機教學(xué)

單片機課程的翻轉(zhuǎn)課堂構(gòu)建是對傳統(tǒng)課堂教學(xué)的一種逆序創(chuàng)新，將知識傳授和知識內(nèi)化兩個階段顛倒[3]，具體實施是學(xué)生在課前觀看新課程新知識點的短視頻和電子資料；課堂上進(jìn)行問題討論，完成相應(yīng)實驗；課后完成作業(yè)，對課程內(nèi)容深入理解，對疑問的問題教師可以在線答疑。這樣的構(gòu)建方式，讓學(xué)生選擇最適合自己的方式接受新知識，賦予了學(xué)生更多的自由； 而把知識內(nèi)化的過程放在課堂內(nèi)，以便于同學(xué)之間、師生之間有更多的交流。

圖2 單片機課程翻轉(zhuǎn)課堂構(gòu)成教學(xué)模式

3.3 案例實踐

按照上述的構(gòu)建模式，選擇單片機課程中的“定時/計數(shù)器”專題來進(jìn)行案例例證，這節(jié)課的特點是：需要記憶性的概念、知識點多，實踐性要求也高。

課前：通過海口經(jīng)濟學(xué)院校園網(wǎng)，知識點的PPT、短視頻、“定時/計數(shù)器”的設(shè)計案例、電子文檔、開發(fā)軟件等。要求學(xué)生反復(fù)觀看短視頻，了解這個專題的知識點，觀摩實例“利用定時/計數(shù)器T0的工作方式1，產(chǎn)生10ms的定時，輸出周期為20ms的方波”，在開發(fā)軟件中自己實踐，提出問題，做好課前準(zhǔn)備。

課中（課堂翻轉(zhuǎn)）：由學(xué)生來講解“定時/計數(shù)器”的基本概念、相應(yīng)的寄存器介紹、實例演示等，在這個過程中，其他同學(xué)和教師可以隨時提出問題，學(xué)生們一起來討論解決。課堂的實踐練習(xí)時間，根據(jù)教師提前的關(guān)于定時/計數(shù)器的拓展任務(wù)，例如：如何更改程序，實現(xiàn)輸出周期為1s的方波，學(xué)生在原有程序上進(jìn)行修改調(diào)試，完成任務(wù)，這需要學(xué)生對硬件結(jié)構(gòu)和軟件編程非常熟悉。這樣的教學(xué)過程做到了教師引導(dǎo)，學(xué)生主導(dǎo)。

課后：根據(jù)課堂中的授課情況，改進(jìn)課程難點的引導(dǎo)方式方法，整理教學(xué)素材，規(guī)范教學(xué)資源，使后續(xù)的課程更加簡明有效，演示清晰，效果最佳。教師同時在線批改學(xué)生作業(yè)，答疑解惑。期末學(xué)生成績，教師可以由學(xué)生課中的表現(xiàn)、課后的作業(yè)完成綜合評定。

4 小結(jié)

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關(guān)鍵詞：單片機應(yīng)用技術(shù) 課程教學(xué)改革與建設(shè) 項目任務(wù)化教學(xué)

中圖分類號：G710 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2014.01.120

1 引言

《單片機應(yīng)用技術(shù)》是一門綜合性比較強的課程，在實用性、工程性、技術(shù)性方面具有較強專業(yè)化的特點。該課程是計算機、自動化、電子類等專業(yè)中很重要的專業(yè)基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)課，它綜合了模擬電路，數(shù)字電路，微機原理、通信技術(shù)、程序設(shè)計等多方面的知識。作為一門核心課程，它既是自動檢測、機電控制和信號處理等專業(yè)的基礎(chǔ)，又可在運用在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等新興行業(yè)中，具有相當(dāng)重要的地位。

對于《單片機應(yīng)用技術(shù)》課程而言，當(dāng)前許多院校的教師在教學(xué)中，通常把理論教學(xué)與實踐教學(xué)分開進(jìn)行，學(xué)生無法把理論和實踐結(jié)合在一起。同時許多學(xué)校的單片機實訓(xùn)室設(shè)備不能適應(yīng)單片機技術(shù)發(fā)展潮流，實訓(xùn)項目過于單一，無法將理論知識和實際項目應(yīng)用有機結(jié)合起來，因此對單片機課程進(jìn)行改革是非常必要的。

2 課程教學(xué)改革建設(shè)目標(biāo)

單片機應(yīng)用技術(shù)課程將教學(xué)內(nèi)容歸納為四個模塊，為學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)；將實訓(xùn)分為五個項目，每個項目依據(jù)工作過程分成若干個任務(wù)完成，每個任務(wù)又是與實際應(yīng)用緊密相連的實用案例。教學(xué)方法采用“教學(xué)做一體化”，即“理論與實訓(xùn)一體，實訓(xùn)任務(wù)與工作過程一體，工程項目與知識、能力、素質(zhì)提高一體”。

根據(jù)如上所述，我們對《單片機應(yīng)用技術(shù)》課程的教學(xué)改革建設(shè)目標(biāo)進(jìn)行如下改革方案。

2.1 課程內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)的改革

對初學(xué)者而言，單片機的理論知識部分較為抽象，對學(xué)生的邏輯思維能力要求很高，不同專業(yè)的學(xué)生對單片機課程的學(xué)習(xí)深度需求也不一樣。所以一定要按實際開發(fā)項目來整合課程體系內(nèi)容，方便于作項目課程開發(fā)。

2.2 教學(xué)內(nèi)容組織方式的改革

如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的自學(xué)能力，是單片機學(xué)習(xí)的重中之重。在教學(xué)中我們建議采用以C語言程序設(shè)計為主，按“項目-任務(wù)”的方式組織，符合工程開發(fā)的要求。

2.3 改革實踐性教學(xué)設(shè)計方式

學(xué)生以課堂教學(xué)任務(wù)為實訓(xùn)項目，首先使用Proteus軟件來繪制實訓(xùn)項目的仿真電路圖；然后用Keil uVision3軟件編寫和編譯程序，得到hex文件；最后在仿真電路上加載hex二進(jìn)制文件進(jìn)行調(diào)試。不但如此，教師還應(yīng)該要求學(xué)生在基本實訓(xùn)任務(wù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行適當(dāng)更改優(yōu)化和進(jìn)階學(xué)習(xí)，讓學(xué)生掌握更為復(fù)雜的電子產(chǎn)品設(shè)計基礎(chǔ)。在課余時間還要求學(xué)生對實訓(xùn)任務(wù)，進(jìn)行實際制作，實現(xiàn)任務(wù)功能，加強動手能力。在實訓(xùn)過程中老師要對學(xué)生實際遇到的操作問題，以及理論知識的關(guān)鍵部分，進(jìn)行引導(dǎo)和點評。通過以具體的產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用項目作為教學(xué)基礎(chǔ)的教學(xué)模式和訓(xùn)練方法，學(xué)生才能更好地跟企業(yè)的實際生產(chǎn)崗位進(jìn)行接軌。

2.4 考核形式的改革

當(dāng)前，很多院校的教師在對該課程進(jìn)行考核時，更多的是側(cè)重于理論知識，多以記憶為主。有的學(xué)生單片機考試成績很高，但卻不會實際應(yīng)用。而這門課程的特點應(yīng)該是通過電路設(shè)計，軟件編程，在線調(diào)試等環(huán)節(jié)，反映出學(xué)生的實際掌握單片機的應(yīng)用能力。所以該課程考核也應(yīng)以職業(yè)過程能力為主，包括綜合能力的考核；實訓(xùn)過程的考核；平時提問、作業(yè)和素質(zhì)表現(xiàn)的考核。

通過以上的課程教學(xué)改革，可以充分調(diào)動了學(xué)生的積極性，提高學(xué)習(xí)興趣，活躍課堂氣氛，在教學(xué)效果上得到了很大的提高。

3 《單片機應(yīng)用技術(shù)》課程改革項目的實施

《單片機應(yīng)用技術(shù)》課程教學(xué)改革建設(shè)項目具體方法及實施步驟如下。

①根據(jù)前期職業(yè)調(diào)查，對課程體系結(jié)構(gòu)設(shè)計按項目規(guī)劃重組；

②按照項目任務(wù)教學(xué)要求嚴(yán)格制定教學(xué)計劃；

③以項目任務(wù)一體化教學(xué)方式進(jìn)行教學(xué)過程實施。

本期《單片機應(yīng)用技術(shù)》課程教學(xué)完全按照教改建設(shè)項目具體要求執(zhí)行，教師布置任務(wù)、學(xué)生仿真設(shè)計、最后進(jìn)行講評。從初步情況來看，課程內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)新穎，教學(xué)做過程組織容易，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性自然充分調(diào)動，使得團隊精神和動手能力大為提高。教改初步取得了以下的明顯效果：

①項目任務(wù)是具體的產(chǎn)品開發(fā)，適應(yīng)職業(yè)能力培養(yǎng)的要求；

②使知識、能力、素質(zhì)同時得到提高；

③易教易學(xué)，教學(xué)效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、創(chuàng)造力得到提高。

4 結(jié)語

通過上述的教學(xué)改革實施，學(xué)生不管在產(chǎn)品開發(fā)的實際應(yīng)用中，還是在學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主觀能動性上，實現(xiàn)了知識、能力、素質(zhì)的提高。使學(xué)生快速掌握新型單片機的項目開發(fā)方法和開發(fā)技巧，提高同學(xué)們的實際項目操作能力和綜合運用能力，為社會培養(yǎng)更多創(chuàng)新性和開拓性計算機及電子應(yīng)用人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]王靜霞.單片機應(yīng)用技術(shù)（C語言版）[M].電子工業(yè)出版社，2011.

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[3]何克抗.當(dāng)代教育技術(shù)的研究內(nèi)容與發(fā)展趨勢[J].開放教育研究，1996，（1）.

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關(guān)鍵詞：單片機；可編程控制器；教學(xué)設(shè)計

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 04-0000-01

可編程控制器早已在各類工科院校的相關(guān)實驗、實訓(xùn)教學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用，成為了高校自動化、機電一體化等專業(yè)實驗、實訓(xùn)教學(xué)的“得力助手”。然而，由于目前市場上可供應(yīng)的工業(yè)用可編程控制器存在價格偏高，使用的編程語言特別，編程模式相對固定，靈活性較差等原因，雖然其在性能方面更專業(yè)功能更強些，但在高校教學(xué)中推廣應(yīng)用還是有一定的困難。本文中所介紹的基于單片機的可編程控制器，是針對各類工科院校的實驗、實訓(xùn)教學(xué)而設(shè)計，在實驗過程中學(xué)生可根據(jù)自己的需要，通過對該可編程控制器的操作，達(dá)到預(yù)期的實驗、實訓(xùn)目的，這樣不僅能促使學(xué)生充分理解單片機和可編程控制器的基本原理和應(yīng)用，還為學(xué)生提供一個靈活方便的智能設(shè)計平臺。

一、系統(tǒng)功能架構(gòu)

本文所介紹的可編程控制器使用89C51系列單片機做為核心控制芯片。下面就該系統(tǒng)的主要模塊設(shè)計作如下介紹。

（一）單片機基本系統(tǒng)

該模塊為系統(tǒng)的核心部分，它能完成下位機與相應(yīng)上位機的通信以及對整個系統(tǒng)輸出端口的控制與調(diào)節(jié)功能。

（二）系統(tǒng)電源部分

本系統(tǒng)屬于教學(xué)用的單片機應(yīng)用系統(tǒng)，其電源的獲取主要是從實驗室中獲得。實驗室中提供的電源一般是220V的單相交流電，而系統(tǒng)所需的標(biāo)準(zhǔn)電壓一般為+5V的直流電壓以及相關(guān)的直流電平，因此，要求系統(tǒng)電源相應(yīng)的功能模塊應(yīng)當(dāng)能夠?qū)?20V交流電轉(zhuǎn)化為5V直流電的AC/DC轉(zhuǎn)化功能以及5V轉(zhuǎn)其他實驗用的直流電平DC/DC轉(zhuǎn)化功能。

（三）串口通信部分

1.基于RS-232的通信。首先，對于串口通信的接口，51系列單片機擁有可編程全雙工串行口通信接口，能夠用于異步接收或者發(fā)送UART。其相應(yīng)楨格式主要包括8、10、11等幾位，我們能夠利用其進(jìn)行可變還有不可變波特率的具體設(shè)定工作。而IBM上位機則相應(yīng)的配置有RS232-C通信接口。由于數(shù)據(jù)實際傳輸量較小，因此，該控制器一般通過異步方式實現(xiàn)通信。

對于串口通信轉(zhuǎn)換電路，MAX232芯片使用IC芯片的RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片，該芯片具有兩路接收和驅(qū)動器，可以滿足各式232通信接口需要。在MAX232芯片里包包含一電壓轉(zhuǎn)化器，從而將輸入進(jìn)來的+5V電壓轉(zhuǎn)化為+10V與-10VRS-232輸出電平要求的電壓。因此，串行通信系統(tǒng)如果使用該芯片接口，則只要求具有+5V電源就可以了。

2.基于RS-485的通信。由于前的RS-232協(xié)議傳輸距離較短，傳輸速度又較慢，加之無法實現(xiàn)多機通信，而且其傳輸信號不穩(wěn)定，容易受到干擾等不利條件，因此該協(xié)議已無法滿足當(dāng)前的設(shè)計的需求。

本文所介紹的系統(tǒng)是使用性能較好的RS-485接口芯片，從而能保證多個下位機與上位機終端通訊的順利實現(xiàn)。MAX485芯片的結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的引腳都極為簡易，而且其內(nèi)部一般包含有相應(yīng)的接收器以及驅(qū)動器，主要功能是負(fù)責(zé)把TTL電平轉(zhuǎn)化成RS-485的工作電平。其相應(yīng)的端口芯片主要是利用+5V電源保證系統(tǒng)的正常運行，相應(yīng)電流的額定值一般在300μA上下，往往采取半雙工（HalfDuplex）數(shù)據(jù)傳輸方法來實現(xiàn)正常通訊。

在實際運行環(huán)境中，上位機與RS-485下位機的正常通信需要有相應(yīng)的接口卡。本控制器的接口采用的是RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器。

3.通信方式的選擇電路。在該控制器通信系統(tǒng)的設(shè)計中，RS-485將與RS-232并存。由于單片機只包含有一個串行口，所以不符合設(shè)計的需求，因此我們將配置了選擇電路，通過該選擇電路選擇開關(guān)實現(xiàn)在MAX485與MAX232之間的選擇，從而完成多機之間的通信，以滿足各種不同實驗、實訓(xùn)的需求。實際通信選擇電路示意如圖1。

二、系統(tǒng)功能概述

該可編程控制器的具體功能如下：

（1）8路開關(guān)量信號經(jīng)光電耦合器，將數(shù)據(jù)送入信號輸入緩沖器，再進(jìn)入單片機P1端口。利用可編程控制器程序的相應(yīng)運算，得出最終結(jié)果，然后再經(jīng)P1端口輸出，利用光電耦合器以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)鎖存器輸出信號電平。此外，該系統(tǒng)還可以做相應(yīng)的擴展。

（2）利用RS-232串口滿足上位機和下位機正常通信功能，從而為組態(tài)編程設(shè)置接口；利用RS-485可滿足PC機和多單片機的聯(lián)通以及正常通信。

（3）搭配的液晶顯示模塊LCD1602可以實時地顯示輸入信號以及相應(yīng)的輸出信號，并可以顯示編程狀態(tài)以及相關(guān)的時鐘。

（4）時鐘芯片主要是給系統(tǒng)大時間繼電器裝置提供所需的時間參照信號，從而實現(xiàn)8位輸入/輸出的統(tǒng)一協(xié)調(diào)，進(jìn)而使控制器成功而精確地對外部設(shè)備進(jìn)行控制，從而保證了PLC相應(yīng)功能的實現(xiàn)。

三、結(jié)束語

目前，大多數(shù)工科類院校都擁有了許多能供相關(guān)專業(yè)實驗、實訓(xùn)教學(xué)使用的智能型電子設(shè)備，然而，利用89C51系列單片機開發(fā)的可編程控制器，由于其價格低廉、運行可靠、操作簡單等特點，使其能夠更好地適合學(xué)校的教學(xué)需要，它不但能大大減少教學(xué)成本、提高教學(xué)效果，還能促使學(xué)生對單片機及可編程控制器的原理和應(yīng)用有更深的了解。我院電氣工程系利用自行設(shè)計開發(fā)的基于89C51系列單片機可編程控制器，在電子、自動化及機電一體化等專業(yè)的多個實驗、實訓(xùn)項目（如自動洗衣機控制、自動送料裝車系統(tǒng)控制、自動售貨機控制、五層電梯的自動控制、裝配流水線控制等）中使用，收到了滿意的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞：學(xué)情分析；教學(xué)思路；認(rèn)知學(xué)徒法；任務(wù)設(shè)置和分析

單片機技術(shù)是中等職業(yè)學(xué)校電子與信息技術(shù)專業(yè)的主干課程之一。單片機技術(shù)的發(fā)展日新月異，應(yīng)用技術(shù)廣泛地滲透到生活的方方面面。人們對單片機技術(shù)的向往日益強烈，但由于單片機是一門技術(shù)含量比較高的學(xué)科，學(xué)習(xí)起來的確存在一些困難。隨著時代的變化，傳統(tǒng)的授課模式已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前的教學(xué)需要。如何引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)高效的學(xué)習(xí)本門課程，是擺在所有任課教師面前的一道難題。下面是筆者在教學(xué)過程中總結(jié)的一些體悟和感受，與各位同仁分享。

案例背景

1.教材分析

選定教材是電子工業(yè)出版社2011年6月第13次印刷，中等職業(yè)教育國家規(guī)劃教材《單片機原理與應(yīng)用》第二版，經(jīng)全國中等職業(yè)教育教材審定委員會審定，并且榮獲了中國電子教育學(xué)會首屆職業(yè)教育電子信息類優(yōu)秀教材評審二等獎，具有很高的權(quán)威性。

本次教學(xué)內(nèi)容選定為第二章“增強型MCS-51單片機結(jié)構(gòu)”中第二節(jié)“輸入/輸出口”。緊承上一章節(jié)單片機的基礎(chǔ)知識，本章節(jié)介紹具體型號單片機結(jié)構(gòu)和使用，尤其是本節(jié)“輸入/輸出口”內(nèi)容更是重中之中，因為單片機所有數(shù)據(jù)的采集和反饋都體現(xiàn)在端口上。后面的內(nèi)容都是對端口的精準(zhǔn)使用，所以本節(jié)內(nèi)容是起到承上啟下的作用，對本章或是本課程都具有非凡的意義。

2.學(xué)情分析

學(xué)生均為高一新生，經(jīng)過前半個學(xué)期的學(xué)習(xí)對專業(yè)知識有一定的了解。對絢麗刺激的新事物，好奇心和接受能力強是這個階段年齡人的普遍共性。叛逆心性和不愿受約束更是直接反映在他們的言語和肢體中，所以采用灌輸式教學(xué)方式是行不通的。由于中職學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)能力上有一定的差距，個體之間亦是參差不齊，不會學(xué)和厭學(xué)的情況比較普遍，上課不注意聽講，偷懶等行為依然存在。這給任課老師的教學(xué)提出了更高的要求――不僅要把課程知識更好的呈現(xiàn)出來，還要努力吸引學(xué)生的注意力，引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)地學(xué)習(xí)，掌握學(xué)習(xí)方法，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自信心。因此，根據(jù)學(xué)情分析和章節(jié)的主要內(nèi)容，我決定主要采用“學(xué)徒式”教學(xué)模式，制定本節(jié)教學(xué)目標(biāo)。

3.教學(xué)目標(biāo)

（1） 理解P1、P2、P3和P4端口的結(jié)構(gòu)。

（2） 理解各端口“輸入/輸出”特性（不包含第二功能）。

（3） 合理分配和使用端口。

（4） 培養(yǎng)職業(yè)素養(yǎng)，增強學(xué)習(xí)興趣和自信心。

4.課前準(zhǔn)備

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，撰寫教案和教學(xué)PPT，準(zhǔn)備學(xué)生導(dǎo)學(xué)案和工作頁。課前布置學(xué)生觀察交通路口的霓虹燈亮起的時間和相應(yīng)各路口指示燈的顏色，并記錄在工作頁上。預(yù)習(xí)本節(jié)內(nèi)容，思考輸入和輸出對應(yīng)的參考量是什么？為課堂的教學(xué)做好充分的準(zhǔn)備。

5.教學(xué)思路

俗話說：“磨刀不誤砍柴工”，為了更好的達(dá)成教學(xué)目標(biāo)和得到較好的教學(xué)效果，在課前要理清教學(xué)思路，細(xì)分教學(xué)環(huán)節(jié)，把握教學(xué)步驟，對可能出現(xiàn)的問題做好充足準(zhǔn)備。

課堂教學(xué)，以“課前任務(wù)提問”開始，“任務(wù)設(shè)置與分析、分組達(dá)成目標(biāo)、小組匯報、總結(jié)和反思”等主要步驟構(gòu)成教學(xué)環(huán)節(jié)。難點是任務(wù)的分析，如何啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生把任務(wù)解析，才能較好的分階段完成。要讓學(xué)生體會到“小事做好，難事不難”，把每個小階段完成好，最終才能完成終極任務(wù)。重點是分組達(dá)成目標(biāo)。學(xué)生水平不齊，既需要保證動作快的同學(xué)有事做，又要保證動作慢的同學(xué)跟得上，所以采用分小組的方式將動作快的同學(xué)與動作慢的同學(xué)混合，利用小組互助學(xué)習(xí)和教師指導(dǎo)相結(jié)合的學(xué)習(xí)方式。課堂要以學(xué)生為主體，以能力為本位，以實踐促進(jìn)思考，實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)和效果。

6.教學(xué)手段

（1）任務(wù)驅(qū)動法：布置任務(wù)引導(dǎo)學(xué)生積極參與，逐步解決遇到的問題，在實踐中學(xué)習(xí)和掌握本節(jié)知識內(nèi)容，最終達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

（2）認(rèn)知學(xué)徒法：教師把解決問題的關(guān)鍵和要領(lǐng)公開化，使學(xué)生在教師提供有效的幫助下協(xié)同工作解決任務(wù)或問題。通過引導(dǎo)學(xué)生主動獲取、開發(fā)和利用真實領(lǐng)域中的活動工具的方法，來支持學(xué)習(xí)。強調(diào)經(jīng)驗活動在學(xué)習(xí)中的重要性，并突出學(xué)習(xí)內(nèi)在固有的、依存于背景的、情境和文化適應(yīng)的本質(zhì)，要把學(xué)習(xí)者和實踐世界聯(lián)系起來。

7.教學(xué)課時

為了更好的完成教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，使學(xué)生的收獲最大，用4課時達(dá)成。

8.教學(xué)環(huán)境和用具

多功能實訓(xùn)室，相關(guān)配套設(shè)施。

教學(xué)步驟

1.課前任務(wù)提問

課前任務(wù)布置中，為了采集數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，需經(jīng)師生共同討論，指定交通路口位置，以觀測信號燈明亮?xí)r間和相應(yīng)各路口方向信號燈顏色為任務(wù)，完成部分學(xué)生工作頁。然后在課堂中，對同學(xué)進(jìn)行提問，以此統(tǒng)一測量數(shù)據(jù)。最后對數(shù)據(jù)符合要求的同學(xué)大加鼓勵；對數(shù)據(jù)不符合的同學(xué)要分析原因，以勉勵和激勵為主，幫助其恢復(fù)信心，并對不符合數(shù)據(jù)的共性原因進(jìn)行總結(jié)。任何的發(fā)明創(chuàng)造都始于準(zhǔn)確的觀察，正確的描述，所以該環(huán)節(jié)不能馬虎，需用大約10分鐘完成。

2.任務(wù)設(shè)置與分析

（1）任務(wù)設(shè)置。利用電腦和相關(guān)軟件模擬交通路口信號燈，要求實驗效果符合課前任務(wù)的測量數(shù)據(jù)，即模擬真實的交通路口信號燈。繪制該電路的原理圖和PCB圖紙。采購器件和相關(guān)耗材。完成實物交通路口信號燈的電路，對它們進(jìn)行焊接和調(diào)試。

（2）任務(wù)分析。根據(jù)任務(wù)設(shè)置，師生討論如何完成任務(wù)。經(jīng)過討論，該任務(wù)可分為三個階段完成。第一階段，電路設(shè)計：構(gòu)建和繪制滿足要求的交通信號燈電路原理圖，反復(fù)論證可行性；第二階段，模擬仿真：利用電腦和相關(guān)軟件搭接模擬電路，仿真驗證第一階段的電路。如果實驗效果不能滿足要求，返回第一階段重新論證；如果滿足實驗效果，完成該電路的PCB圖紙；第三階段，完成實物交通信號燈電路。根據(jù)第二階段經(jīng)驗證的電路原理圖和PCB圖紙，羅列器件和耗材清單并利用互聯(lián)網(wǎng)和其他信息途徑查清所需器件和耗材的價格，做好電路預(yù)算。在采購器件和相關(guān)耗材后，焊接和調(diào)試電路，最終完成實物交通路口信號燈電路。

“一年之計在于春”，同樣為了完成任務(wù)設(shè)置，任務(wù)分析顯得意義重大。由于學(xué)生思考必然有不周之處，需教師參與，不斷啟發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生積極探索求真。學(xué)生是高一新生，專業(yè)能力還不成熟，獨立完成電路設(shè)計很困難，所以教師可以給出稍欠缺（根據(jù)授課學(xué)生水平，本人設(shè)置3處故障）的電路設(shè)計，交由學(xué)生探討論證，完善電路。無論學(xué)生是否全部找出教師欠缺電路設(shè)計中的故障，都要進(jìn)行第二階段。可在第二階段中繼續(xù)排除故障問題，讓同學(xué)們在操作中發(fā)現(xiàn)、思考并解決問題，這樣一來教學(xué)的效果可能會更好。第二階段，模擬仿真。利用Proteus仿真軟件進(jìn)行電路仿真能夠得到較好的效果。如果仿真效果滿足任務(wù)要求，再利用繪圖軟件，完成電路原理圖和PCB圖紙的任務(wù)。第三階段，需要采購器件和耗材，我們可以分成2個時期完成：初期完成器件和耗材的統(tǒng)計，課后完成電路的預(yù)算和采購。為了更好指導(dǎo)學(xué)生和把握方向，教師可以利用課余時間與學(xué)生一起查找資料，做好電路預(yù)算。推選2名采購員，陪同學(xué)生代表去采購器件和相關(guān)耗材，該環(huán)節(jié)全部交由采購員完成，教師主要保證學(xué)生安全。器件和耗材到位后，即可進(jìn)行第三階段后期。按照電路原理圖和PCB圖紙裝配及焊接電路，并調(diào)試達(dá)到效果。

3.分組達(dá)成目標(biāo)

分組達(dá)成目標(biāo)是本章節(jié)的重點。為保證絕大多數(shù)同學(xué)都能完成，采用分小組學(xué)習(xí)，動作快和動作慢同學(xué)混合搭配。以小組互助學(xué)習(xí)和老師指導(dǎo)相結(jié)合的模式，完成各個階段任務(wù)，使各小組都達(dá)成預(yù)期目標(biāo)和效果。該環(huán)節(jié)學(xué)生自由度高，各小組完成進(jìn)度略有差別，需要教師針對不同情況給予指導(dǎo)或評價。尤其是對進(jìn)度較慢的小組，要耐心的引導(dǎo)，及時鼓勵，防止“破罐破摔”的現(xiàn)象產(chǎn)生，因為中職學(xué)生本身受環(huán)境影響較大，一旦出現(xiàn)不好苗頭，可能“感染”其他同學(xué)，導(dǎo)致教學(xué)目標(biāo)付之流水。因此，教師要隨時觀察各小組進(jìn)度情況，保證良好的學(xué)習(xí)氛圍，絕大數(shù)學(xué)生齊頭并進(jìn)。

任務(wù)分階段實施。預(yù)計各階段完成所需要時間如下：任務(wù)開始前和第一階段中電路設(shè)計兩項討論大約10分鐘完成。第二階段，模擬仿真大約60分鐘完成。第三階段初期，器件和耗材清單統(tǒng)計，大約10分鐘完成。以上階段內(nèi)容加上課前任務(wù)提問剛好90分鐘，即2節(jié)課時。第三階段初期，器件和耗材利用課余時間完成。第三階段后期，裝配、焊接和調(diào)試電路。我校本專業(yè)學(xué)生都有項目實訓(xùn)經(jīng)驗，器件識別和焊接基本功較好，出現(xiàn)故障較低，大約60分鐘完成。最后進(jìn)行小組匯報，大約20分鐘。總結(jié)和反思，大約10分。

4.小組匯報

小組匯報可分兩層含義。第一層含義，是在任務(wù)各階段完成后，各小組匯報完成情況并且比較數(shù)據(jù)，進(jìn)行階段評價。第二層含義，是指項目完成后的各小組的總結(jié)匯報。這里指第二層含義，也可以看成是學(xué)生自己對本章節(jié)學(xué)習(xí)過后的總結(jié)和反思。小組互評和成員互評，對過程中出現(xiàn)的問題總結(jié)，反思操作失誤和漏洞，進(jìn)一步鞏固學(xué)習(xí)成果。

5.總結(jié)和反思

教師在小組匯報的基礎(chǔ)上，再次對本章節(jié)內(nèi)容的進(jìn)行梳理、總結(jié)和反思。

案例反思

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關(guān)鍵詞：單片機 原理性內(nèi)容 操作性內(nèi)容 教學(xué)模式

引言

目前國家正在大力發(fā)展職業(yè)教育，高職技術(shù)類院校在職業(yè)教育中占有很大比例。這類院校的目標(biāo)是：培養(yǎng)具有一定創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，掌握必備的基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)知識，面向生產(chǎn)、建設(shè)、管理和服務(wù)第一線，掌握本專業(yè)領(lǐng)域所需的專業(yè)基礎(chǔ)知識及專業(yè)技能，具有較強綜合職業(yè)能力的高等技術(shù)應(yīng)用性人才，以滿足社會對不同層次人才的需求。同時教學(xué)大綱要求學(xué)生掌握單片機的基礎(chǔ)知識，具備基本應(yīng)用技能。技術(shù)師范類院校是為高職技術(shù)類院校培養(yǎng)教師的高等院校，所培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)該在理論與實踐上能夠勝任高職技術(shù)類院校單片機教師的工作。但是目前幾乎所有的技術(shù)師范類院校的單片機教學(xué)仍然偏重于理論，忽視了單片機應(yīng)用性強的特點，在實踐技能方面沒有予以足夠的重視。

單片機原理與應(yīng)用是一門應(yīng)用性極強的技術(shù)性課程，強調(diào)的是實踐動手能力；對電氣、自動化、應(yīng)用電子、通信等專業(yè)的學(xué)生來講，掌握單片機的理論知識與實踐技能，才能滿足高職技術(shù)類院校對此類教師的需求。技術(shù)師范類院校教師如何針對課程的這一主要特點，采用何種模式進(jìn)行實踐和理論教學(xué)，對未來高職院校教師的培養(yǎng)起到至關(guān)重要的作用。筆者結(jié)合多年的企業(yè)單片機研發(fā)和近些年單片機教學(xué)工作的一些經(jīng)驗與體會，圍繞提高學(xué)生的技能這一中心，在理順理論與實踐、教與學(xué)、實驗與課程設(shè)計的關(guān)系的基礎(chǔ)上，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、課程實驗、課程設(shè)計等四個方面提出了單片機原理與應(yīng)用教學(xué)的一些方式，與大家一起研究。

1技術(shù)師范類院校單片機原理與應(yīng)用課程的開課情況

單片機原理與應(yīng)用作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，一般在第五學(xué)期開課。在技術(shù)師范類院校電氣、自動化、應(yīng)用電子等專業(yè)中，課時一般為48至64學(xué)時，另外有實驗課16學(xué)時左右，同時課程結(jié)束后下一學(xué)期還有一周的課程設(shè)計環(huán)節(jié)。所使用的教科書為高等教育電類單片機教材，以通用的8051單片機作為典型實例。這樣的安排從學(xué)時總數(shù)上來講，足以保證教師能夠講授所有的知識點，但是從學(xué)生掌握的情況來看，教學(xué)效果不夠理想。主要原因在于單片機原理與應(yīng)用是一門技術(shù)性課程，強調(diào)的是實踐應(yīng)用而不是理論，應(yīng)加強實踐方面的內(nèi)容。所以首先應(yīng)該理順理論與實踐、教與學(xué)、實驗與課程設(shè)計的關(guān)系，并從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、課程實驗、課程設(shè)計等四個方面進(jìn)行改革。

2理順教學(xué)中理論與實踐、教與學(xué)、實驗與課程設(shè)計的關(guān)系

2.1 理論與實踐的關(guān)系

幾乎所有的技術(shù)師范類院校單片機原理與應(yīng)用課程教學(xué)大綱都要求學(xué)生熟練掌握單片機內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)、工作原理及指令系統(tǒng)，掌握程序的設(shè)計基本方法，能夠熟練地設(shè)計常用的匯編語言源程序；掌握單片機的接口技術(shù)，熟悉常用的接口芯片及典型電路。熟悉設(shè)計、調(diào)試單片機的應(yīng)用系統(tǒng)的一般方法，具有初步的軟、硬件設(shè)計能力；能夠熟練地掌握一種單片機開發(fā)系統(tǒng)的使用方法，初步具備應(yīng)用單片機進(jìn)行設(shè)備技術(shù)改造、產(chǎn)品開發(fā)的能力。根據(jù)這樣的教學(xué)大綱，可以看出單片機原理與應(yīng)用這門課是以實踐應(yīng)用目的，理論為應(yīng)用之基礎(chǔ)并且服務(wù)于應(yīng)用。所以教師的一切教學(xué)活動都應(yīng)該依照這個目的進(jìn)行。

理論教學(xué)不宜過深過多，比如說控制器、單片機工作的時序、相對尋址、定時器結(jié)構(gòu)與工作原理、模數(shù)轉(zhuǎn)換原理等只需應(yīng)知即可，而對于定時器的應(yīng)用編程、模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選取與接口則應(yīng)掌握并會使用。目前技術(shù)師范類院校單片機原理與應(yīng)用課程實踐環(huán)節(jié)與理論相比，比重偏低。主要原因在于理論教學(xué)與實踐環(huán)節(jié)脫鉤，而未有機地結(jié)合于一體。

2.2 單片機原理與應(yīng)用教與學(xué)的關(guān)系

教學(xué)活動中學(xué)生是學(xué)的主體，學(xué)生的主觀能動性起到關(guān)鍵性的作用；同時教師是引導(dǎo)者，是另一個主體，其作用也不可忽視，能否提高學(xué)生的主觀能動性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是關(guān)鍵。目前技術(shù)師范類院校學(xué)生的自信心、學(xué)習(xí)能力、自控能力等綜合素質(zhì)有待于提高。如何才能調(diào)動學(xué)生的積極性、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是主講教師面臨的重要問題。一個優(yōu)秀的教師善于利用第一次課。筆者在第一次課就演示了一個噪聲采集與顯示裝置，軟硬件都比較簡單，既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以提高學(xué)生的自信心。如果選取的裝置比較復(fù)雜，就不利于提高學(xué)生的自信心。

2.3單片機原理與應(yīng)用實驗與課程設(shè)計的關(guān)系

技術(shù)師范類院校單片機原理與應(yīng)用實驗是以實驗箱為平臺，開設(shè)6個左右的實驗，大多是驗證性實驗且局限于編制程序，在實驗過程中，由教師給出硬件的地址碼、數(shù)據(jù)和控制接口。這樣學(xué)生對硬件知識的了解僅僅依賴于教師對實驗箱的講授，而不是自己從實踐中獲得。所以實際上學(xué)生不可能通過實驗掌握硬件的知識。課程設(shè)計中，學(xué)生使用仿真器進(jìn)行軟件調(diào)試與硬件功能仿真，而實驗箱所用的軟件與仿真器軟件常常是兩個不相同的軟件，這樣既增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的負(fù)擔(dān)，又浪費了資源，對提高學(xué)生的能力也沒有什么幫助，應(yīng)該進(jìn)行整合。

3 教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)性質(zhì)教學(xué)內(nèi)容可分為兩大類：原理性內(nèi)容和操作性內(nèi)容。所謂原理性內(nèi)容是指主要是理論性介紹、概念、器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成或結(jié)構(gòu)原理等。操作性內(nèi)容是指可以上機或通過仿真實際操作的并可以觀察到結(jié)果的內(nèi)容。

3.1 原理性內(nèi)容

概論、知名廠家與典型產(chǎn)品、數(shù)制與數(shù)碼、BCD碼、ASCII碼、中斷的概念、指令的格式、尋址方式、堆棧概念、波特率、數(shù)據(jù)存貯器、程序存貯器、總線、單片機引腳、時鐘、復(fù)位等。

3.2 操作性內(nèi)容

偽指令、時鐘電路、復(fù)位電路及特殊功能寄存器的初始狀態(tài)、數(shù)據(jù)傳送指令、算術(shù)運算指令、邏輯運算指令、位操作指令、控制轉(zhuǎn)移指令、程序設(shè)計、并行口、定時器、串行接口、程序存貯器擴展、數(shù)據(jù)存貯器擴展、I/O口的擴展（8255A）、A/D接口的擴展、鍵盤接口、顯示器接口等。

4教學(xué)方法

所有的技術(shù)師范類院校單片機原理與應(yīng)用課程仍然采用傳統(tǒng)的課堂講授方式為主，輔助以多媒體方式。這種教學(xué)模式難以發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，不利于提高學(xué)生的實際綜合應(yīng)用能力。例如：ACALLaddr11短調(diào)用指令，只能在與下一條指令的第一個字節(jié)2K范圍內(nèi)程序存貯器中進(jìn)行，理論講解學(xué)生很難接受，如果直接通過仿真操作就可以直接觀察范圍，超出則有編譯出錯提示。直觀易懂，效果明顯。

4.1不同性質(zhì)內(nèi)容采用不同的教學(xué)模式

原理性內(nèi)容采用傳統(tǒng)教學(xué)模式與多媒體教學(xué)模式相結(jié)合的教學(xué)方式，操作性內(nèi)容則采用直接上機仿真教學(xué)模式，這樣可以加深對教學(xué)內(nèi)容的理解，有利于提高學(xué)生能力，同時也更接近于單片機應(yīng)用工程。例如：執(zhí)行指令： ADDA，30H可以通過仿真器直接觀察到A中結(jié)果、30H的源數(shù)據(jù)和標(biāo)志寄存器PSW中各標(biāo)志位的位值。又例如：T0的定時中斷，可以從P1.0接發(fā)光二極管，定時到則輸出“1”點亮二極管。然后改變初值或方式，再分別觀察時間間隔。這種教學(xué)模式很容易被學(xué)生接受，效果明顯強于傳統(tǒng)教學(xué)模式與多媒體教學(xué)模式。

4.2 采用循序漸進(jìn)的模式

講解單片機基本結(jié)構(gòu)、振蕩電路與復(fù)位電路后學(xué)生即可以自行設(shè)計最小應(yīng)用系統(tǒng)。然后以最小應(yīng)用系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行指令、循環(huán)程序設(shè)計、內(nèi)部功能模塊應(yīng)用的講授，同時利用仿真器進(jìn)行驗證，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行擴展程序存貯器、數(shù)據(jù)存貯器、I/O口的擴展。最后再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、鍵盤、顯示器的擴展。

5 課程實驗

實驗課的開設(shè)分為驗證性實驗包括：P1口輸入／輸出實驗、簡單I／O 口實驗、擴展存儲器讀寫實驗、A／D轉(zhuǎn)換器實驗，為必做實驗；設(shè)計性實驗：外部中斷實驗、控制直流電機實驗、LCD顯示實驗，為選做實驗；綜合性實驗：定時器實驗，計數(shù)器實驗（必做）、8255輸入／輸出實驗、串行口通訊實驗。這樣安排可以培養(yǎng)學(xué)生的基本能力，但是實驗平臺采用購買的實驗箱，而單片機工程開發(fā)采用的是仿真機開發(fā)系統(tǒng)，這樣會人為造成實驗與實際應(yīng)用脫節(jié)，不利于提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力。例如：LCD顯示實驗，實驗箱留有現(xiàn)成的器件插座，實驗指導(dǎo)書中直接給出器件的地址編碼和驅(qū)動程序，學(xué)生只須按圖索驥，不利于提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力。筆者采用把驗證性實驗歸結(jié)于操作性內(nèi)容，直接在實驗室中采用一邊講解一邊用仿真機仿真驗證的方式，實驗只有設(shè)計性實驗與綜合性實驗。

6課程設(shè)計

課程設(shè)計環(huán)節(jié)時間為一至二周，應(yīng)與本學(xué)期課程結(jié)束后進(jìn)行?？蓮慕處熋}中選擇一個：

（1）溫度控制器的設(shè)計。目的是讓學(xué)生掌握并行I/O口、溫度傳感器測控、數(shù)碼轉(zhuǎn)換、LCD數(shù)碼顯示、三極管驅(qū)動的應(yīng)用設(shè)計。

（2）直流電機控制。組成簡單的閉環(huán)系統(tǒng)，通過繼電器、三極管改變電機電壓極性，實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)；利用霍爾元件測電機轉(zhuǎn)速，改變電機端電壓調(diào)速。

（3）直流量、開關(guān)量采集與傳輸。利用A/D采集一路直流電壓量與一路直流電流量和八路開關(guān)量并傳輸?shù)缴衔粰C。

允許學(xué)生自主選題，但是自選題須經(jīng)教師審批。自主選題可以充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，增強自信。定題后應(yīng)由學(xué)生自己動手分析系統(tǒng)，查閱資料，設(shè)計原理圖，課程設(shè)計為二周，教師認(rèn)定后再進(jìn)行印制版的設(shè)計；而后在行印制版或通用板上進(jìn)行焊接與安裝，設(shè)計軟件并進(jìn)行仿真調(diào)試；最后將程序下載到單片機芯片中運行。學(xué)生在安裝調(diào)試過程中應(yīng)能夠發(fā)現(xiàn)并解決問題。同時教師應(yīng)加強指導(dǎo)，傳授發(fā)現(xiàn)與解決問題的經(jīng)驗。

7考核方式

考核采取以實際應(yīng)用能力為主，理論考核、答辯為輔的形式，具體比例為60?蘼20?蘼20，而且實際應(yīng)用不合格者，不予補考，直接重修。

8結(jié)束語

單片機原理與應(yīng)用的教學(xué)應(yīng)該根據(jù)不同的對象做出不同的調(diào)整，技術(shù)師范類院校由于學(xué)生自身的特點決定了教師應(yīng)該在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段上加以改革，同時根據(jù)單片機原理與應(yīng)用課程強調(diào)工程應(yīng)用的特殊性采用適合于此類學(xué)生的教學(xué)模式；筆者針對當(dāng)前技術(shù)師范類院校單片機教學(xué)模式的不足，對單片機原理與應(yīng)用課程的教學(xué)改革進(jìn)行了研究，經(jīng)過兩年的實踐，發(fā)現(xiàn)效果顯著，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使教學(xué)與實踐環(huán)節(jié)更接近于工程應(yīng)用環(huán)境，提高了學(xué)生的實際動手能力。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 曹天議.單片機原理與接口技術(shù)［M］第二版.北京：電子工業(yè)出版社，2006.

篇10

關(guān)鍵詞：單片機 實操 Proteus 仿真 課程設(shè)計 C語言 改革

一、問題的提出

單片機作為電氣專業(yè)高技層次的專業(yè)主干課程，對全面培養(yǎng)在校生的專業(yè)能力起著十分重要的作用。但現(xiàn)行的適用教材幾乎都是一樣的組織架構(gòu)，即按硬件結(jié)構(gòu)―指令系統(tǒng)―匯編語言程序―接口技術(shù)的順序展開教學(xué)。教師如果按照教材內(nèi)容展開教學(xué)，往往只能介紹基本硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)和匯編語言程序設(shè)計等內(nèi)容，最后再草草編一個“流水燈”就結(jié)束課程。這種形式的教學(xué)，勢必難以取得令人滿意的教學(xué)效果。作為非計算機專業(yè)的技校生，他們?nèi)狈镜挠嬎銠C基礎(chǔ)知識，往往堅持聽講幾次課后，就會因為聽不懂而放棄課程學(xué)習(xí)，轉(zhuǎn)為睡覺、玩手機。哪怕堅持到最后的那部分學(xué)生，課程結(jié)束后，還在困惑：到底什么是單片機？它有什么用途？我能用它做什么？

筆者在幾年的單片機課程教學(xué)反思后，認(rèn)為該課程必須改革，經(jīng)過幾個學(xué)期的嘗試、實踐，逐步形成了基于Proteus仿真與實操的單片機教學(xué)改革思路，并在高技班試點。

二、改革思路與實踐

1.以實操為主，仿真為輔

技校學(xué)生引以為傲的是具備過硬的實操技能，而非扎實的理論知識。技校必須注重對學(xué)生實操技能的培養(yǎng)，一方面動手做比聽講“更有意思”，另一方面實操也是學(xué)習(xí)單片機的捷徑。在實際操作中，有兩種方法，一是使用現(xiàn)成的學(xué)習(xí)板，二是使用萬能板進(jìn)行焊接電路板?？紤]到學(xué)生在先修課程和實訓(xùn)中，已掌握了一定的焊接技能，因此筆者認(rèn)為，使用萬能板讓學(xué)生自己進(jìn)行焊接電路，學(xué)習(xí)一個模塊，焊接一個相應(yīng)電路，并實際操作、驗證，能幫助學(xué)生理解并掌握單片機系統(tǒng)的設(shè)計，并能從“電子技術(shù)”課程平穩(wěn)過渡到“單片機”課程。

在每個模塊教學(xué)過程中，教師充分利用當(dāng)前十分流行的單片機仿真軟件Proteus開展仿真教學(xué)。利用Proteus軟件，可以虛擬真實的設(shè)計過程（軟件名稱：From Concept To Completion），完成從基本的原理圖繪制―程序設(shè)計―仿真調(diào)試等全過程。通過軟件仿真，可以產(chǎn)生直觀的現(xiàn)象，學(xué)生可以獲取直觀的認(rèn)識，并逐步熟悉單片機系統(tǒng)的設(shè)計流程。

2.以C語言作為編程語言

單片機程序設(shè)計語言有機器語言、匯編語言和高級語言。機器語言計算機能直接識別和使用，但對人類而言，則難以理解，因為它全為0、1代碼。匯編語言能夠直接對底層寄存器進(jìn)行操作，對深刻認(rèn)識和學(xué)習(xí)單片機原理很有幫助，但其實質(zhì)上是機器語言的“符號化”，依然顯得“深不可測”。以此編寫簡單的小程序還行，若是進(jìn)行項目設(shè)計，會使很多學(xué)生頭疼，且開發(fā)周期長，維護困難。因此，采用高級語言進(jìn)行單片機開發(fā)，自然成為大多數(shù)單片機工程師的首選。

C語言是一種結(jié)構(gòu)化語言，按模塊化組織程序，具備豐富的運算符和數(shù)據(jù)類型，可以直接訪問內(nèi)存地址，進(jìn)行位（bit）操作，實現(xiàn)對硬件的編程操作，既有高級語言的功能，也有低級語言的優(yōu)勢。采用C語言進(jìn)行程序設(shè)計，用戶只要大致了解單片機的基本結(jié)構(gòu)、相關(guān)部件的結(jié)構(gòu)和特殊功能寄存器即可進(jìn)行開發(fā)，用戶如果有需要還可以通過反匯編等手段學(xué)習(xí)匯編語言，因此C語言獲得了廣泛的使用。

本著學(xué)以致用的原則，筆者堅定認(rèn)為技工院校的單片機課程必須采用C語言，而非匯編語言。實踐證明，由于C語言的簡單、易學(xué)，學(xué)生雖然沒學(xué)過《C語言程序設(shè)計》，但結(jié)合項目的案例講解分析，不斷總結(jié)，大多數(shù)學(xué)生均能較好地掌握C語言的基本內(nèi)容，并進(jìn)行單片機程序設(shè)計。

3.以模塊化整合教學(xué)內(nèi)容

傳統(tǒng)的單片機教材脫離實際操作，側(cè)重對單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)的講解，未能突出實際應(yīng)用。而且教材中有不少內(nèi)容，陳舊過時、技術(shù)上還沿用幾十年前的思路。因此，筆者大膽對教材進(jìn)行改革，結(jié)合學(xué)生理解、接收實際，整合出以下單片機教學(xué)模塊（見表1）。

通過上述模塊的學(xué)習(xí)，大多數(shù)學(xué)生可以掌握單片機的基本操作、簡單的程序設(shè)計，并能夠形成單片機系統(tǒng)的認(rèn)識，熟悉單片機系統(tǒng)開發(fā)的基本流程。如此，單片機教學(xué)目標(biāo)也就實現(xiàn)了。

4.以課程設(shè)計全方位考核

通過各個模塊的學(xué)習(xí)，學(xué)生理解并掌握了單片機的基本知識和操作技能，可以自行搭建最小系統(tǒng)，諸如發(fā)光二極管、按鍵燈的簡單外設(shè)。但這只是相對獨立的各個模塊，無法真正形成應(yīng)用系統(tǒng)。因此，在教學(xué)安排上，筆者建議安排1～2周時間開展微機控制課程設(shè)計。這也是對教師、學(xué)生綜合、全方位技能的考驗。

在設(shè)計課程設(shè)計題目時，筆者充分考慮到學(xué)生的實際情況，力求避免過于復(fù)雜、難度大的題目，而偏向于總體難度不大，但具備一定綜合性的題目。以筆者的實際經(jīng)驗看，經(jīng)過1～2周的設(shè)計、調(diào)試，當(dāng)學(xué)生完成相關(guān)任務(wù)形成“作品”后，大多數(shù)學(xué)生的表現(xiàn)是自豪的。下面是筆者給出的幾個課程設(shè)計題目，每個課題給出相應(yīng)的控制要求、設(shè)計指導(dǎo)，學(xué)生可根據(jù)自身的學(xué)習(xí)情況，自行選擇設(shè)計課題（見表2）。

三、小結(jié)

技工院校以“技”立身。筆者結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗、項目經(jīng)驗、技校學(xué)生特點，提出一種單片機教學(xué)改革思路，并積極探索實踐。通過教學(xué)實踐表明，這種教學(xué)改革是可行的，能很好地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、培養(yǎng)學(xué)生動手能力、資料檢索能力和一定的分析問題、解決問題的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐愛鈞.單片機原理實用教程――基于Proteus虛擬仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.