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引言：易發(fā)表網(wǎng)憑借豐富的文秘實踐，為您精心挑選了九篇單片機課程設(shè)計總結(jié)范例。如需獲取更多原創(chuàng)內(nèi)容，可隨時聯(lián)系我們的客服老師。
關(guān)鍵詞：單片機課程設(shè)計；軟件仿真；硬件電路聯(lián)調(diào)
在開發(fā)單片機嵌入式系統(tǒng)時，使用最多的軟件就是Keilc51軟件，此軟件是由Keil公司研發(fā)出來的，軟件以uVision2為開發(fā)平臺，具有的功能包括項目管理、編碼、程序生成器等。Keilc51的優(yōu)點在于：其界面的友好性較高、操作便捷，支持對匯編語言、C語言及混合語言的編程、編譯和調(diào)試工作，可以在很大程度上縮短設(shè)計周期，在對程序進行修改時也是很方便的。與此同時，Keilc51還能夠加載Proteus軟件的VSM仿真器，加載之后就可以和Proteus軟件進行聯(lián)機調(diào)試。
一、課程設(shè)計流程
1.編寫相關(guān)指導(dǎo)文件
在對課程設(shè)計著手之前，需要對課程設(shè)計的流程進行文檔編寫，為扎實掌握單片機技術(shù)打下基礎(chǔ)。相關(guān)指導(dǎo)文件包括：單片機項目開發(fā)的相關(guān)教程和例程材料，Keilc51和Proteus軟件的教程和例程材料，單片機課程設(shè)計完成程度的標準，課程設(shè)計大綱等。
2.選擇題目
在制作課程計劃時，需要根據(jù)每個章節(jié)內(nèi)容的不同和課程進展程度對學(xué)生的實際學(xué)習(xí)情況進行考量，通過對學(xué)生掌握情況的判斷再對課程設(shè)計進行擬題。課程設(shè)計的題目包括針對各章內(nèi)容的，也包括針對綜合應(yīng)用的：關(guān)于MSC-51與A/D轉(zhuǎn)換方面的課程設(shè)計題目，關(guān)于MCS-51串口方面的課程設(shè)計題目，關(guān)于定時器與中斷方面的課程設(shè)計題目，關(guān)于I/O接口方面的課程設(shè)計題目，關(guān)于MCS-51的綜合使用方面的題目等。除此之外，還要列出詳細的元件表，供學(xué)生選擇和參考，并對課程設(shè)計題目的實現(xiàn)提出相應(yīng)的具體要求。
3.使用仿真軟件和實現(xiàn)電路功能
在課程設(shè)計實現(xiàn)中，教師可指導(dǎo)學(xué)生分組進行，根據(jù)學(xué)生所選題目對學(xué)生如何在軟件和硬件等方面進行設(shè)計給予指導(dǎo)，以完成設(shè)計的初步內(nèi)容。在對學(xué)生進行指導(dǎo)時，可按照以下步驟進行：
（1）繪制程序流程圖，可以使用Visio或Word進行繪制。學(xué)生在繪制程序流程圖時，不但要依據(jù)所選題目的設(shè)計要求，還要結(jié)合教師的指導(dǎo)內(nèi)容進行繪制，為接下來的程序設(shè)計做鋪墊。
（2）設(shè)計硬件電路，可以使用Proteus軟件進行設(shè)計。在這一步驟中，首先要對Proteus軟件進行學(xué)習(xí)，在掌握基本應(yīng)用原理和方法的基礎(chǔ)上，再依據(jù)設(shè)計要求設(shè)計電路。在學(xué)習(xí)Proteus軟件的基礎(chǔ)上，由教師組織學(xué)生先進行軟件的實際操作學(xué)習(xí)，需要學(xué)生掌握的內(nèi)容有：建立工程文件、選取和使用元件、連接電路和進行調(diào)試運行等。
（3）編寫程序和編譯調(diào)試，根據(jù)上一步驟得到的硬件電路使用匯編語言編寫源程序，再在Keilc51軟件中進行編譯和調(diào)試。教師要指導(dǎo)學(xué)生，讓他們依據(jù)課程設(shè)計要求把編寫好的匯編代碼導(dǎo)入到Keilc51軟件中，進行編譯調(diào)試。
（4）聯(lián)合調(diào)試，對Proteus軟件和Keilc51軟件進行聯(lián)合調(diào)試。將在Proteus中畫好的原理圖在ISIS上打開，在Proteus軟件里的DEBUG菜單中選擇use remote debug monitor選項，并對聯(lián)機仿真參數(shù)進行設(shè)置。將在第三步中編譯好的Keilc51工程文件打開，并設(shè)置相關(guān)參數(shù)：在Keilc51的project菜單中點擊進入option for target“工程名”，在DEBUG選項的右上方下拉菜單中選擇Proteus VSM Monitor-51 Driver，并設(shè)置聯(lián)機仿真參數(shù)。
4.面包機設(shè)計和電路功能的實現(xiàn)
在這一階段，教師要先組織學(xué)生對集成芯片的用途和管腳功能進行學(xué)習(xí)，之后再在面包板上建電路，電路連接無誤后，使用編程器將程序燒寫到單片機的CPU上，最終使電路功能得以實現(xiàn)。
5.實行課程設(shè)計考核答辯制
教師采用答辯制的形式對學(xué)生的課程設(shè)計進行考核，在答辯中真正判斷出學(xué)生對課程設(shè)計的體悟到底有多深。
二、成果總結(jié)
本課程設(shè)計將軟件和硬件的使用集合了起來，完成了對單片機的開發(fā)設(shè)計，在實踐過程中取得了良好的結(jié)果，讓學(xué)生對軟件電路、硬件電路以及軟硬件聯(lián)調(diào)設(shè)計和面包板設(shè)計都有了更加深入的了解。
1.理論與實踐結(jié)合
在教學(xué)中，不僅要將學(xué)生的實際情況與學(xué)習(xí)內(nèi)容結(jié)合起來，還要單片機學(xué)習(xí)中各個章節(jié)的內(nèi)容和實際動手操作結(jié)合起來。在本課程設(shè)計中，擬定了MSC-51與A/D轉(zhuǎn)換、MCS-51串口、定時器與中斷、I/O接口、MCS-51的綜合使用等方面的數(shù)十個設(shè)計題目，并對課程設(shè)計提出了具體要求。
2.讓學(xué)生告別“眼高手低”
仿真聯(lián)調(diào)的結(jié)果雖然不能完全代表在實際情況中的結(jié)果，但是在很大程度上已經(jīng)實現(xiàn)了電路設(shè)計的功能在虛擬情景中的實現(xiàn)，為判斷抉擇提供依據(jù)。根據(jù)仿真聯(lián)調(diào)的結(jié)果，我們可以在硬件操作中實際運行，通過這種方式，可以對仿真結(jié)果的正確性和準確程度進行校正。在學(xué)生進行實踐之前，要讓學(xué)生對集成芯片的芯片用途和管腳功能有所了解，之后在面包板上建電路，然后將程序通過編程器燒寫到單片機的CPU上，這樣就可以完成對電路功能的實現(xiàn)了。在課程設(shè)計的一系列環(huán)節(jié)中，學(xué)生既可以學(xué)習(xí)到各環(huán)節(jié)所需工具的相關(guān)知識，又可以提高學(xué)生的動手能力，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
3.對能力的培養(yǎng)
在實踐課程設(shè)計的過程中，通過繪制流程圖、畫電路圖和編程等，可以鍛煉學(xué)生有步驟地實現(xiàn)目標的能力；通過要求學(xué)生對程序進行標注，可以有效鍛煉和提高學(xué)生的編程能力，增強他們獨立思考的能力。
先進和完善的軟件能夠使硬件的運行達到更好的效果。在單片機課程設(shè)計中引入軟件，可以使學(xué)生在了解和掌握單片機的設(shè)計流程的基礎(chǔ)上，熟悉聯(lián)調(diào)的技巧與方法。與一般的單片機仿真軟件不同，在課程設(shè)計中所使用的仿真軟件除了能仿真單片機CPU的實際情形，還能仿真單片機周邊電力和未參加工作的電路情況。此仿真實驗?zāi)軌蚝芎玫貙嶒灪凸こ蹄暯悠饋恚抡娼Y(jié)果的無誤將為電路的實際實現(xiàn)提供重要依據(jù)。同時這樣的課程實訓(xùn)也是工程師的最基本實踐內(nèi)容，這也為學(xué)生今后的學(xué)習(xí)和工作奠定了基礎(chǔ)。
參考文獻：
[1]喬建華.李臨生.Proteus在單片機教學(xué)中的應(yīng)用分析[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2009，2（6）：24-25.
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[3]吳慧芳，陸茵.“單片機原理及應(yīng)用”課程設(shè)計引入Proteus軟件的實踐[J].中國電力教育，2010，5（9）：123-124.
關(guān)鍵詞：民族地區(qū)；高職院校；單片機；課程教學(xué)；改革探析
中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）24-0161-02
Abstract： Through the field research of the current teaching situation of the Microcontroller Unit course （MCU） of higher vocational colleges in Qiannan， Qianxi’nan and Qiandongnan minority area in Guizhou province， this article analyze and discuss proper teaching methods and evaluation mechanism of MCU course suitable for the practical situation of minority area from the perspectives of novel creation of teaching environment， arrangement of curriculum， training mode and evaluation mechanism.
Key words： Minority areas； Higher vocational colleges； Microcontroller Unit； teaching of curriculum； reform analysis and discuss
單片機是電子信息類專業(yè)十分重要的課程，也是高職院校完成高素質(zhì)技能技術(shù)型人才培養(yǎng)必不可少的專業(yè)課程。貴州少數(shù)民族地區(qū)高職院校雖地處欠發(fā)達山區(qū)，自身發(fā)展受到諸多因素的制約，但對人才培養(yǎng)質(zhì)量的要求從未降低，緊密圍繞地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展需要開設(shè)電子信息及相關(guān)專業(yè)。
伴隨貴州大數(shù)據(jù)、大健康產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，早期“三線建設(shè)”駐黔電子企業(yè)及本土民營企業(yè)對其人才需求的增多，電子信息類專業(yè)已逐步成為貴州少數(shù)民族地區(qū)高職院校重點建設(shè)專業(yè)。但在專業(yè)課程教學(xué)，尤其是難度較大，實踐性較強的單片機課程教學(xué)方面還存在諸多有待提高和改善之處，需結(jié)合貴州少數(shù)民族地區(qū)高職院校自身實際，進行單片機課程的教學(xué)改革，探索符合當?shù)厝瞬排囵B(yǎng)及職業(yè)崗位能力需要的教學(xué)思路和方法。
1貴州少數(shù)民族地區(qū)高職院校單片機課程教學(xué)現(xiàn)狀
基于對貴州黔東南州、黔南州、黔西南州三地少數(shù)民族地區(qū)高職院校的走訪調(diào)研及師生的深入座談交流，發(fā)現(xiàn)貴州少數(shù)民族地區(qū)高職院校單片機課程教學(xué)存在如下的現(xiàn)狀。
1.1 課程教學(xué)環(huán)境
1.1.1 學(xué)生素質(zhì)現(xiàn)狀
貴州少數(shù)民族地區(qū)高職院校電子信息類專業(yè)所錄取學(xué)生少數(shù)民族較多，高考分數(shù)偏低，專業(yè)選擇盲目被動；基礎(chǔ)知識薄弱，理論學(xué)習(xí)困難，專業(yè)實踐技能訓(xùn)練積極性與主動性不高；自我控制能力差，未來職業(yè)發(fā)展無規(guī)劃；團隊合作意識薄弱，自信心與創(chuàng)新精神欠佳等。
1.1.2 師資現(xiàn)狀
貴州少數(shù)民族地區(qū)高職院校能夠承擔單片機課程教學(xué)的師資嚴重不足，引進困難，尤其是具有單片機技術(shù)開發(fā)經(jīng)驗的專業(yè)技術(shù)人員及學(xué)術(shù)帶頭人甚少。現(xiàn)行單片機任課教師存在理論知識扎實，但項目開發(fā)經(jīng)驗缺乏；教學(xué)經(jīng)驗豐富，但課程實踐教學(xué)欠缺；專業(yè)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)獲取較多，但融入行業(yè)企業(yè)進行實際開發(fā)較少；外派學(xué)習(xí)較多，但真正與單片機技術(shù)相關(guān)的學(xué)習(xí)較少等。
1.1.3 實訓(xùn)條件現(xiàn)狀
貴州少數(shù)民族地區(qū)高職院校受地方財政困難，教育經(jīng)費注入不足的影響使單片機課程教學(xué)實訓(xùn)設(shè)備陳舊、配置不足；專項資金投入不夠，實訓(xùn)條件簡陋；實訓(xùn)室缺乏專人負責，管理不規(guī)范；實訓(xùn)教師對實訓(xùn)重視程度有待加強，學(xué)生對實訓(xùn)開展積極性有待提高等。
1.2 課程教學(xué)內(nèi)容與考核
在單片機課程教學(xué)內(nèi)容安排方面，貴州少數(shù)民族地區(qū)高職院校普遍仍以單片機理論教學(xué)為主，注重培養(yǎng)學(xué)生程序編寫能力，尤其是匯編程序的編寫能力，缺乏基于實際項目開發(fā)的創(chuàng)新性教學(xué)方式。部分院校甚至沒有開展實訓(xùn)教學(xué)，僅完成基于匯編語言的單片機最小系統(tǒng)理論教學(xué)，對單片機的通信功能、傳感器技術(shù)及C語言在單片機中的應(yīng)用等重要內(nèi)容并為涉及。同時，在單片機課程與專業(yè)基礎(chǔ)課程開設(shè)的先后、課時分配、任課教師安排等方面也存在諸多不足。
在課程考核評價方面，大多數(shù)院校僅考核學(xué)生的理論學(xué)習(xí)內(nèi)容，而對課程的學(xué)習(xí)過程，實訓(xùn)項目及課程設(shè)計完成情況等核心內(nèi)容并未進行考核，考核評價過于單一，不能較好地進行學(xué)生課程掌握情況的客觀綜合評價。
2 貴州少數(shù)民族地區(qū)高職院校單片機課程教學(xué)改革思考
貴州少數(shù)民族地區(qū)高職院校單片機課程教學(xué)應(yīng)結(jié)合自身特點，培養(yǎng)符合區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展需要的高素質(zhì)技能技術(shù)型人才。
2.1 現(xiàn)行課程教學(xué)環(huán)境改變探索
在學(xué)生素質(zhì)提升方面，貴州少數(shù)民族地區(qū)高職院校很難在招生錄取階段來提高進入電子信息類專業(yè)的學(xué)生文化素質(zhì)，但可從學(xué)生進校后對專業(yè)興趣的培養(yǎng)方面著手，改善學(xué)生綜合素質(zhì)。如在專業(yè)基礎(chǔ)課中增加動手能力訓(xùn)練環(huán)節(jié)（仿真實訓(xùn)也可），為后續(xù)難度更大的單片機學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)打下基礎(chǔ)；成立單片機學(xué)習(xí)興趣小組，通過興趣小組的積極主動性來帶動整個大環(huán)境的改變；積極組隊參加校、州、省及國家的單片機技術(shù)應(yīng)用及相關(guān)技能大賽，以大賽營造學(xué)習(xí)環(huán)境；通過專升本考試中對專業(yè)課程的要求和學(xué)生對進入本科院校繼續(xù)深造的渴望，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)等。
在師資水平優(yōu)化方面，貴州少數(shù)民族地區(qū)高職院校應(yīng)結(jié)合當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展及院校需要，積極爭取電子信息類緊缺人才，尤其是高層次人才的引進政策，解決單片機骨干教師及學(xué)術(shù)帶頭人缺乏現(xiàn)狀；積極從行業(yè)企業(yè)或校企合作單位尋求師資及師資培養(yǎng)，讓行業(yè)專家融入教學(xué)，讓一線教學(xué)人員融入行業(yè)，進行交互式學(xué)習(xí)交流，實現(xiàn)自我培養(yǎng)，進而提高教學(xué)質(zhì)量；現(xiàn)行單片機教學(xué)人員應(yīng)通過網(wǎng)絡(luò)，積極尋找單片機學(xué)習(xí)途徑，爭取單片機技術(shù)學(xué)術(shù)交流會議及培訓(xùn)；積極以大學(xué)生電子設(shè)計大賽、區(qū)域行業(yè)單片機應(yīng)用設(shè)計競賽等為引領(lǐng)，主動找項目、做項目、總結(jié)項目，從而來提高教師自身的單片機應(yīng)用技術(shù)水平。
在實訓(xùn)條件改善方面，貴州少數(shù)民族地區(qū)高職院校應(yīng)積極尋求資金注入，建立校內(nèi)單片機技術(shù)應(yīng)用實訓(xùn)室；或?qū)で笮Ｆ蠛献鲉挝弧⑿袠I(yè)企業(yè)、院校共建等方式建立實訓(xùn)室。針對實訓(xùn)設(shè)備，沒有必要購買昂貴的實驗箱或?qū)嶒炂脚_等，通過電子商務(wù)，購買設(shè)計合理、功能模塊齊全、支持在線調(diào)試、便于攜帶、支持C語言、具有配套教程及完整的程序?qū)嵗鹊膯纹瑱C開發(fā)板即可。同時，要為開發(fā)板配套邏輯分析儀、萬用表、示波器等常用電子儀器儀表及工具。在實訓(xùn)室建設(shè)經(jīng)費充足的情況下，可考慮配備臺式電腦，若經(jīng)費不足，鑒于當代大學(xué)生筆記本電腦覆蓋率較高的條件下，可兩人配套一臺自帶筆記本電腦，即可滿足實訓(xùn)條件要求，又為學(xué)生課余自學(xué)、課程設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計等后續(xù)環(huán)節(jié)服務(wù)。
2.2課程合理安排
2.2.1 微控制器選擇
當下，單片機種類及型號較多，合理選擇一款單片機種類及型號是初學(xué)單片機技術(shù)的關(guān)鍵，是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機技術(shù)的重中之重。單片機種類及型號的選擇一定要結(jié)合實訓(xùn)室所配套的開發(fā)板或校企合作單位等所使用的機型，但主要還是以便于教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)單片機技術(shù)為主。因51單片機市場份額占有量大、使用年限長，網(wǎng)絡(luò)資源和學(xué)習(xí)參考資料豐富且獲取容易，考慮到初學(xué)者對硬件資源的應(yīng)用能力，建議以宏晶科技生產(chǎn)的STC89C52RC單片機作為主控芯片進行教學(xué)。
2.2.2 課程及內(nèi)容安排
單片機課程應(yīng)安排在電路理論、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、C語言等專業(yè)基礎(chǔ)課程完成之后，可與電子元器件識別與檢測、電子線路繪圖與制板、傳感器技術(shù)應(yīng)用等專業(yè)課程同時進行。在開設(shè)上述專業(yè)基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)之上，建議單片機課程總學(xué)時為108（即每周6學(xué)時），其中理論占20%左右，實踐占80%左右。單片機技術(shù)是在實踐中學(xué)習(xí)，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)以實踐為主導(dǎo)，理論融入實踐過程且夠用為原則，邊做邊學(xué)，不能只強調(diào)理論而輕實踐。
鑒于貴州少數(shù)民族地區(qū)高職院校授課對象特點，課程主要內(nèi)容應(yīng)包括微型計算機基礎(chǔ)知識簡介、單片機概述、所選單片機結(jié)構(gòu)及內(nèi)部資源介紹、單片機時序及工作方式、匯編指令及時序簡介、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器、并行I/O接口、單片機串行通信（主要有UART、I2C、SPI、485通信等）、A/D和D/A轉(zhuǎn)換等。在教學(xué)過程中，所應(yīng)包括的硬件主要有LED、LED點陣、數(shù)碼管、LCD、矩陣按鍵、步進電機、蜂鳴器、傳感器（如溫度、紅外、壓力等傳感器）、A/D和D/A轉(zhuǎn)換芯片、時鐘芯片、存儲芯片等。
2.3 實訓(xùn)教學(xué)開展
單片機課程教學(xué)應(yīng)以實訓(xùn)教學(xué)為主并綜合考慮學(xué)生特點，實訓(xùn)開展應(yīng)包含單個實訓(xùn)項目、綜合實訓(xùn)項目和課程設(shè)計三個環(huán)節(jié)。實訓(xùn)環(huán)節(jié)中注重“做中學(xué)，學(xué)中做，邊學(xué)邊做”。任課教師在單個實訓(xùn)項目中應(yīng)在講解硬件原理和程序設(shè)計的基礎(chǔ)上，對實訓(xùn)內(nèi)容進行操作演示的同時指導(dǎo)學(xué)生操作，直至完成實訓(xùn)效果。效果出來后，任課教師針對實訓(xùn)過程中出現(xiàn)的問題進行總結(jié)，同時對所做的實訓(xùn)內(nèi)容進行再一次的總結(jié)性講解，以達到學(xué)生掌握所布置實訓(xùn)內(nèi)容的目的。綜合實訓(xùn)項目應(yīng)預(yù)先布置任務(wù)和學(xué)生分組（2人一組為宜），課堂由任課教師對任務(wù)中所涉及的硬件和軟件及前期所學(xué)本實訓(xùn)所需用的知識進行講解。學(xué)生結(jié)合老師的講解和所提供的硬軟件參考資料，以組為單位，開展實訓(xùn)項目，完成實訓(xùn)任務(wù)。課程后期，應(yīng)專門安排1到2周，以3人為一組，進行課程設(shè)計環(huán)節(jié)。選用適合高職院校學(xué)生及難度適中的課題作為單片機課程設(shè)計的題目，引進全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽流程及相關(guān)規(guī)則融入課程設(shè)計，體驗項目開發(fā)過程，培養(yǎng)學(xué)生項目開發(fā)能力。同時鑒于對學(xué)生仿真能力培養(yǎng)的必要性，建議在課程設(shè)計環(huán)節(jié)中融入Keil和Protues仿真教學(xué)。
實訓(xùn)教學(xué)中應(yīng)制作實訓(xùn)項目任務(wù)書或課程設(shè)計任務(wù)書及考核評價表，教學(xué)過程采用項目化教學(xué)，任務(wù)驅(qū)動，融入“資訊、計劃、決策、實施、檢查及評價”的教學(xué)組織形式并做好學(xué)時分配。
2.4 課程考核評價創(chuàng)新
鑒于課程實踐性較強，考核不能單一的出套紙質(zhì)試題進行考核，尤其不能只進行理論而忽略實踐的考核，應(yīng)以過程考核，綜合評價學(xué)生課程學(xué)習(xí)效果。
3 總結(jié)
綜上所述，現(xiàn)行貴州少數(shù)民族地區(qū)高職院校單片機課程教學(xué)還存在諸多不足和有待改進之處。身處該地區(qū)的單片機課程任課教師應(yīng)在課程教學(xué)條件、課程內(nèi)容安排、實訓(xùn)教學(xué)方式、課程考核評價等方面結(jié)合自身院校實際，探索符合授課對象及課程特點的教學(xué)方法，提高貴州少數(shù)民族地區(qū)高職院校人才培養(yǎng)質(zhì)量，進而為地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展服務(wù)。
參考文獻：
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關(guān)鍵詞：C+PROTEUS；科技創(chuàng)新；單片機綜合設(shè)計
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）30-0094-02
《單片機應(yīng)用技術(shù)》課程是一門理論與實踐性均很強的學(xué)科，是工科電類專業(yè)一門很重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，它將數(shù)字電路和模擬電路的基礎(chǔ)知識、匯編語言及C語言編程技術(shù)、通信原理和微處理器知識等綜合在一起，屬于技術(shù)性、工程性、實踐性很強的一門課程。
《單片機原理及應(yīng)用》課程的特點是涉及硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及知識面較廣，經(jīng)常涉及到電子技術(shù)基礎(chǔ)、電路原理及編程C語言等知識，因此，要想將課堂所學(xué)的單片機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及應(yīng)用技術(shù)與所學(xué)知識有機融合，能夠在實踐中游刃有余地應(yīng)用，還需要反復(fù)的實際設(shè)計與實踐。針對《單片機原理及應(yīng)用》課程抽象難學(xué)，尤其難于應(yīng)用于實踐開發(fā)的現(xiàn)狀，我們在教學(xué)中注意做到理論聯(lián)系實際，將課堂教學(xué)與科研開發(fā)和科技創(chuàng)新緊密結(jié)合。
在課堂教學(xué)中，初期階段，采用C+PROTEUS的教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用C語言編寫應(yīng)用驅(qū)動程序，然后在PROTEUS環(huán)境下仿真運行，逐步理解和領(lǐng)會單片機的設(shè)計思路。在綜合應(yīng)用階段，通過引入實際工程應(yīng)用實例，接觸實際科研項目中設(shè)計開發(fā)產(chǎn)品，使學(xué)生了解所學(xué)知識的應(yīng)用價值，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，深化學(xué)生對知識點的理解。
在實踐環(huán)節(jié)，由專業(yè)課教師指導(dǎo)，學(xué)生設(shè)計為主，帶動學(xué)生自己設(shè)計單片機課程的實驗開發(fā)平臺，并在所設(shè)計的開發(fā)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增設(shè)大量綜合性、設(shè)計性實驗，啟發(fā)學(xué)生的思維，以提高學(xué)生綜合分析問題和解決問題的能力。同時，在大學(xué)生科技創(chuàng)新和各類電子設(shè)計競賽活動中，積極引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)單片機技術(shù)進行開發(fā)設(shè)計，進而培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力。
通過上述各個環(huán)節(jié)，分層次、分階段，層層深入，真正在單片機課程教學(xué)中做到理論與實踐緊密結(jié)合，真正實現(xiàn)提高學(xué)生應(yīng)用單片機技術(shù)解決實際問題能力，進而探索一條在課程教學(xué)中如何提高大學(xué)生科技創(chuàng)新能力的可行之路。
一、改革教學(xué)環(huán)節(jié)
1.初期的課堂教學(xué)中，將C語言與PROTEUS軟件有機結(jié)合，提高學(xué)生對單片機的實際應(yīng)用能力。從目前單片機技術(shù)應(yīng)用層面上看，對單片機系統(tǒng)的開發(fā)一般采用C語言完成，因此，在課堂教學(xué)中強化推廣采用C語言進行編程設(shè)計的技術(shù)，并逐步取代原來采用匯編語言進行設(shè)計的模式。從而，提高學(xué)生對單片機技術(shù)的實際應(yīng)用水平。PROTEUS軟件是一種近年來逐漸流行的單片機系統(tǒng)設(shè)計的專業(yè)仿真軟件，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU，并提供周邊設(shè)備的仿真，例如373、led、示波器等。Proteus提供了大量的元件庫，有RAM、ROM、鍵盤、馬達、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件，編譯方面支持Keil和MPLAB等編譯器。在單片機教學(xué)初期，采用C語言+PROTEUS仿真的教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用C語言編寫應(yīng)用驅(qū)動程序，然后在PROTEUS環(huán)境下，繪制原理圖并仿真運行，觀察設(shè)計效果是否正確，發(fā)現(xiàn)問題在修正編寫的C語言程序，如此反復(fù)，逐步提高學(xué)生控制單片機和設(shè)計單片機系統(tǒng)的能力。
2.綜合應(yīng)用階段，通過工程設(shè)計實例，深化學(xué)生對知識點的理解。作為多年從事單片機課程教學(xué)的教師，具備多年來單片機開發(fā)與實踐的工作經(jīng)驗，在應(yīng)用單片機技術(shù)進行智能儀器儀表開發(fā)上有許多成功的設(shè)計項目，如基于單片機系統(tǒng)設(shè)計的大慶油田的井地電位成像監(jiān)測系統(tǒng)、開關(guān)磁阻電機設(shè)計、過套管電阻率測量儀開發(fā)設(shè)計等等，都是應(yīng)用單片機處理器進行設(shè)計的，在課堂教學(xué)中，結(jié)合上述實際開發(fā)項目，講述單片機的設(shè)計及應(yīng)用技術(shù)，使學(xué)生直接接觸實際科研項目中設(shè)計開發(fā)產(chǎn)品，深化學(xué)生對知識點的理解，認識到所學(xué)知識的應(yīng)用價值，從而，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生思維。以單片機中應(yīng)用IO端口控制數(shù)據(jù)采集芯片為例：模數(shù)轉(zhuǎn)換器是實際工程應(yīng)用中較為常用的一種數(shù)據(jù)采集芯片，目前，主流的控制數(shù)據(jù)采集芯片的技術(shù)是通過單片機IO引腳控制方式實現(xiàn)，通過單片機的引腳模擬數(shù)據(jù)采集芯片的工作時序，再通過C語言編程，完成對數(shù)據(jù)采集芯片的控制。在學(xué)習(xí)中，學(xué)生對于模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的工作時序圖始終感到很抽象，因此，在編程設(shè)計上往往不知從何入手。我們在教學(xué)中，結(jié)合橫向科研項目“過套管數(shù)據(jù)采集”中數(shù)據(jù)采集，通過實物演示、數(shù)據(jù)讀取實際設(shè)計案例講解，從工程數(shù)據(jù)采集需求，到硬件電路設(shè)計原理，以及最終程序上的編程實現(xiàn)，在講解中，學(xué)生不僅了解了數(shù)據(jù)采集芯片的工作時序邏輯，而且也能夠獨立應(yīng)用單片機IO端口進行數(shù)據(jù)采集接口的設(shè)計。
二、改革實踐環(huán)節(jié)
1.在單片機課程實驗內(nèi)容上更多增設(shè)綜合性、設(shè)計性實驗，提高系統(tǒng)設(shè)計能力。由專業(yè)課教師指導(dǎo)，學(xué)生設(shè)計為主，更多增設(shè)綜合性、設(shè)計性實驗，以提高學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計能力。預(yù)計增加設(shè)計性、綜合性實驗：8_8LED點陣掃描輸出實驗、直流電機正反轉(zhuǎn)調(diào)速實驗、基于I2C通信接口的數(shù)據(jù)采集顯示實驗和基于串行通信接口的智能遠程數(shù)字鐘實驗等。通過大量綜合性設(shè)計性實驗，要求學(xué)生自行設(shè)計電路，編寫驅(qū)動控制程序，不僅可以幫助學(xué)生加深對單片機知識結(jié)構(gòu)的理解，而且可以提高基于單片機處理器的系統(tǒng)設(shè)計能力，培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力、學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新精神。
2.強化單片機綜合課程設(shè)計環(huán)節(jié)，提高應(yīng)用單片機綜合設(shè)計能力。在完成單片機基本課程及實踐基礎(chǔ)上，對機電、自動化、儀器類專業(yè)應(yīng)強化安排綜合課程設(shè)計，以課題項目的形式要求學(xué)生組隊共同完成，采取開放式管理的模式，在2～4周內(nèi)，首先運用所學(xué)電子技術(shù)基礎(chǔ)知識，查閱相關(guān)文獻資料、電子線路參考設(shè)計手冊、電子元器件手冊，進行電路設(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的計算機電路仿真軟件工具，提高設(shè)計效率；其次進行電子市場調(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、寫出設(shè)計總結(jié)報告；最后由教師組織全班進行設(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。在課程設(shè)計的選題上，發(fā)揮廣大教師的積極參與，不斷對課程設(shè)計的題目進行更新，修改課程設(shè)計的內(nèi)容，增加設(shè)計性、綜合性設(shè)計內(nèi)容。目前，開設(shè)的新增加的課程設(shè)計題目包括：模擬交通信號燈控制系統(tǒng)；基于P89C51RD2單片機數(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；公交語音報站播放器設(shè)計；簡單計算器設(shè)計實現(xiàn)；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)生從實驗中既學(xué)到知識，由學(xué)會探索問題進而解決問題，發(fā)揮潛能，提高創(chuàng)造能力。
3.積極引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)單片機技術(shù)應(yīng)用于大學(xué)生科技創(chuàng)新和各類電子設(shè)計競賽活動。單片機技術(shù)是現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的主流技術(shù)，在科技創(chuàng)新和電子設(shè)計競賽中應(yīng)用這些技術(shù)，往往有事半功倍的效果。鼓勵單片機課程學(xué)習(xí)好的同學(xué)積極參與科技創(chuàng)新和電子競賽，應(yīng)用單片機技術(shù)進行相關(guān)項目和題目的設(shè)計，以2013年為例，我校學(xué)生參加北京市電子設(shè)計競賽，設(shè)計中采用單片機技術(shù)進行設(shè)計開發(fā)，獲得二等獎2項、三等獎3項，為學(xué)校爭光。通過學(xué)生間影響，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機技術(shù)的熱情，形成一個較好的學(xué)習(xí)氛圍。
三、結(jié)束語
單片機原理及應(yīng)用課程是一門應(yīng)用性和實踐性很強的專業(yè)課，把握課程特點，了解學(xué)生理解上的薄弱環(huán)節(jié)，通過課堂教學(xué)和實驗環(huán)節(jié)的改革與創(chuàng)新，各個環(huán)節(jié)，分層次、分階段，層層深入，真正在單片機課程教學(xué)中做到理論與實踐緊密結(jié)合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，將單片機課程教學(xué)中所亟待解決的提高學(xué)生應(yīng)用單片機技術(shù)解決實際問題能力落到實處，進而，使學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合實踐能力得到提高。
參考文獻：
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關(guān)鍵詞：單片機；教學(xué)；Proteus；仿真
作者簡介：張?zhí)m紅（1968-），女，江蘇鹽城人，鹽城工學(xué)院電氣工程學(xué)院，教授；陸廣平（1974-），女，江蘇鹽城人，鹽城工學(xué)院電氣工程學(xué)院，副教授。（江蘇 鹽城 224051）
基金項目：本文系鹽城工學(xué)院2013年度教改研究項目“基于實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的《單片機原理與接口技術(shù)》課程改革”的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）05-0076-02
單片機廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、汽車電子、機器人、通信、能源與軍事等眾多領(lǐng)域，成為電子技術(shù)智能化最普遍的手段，因而單片機課程已成為高校電氣信息類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。[1，2]但在多年的教學(xué)實踐中筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果并不理想，有些同學(xué)在經(jīng)過一個學(xué)期的學(xué)習(xí)后甚至連基本概念都建立不起來，根本談不上進行單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計了。究其原因，最重要的一點是：單片機是一門涉及計算機硬件與軟件的多學(xué)科綜合性課程，實踐性極強，[3]但在教學(xué)過程中枯燥繁雜的理論知識缺乏一種有效的方式進行及時演示與驗證，使得學(xué)生理解與記憶困難。盡管該課程都有實驗，但傳統(tǒng)的實驗教學(xué)只有十幾學(xué)時，而且受實驗時間與場地等條件限制，一般不能及時進行，因此該課程教學(xué)的理論和實踐常常是脫節(jié)的，這導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)困難、興趣低、效率低。如何讓學(xué)生通過單片機課程的學(xué)習(xí)盡快熟練掌握單片機原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，英國Labcenter Electronics公司開發(fā)的用于電子電路和單片機系統(tǒng)仿真的軟件Proteus解決了這一問題。為提高本門課程的教學(xué)效果和質(zhì)量，筆者將Proteus仿真技術(shù)用于單片機教學(xué)的全過程，做到理論與實踐隨時相結(jié)合。具體做法介紹如下：
一、Proteus仿真在理論教學(xué)中的應(yīng)用
1.建設(shè)基于Proteus仿真實例的教材
為了有一本起良好引導(dǎo)作用、實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合的教材，筆者編寫了機械工業(yè)出版社普通高等教育電氣工程與自動化（應(yīng)用型）“十二五”規(guī)劃教材《單片機原理及應(yīng)用》，[4]該教材特點為：以51系列單片機為主講對象，加強Proteus仿真實例教學(xué)，每學(xué)完一個功能結(jié)構(gòu)單元，均給出便于學(xué)生實踐的Proteus仿真實例，大部分實例都是獨立完整的單片機控制系統(tǒng)。通過對多個應(yīng)用實例的仿真操作，使學(xué)生及時有效地掌握相關(guān)知識點，同時可模仿性地做出自己的系統(tǒng)，使學(xué)習(xí)過程是一個充滿趣味的過程。當知識點全部學(xué)完，學(xué)生就具備了初步的開發(fā)單片機產(chǎn)品的能力。
2.設(shè)計基于知識點的仿真模型
針對51單片機的所有知識點，筆者都精心設(shè)計了Proteus仿真模型。[4]模型設(shè)計的原則一是幫助學(xué)生明確概念，解決重點與難點問題；二是盡量多與日常生活中的應(yīng)用實例結(jié)合，加強趣味性與實用性；三是盡量多使用Proteus的調(diào)試功能，讓學(xué)生明白單片機工作的詳細過程。下面列舉兩個典型的例子。
（1）中斷及其嵌套一直是較難理解的概念，設(shè)計了圖1所示的仿真電路。圖中要求單片機在主程序中控制P1口流水燈循環(huán)點亮，當外部中斷INT0引腳出現(xiàn)負跳變時，P1口全部發(fā)光二極管亮5秒，當外部中斷INT1引腳出現(xiàn)負跳變時，P2口所接的共陰極數(shù)碼管顯示數(shù)字“1”，保持時間為5秒。其中INT1為高優(yōu)先級，INT0為低優(yōu)先級。通過對中斷寄存器的不同設(shè)置，該模型既可讓學(xué)生觀察在主程序執(zhí)行過程中INT0與INT1分別出現(xiàn)負跳變，即發(fā)生單級中斷時的效果，也可讓學(xué)生觀察INT0先出現(xiàn)負跳變、INT1后出現(xiàn)負跳變時的中斷嵌套效果。通過對此仿真實例的編程、調(diào)試與運行，學(xué)生就很容易掌握中斷與中斷優(yōu)先級嵌套等抽象概念的含義了。
（2）定時器/計數(shù)器T0、T1的工作原理較復(fù)雜，其原理涉及工作模式控制（選擇定時器模式還是計數(shù)器模式）、運行控制（選擇運行還是停止）、工作方式選擇（選擇不同計數(shù)范圍的四種工作方式中的一種）和中斷控制（計數(shù)溢出后如何處理）四部分。為了講解定時器/計數(shù)器的工作原理，設(shè)計了圖2所示的電子秒表仿真電路，使它從0～59s不停地計數(shù)。
但在晶振為12MHz的情況下，定時器四種工作方式中定時時間最長的一種也只有65.536ms，達不到1s，要達到1s的延時，只能采用多次中斷的方式。因此實現(xiàn)秒表功能，筆者選擇了定時器/計數(shù)器T0，讓它工作在定時器模式；選擇工作方式1，定時時間為50ms；每隔50ms中斷1次，在中斷程序中修改計數(shù)初值，并使中斷計數(shù)器加1；中斷20次時達到1s，此時在中斷服務(wù)程序中除修改計數(shù)初值，使中斷計數(shù)器清零外，還使輸出到數(shù)碼管的數(shù)值加1。
該仿真實例編程時需要對定時器T0的計數(shù)寄存器TH0與TL0、方式控制寄存器TMOD、控制寄存器TCON以及中斷寄存器IE進行設(shè)置，用到了定時器的所有相關(guān)寄存器及全部控制，可使學(xué)生全面掌握定時器的原理與使用方法。
圖2中秒表處于仿真運行狀態(tài)，管腳上的紅、藍、灰塊分別表示管腳電平為高、低和不定狀態(tài)，色塊可以幫助學(xué)生分析與調(diào)試電路。
3.進行基于Proteus仿真的現(xiàn)場教學(xué)
教師事先根據(jù)教學(xué)內(nèi)容準備好Proteus仿真模型，課堂上講解完相關(guān)知識點后，就運行Proteus仿真模型，使學(xué)生看到實實在在的運行現(xiàn)象或結(jié)果，增強教學(xué)的直觀性、生動性和趣味性。
因目前絕大部分學(xué)生均有筆記本電腦，所以要求學(xué)生將電腦帶進課堂。對于驗證性實例要求學(xué)生用電腦與教師同步觀察程序運行時寄存器、存儲器和變量內(nèi)容的變化，觀察電路的工作狀況及控制效果。在課堂上教師還現(xiàn)場指導(dǎo)學(xué)生對實例進行編程，設(shè)置單片機的特殊功能寄存器，調(diào)試并下載運行程序，觀察運行結(jié)果。現(xiàn)場教學(xué)方式使學(xué)生及時理解相關(guān)知識點，掌握單片機內(nèi)部功能部件與器件工作原理，領(lǐng)會抽象與復(fù)雜概念的含義。
4.開發(fā)用Proteus仿真的小實驗型課后作業(yè)
對C51語言、單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、并口、串口及可編程外設(shè)的課后練習(xí)，筆者都開發(fā)了大量的小實驗型作業(yè)，[4]學(xué)生須利用Proteus仿真軟件在自己的電腦上完成硬件電路的連接與軟件程序的調(diào)試。鼓勵學(xué)生寫出不一樣的答案，以調(diào)試結(jié)果通過為準。通過大量的課后練習(xí)，既促使學(xué)生掌握了知識點，也為真正進行設(shè)計性與綜合性實驗做好準備。
二、Proteus仿真在實驗教學(xué)中的應(yīng)用
1.進行全設(shè)計型虛擬實驗
目前單片機實驗教學(xué)中大部分實驗器件以及電路都是預(yù)先固定在實驗箱上的，學(xué)生缺乏自主搭建電路的機會；同時實驗箱系統(tǒng)大，集成度高，驗證性實驗多，這些均導(dǎo)致實驗過程不清晰。因此筆者要求學(xué)生用Proteus軟件進行全設(shè)計型虛擬實驗。方法為：每一次實驗前將實驗原理、所需元器件及實驗要求提供給學(xué)生，學(xué)生首先要在理解原理的基礎(chǔ)上，用Proteus軟件搭接電路、編寫控制程序、編譯并下載到單片機、仿真運行，出現(xiàn)問題后再對電路和程序進行反復(fù)修改與調(diào)試，直到出現(xiàn)所需結(jié)果。如此完成一次完整的虛擬實驗的過程接近于實際系統(tǒng)的開發(fā)過程，有利于學(xué)生理解和掌握單片機系統(tǒng)設(shè)計的原理和方法。
2.利用虛擬實驗來指導(dǎo)實際實驗
進行完P(guān)roteus全設(shè)計型虛擬實驗后，大部分學(xué)生已經(jīng)理解了電路的工作原理，并使用了充足的時間來進行程序的調(diào)試，這樣可以有效地指導(dǎo)實際實驗，保證實際實驗的成功。
進行實際實驗時，學(xué)生根據(jù)proteus虛擬實驗結(jié)果，連接實際電路，下載程序并調(diào)試運行，在此過程中讓學(xué)生初步體會仿真電路與實際電路的區(qū)別，將更多的精力用來解決實驗中出現(xiàn)的各種實際問題上。有了Proteus虛擬實驗的指導(dǎo)，實際實驗一般會很快完成，剩余時間讓學(xué)生進行各種設(shè)計性、綜合性實驗，或?qū)⒄n本中的實例拿到實驗儀器上進行驗證等。
三、Proteus仿真在課程設(shè)計中的應(yīng)用
1.選擇Proteus仿真與實際制作均可的題目
因課程設(shè)計時間較短，學(xué)生的獨立工作能力較弱，為使學(xué)生充分體驗單片機系統(tǒng)設(shè)計過程，首先由教師在選題上做精心準備，選取一些軟件與硬件兼顧結(jié)合，工作量不是太大，用Proteus仿真模擬和實際制作均可行的題目，如：八路搶答器、滾動顯示的點陣顯示屏、電梯數(shù)字顯示器、電子密碼鎖控制系統(tǒng)、電子琴、交通燈控制系統(tǒng)、波形發(fā)生器、數(shù)字電壓表、溫度顯示器、電子鐘等，以達到先仿真再用仿真指導(dǎo)實物制作的目的。
2.利用Proteus仿真指導(dǎo)實物制作
課程設(shè)計要求所有同學(xué)都完成印刷電路板作品。為了保證成功率，減少反復(fù)修改電路，重新制板等工作量，課程設(shè)計組織如下：第一步首先完成相關(guān)課題的proteus仿真設(shè)計，完成電路原理驗證與控制程序的調(diào)試；第二步根據(jù)Proteus仿真結(jié)果，準備元器件，在多孔電路板上焊接電路，下載程序，調(diào)試實物作品；第三步根據(jù)多孔板實物調(diào)試結(jié)果完成硬件的PCB設(shè)計，加工PCB電路板，完成程序的下載與調(diào)試。
3.總結(jié)Proteus仿真與實際電路的差別
通過課程設(shè)計，大部分同學(xué)均深刻體會到單片機應(yīng)用設(shè)計中Proteus仿真所起的非常有效的輔助作用，但也認識到仿真與實際電路之間還存在差別，部分同學(xué)反映課題用Proteus仿真能夠?qū)崿F(xiàn)，在實際電路中實現(xiàn)不了，還必須解決實際電路中出現(xiàn)的各種新問題。在課程設(shè)計結(jié)束后，筆者會組織學(xué)生討論并總結(jié)Proteus仿真與實際電路的差別，促使學(xué)生用好Proteus仿真這個輔助工具。
四、結(jié)束語
筆者將Proteus仿真應(yīng)用于單片機課程的理論教學(xué)，使學(xué)生及時有效地掌握了知識點；將Proteus仿真應(yīng)用于實驗與課程設(shè)計，使學(xué)生深刻體會了單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的全過程，同時也認識到仿真不能完全代替實物，在實際應(yīng)用中會遇到很多新的問題，只有將Proteus仿真和實際單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計有效結(jié)合起來，才能真正鍛煉自己的單片機軟硬件綜合開發(fā)能力。通過近兩年將Proteus仿真引進單片機教學(xué)全過程的實踐，學(xué)生普遍反映，該課程教學(xué)趣味性高，理解容易，有利于自己實踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。有許多同學(xué)通過單片機課程的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)熱情被大大激發(fā)，自行購買了元器件或?qū)W習(xí)板，借助于proteus仿真的前期開發(fā)，很快做出了新產(chǎn)品，在各種電子大賽、創(chuàng)新課題與畢業(yè)設(shè)計中取得了優(yōu)異的成績。
參考文獻：
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關(guān)鍵詞 系統(tǒng)工程 實踐教學(xué) 課程設(shè)計 單片機 A/D轉(zhuǎn)換芯片
中圖分類號：G424 文獻標識碼：A
0 前言
實踐教學(xué)是高等應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系中的一個重要環(huán)節(jié)，它對培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)和實踐動手能力起著極其重要的意義。實踐教學(xué)包括專業(yè)課程實驗、開放性實驗、課程設(shè)計、電子競賽和畢業(yè)設(shè)計等，其中課程設(shè)計、電子競賽、畢業(yè)設(shè)計按教學(xué)組織大多是由專業(yè)教師承擔教學(xué)任務(wù)。
如何制定人才培養(yǎng)流程，使整個實踐教學(xué)過程做到系統(tǒng)化和整體性，一方面需要合理安排與本專業(yè)學(xué)科基礎(chǔ)類課程相關(guān)的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，另一方面要探索課程設(shè)計、電子競賽、畢業(yè)設(shè)計等專業(yè)工程實踐環(huán)節(jié)的規(guī)劃，充分擴展專業(yè)特色課程相關(guān)的實踐教學(xué)的內(nèi)涵。其中后者是提高學(xué)生動手能力和綜合思考問題最佳方式。
1 以系統(tǒng)工程的思想構(gòu)建專業(yè)實踐教學(xué)體系
系統(tǒng)是由互相關(guān)聯(lián)、互相制約、互相作用的若干組成部分構(gòu)成的具有某種功能的有機整體。系統(tǒng)工程是運用系統(tǒng)思想直接改造客觀世界的一大類工程技術(shù)的總稱。專業(yè)實踐課程活動涉及到學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的整個階段，也可以看作是一項系統(tǒng)工程。為了提高專業(yè)實踐教學(xué)活動的教學(xué)效果，保證專業(yè)知識的可持續(xù)性發(fā)展，就應(yīng)該按照系統(tǒng)工程的思想和方法，協(xié)調(diào)專業(yè)實踐教學(xué)活動中各項因素。在實際工作中，一方面要重視每一項工作，將每一項工作做到位，另一方面要重視各項工作的內(nèi)在聯(lián)系，建立系統(tǒng)的、整體的教學(xué)體系，這樣才能使實踐教學(xué)的功能最大化。
目前在高校的實踐教學(xué)中常見的問題是缺乏大學(xué)四年整體的實踐教學(xué)體系，學(xué)生每一年都在做不同的實驗不同的設(shè)計，設(shè)計的系統(tǒng)性和完整性被割裂開，學(xué)生不能用聯(lián)系的眼光去看全部的設(shè)計，不能體會到各專業(yè)課程之間的聯(lián)系和傳承。針對這一情況，必須做好系統(tǒng)化統(tǒng)籌安排。
結(jié)合各個階段專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，合理安排專業(yè)實踐環(huán)節(jié)，最大限度激發(fā)學(xué)生的主動性和能動性，是專業(yè)教師必須思考的問題。下文以浙江科技學(xué)院測控專業(yè)某小組四年的課程設(shè)計、專業(yè)實驗和畢業(yè)設(shè)計為例，詳細介紹如何將教師和學(xué)生結(jié)合起來，系統(tǒng)地完成四年的專業(yè)教育。
2 改革與探索――以數(shù)字電壓表的設(shè)計為例
基于系統(tǒng)化工程的實踐環(huán)節(jié)，專業(yè)教師根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的各個階段，合理安排與專業(yè)課程相對應(yīng)的課程設(shè)計環(huán)節(jié)，有效地發(fā)掘各個環(huán)節(jié)的密切聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)化的設(shè)計理念。
在一年級本科始業(yè)教育和專業(yè)認知實習(xí)環(huán)節(jié)，專業(yè)老師提供各種設(shè)計題目供學(xué)生進行分組選擇，這些題目必須具有傳承性的，并且說明各個設(shè)計要用到的專業(yè)知識，比如說電子課程設(shè)計要有電路原理、數(shù)字電路和模擬電路相關(guān)知識；下一階段就要用到單片機和傳感器等知識；再下一個設(shè)計可能要用到虛擬儀器、控制系統(tǒng)等知識，讓學(xué)生在一年級就對本專業(yè)的整體構(gòu)造有感性認識，從而激發(fā)他們專研專業(yè)知識的興趣。
2.1 基于ICL7107的多量程直流數(shù)字電壓表的設(shè)計
根據(jù)教學(xué)計劃的安排，在一二年級學(xué)生所接觸的主要是專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)生能自由掌控的專業(yè)知識有限，因此在二年級電子課程設(shè)計中，我們要求學(xué)生設(shè)計一款直流數(shù)字電壓表，具體要求是能實現(xiàn)0mV～2V測量范圍。專業(yè)教師只負責提出任務(wù)以及實現(xiàn)的功能，學(xué)生自行查閱資料，提出解決方案，然后師生一起討論可行性。在實踐中，學(xué)生提出了以ICL7107，ICL7135等芯片不同的解決方案。
2.1.1 數(shù)字電壓表的組成
數(shù)字電壓表基本量程200Mv，可以擴展量程2V和20mV。整個電路設(shè)計沒有超越學(xué)生現(xiàn)有理論知識，學(xué)生有能力獨立完成，同時功能的擴展又要求學(xué)生綜合運用所學(xué)的各門專業(yè)課程，完成復(fù)雜電路的設(shè)計，鍛煉了綜合分析問題并獨立解決問題的能力。
2.1.2 總結(jié)分析
這一階段學(xué)生只能使用電路模電和數(shù)電的相關(guān)知識，結(jié)合電子綜合實驗，學(xué)生查閱資料，了解ICL7107的原理，掌握雙積分式芯片的基本電路的設(shè)計，完成了芯片的供電模塊―― 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計，并可以在此基礎(chǔ)上開拓量程自動切換的功能（如圖1所示）。
2.2 基于單片機的數(shù)字電壓表的設(shè)計
隨著二三年級大量專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以運用的專業(yè)知識更加豐富了，他們可以完成設(shè)計的功能也隨之更加強大。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生延續(xù)前面的設(shè)計，改進了電壓表的設(shè)計。
2.2.1 基于單片機的數(shù)字電壓表的設(shè)計
由于ICL7107沒有BCD碼輸出，沒有像ICL7135那樣的BUSY信號，在與單片機連接時，學(xué)生遇到了障礙，于是又展開了一場討論，如何利用單片機只是完成直流/交流電壓的測試任務(wù)。根據(jù)大量查閱的文獻資料，有學(xué)生提出采用ICL7135芯片的想法，該芯片與ICL7107工作原理相似，是4 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器，加上電路ICL7135可組成一個滿量程為2V的數(shù)字電壓表。ICL7135可以采用并行采集方式與單片機系統(tǒng)進行連接。如圖2所示，模擬電壓送到ICL7135進行A/D轉(zhuǎn)換，然后送到單片機中進行數(shù)據(jù)處理。處理后的數(shù)據(jù)送到數(shù)碼管中顯示。其中ICL7135電源部分可以沿用上學(xué)期的直流穩(wěn)壓電源。
2.2.2 總結(jié)分析
現(xiàn)階段可以要求學(xué)生用到所學(xué)的單片機等知識，完成功能更多、精度更高的課程設(shè)計。在單片機等課內(nèi)實驗中，學(xué)生完成了單片機最小實現(xiàn)系統(tǒng)，結(jié)合前期所做的電子課程設(shè)計，學(xué)生可以開發(fā)基于單片機的數(shù)字電壓表。該設(shè)計引入單片機編程實現(xiàn)從數(shù)字量編碼轉(zhuǎn)換到七段譯碼，最后送到數(shù)碼管顯示輸出測量結(jié)果。學(xué)生利用單片機最小實現(xiàn)系統(tǒng)，擴展單片機系統(tǒng)的應(yīng)用，專業(yè)知識得到了綜合運用。
2.3 基于ICL7135的畢業(yè)設(shè)計
ICI7107/7135都是CMOS雙積分A/D轉(zhuǎn)換芯片，可以轉(zhuǎn)換輸出 000個數(shù)字量，對外提供6個輸入、輸出控制信號。因此，除用于數(shù)字電壓表外，還能與異步接受/ 發(fā)送器、微處理器或其他控制電路連接使用。
因此，在選做畢業(yè)設(shè)計題目過程中，學(xué)生對需要進行模擬信號處理的設(shè)計中大多選用這兩款芯片，如圖3所示，在選用ICL7135作為A/ D 轉(zhuǎn)換器，模擬信號由傳感器采集，由ICL7135 轉(zhuǎn)換后數(shù)字量送入單片機，由單片機對ICL7135 輸出的信號進行處理，在數(shù)碼顯示管（LED）上顯示。并可通過鍵盤輸入溫度設(shè)定值。單片機根據(jù)設(shè)定溫度進行相關(guān)運算（如PID、模糊運算等），產(chǎn)生控制信號。
當然還可以挖掘更多的基于ICL7107和7135的應(yīng)用的實例，這里我們致力于讓學(xué)生對知識點的綜合運用，當他們能用課堂上所學(xué)到的知識，系統(tǒng)地解決一個實際的問題，這里面的滿足感和成就感能大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，提高學(xué)習(xí)效率。
【單片機課程設(shè)計心得體會一】 這次這個單片機的課程設(shè)計我們完成的不太理想，我們小組兩個人都是交流生，并且不是在物理學(xué)院學(xué)習(xí)，同時選課時沒有認真全面的了解這門課程的安排導(dǎo)致沒有選上和課程配套的實驗課，一個學(xué)期也就沒有做過一次實驗，在后來的制作過程中遇到了很多困難，所以這次這個課程設(shè)計的作品完全是在沒有任何單片機制作經(jīng)驗甚至是沒有做過任何相關(guān)電路的基礎(chǔ)上開始的。選題的時候其實只上了幾個星期的課，對單片機能做什么或者說以我們的水平能讓單片機做什么根本沒有一個清晰的認識，很擔心自己的選題最后做不出來，所以當時選題時的原則是盡量的簡單可行，因為畢竟我們沒有實驗課，一學(xué)期下來必定會比物理系的同學(xué)在具體的實驗方面落后不少，同時平時我們都在南新校區(qū)，與老師和同學(xué)的交流都很困難，在后來的具體制作過程中遇到什么困難幾乎不可能跑到實驗室去向老師請教，同時現(xiàn)在社會上都在大力提倡節(jié)能，于是我們打算從這點出發(fā)在我們的身邊發(fā)現(xiàn)問題，當時我們聽周圍的同學(xué)說起濟南的夏天白天相當?shù)难谉幔墒峭砩贤藳龊芸焯貏e是深夜的時候溫度其實已經(jīng)不高了，但是同學(xué)們一般晚上睡覺都比較早，都會叫風扇一直開著最大檔，可是到了深夜后已經(jīng)沒有必要這么強的風速了，這樣一夜下來將會浪費很多電能，同時還容易把同學(xué)們吹感冒。于是我們想能不能做一個單片機系統(tǒng)來解決這個問題，基于以上原因我們確定了這個方案，在最初的計劃中我們還準備加入對風扇轉(zhuǎn)向的控制，使之能實現(xiàn)人體追蹤功能，不過在后來的具體設(shè)計中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在風扇的風扇轉(zhuǎn)向控制基本都是純機械裝置，要用單片機控制比較的困難，而電子控制裝置一般都出現(xiàn)在高端的風扇之中且價格比較昂貴，而且機械部分方面我們也無法解決。所以最后決定放棄對轉(zhuǎn)向的控制，等以后對機械方面的只是有所學(xué)習(xí)之后再做。
通過這次的課程設(shè)計作品的制作讓我對單片機的理論有了更加深入的了解，同時在具體的制作過程中我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在書本上的知識與實際的應(yīng)用存在著不小的差距，書本上的知識很多都是理想化后的結(jié)論，忽略了很多實際的因素，或者涉及的不全面，可在實際的應(yīng)用時這些是不能被忽略的，我們不得不考慮這方的問題，這讓我們無法根據(jù)書上的理論就輕易得到預(yù)想中的結(jié)果，有時結(jié)果甚至很差別很大。通過這次實踐使我更深刻的體會到了理論聯(lián)系實際的重要性，我們在今后的學(xué)習(xí)工作中會更加的注重實際，避免稱為只會紙上談兵的趙括。
課程設(shè)計貢獻排序：這次課程設(shè)計從最初的規(guī)劃到后來的理論設(shè)計到最后的具體制作都是我們兩共同完成的，實在無法區(qū)分貢獻排序。各取50%吧。
課程改革建議：我們強烈建議將這門課程的理論學(xué)習(xí)和實驗部分合并成一門，以避免想我們這種情況的再次發(fā)生。
【單片機課程設(shè)計心得體會二】 作為一名自動化專業(yè)的大學(xué)生，我覺得做單片機課程設(shè)計是十分有意義的，而且是十分必要的。在已度過的大學(xué)時間里，我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)課。我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)課的理論知識，如何去鍛煉我們的實踐能力?如何把我們所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課理論知識運用到實踐中去呢?我想做類似的課程設(shè)計就為我們提供了良好的實踐平臺。
在做本次課程設(shè)計的過程中，我感觸最深的當屬查閱大量的設(shè)計資料了。為了讓自己的設(shè)計更加完善，查閱這方面的設(shè)計資料是十分必要的，同時也是必不可少的。我們是在做單片機課程設(shè)計，但我們不是藝術(shù)家，他們可以拋開實際盡情在幻想的世界里翱翔，而我們一切都要有據(jù)可依，有理可尋，不切實際的構(gòu)想永遠只能是構(gòu)想，永遠無法升級為設(shè)計。
接下來的4月，我意外的接到系學(xué)生工作處主管陳老師來電，說我系承辦了院校園文化藝術(shù)節(jié)的南方擂臺知識搶答競賽，而學(xué)校又沒有搶答器，要我組織幾個學(xué)生做一個搶答器。我當時想，那好啊，做搶答器不難。以前有用與非門做過，于是我便爽快的答應(yīng)了陳老師，并保證沒有問題，保質(zhì)保量完成。當是可能是我想得太簡單了，搶答器不就八個按鍵一個數(shù)碼管顯示不就完了么，把最先搶到的組別顯示出來。可是到主任給我們提要求的時候才發(fā)現(xiàn)搶答器要實現(xiàn)我功能遠不只這么多，倒計時、蜂鳴提示、范規(guī)報警、電子計分器，這些我都沒有考慮進來。主任也說了，這是一次院級的比賽，電子系做的東西要拿的出手，要做就做點樣子出來。我想也好，雖有點難度，但符合我喜歡挑戰(zhàn)難度的性格。我說行!這個活我做了!
接到任務(wù)開始布屬，我把計分電路分了出去由其它幾個同學(xué)做，我專攻搶答部分。由于沒有獨立設(shè)計電路的經(jīng)驗，剛開始得一步步慢慢深入，正好我會PROTEUS。軟硬件的調(diào)度都靠它完成，這樣可以省很多的時間。做搶答器，我們花了一個月的時間，沒日沒夜的調(diào)試程序(當時單片機課程還沒學(xué)到定時器中斷，還得一邊自學(xué)。)做PCB板，采購元器件，安裝，調(diào)試，運行。那時，他們的計分電路也做好了，用了16個數(shù)碼管做顯示。我們將計分和搶答電路板及數(shù)碼管安裝在了事先木制的外殼上，進行整體調(diào)試。記得那時正趕上五一放假，而五月8號就是比賽了。我們都沒有休息，將工作間從實驗室搬到了寢室。那段時間雖然辛苦，但很充實，每個人收獲都特別大。
為了讓自己的編程水平能進一步提高，我將自己編寫的程序發(fā)到了論壇里與大家共享，并下載網(wǎng)友們的程序進行分析。電子鐘程序、液晶密碼鎖程序、跑馬燈程序、大屏幕點陣屏程序、上下位機通信程序等等，這些我都能熟練的掌握。我認為，學(xué)編程讀別人的程序非常重要，每個人都有不同的思維，相同的任務(wù)卻有很多不同的方法，在每個程序里都能找到些經(jīng)典的段子，讓人回味。從中可以學(xué)到很多的方法，并且有些可以直接的引用。一個出色的程序員在編程時，并不是從零開始，而應(yīng)該是先找出類似的例子進行分析，參考，看看有沒有值得引用和借鑒的地方，加以修改，為自己所用。實踐證明，這樣做是對的。從當初不知如何著手到現(xiàn)在隨手就能寫個幾百行，短短幾個月，我進步還是蠻快的。
做單片機課設(shè)那會，我?guī)椭税嗌喜簧俚耐瑢W(xué)，幫他們調(diào)試過硬件，修改過程序，并為他們解答了一系列的疑惑。當同學(xué)們投來羨慕的目光時，我很自豪，這些都是我努力的結(jié)果。當然，努力歸努力，方法也很重要。在這里，我總結(jié)一下，與大家共勉：
1、基本功要雜實，要有一定的數(shù)模電基礎(chǔ)。學(xué)單片機首先要搞清楚它的基本結(jié)構(gòu)和存儲單元的分配。
2、在學(xué)單片機的過程中，最好自己動手做一個單片機系統(tǒng)。先找現(xiàn)成的程序，現(xiàn)成的電路圖，做成實物，并以這個例子為開端，帶著疑問學(xué)習(xí)，往往更有目的，更主動。
3、有條件的話先個好的開發(fā)板，便實驗時之用。沒開發(fā)板，PROTEUS軟件仿真也行。
4、多讀有代表性的程序，讀得多了自然就會學(xué)到很多的好方法。可買本單片機子程序集看看，也可網(wǎng)上下載程序分析。
5、多泡泡單片機相關(guān)的論壇，與大家多交流交流，單片機完全可以自學(xué)的。
我覺得以上幾點相當重要，因為它對我?guī)椭艽螅闶菍⑽翌I(lǐng)進了單片機的大門，以至于我學(xué)起來不那么吃力，沒有感覺到像大家說的那樣的難。我看過很多的程序，也調(diào)試過很多的程序，每一次收獲都不小。我的實驗室就是KEIL和PROTEUS。這使我做實驗很方便。雖是虛擬的，但調(diào)試程序還是可以的，省去了很多的時間提高了效率。最近我在學(xué)CX51，因為學(xué)單片機掌握C語言是非常重要的，C語言的通用性對學(xué)習(xí)其它類型的單片機有很大的幫助。今后，我想做嵌入式系統(tǒng)工程師，想學(xué)ARM，想搞操作系統(tǒng)。所以我現(xiàn)在必須打好基礎(chǔ)，這樣才能進步。
我學(xué)單片機的一些經(jīng)歷。其實我并不是很厲害，我懂的也只是一點皮毛，只是曉得單片機是怎么回事，能編幾個小程序罷了。寫這些我只是想記錄一下我初學(xué)單片機的經(jīng)歷。同時對于那些想開始學(xué)習(xí)單片機的朋友們，還是可以有一些值得借鑒的地方。希望大家都能學(xué)好單片機，那些覺得難的學(xué)得吃力的同學(xué)要對自己有信心，要多做多練，這樣才能培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。只要堅持就能如愿，同志們，加油!
【單片機課程設(shè)計心得體會三】 做了兩周的課程設(shè)計，有很多的心得體會，有關(guān)于單片機方面的，更多的是關(guān)于人與人之間關(guān)系方面的。
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垼蚴窃谖掖蝽飪旱臅r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)我看書過程當中的疑惑。在這個過程中又發(fā)現(xiàn)了以前焊接當中出的一些問題，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，還是準備我自己的，做好我現(xiàn)在能做的吧。
分類號：G642 文獻標識碼：A
1.單片機課程特點及現(xiàn)狀分析
單片機原理是一門理論性和實踐性都較強的課程，在工業(yè)控制，人工智能，儀器儀表等
方面都得到了廣泛應(yīng)用[1]。為滿足市場需求和生產(chǎn)需要，高等院校工科專業(yè)都開設(shè)了單片機技術(shù)課程。
傳統(tǒng)的單片機教學(xué)有很多不足，比如理論與實踐教學(xué)脫節(jié)，理論課講授比例過大，理論教學(xué)老師占主體，學(xué)生被動學(xué)習(xí)，課后配合一定學(xué)時的實驗，這樣的教學(xué)方式使教師與學(xué)生互動較差，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。另外，單片機是一門實踐性較強的課程，學(xué)生只有通過硬件電路設(shè)計、程序編寫、系統(tǒng)調(diào)試等過程，才能較好掌握單片機相關(guān)理論知識和實踐能力。然而目前大多數(shù)高校單片機實驗設(shè)備都是采用現(xiàn)成實驗箱，其硬件電路都是模塊化的，學(xué)生不需要進行任何設(shè)計，只需簡單連線、輸入程序、檢查運行結(jié)果，而對于實驗過程中涉及的相關(guān)原理不是很清楚，這與會利用單片機進行實際系統(tǒng)設(shè)計的要求相差很遠[2]。
基于以上情況，結(jié)合筆者這些年實際教學(xué)經(jīng)驗與體會，針對課堂教學(xué)、實驗教學(xué)和考核方式等方面改革做一些相關(guān)探討。
2.課堂教學(xué)的改革
2.1變革課程教學(xué)方式
傳統(tǒng)的教學(xué)方式多數(shù)為填鴨式教學(xué)，這種方式很難充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，也不能有
效引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新性思維。而現(xiàn)代教學(xué)強調(diào)“研究型”教學(xué)，在教學(xué)中增加更多的互動環(huán)節(jié)，積極引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)知識進行深入挖掘，強調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)[3]。傳統(tǒng)型教學(xué)方式重視基礎(chǔ)知識講授，教師在單片機教學(xué)中應(yīng)將研究型與傳統(tǒng)型教學(xué)方式合理結(jié)合，既側(cè)重基礎(chǔ)知識講授，同時也要引導(dǎo)學(xué)生積極思考、勤于實踐，為以后工程實踐活動打下堅實理論基礎(chǔ)。
2.2充分利用多媒體
目前，單片機教學(xué)中已普遍采用多媒體技術(shù)。計算機圖文聲像并茂的特點對激發(fā)學(xué)生學(xué)
習(xí)興趣有一定積極作用，多媒體使課堂教學(xué)不再枯燥，但學(xué)生從多媒體演示圖片中也只知其然而不知其所以然。因此，在使用多媒體教學(xué)中，還需要結(jié)合單片機開發(fā)調(diào)試軟件，比如Keil等，實時演示程序設(shè)計過程中每一條指令執(zhí)行后單片機數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、寄存器的變化，以及PC如何引導(dǎo)指令的執(zhí)行順序等。
2.3在單片機課程教學(xué)中引入Proteus軟件
單片機課程內(nèi)容復(fù)雜抽象，為在最短時間內(nèi)，將單片機基本知識和應(yīng)用實例立體化呈
現(xiàn)給學(xué)生，筆者在課堂教學(xué)中引入Proteus。Proteus軟件是一款包含大量系統(tǒng)資源、豐富硬件接口電路，具有強大調(diào)試功能和軟硬件相結(jié)合的仿真系統(tǒng)[4]，它在單片機系統(tǒng)開發(fā)中占有極重要地位。
在課上，老師可以使用Proteus軟件，先將實例電路原理圖畫好，然后再將程序源代碼裝入單片機仿真元件中，在仿真系統(tǒng)運行過程中，學(xué)生能看到跟實際電路板一樣的運行效果，這樣將使抽象的單片機軟硬件設(shè)計過程具體化、形象化。學(xué)生在課堂上不僅能看到單片機應(yīng)用電路搭建畫面，還看到了調(diào)試過程，再加上老師的詳細講解，這非常有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教學(xué)實踐表明，Proteus的應(yīng)用，不僅能有效解決單片機教學(xué)中理論知識講解和實際應(yīng)用脫節(jié)的問題，還能增強教學(xué)的生動性，提高教學(xué)效率。
3.實驗教學(xué)內(nèi)容的改革
單片機課程實踐性和應(yīng)用性很強，因此教學(xué)上不僅要培養(yǎng)學(xué)生具備扎實的理論基礎(chǔ)，還要注重實踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生動手能力和應(yīng)用能力。
3.1合理安排實驗內(nèi)容
實驗是將課堂理論知識轉(zhuǎn)化為實踐能力的重要環(huán)節(jié)。在保證實驗教學(xué)課時的基礎(chǔ)上，適當提高綜合設(shè)計實驗在實驗環(huán)節(jié)中的比重，以培養(yǎng)學(xué)生綜合解決實際問題的能力。另外，教師在實驗前將指導(dǎo)書及實驗任務(wù)提前布置給學(xué)生，讓學(xué)生利用Proteus仿真軟件在計算機上搭建硬件電路，然后根據(jù)實驗指導(dǎo)書中實驗內(nèi)容編程調(diào)試，調(diào)試成功后再到實驗室進行硬件驗證。這樣做可以節(jié)省實驗時間，同時也能讓學(xué)生掌握仿真軟件的使用。
3.2加強課程設(shè)計環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)設(shè)計能力
課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生單片機相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)能力的重要環(huán)節(jié)。單片機課程設(shè)計應(yīng)以學(xué)生為主體，設(shè)計題目要多樣化。學(xué)生選好題后，先查找資料，確定設(shè)計方案，然后利用Proteus設(shè)計硬件電路，并通過Keil進行編程調(diào)試。仿真調(diào)試成功后，再購買電子元器件，進入實際系統(tǒng)軟硬件開發(fā)流程，最終做出實物。通過扎實的訓(xùn)練，學(xué)生基本可以掌握單片機產(chǎn)品開發(fā)流程，為畢業(yè)后走上相關(guān)工作崗位打下基礎(chǔ)。
3.3引導(dǎo)學(xué)生參加科技競賽
單片機作為一種通用的微控制器，非常適合應(yīng)用到各類科技競賽中去。組織一些學(xué)習(xí)興
趣濃厚、基礎(chǔ)扎實、創(chuàng)新能力較強的學(xué)生參加省級、國家級各類科技競賽。實踐證明，該方法能調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，激勵學(xué)生更深入的鉆研單片機系統(tǒng)開發(fā)相關(guān)知識。目前，我校成立了創(chuàng)新實驗室，在平時讓實驗室成員自己選購元器件，進行相關(guān)系統(tǒng)開發(fā)訓(xùn)練，積累經(jīng)驗，指導(dǎo)老師給與必要技術(shù)支持。近年來，實驗室學(xué)生參加了多個電子設(shè)計大賽、機械創(chuàng)新設(shè)計大賽等，均獲得了不錯的成績，這些對教學(xué)工作產(chǎn)生了積極的影響。
4.考核方式上的改革
目前，單片機課程考核是由平時成績、實驗成績和期終成績?nèi)糠纸M成，期終測試重點考核理論知識，而且通常采用閉卷考試。這種考試形式會使學(xué)生誤以為學(xué)習(xí)單片機只需死記硬背知識原理即可。改革后的課程考核結(jié)合開卷考試、實驗考試和開放性自選作業(yè)考核三種方式。改閉卷考試為開卷考試是由于單片機課程是一門偏應(yīng)用性課程，它側(cè)重于學(xué)生對單片機的掌握并將其應(yīng)用到實踐中的能力，而不強調(diào)學(xué)生對知識點的記憶，開卷考試更能考察學(xué)生對知識靈活運用能力。同時，借助實驗環(huán)節(jié)考核，來加強學(xué)生動手實踐能力培養(yǎng)。最后在平時布置些開放性作業(yè)，讓學(xué)生自由選擇。開放式作業(yè)大多是讓學(xué)生借助Proteus軟件完成一些小的作品設(shè)計。仿真軟件的使用讓學(xué)生不再受限于有限實驗課時和實驗設(shè)備，使其能夠更加靈活深入地學(xué)習(xí)單片機知識。
Abstract： Against the problems in the traditional SCM teaching， this paper discusses the SCM teaching reform mode based on subject design as a unit from teaching content，teaching tools and methods， teaching equipment， teaching environment and conditions， teaching assessment. Specifically unit clearance assessment and subject design respondent assessment form in teaching assessment，gives full play the main role of student learning under the guidance of teacher. This teaching mode is to stimulate the students' interest in learning and cultivate the students' actual ability and the spirit of teamwork， which reached good teaching is effects.
關(guān)鍵詞： 單片機；課題設(shè)計；單元過關(guān)；教學(xué)改革
Key words： single chip microcomputer（SCM）；course design；unit clearance；teaching reform
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2012）29-0232-02
0 引言
單片機課程是高校工科專業(yè)的一門重要專業(yè)必修基礎(chǔ)課，單片機的應(yīng)用性很強，所以在課程設(shè)計中，單片機的實驗教學(xué)成為整個課程的重要組成部分。傳統(tǒng)的教學(xué)模式不注重學(xué)生實際應(yīng)用能力的培養(yǎng)，已經(jīng)不能適應(yīng)當前單片機應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，單片機教學(xué)改革勢在必行。
本項目將單片機傳統(tǒng)的教學(xué)模式改為以課題設(shè)計為單元的教學(xué)模式，理論與實踐相結(jié)合，重點培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力和工程開發(fā)的創(chuàng)新能力，達到了很好的教學(xué)效果。
1 傳統(tǒng)教學(xué)課程設(shè)計中存在的問題
1.1 教學(xué)手段和設(shè)備落后 由于實驗教學(xué)的教學(xué)經(jīng)費有限，設(shè)備條件不足，不能保證學(xué)生良好的實驗環(huán)境。在實驗教學(xué)中，往往是教師講授完所有操作后，讓學(xué)生再做一遍，這時學(xué)生記不住操作步驟，往往感覺無從下手；或者教師講一步，讓學(xué)生操作一步，沒有讓學(xué)生真正思考為什么這么做，而是盲目的跟著操作，只是對理論和實例的驗證，影響了學(xué)生獨立思考能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。
1.2 實驗考核選題不當 通過調(diào)查，許多高校單片機實驗課的題目多年來一成不變，一部分學(xué)生從高年級直接獲得程序源代碼和實驗報告；還有一種情況是實驗設(shè)計題目由學(xué)生自己選擇，很多學(xué)生為了應(yīng)付實驗課，把題目選擇的過于簡單，甚至是書上的一個實例。這樣就失去了單片機實驗課的教學(xué)意義。
1.3 重理論，輕實踐 國內(nèi)的教育制度雖然進行了幾次改革，但給學(xué)生留下的傳統(tǒng)思維中還存在理論重于實踐的觀念。學(xué)生重視理論課的知識學(xué)習(xí)，對于實驗課，只要模仿教科書的實例，寫好實驗報告就可以拿到實驗課的成績，學(xué)生的動手能力并沒有得到真正的鍛煉。
1.4 沒有真正培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作精神 傳統(tǒng)的課程設(shè)計一人一組，學(xué)生個體意識強烈，或者幾個學(xué)生一組，由于學(xué)生個體差異較大，往往每組真正動手做實驗的學(xué)生只有2-3個，助長了其他學(xué)生的惰性，沒有達到預(yù)期的教學(xué)效果，沒有培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作精神。
2 課題設(shè)計為單元教學(xué)的改革方法和途徑
2.1 教學(xué)內(nèi)容的改革
傳統(tǒng)教學(xué)一般是學(xué)習(xí)完全部指令后，學(xué)習(xí)應(yīng)用部分，然后進行實驗操作。這個過程隨著理論難度的增加，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣下降，而且對指令記憶不深刻，真正實驗應(yīng)用時容易混淆，教學(xué)效果不理想。
為提高學(xué)生的動手能力和學(xué)習(xí)興趣，將傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容改為以課題設(shè)計為單元的教學(xué)內(nèi)容。從上百個日常生活中的應(yīng)用實例篩選出經(jīng)典的實例，組合成七個單元，每個單元由若干相似的實例課題組成。七個單元的內(nèi)容分別是數(shù)碼管原理及應(yīng)用、A/D和D/A工作原理、液晶顯示屏原理、時鐘芯片、溫度傳感器、定時器/計數(shù)器、串行口應(yīng)用。每個單元通過實例講解基本指令，硬件線路，程序設(shè)計等內(nèi)容，這就需要教師將每個實例都驗證準確，將實例課題由易到難、科學(xué)合理的安排講解順序。改革結(jié)果將單片機知識點分散到各個單元，使學(xué)生在學(xué)習(xí)實例課題的過程中，學(xué)習(xí)相關(guān)知識，完成課題要求，消除枯燥的理論講解，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
單片機課程設(shè)計的經(jīng)典實例，往往被重復(fù)引用，至多換幾個參數(shù)，這就導(dǎo)致課程設(shè)計題目重復(fù)率較高、不夠創(chuàng)新。另外，一些教師為了不禁錮學(xué)生的思維，在課程設(shè)計開題時只給出題目，盡可能少的提出具體要求。在書籍和網(wǎng)絡(luò)等教學(xué)資源相當豐富的今天，卻讓學(xué)生鉆了空子，通過搜集資料照搬照抄完成任務(wù)，既違背了教師的本意，也失去了課程設(shè)計的作用。也就是說，現(xiàn)在的單片機教學(xué)方式難以吸引學(xué)生，更不用說入門提升。他們走上工作崗位時就會感覺到所學(xué)知識與現(xiàn)實技術(shù)存在相當大的差距。針對這個現(xiàn)狀，我們提出了基于產(chǎn)品設(shè)計的教學(xué)方法，讓學(xué)生完成一件產(chǎn)品或產(chǎn)品的一個模塊，達到系統(tǒng)學(xué)習(xí)、綜合運用單片機知識的目的，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。
二、教學(xué)法可以通過以下五步來實現(xiàn)
1）應(yīng)用論證學(xué)生根據(jù)自身興趣和能力，選定需要制作的產(chǎn)品，通過分析應(yīng)用背景、產(chǎn)品造價、市場需求等論證產(chǎn)品可行性，同時選定2-3人形成產(chǎn)品設(shè)計小組。為避免學(xué)生自定題目過于簡單或照搬，學(xué)生選好項目、擬好方案后需由教師審核。2）方案整合學(xué)生收集信息、處理信息、整合資源、敲定方案。整個過程中，學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，教師只起到指導(dǎo)和督促作用。如果時間相對緊張，教師可以在敲定方案時把關(guān)，避免設(shè)計實施時返工。3）設(shè)計實施。根據(jù)既定方案，進行硬件電路搭建、電路圖繪制、程序編寫、后期調(diào)試，做出具體產(chǎn)品。建議在通力合作的基礎(chǔ)上，根據(jù)個人特長分配具體任務(wù)，發(fā)揮每個人的優(yōu)勢，提高工作效率。此過程遇到的難關(guān)最多，所以能很好地訓(xùn)練學(xué)生處理問題的方法和技巧，培養(yǎng)學(xué)生團隊合作能力。4）歸納總結(jié)即產(chǎn)品簡介、使用說明的撰寫和后期答辯。產(chǎn)品簡介、使用說明的撰寫是對成型產(chǎn)品的整體描述；后期答辯學(xué)生暢談心得、交流收獲。教師選取典型進行講解點評，使學(xué)生對知識的理解更深入、更透徹。5）實踐應(yīng)用學(xué)校的實驗室、實訓(xùn)基地終歸不是產(chǎn)品生產(chǎn)線，做出來的產(chǎn)品和能投入生產(chǎn)的產(chǎn)品之間肯定存在差距。將成型產(chǎn)品帶到公司請有經(jīng)驗的一線工程師再次測評、改進，使產(chǎn)品真正具有實踐性和實用性。當然，要真正實施產(chǎn)品設(shè)計式教學(xué)，需要學(xué)校、教師、學(xué)生密切協(xié)作。1）學(xué)校要“請進來”、“走出去”“請進來”，即外引，包括軟件和硬件。軟件上，學(xué)校在選聘教師時，優(yōu)先考慮有公司工作經(jīng)驗的應(yīng)聘人員，或者直接聘請企業(yè)專業(yè)人才到學(xué)校做兼職教師；硬件上，通過校企合作等方式，建設(shè)校內(nèi)實訓(xùn)基地，有條件的，可以建設(shè)校內(nèi)生產(chǎn)流水線。“走出去”，即內(nèi)培。學(xué)校應(yīng)鼓勵教師利用寒暑假到企業(yè)實踐，或者支持教師帶薪入企，到生產(chǎn)一線工作，讓教師向“雙師型”發(fā)展，提升教師業(yè)務(wù)水平。2）教師要統(tǒng)一思想、大膽創(chuàng)新按照產(chǎn)品設(shè)計教學(xué)法，教師需探索“教、學(xué)、產(chǎn)”一體化模式，最好由企業(yè)人員參與，共同研究課程體系、共同完成課程教學(xué)。產(chǎn)品設(shè)計的根本目的是使用，所以產(chǎn)品的選擇要根據(jù)時代、技術(shù)的發(fā)展不斷更新、修改；對于典型產(chǎn)品，方案必須要有創(chuàng)新。比如，可以選擇歷年電子設(shè)計大賽的比賽題目，即鍛煉學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計能力，也為各種科技競賽創(chuàng)新活動做準備；也可以選擇教師的科研項目，讓學(xué)生參與真正的產(chǎn)品研發(fā)，鍛煉項目實踐能力。3）學(xué)生要堅持不懈、化零為整單片機產(chǎn)品設(shè)計的實施不是獨立的實踐教學(xué)，是在模擬電路、數(shù)字電路、C語言程序設(shè)計等專業(yè)課的基礎(chǔ)上，對單片機知識進行重組后的單片機知識系統(tǒng)。
三、學(xué)生應(yīng)具備以下能力：
