單片機原理與應用課程教學的探索

摘要：單片機原理與應用是各高校電子信息類相關專業的一門很重要的課程，其教學質量結果不但決定了學生對單片機應用設計的水平，也影響學生的就業結果。本文分析單片機技術以及我國電子行業發展的特點，并以此對單片機課程教學改革進行探索。

關鍵詞：單片機；課程教學；探索

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）08-0078-03

單片機原理與應用是各高校電子信息類相關專業的一門很重要的課程[1-2]，其教學的質量直接決定了學生對單片機應用設計的水平，從而影響學生的就業結果。筆者多年來在國家經濟改革與發展的前沿城市廣州進行學習，并深入相關企業工作和進行技術交流，深刻感受到了近年來單片機發展的迅速，以及企業對單片機技術人才需求的發展趨勢。因此，為進一步加強教學和實踐的聯系，和促進學生適應當前單片機電子技術發展的需要，筆者認為有必要對高校學生的單片機原理與應用課程教學進行思考，結合當前單片機技術發展的趨勢，把握時代發展的特色，對單片機課程教學模式作進一步的探索和改革，最終實現學生學有所長，學以致用，培養出單片機應用開發的相關公司和企業急需的技術人才[3]。

一、單片機技術發展的趨勢

當前單片機發展非常迅速，為了占領不同的應用領域市場，各單片機制造廠商根據自己的優勢和市場需要進行定位，開發出具有自己特色的產品。因此，單片機種類繁多，各有特色，且主要發展的方向可以總結為以下幾個方面[1-4]。

1.技術成熟，性能穩定。自從1976年9月美國Intel公司推出了MCS48系列的單片機以來，8位單片機經過近四十年的不斷發展，淘汰和再發展的市場循環選擇，適用于不同應用場合的單片機技術越來越成熟[1-5]。耐低溫、耐高溫和低功耗等技術的發展也使得單片機的應用領域范圍得到不斷的拓展。另一方面，越來越細化的應用也促使單片機技術向更高的要求和指標發展，經過多年的積累和改進，單片機技術也正更加完善和深化，性能也更為完善。

2.速度越來越快。由于精簡指令集結構和指令處理流水線技術的提出和發展，單片機指令操作也出現了采用同步執行方式，大大縮短了單片機如取指等的運行時間。因此，單片機的運行速度得到了大幅提高，指令速度可高達100ns[2，5]。

3.接口資源豐富，功能更為強大。部分單片機廠商根據自己多年來在單片機制造方面的技術積累，對單片機的內部外圍功能模塊進行不斷的強化和發展，掌握并形成了一系列高性能的接口設計技術，將之融入到單片機制造中，因此使得單片機的接口資源非常豐富，功能強大。比如，STM8系列單片機不但增加內部接口資源，而且對于特定的接口還考慮了不同應用模式。這類單片機的特點是應用領域比較通用，并且在具體應用中可以免除外接相應的功能模塊，而直接使用其內部的外圍功能模塊，使得單片機應用設計更簡單，穩定，且總體價格也更低廉。

4.功能單一化，價格更低廉。由于單片機市場的進一步細化和競爭加劇，針對具體應用領域，單片機廠商對單片機的功能進行了定制，裁剪了部分不需要的外圍功能模塊，強化了主要功能模塊的設計，突出其在相關應用領域的優勢，為其迅速占領市場/擴大市場份額奠定技術基礎和價格優勢。

5.功能專用單片機。為了更進一步細化單片機定位和突出其應用的專業性，單片機廠商在單片機內部捆綁特定的功能模塊進行定向結合開發，形成了專用單片機，如無線單片機CC2510內部集成了無線RF收發器[6]。這類單片機特色在于簡化相應的功能模塊的設計和應用開發，操作簡單方便，為項目開發縮短周期和節省資金。且由于就專用單片機，其性能得到了嚴格的驗證和測試，為面向特定應用的單片機系統開發提供了技術保障。

二、單片機課程教學改革方向的構想

根據前述的單片機特點和對企業需求的分析，在教學中應該對學生進行因勢利導，結合相關企業的情況給學生多講講單片機的發展，以及在同一種應用中如何對單片機進行正確選型。在具體內容的講授教學中，要充分發揮學生的主動性，讓學生多思考，相互之間多交流多討論，并積極鼓勵學生參加各種層次的電子設計比賽，以激發學生對單片機學習和設計的興趣。在具體的學習和設計中，也要注意對學生進行正確引導，盡量規范學生的設計習慣和設計的布局。對于學生的設計也要仔細檢查，并和學生進行分析和討論，發現其中的不足和錯誤之處要及時指正，以確保設計的可行性。最后，可以多找一些在實際中應用較為廣泛的設計例子來給學生參考和分析。

因此，根據上述的教學設想和思路，筆者認為可以從以下幾個方面來對單片機課程教學進行探索和改進。

1.介紹單片機發展的新趨勢、新動向?？梢詫Ρ葌鹘y經典的設計例子，以突出當前的日新月異的電子產品的發展歷程，并且在教學中應該特別注重介紹應用比較普遍的電子和電氣產品的發展過程。例如，可從上個世紀90年代流行的BP機開始介紹，再到90年代末及本世紀初的手機的出現和興起，然后到近兩年發展得很快的智能手機。通過對日常生活中經常使用的電子和電氣產品跟隨時代的變化，給學生描繪一幅幅生動形象的電子行業蓬勃發展的畫面，加深學生對單片機在電子行業中所占據的重要地位和深遠影響的認識，也幫助學生對單片機在電子行業中應用的理解。

2.培養和激發學生學習的興趣。愛恩斯坦說過，興趣是最好的老師。因此，培養和激發學生對單片機課程學習的興趣也是教學中關鍵的一環。然而，由于單片機學習是實踐性非常強的一門課程，要激發學生的興趣就必須充分調動起學生的主觀能動性，讓學生積極動手實踐，培養學生在單片機學習和應用設計中找到成就感[3]。但是，由于實驗課安排的學時數有限，僅僅利用實驗課時間來培養學生的動手實踐能力是遠遠不夠的。因此，教導學生制作簡單低成本的單片機最小系統實驗板和程序下載器是非常有益的，因為實驗板制作出來后既可以讓學生能在自己的電腦上學習和調試單片機程序，也使得學生有較多時間來學習新知識。值得提及的是，這種做法不但能調動學生的積極性，還能讓學生在課外有充分的條件學習，探討和調試驗證單片機設計知識，改變以往學生在實驗課上照著實驗手冊在實驗板上進行簡單的連線操作，燒錄程序產生的學習不徹底的問題[1]。

3.善于和加強對學生的引導。在具體的學習和設計中，也要注意對學生進行正確引導，盡量規范學生的設計習慣和設計的布局。由于剛接觸電子設計，學生都會感到很新鮮，新奇，會按自己的想法去設計功能模塊，但他們往往忽略容易給單片機系統帶來不穩定的影響因素，比如，懸空不用的引腳等。這個階段需要對學生的設計進行正確引導，注意跟學生講解電子設計和布線上要遵循的一些常見的規則，特別是在布局上要將數字和模擬部分的電路分開，以盡量減少模擬電路對數字電路帶來的干擾。

4.學之有用，行之有效。對于學生的設計要仔細檢查，并和學生進行討論分析，發現其中的不足和錯誤之處要及時指正。同時也要幫助學生理清各個功能模塊的關系，并進一步檢查功能模塊中的電路連接，以確保設計的可行性。另外，大部分學生畢業后就直接參加工作了，為了達到學之可用，行之有效的目的，就不但要保證學生的設計是可行的，還要引導學生進行低功耗和增加穩定性等方面的設計，保證學生的設計合乎企業的需要，提高學生的社會適應能力[3]。

5.多參考成功的設計例子。為了進一步培養和提高學生的電子設計水平和積累設計經驗，可以多找一些在實際中應用較為廣泛的設計例子來給學生參考和分析，比如，自己設計的比較成熟的方案和一些常用小家電的設計原理圖等。通過分析其中的功能模塊，了解設計相關模塊所需要考慮的影響因素，總結設計各種不同功能模塊的方法，也從中培養學生多思考，善于思考的習慣[3]。

三、結語

當前，單片機技術快速發展，各種類型的單片機不斷涌現也進一步加快了電子產品的更新換代。為了讓學生跟上電子行業的發展，使得學校的教學不脫節、不落后，與企業、社會的需求接軌，在單片機課程教學中很有必要引導學生了解和跟上單片機產品的發展。同時，在教學過程中，也要引導學生掌握正確的設計方法和積累電子設計的經驗，提高學生的單片機應用設計的靈活性與實用性，進一步使得學生適應電子行業的發展，提高學生的就業率。

參考文獻：

[1]曾虹，戴國駿，劉鵬.高校單片機課程教改研究[J].計算機教育，2011，7：78-80.

[2]韓峻峰，海濤，陳文輝.單片機原理與應用[M].北京：機械工業出版社，2010：1-9.

[3]胡軍.單片機教學中應注意的幾個環節[J].河南教育（職成教版），2007，（9）：31.

[4]李克訥，蔡炳煌，劉蘭蘭.基于MCS-51單片機的PS/2模擬鍵盤接口的設計研究[J].中山大學研究生學刊（自然科學、醫學版），2008，29（3）：50-61.

[5]李克訥，王桂棠，李亞逆等.基于AVR的雙核心牙椅控制系統[J].現代制造工程，2006：141-143.

[6]彭建盛，何奇文，廖維斌，等.基于無線單片機CC2510的智能家居系統的設計[J].河池學院學報，2008，28（5）：50-54.