關于《單片機原理及系統設計》教學改革的實踐與思考

張鑫 劉旻

摘要： 本文針對傳統的《單片機原理及系統設計》教學的不足，分別從理論教學和實踐教學兩個方面對該課程進行了改革，以案例為主，加大實踐教學力度，把教學的重心放在能力的培養上，付諸實際教學活動，取得了較好的效果。

關鍵詞： 《單片機原理及系統設計》課程教學教學改革理論教學實踐教學

1.引言

《單片機原理及系統設計》課程是高等學校工科非計算機專業本科生的一門應用類課程，主要講述單片微型計算機的硬件結構特點、工作原理、接口電路和程序設計的方法，目的是使學生從應用的角度了解單片機的基本原理和基本應用，從而具備對單片機進行軟、硬件設計開發的能力。

2.理論教學內容改革

不同高校在開設該課程時，學時的安排不盡相同，教材的選擇面也較寬。但是理論教學的內容基本相同，大致分為單片機內部功能結構，匯編語言及其程序設計，系統擴展三大部分[1]。

根據工科院校的特點，對教學內容做了適當的改革，形成了講義，并在2012年出版。把教學內容分為單片機的基本原理介紹（基礎篇），系統的擴展（擴展篇），應用系統配置及設計（應用篇）三個部分。

基礎篇主要涉及單片機的內部功能結構和單片機匯編語言及單片機C語言程序設計。由于單片機的開發環境日益更新，軟件的開發環境都已經支持單片機的C語言，為了使學生很好地把所學知識融入今后的工作和滿足社會的需求，對單片機C語言內容的教學提上了日程，故在基礎知識的教學內容中加入了單片機C語言的教學。

擴展篇的內容主要涉及了單片機的系統擴展，即由于單片機的內容資源有限，必須對相應的資源進行擴展，主要包括對I/O口、存儲器的擴展。該部分內容與以往的教學內容沒有太多的區別。

應用篇的內容主要涉及單片機外圍電路的接口電路設計和應用實例。包括前向通道A/D轉換器及其與單片機的接口設計；后向通道D/A轉換器及其與單片機的接口設計；人機接口設計即單片機的鍵盤顯示接口電路設計。其中，前向通道和后向通道的內容以最基本的器件為引子，而后在此基礎上介紹新型的器件。實際案例以教師的課題、項目[2]或者以競賽的題目為例介紹如何構造一個單片機應用系統。

最后，在考核方面全部采用設計思考題的形式，既要求學生掌握最基本的概念和原理，又要求學生對所學的知識靈活掌握，舉一反三。

3.實踐教學內容改革

《單片機原理及系統設計》是一門實踐性很強的課程，強調學生的動手能力。所以，在課程設置上一定要注重對學生的動手能力的培養，實踐教學的學時數一定要占一定的比重。學生動手實踐能力的培養可以在教學上分為如下三個方面。

3.1實驗教學方面

實驗教學環節是與課程同步進行的。也就是說實驗教學環節一定要和理論教學環節同步相結合，而且實驗課時要占相當的比重。理論聯系實際，讓學生對所學的知識有感性的認識，把抽象的理論教學內容通過實驗具體化。實驗的內容分別為：KeilC軟件的使用實驗，數據類實驗（數據排序），Proteus軟件的使用實驗，中斷系統實驗，定時器/計數器實驗，串行通信接口實驗，存儲器擴展實驗，8155鍵盤及顯示接口實驗，A/D轉換實驗，D/A轉換實驗。

所有的實驗項目都是與理論教學緊密結合的，在相應理論教學內容結束后，直接安排實驗內容。實驗指導書采用啟發式的方法，而不是“傻瓜式”的。學生必須下去預習并且自己完成接口電路的設計及其程序的編寫，而不是按照實驗指導書直接進行接口的連接和按照實驗指導書把程序輸入到計算機，這樣能夠充分調動學生的主觀能動性和培養學生的動手能力。

最具特色的改革是開放實驗室并且提供相應的單片機最小系統擴展實驗印刷電路板和開發環境，學生可以利用課外時間根據自己設計的電路焊接電路，調試和下載程序，驗證自己的所設計電路和編寫的程序是否正確。

3.2課程設計方面

課程設計環節是在該課程理論教學和實驗教學結束后，學生對該課程的綜合應用。也是衡量學生對該課程掌握情況的重要指標和培養學生動手能力的重要手段。

在教材建設方面也涉及了課程設計指導書，并且形成了講義。主要題目有：水塔水位控制系統設計，電子時鐘設計，多功能信號發生器設計，汽車轉向燈設計和數字頻率計設計等。并且要求指導教師另外給出兩個以上的題目供學生選擇，學生也可自行選擇題目。

學生可以利用開放實驗室的便利條件和資源對所選的題目進行實際操作和驗證。

3.3指導競賽方面

鼓勵學生參加各類課外的競賽活動。目前，與該課程緊密相關的競賽種類很多，如：全國大學生電子設計競賽、智能車競賽、挑戰杯等。這些競賽為學生提供了良好的展現自我的平臺；而我校學生也在各類競賽中取得了不錯的成績。

4.結語

《單片機原理及系統設計》課程的教學中通過以上的改革方法的實施，充分調動了學生的積極性，提高了學生對該課程的學習興趣，增強了學生的實踐動手能力，培養了學生獨立分析、思考和解決問題的能力。絕大多數學生都利用實驗板制作出了自己的“產品”，達到了預期的效果。

參考文獻：

[1]李廣弟，朱月秀，王秀山.單片機基礎[M].北京：北京航空航天大學出版社，2001.

[2]張蕊萍，趙峰.項目教學在電機學教學中的研究與實踐.自動化與儀器儀表，2010（4）：72-77.