新人才培養模式下單片機與微機原理教改探討

高 林

（湖北民族學院 信息工程學院，湖北 恩施 445000）

隨著我國改革深入和產業結構調整，涌現了一批以信息技術、新能源、新材料等為代表的新興產業。戰略性新興產業是以重大技術突破和重大發展需求為基礎，對經濟社會全局和長遠發展具有重大引領帶動作用[1]。在此背景下，湖北省教育廳在全省普通高等學校范圍內啟動實施戰略性新興(支柱)產業人才培養計劃[2]。而所謂新人才培養模式，就是以“校企合作”的形式培養戰略性、支柱性產業所需要的應用型、復合型、技能型人才。學院電氣和電子專業根據這種情況，提出“3+1”培養模式，即“前3年在學校學習，后1年在企業培訓”，為此學院還與相關企業簽訂了人才培養協議。在這種人才培養模式下，必然存在課程“學時被壓縮、時間更集中、更強調實踐性環節”等現實情況，其中，微機原理和單片機原理課程所受影響尤為典型。

微機原理和單片機原理分別作為兩門比較傳統的課程在電類專業中廣泛開設[3]。原本是分兩個學期進行，微機原理是先導課程，單片機原理是后續課程。而在新的人才培養模式下，已經改為同一學期開設。這兩門課程的內容既相關又有明顯的區別，尤其是在使用的芯片、編程的方式及實驗過程等方面非常類似[4]，因而，在一個學期開設，既要避免內容重復，又要互相比較和促進。下面將從教學過程和教學手段兩個方面對如何在同一學期很好地完成這兩門課程的教學進行探討，以適應當前戰略性新興(支柱)產業人才培養目標。

1 教學過程

隨著新人才培養模式的建立，電氣和電子專業微機原理課程由48+8（理論+實驗）學時變成40+16學時，單片機原理課程由28+20學時變成20+20學時，由分兩個學期開設變為一個學期內完成。這樣，在課程學時適當減少的同時，又加強了實踐性教學環節，以提高學生的實踐動手能力。這兩門課程無論是理論課還是實驗課，在內容上有很多相似之處，那么在教學過程的安排上就要考慮這種相似性，以便教學時互相對照，因而采用“比較教學法”能夠提升教學效果。

“比較教學法”是指在一定條件下，將教學活動中的兩個或兩個以上的認識對象，按照某種標準進行對照比較，以確認認識對象屬性的同異、地位的主次、作用的大小、性能的優劣、關聯的模式或問題的難易，以達到辨識、了解和把握對象本質特性的一種方法[5]。在兩門課程教學過程中采用這種方法能夠強化基礎理論的講解、減少內容的重復、使新舊內容前后貫通并提高學生學習興趣，下面從理論課程和實驗內容兩個方面進行比較。

1.1 理論課程

新人才培養模式下，微機原理理論課為40學時，單片機原理為20學時，因而前者更偏向原理講解，而后者偏向實際應用。兩門課程的理論課安排如表1所示。

表1 微機原理與單片機原理理論課程安排

理論課安排從1-10周，首先分別介紹8086和51單片機的硬件結構，這是兩門課的硬件基礎。接下來講解編程語言，微機原理課程詳細講解匯編語言，而51單片機由于前面開設過C語言課程，故而只須簡要介紹，占用學時較少。在接口技術部分，8086本身只是微處理器，因而其外圍電路部分幾乎全部需要擴展，包括存儲器、簡單I/O接口、并口、串口、中斷控制器、定時器/計數器、A/D轉換器和D/A轉換器等，而且外圍各種擴展芯片的工作原理也需要詳細講解。而對于51單片機來說，本身就是一個單芯片微機，內部包括存儲器、串口、中斷系統、定時器/計數器等，而外圍只需要根據實際擴展并口、A/D轉換器和D/A轉換器等，而且只講應用，不講原理，例如第6周理論課，微機原理已經講了可編程并口芯片8255A工作原理和8086與8255A的連接，那么在單片機課上就只須說明如何通過51單片機擴展8255A接口芯片就行。

1.2 實驗內容

微機原理實驗為16學時，單片機實驗為20學時，在工程實際中后者用的更多，因而前者主要開設基礎驗證性實驗，后者則在基礎實驗后，還要開設綜合性、設計性實驗。兩門課程的實驗內容安排如表2所示。

表2 微機原理與單片機原理實驗內容安排

由于微機原理課程之前沒學過匯編語言，因而需要通過兩個軟件實驗讓學生熟悉匯編語言編程特點，單片機則不需要開設C語言軟件實驗。在硬件接口實驗方面，微機原理需要完成并口、串口、中斷控制、定時/計數器、D/A轉換和A/D轉換等接口擴展實驗，而單片機則除了完成自身并口、定時/計數器、外部中斷、串口實驗外，還有簡單I/O口擴展、8255擴展并口、D/A轉換器和A/D轉換器等實驗。而且關于并口、串口、中斷控制、定時/計數器、D/A轉換和A/D轉換的六個實驗，在兩門實驗課上還能夠互相對比，讓學生找出其中的異同。最后，單片機原理還要安排一個綜合性、設計性實驗，先由教師出題，將前面若干個基礎實驗進行綜合并加上一些應用設計，然后讓學生選題，最后完成一個具有特定功能的單片機系統。

2 教學手段

圖1 Proteus軟件在微機原理與單片機原理課程中應用總體框圖

除了“比較教學法”以外，采用其他先進教學手段和教學方法是也提高教學質量的重要手段[6]。因而，在兩門課程的教學中引入Proteus虛擬仿真軟件，能夠培養學生的創新思維和綜合開發能力[7]。Proteus軟件可以對51單片機、8086CPU及相關接口芯片提供支持，還提供了示波器、信號發生器等虛擬儀表，是一個全開放性的仿真實驗平臺，相當于一個設備齊全的綜合性實驗室[8]。Proteus軟件在微機原理與單片機原理課程中應用的總體框圖如圖1所示。

Proteus軟件應用于微機原理，是以8086CPU為中心；應用于單片機原理，則以51單片機為中心。其外圍電路主要分成4個部分，分別是：

1）顯示輸出，包括發光二極管、數碼管、16*16點陣和液晶顯示等電路。

2）按鍵輸入，包括獨立式鍵盤和行列式鍵盤。

3）共用I/O接口，包括并口擴展芯片8255、簡單I/O口、D/A轉換器和A/D轉換器等。

4）8086擴展，包括存儲器、串口擴展芯片 8251、定時器/計數器8253和中斷控制器8259等。這部分電路51單片機不需要，因為其內部已經包含相應功能。

在兩門課程教學中，當講到接口電路實例時，首先用Proteus軟件完成硬件電路，然后用EMU8086軟件（微機原理）編程[9]或者用Keil C軟件（單片機原理）編程[10]，最后將程序文件裝載到Proteus電路中進行仿真并查看結果。這樣教學能使實例形象化，而且將運行過程也形象化，只需要有計算機和相關的軟件就可以[11]，不需要實驗箱，成本低廉，使用簡便。

3 結語

在戰略性新興(支柱)產業人才培養模式下，雖然將微機原理與單片機原理課程合并到一個學期開設，但是在兩門課程的理論和實驗教學中引入“比較教學法”后，還輔以Proteus虛擬仿真軟件這種先進的教學手段，就能夠幫助教師強化對微機系統基本工作原理的講解，減少內容的重復，通過對比來介紹兩門課程中各種接口電路的連接方式，以提升教學效果，而且通過Proteus仿真，能使電路實例的分析和運行形象化，從而提高學生的學習興趣，培養他們的實踐動手能力和創新思維。

［1］胡健,孫金花.理工科高校戰略性新興產業人才培養設想及對策研究[J].科學咨詢：科技·管理，2013(7)：58-59.

［2］鐘儒剛,俞佳君.戰略性新興產業計劃人才培養的幾點思考[J].咸寧學院學報,2011,31(8)：1-2.

［3］蔡述庭,劉銀萍,謝云,等.微機原理及單片機技術課程教學改革研究[J].實驗科學與技術,2011,9(5)：70-72.

［4］趙晚昭,周柳娜,趙晚春,等.微機原理及單片機課程改革淺談[J].物聯網技術,2012(7)：74-76.

［5］萬智萍,何碧霞,王鳳.比較教學法在重點課程建設上的新模式：以微機原理及應用課程為例[J].內蒙古民族大學學報,2011,17(3)：181-182.

［6］謝國強.基于Proteus的《單片機接口技術》仿真教學應用[J].軟件導刊,2013,12(5)：105-106.

［7］陳越,顧暉,梁惺彥.Proteus虛擬仿真在微機原理教學中的應用[J].電子技術應用,2012,38(1)：106-108.

［8］張潔,梁惺彥,陳越.Proteus仿真軟件在微機原理教學中的應用[J].福建電腦,2011(10)：202-203.

［9］李現國,張艷.Proteus仿真在微機原理及接口技術教學中的應用[J].實驗技術與管理,2010,27(12)：125-127.

［10］趙月靜,陳繼榮,張永弟.單片機原理及應用課程創新實踐教學改革[J].實驗技術與管理,2013,30(1)：176-179.

［11］陳令榮.仿真軟件在單片機教學中的應用[J].計算機光盤軟件與應用,2013(3)：247-248.