模塊化實驗系統在單片機教學中的應用

摘 要： 本文針對傳統單片機教學方法的弊端，提出了基于模塊化的單片機教學思路改革，具體介紹了以ATMEGA128單片機最小系統板作為核心模塊，擴展外圍模塊，共同構建模塊化實驗平臺，推動單片機實踐教學的創新改革，以期提高學生的工程實踐能力。

關鍵詞： 單片機 模塊化實驗平臺 實例化

1.引言

ATMEGA128是ATMEL公司的8位系列單片機的最高配置的一款單片機，穩定性極高，應用及其廣泛。先進的RISC結構，133條指令大多數可以在一個時鐘周期內完成，指令系統靈活適用，開發工具成本低，相關資料書籍也非常多，因此得到了廣泛應用。雖然所有工科院校都開設了單片機原理與應用課程，但是課程教學的質量不容樂觀，特別是在實踐教學上，其主要問題是：一直以來的單片機教學采用的都是灌輸式教學方法，和工程實際應用相脫節，造成學生感覺難學，老師難以講述的困境，因此非常有必要開發一種新的教學方法。

2.加強單片機課程的實踐環節

單片機是一門實踐性非常強的課程，因此，在教學中，要特別注意讓學生學以致用。為了更好地調動學生學習單片機指示的主動性，要在單片機教學過程中引進一些實例化教學環節?！皩嵗苯虒W是指把單片機課程中所涉及理論知識分解到實際工程項目中，讓學生在學習過程中按照項目要求進行有目的的學習，這樣可大大提高學生的學習興趣。教師在安排實例化內容時要注意循序漸進，各部分內容既要有差別又要相互聯系，前面的實例為后續的打基礎，后續的實例再引入新的內容、新概念，這樣形成一個良性循環，首尾又相互呼應，極大地提高學生的學習興趣。

3.模塊化單片機實驗平臺的構建

目前單片機實驗主要是在實驗箱中進行，所有的電路和模塊都集中在一塊電路板上，很多同學在做完實驗后，甚至連單片機長什么樣都不知道，極大地降低了學生的學習興趣。而模塊化教學剛好克服了這個缺點。所謂模塊化教學就是把單片機實驗系統分為N個子模塊，包括最小系統板、動態靜態數碼管顯示管模塊、LED流水燈模塊、LED點陣、獨立鍵盤、矩陣鍵盤、AD模塊、DA模塊、LCD顯示模塊、232和485通信模塊、繼電器控制模塊、直流電機和步進電機控制模塊等。學生可以按照學習進度，把逐個模塊的電路、程序等相關知識弄清楚，進行實驗時必須動手連線，這樣有利于學生了解單片機的I/O端口情況，通過模塊間的組合涉及，也可以鍛煉動手能力。這樣設計出來的模塊化實驗，彌補了傳統實驗只要導入程序即可完成實驗的不足。

4.配套綜合性實驗的設計

當學生具備一定的知識和技能基礎后，可以做一些綜合性實驗。運用一門或多門課程中的知識點設計出一個功能完整的項目。針對單片機課程而言，綜合實驗性實驗通常在課程期末進行，此時學生已經基本掌握了單片機內部資源和外圍擴展及相關課程的應用，可以運用多個知識點完成綜合性實驗。

另外，在此過程中，還可以在課本的基礎上設計一些更加深入的針對性實驗，比如課本通常只有8位AD和DA轉化，學生在學習掌握后，教師可以加以引導，提出12位AD及12位DA，精確測量溫度壓力等信號，這樣不僅有助于學生加深所學的知識，還可培養學生的創新思維能力，同時學生的設計能力和實踐能力也得到了充分鍛煉。因課時的限制，設計性實驗可以不要求在課堂內完成實驗。但教師要鼓勵學生選擇一兩個設計性實驗，在課后完成，可以組隊，形式不限，共同完成實驗任務，以此調動學生選做實驗的積極性。

5.結語

本文敘述了單片機機實驗教學改革方法，并據此介紹構建模塊化實驗教學平臺的特點。模塊化平臺具有豐富的基本接口實驗模塊、擴展接口模塊和單片機總線擴展接口，如485、232、CAN總線等，用于控制功能復雜的對象；提供多種通信接口實驗模塊，如串行口，網絡通信接口，有利于系統擴展和組網。大部分實驗電路均應用模塊化設計，學生在進行實驗時，必須根據實驗要求設計電路并動手把各個模塊連接起來，組成一個完成的應用系統，這樣便直觀地看到單片機應用系統的構造，又有利于通過不同模塊的組合設計新的實驗，還可以鍛煉動手能力。

實例化的基礎實驗通過模塊化組織起來，可使學生盡快了解單片機應用系統設計思路，掌握單片機開發工具的使用；平臺豐富的系統硬件資源及資源的模塊化設計可組合出較多的實驗項目，并在實驗平臺上發揮驗證性、綜合性和設計性實驗的功能，可根據實驗要求任意組合，提高實驗平臺的性價比；在綜合性、設計性實驗內容的安排上偏向與自動化控制技術的應用，符合本校的辦學特色。

參考文獻：

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