《單片機原理及應用》課程實踐教學方法研究

曹旭東 張少華

摘要：《單片機應用技術》單片機原理及應用課程是一門應用性和實踐性很強的專業課。在單片機課程的教學過程中，采用C語言和PROTEUS仿真軟件有機結合，通過工程設計實例，深化學生對知識點的理解。在實踐環節，通過綜合實踐、科技創新、電子競賽等形式，強化學生實踐創新能力，提高學生對單片機的實際應用能力。

關鍵詞：C+PROTEUS；科技創新；單片機綜合設計

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）30-0094-02

《單片機應用技術》課程是一門理論與實踐性均很強的學科，是工科電類專業一門很重要的專業基礎課，它將數字電路和模擬電路的基礎知識、匯編語言及C語言編程技術、通信原理和微處理器知識等綜合在一起，屬于技術性、工程性、實踐性很強的一門課程。

《單片機原理及應用》課程的特點是涉及硬件結構復雜，涉及知識面較廣，經常涉及到電子技術基礎、電路原理及編程C語言等知識，因此，要想將課堂所學的單片機系統結構及應用技術與所學知識有機融合，能夠在實踐中游刃有余地應用，還需要反復的實際設計與實踐。針對《單片機原理及應用》課程抽象難學，尤其難于應用于實踐開發的現狀，我們在教學中注意做到理論聯系實際，將課堂教學與科研開發和科技創新緊密結合。

在課堂教學中，初期階段，采用C+PROTEUS的教學模式，引導學生應用C語言編寫應用驅動程序，然后在PROTEUS環境下仿真運行，逐步理解和領會單片機的設計思路。在綜合應用階段，通過引入實際工程應用實例，接觸實際科研項目中設計開發產品，使學生了解所學知識的應用價值，激發學生的學習興趣，深化學生對知識點的理解。

在實踐環節，由專業課教師指導，學生設計為主，帶動學生自己設計單片機課程的實驗開發平臺，并在所設計的開發系統基礎上，增設大量綜合性、設計性實驗，啟發學生的思維，以提高學生綜合分析問題和解決問題的能力。同時，在大學生科技創新和各類電子設計競賽活動中，積極引導學生應用所學單片機技術進行開發設計，進而培養學生實踐能力、創新能力。

通過上述各個環節，分層次、分階段，層層深入，真正在單片機課程教學中做到理論與實踐緊密結合，真正實現提高學生應用單片機技術解決實際問題能力，進而探索一條在課程教學中如何提高大學生科技創新能力的可行之路。

一、改革教學環節

1.初期的課堂教學中，將C語言與PROTEUS軟件有機結合，提高學生對單片機的實際應用能力。從目前單片機技術應用層面上看，對單片機系統的開發一般采用C語言完成，因此，在課堂教學中強化推廣采用C語言進行編程設計的技術，并逐步取代原來采用匯編語言進行設計的模式。從而，提高學生對單片機技術的實際應用水平。PROTEUS軟件是一種近年來逐漸流行的單片機系統設計的專業仿真軟件，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU，并提供周邊設備的仿真，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。在單片機教學初期，采用C語言+PROTEUS仿真的教學模式，引導學生應用C語言編寫應用驅動程序，然后在PROTEUS環境下，繪制原理圖并仿真運行，觀察設計效果是否正確，發現問題在修正編寫的C語言程序，如此反復，逐步提高學生控制單片機和設計單片機系統的能力。

2.綜合應用階段，通過工程設計實例，深化學生對知識點的理解。作為多年從事單片機課程教學的教師，具備多年來單片機開發與實踐的工作經驗，在應用單片機技術進行智能儀器儀表開發上有許多成功的設計項目，如基于單片機系統設計的大慶油田的井地電位成像監測系統、開關磁阻電機設計、過套管電阻率測量儀開發設計等等，都是應用單片機處理器進行設計的，在課堂教學中，結合上述實際開發項目，講述單片機的設計及應用技術，使學生直接接觸實際科研項目中設計開發產品，深化學生對知識點的理解，認識到所學知識的應用價值，從而，激發學生的學習興趣，啟發學生思維。以單片機中應用IO端口控制數據采集芯片為例：模數轉換器是實際工程應用中較為常用的一種數據采集芯片，目前，主流的控制數據采集芯片的技術是通過單片機IO引腳控制方式實現，通過單片機的引腳模擬數據采集芯片的工作時序，再通過C語言編程，完成對數據采集芯片的控制。在學習中，學生對于模數轉換芯片的工作時序圖始終感到很抽象，因此，在編程設計上往往不知從何入手。我們在教學中，結合橫向科研項目“過套管數據采集”中數據采集，通過實物演示、數據讀取實際設計案例講解，從工程數據采集需求，到硬件電路設計原理，以及最終程序上的編程實現，在講解中，學生不僅了解了數據采集芯片的工作時序邏輯，而且也能夠獨立應用單片機IO端口進行數據采集接口的設計。

二、改革實踐環節

1.在單片機課程實驗內容上更多增設綜合性、設計性實驗，提高系統設計能力。由專業課教師指導，學生設計為主，更多增設綜合性、設計性實驗，以提高學生的系統設計能力。預計增加設計性、綜合性實驗：8_8LED點陣掃描輸出實驗、直流電機正反轉調速實驗、基于I2C通信接口的數據采集顯示實驗和基于串行通信接口的智能遠程數字鐘實驗等。通過大量綜合性設計性實驗，要求學生自行設計電路，編寫驅動控制程序，不僅可以幫助學生加深對單片機知識結構的理解，而且可以提高基于單片機處理器的系統設計能力，培養學生的實際動手能力、學習興趣和創新精神。

2.強化單片機綜合課程設計環節，提高應用單片機綜合設計能力。在完成單片機基本課程及實踐基礎上，對機電、自動化、儀器類專業應強化安排綜合課程設計，以課題項目的形式要求學生組隊共同完成，采取開放式管理的模式，在2～4周內，首先運用所學電子技術基礎知識，查閱相關文獻資料、電子線路參考設計手冊、電子元器件手冊，進行電路設計、程序編制，在設計過程中，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，提高設計效率；其次進行電子市場調研、購買相應元器件，完成電路設計制作、功能調試、參數測定、寫出設計總結報告；最后由教師組織全班進行設計交流、現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計總結，為下次的課程設計提出合理化建議。在課程設計的選題上，發揮廣大教師的積極參與，不斷對課程設計的題目進行更新，修改課程設計的內容，增加設計性、綜合性設計內容。目前，開設的新增加的課程設計題目包括：模擬交通信號燈控制系統；基于P89C51RD2單片機數據采集板卡設計實現；基于凌陽單片機的音樂播放器設計開發實例；公交語音報站播放器設計；簡單計算器設計實現；通過大量新穎的具有高技術含量的綜合設計，充分調動學生的熱情，讓學生從實驗中既學到知識，由學會探索問題進而解決問題，發揮潛能，提高創造能力。

3.積極引導學生將所學單片機技術應用于大學生科技創新和各類電子設計競賽活動。單片機技術是現代電子系統設計開發的主流技術，在科技創新和電子設計競賽中應用這些技術，往往有事半功倍的效果。鼓勵單片機課程學習好的同學積極參與科技創新和電子競賽，應用單片機技術進行相關項目和題目的設計，以2013年為例，我校學生參加北京市電子設計競賽，設計中采用單片機技術進行設計開發，獲得二等獎2項、三等獎3項，為學校爭光。通過學生間影響，激發學生學習單片機技術的熱情，形成一個較好的學習氛圍。

三、結束語

單片機原理及應用課程是一門應用性和實踐性很強的專業課，把握課程特點，了解學生理解上的薄弱環節，通過課堂教學和實驗環節的改革與創新，各個環節，分層次、分階段，層層深入，真正在單片機課程教學中做到理論與實踐緊密結合，激發學生學習的興趣，啟發學生的創造力，將單片機課程教學中所亟待解決的提高學生應用單片機技術解決實際問題能力落到實處，進而，使學生創新能力和綜合實踐能力得到提高。

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