單片機(jī)課程實(shí)踐教學(xué)探討

于進(jìn)杰 劉長江 劉會(huì)英

[摘 要] 結(jié)合非計(jì)算機(jī)類專業(yè)的學(xué)生單片機(jī)課程教育，針對單片機(jī)課程的教學(xué)方法、手段進(jìn)行探討。一改以往側(cè)重匯編語言教學(xué)的側(cè)重點(diǎn)，運(yùn)用現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)開發(fā)常用的C語言作為單片機(jī)編程重點(diǎn)，提出一種側(cè)重實(shí)際應(yīng)用的學(xué)習(xí)，從實(shí)際入手，注重掌握其應(yīng)用方法和技能的教學(xué)方法。

[關(guān) 鍵 詞] 實(shí)踐教學(xué)；教學(xué)手段；單片機(jī)

[中圖分類號] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）27-0090-02

單片機(jī)的發(fā)展是從微處理器開始的，從1976年Intel公司推出第一個(gè)單片機(jī)芯片MCS-48以來，至今已有24年的歷史。在這二十多年中，人類社會(huì)完成了從工業(yè)社會(huì)到信息社會(huì)的轉(zhuǎn)變。在這個(gè)轉(zhuǎn)變過程中，在信息處理領(lǐng)域也發(fā)生了深刻的變化，單片機(jī)把計(jì)算機(jī)技術(shù)及信息處理技術(shù)引入我們?nèi)粘Ｉ畹拿總€(gè)角落。由單片機(jī)技術(shù)所推動(dòng)的信息處理領(lǐng)域的巨變被稱為“嵌入式信息處理革命”，又叫“嵌入式智能”。“嵌入”意味著“隱藏”或“埋藏”。“嵌入式信息處理革命”將信息處理埋藏在我們每天使用的產(chǎn)品中。根據(jù)1999年的統(tǒng)計(jì)，基于臺式機(jī)的通用微處理器（MPU），其年用量約為7500萬片，而單片機(jī)的年用量為25億片，是通用微處理器年用量的30倍。可見，單片機(jī)的應(yīng)用是非常廣泛的。

單片機(jī)開發(fā)技術(shù)已成為通信專業(yè)、信息處理專業(yè)、自動(dòng)控制專業(yè)等電子學(xué)相關(guān)專業(yè)的技術(shù)人員必須掌握的技術(shù)。

一、微機(jī)原理與單片機(jī)課程的教學(xué)特點(diǎn)

（一）課程內(nèi)容簡介

單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程內(nèi)容主要包括：MCS-51系列單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成、尋址方式、指令系統(tǒng)、外擴(kuò)設(shè)備、中斷系統(tǒng)機(jī)制、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、串行通信接口技術(shù)等。課程詳細(xì)地講述了MCS-51系列單片機(jī)C語言的編程技巧，重點(diǎn)闡明單片機(jī)外設(shè)的擴(kuò)展方法及組成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)。

（二）課程內(nèi)容的教學(xué)特點(diǎn)

從單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程內(nèi)容可以看出有以下幾個(gè)方面特點(diǎn)：

1.單片機(jī)課程為技術(shù)基礎(chǔ)類課程，其先修課為電子技術(shù)基礎(chǔ)課、C語言編程基礎(chǔ)課，可以說是同步時(shí)序邏輯電路的應(yīng)用，應(yīng)歸屬于電子技術(shù)應(yīng)用范疇，所以學(xué)好電子技術(shù)基礎(chǔ)、C語言編程基礎(chǔ)兩門課程將有助于這門課程的學(xué)習(xí)。一個(gè)為硬件設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)，一個(gè)為軟件編程打下基礎(chǔ)，缺一不可。

2.單片機(jī)課程體現(xiàn)著強(qiáng)烈的概念性、抽象性和原理性，強(qiáng)調(diào)硬件結(jié)構(gòu)與軟件執(zhí)行構(gòu)成的整體。

3.單片機(jī)課程同時(shí)也是實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，有一定的實(shí)用性，在學(xué)習(xí)運(yùn)用過程中應(yīng)充分注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，軟件與硬件相結(jié)合，接口與外設(shè)相結(jié)合，只有這樣才能真正學(xué)到知識。為以后的系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

二、微機(jī)原理與單片機(jī)課程的教學(xué)方法、手段探討

（一）合理取舍與實(shí)際運(yùn)用相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容、注重培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)開發(fā)的能力

單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程內(nèi)容很多，應(yīng)合理取舍與實(shí)際運(yùn)用相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容、注重培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)開發(fā)的能力，以彌補(bǔ)技術(shù)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)時(shí)間短、相關(guān)內(nèi)容多，學(xué)生難以在課堂內(nèi)準(zhǔn)確理解、全面接受教學(xué)內(nèi)容之不足。課程講授的內(nèi)容要分清主次、重點(diǎn)、難點(diǎn)，哪些內(nèi)容是目前暫時(shí)可以不學(xué)而留待以后自行學(xué)習(xí)的，哪些內(nèi)容是核心必須學(xué)習(xí)的，哪些內(nèi)容是非核心不必要學(xué)習(xí)的。決不能“眉毛胡子一把抓”，不加分析、不分主次、不分重難點(diǎn)，使學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)入門困難。

（二）建設(shè)課程的理論教學(xué)環(huán)節(jié)，增加課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

對于單片機(jī)課程相關(guān)知識的學(xué)習(xí)有兩種不同的學(xué)習(xí)方法：一種是側(cè)重理論知識的學(xué)習(xí)，從原理入手，注重理論和概念的學(xué)習(xí)；另一種是側(cè)重實(shí)際應(yīng)用的學(xué)習(xí)，從實(shí)際入手，注重掌握其應(yīng)用方法和技能的學(xué)習(xí)。不同的教學(xué)對象要根據(jù)其具體情況選擇不同的教學(xué)方法。對于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生顯然應(yīng)當(dāng)采用后一種學(xué)習(xí)方法。為了提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力，課程教學(xué)應(yīng)盡量增加實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)課時(shí)。有一些問題，在黑板上寫半天，講半天學(xué)生也是一知半解，而讓其自己上機(jī)練習(xí)，親自做個(gè)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示出來就清楚了。這也就是增加實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)課時(shí)的目的所在。

（三）增加實(shí)例、案例教學(xué)課時(shí)以拓寬學(xué)生的知識面

在機(jī)電一體化系統(tǒng)課程，以及機(jī)電方向?qū)W生的畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)中，需要大量典型的微機(jī)知識、接口以及編程技術(shù)。為此在以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：

1.改革單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程的教學(xué)，開設(shè)電子CAD設(shè)計(jì)教學(xué)，針對單片機(jī)接口外設(shè)連接繪制電路圖，同時(shí)生成PCB圖。

2.加強(qiáng)單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，完善和開放單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室，注重培養(yǎng)學(xué)生自己動(dòng)手的能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生舉一反三的意識。

3.針對單片機(jī)教學(xué)內(nèi)容的各個(gè)模塊，設(shè)計(jì)制作單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的典型實(shí)驗(yàn)，如A/D、D/A、鍵盤、數(shù)碼管和LCD顯示、通信、步進(jìn)電機(jī)控制及通用I/O口設(shè)計(jì)等模塊，讓學(xué)生體驗(yàn)單片機(jī)實(shí)際軟件與硬件相結(jié)合的運(yùn)行情況。

4.力爭多開設(shè)單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程的綜合實(shí)驗(yàn)課，例如搞一個(gè)綜合設(shè)計(jì)，同時(shí)用到單片機(jī)的各個(gè)接口，運(yùn)行相關(guān)軟件來控制設(shè)備，為后續(xù)的課程設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)以及機(jī)電方面的學(xué)生就業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（四）單片機(jī)原理及接口技術(shù)的具體教學(xué)方案改革探討

單片機(jī)課程的教學(xué)不能生搬硬套照本宣科地按照內(nèi)容順序講解，現(xiàn)在硬件的集成度很高，使硬件設(shè)計(jì)變得簡單化、模塊化。而相應(yīng)的軟件配套要跟上才能發(fā)揮其高性價(jià)比的特點(diǎn)。

1.教學(xué)方法改革：任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)。教學(xué)中以前多采取生搬硬套照本宣科的教學(xué)：第一部分介紹單片機(jī)的內(nèi)部資源；第二部分是指令學(xué)習(xí)；第三部分是編程；第四部分是中斷系統(tǒng)等內(nèi)容。整個(gè)教學(xué)過程下來，大多數(shù)學(xué)生都只是對匯編語言有一定的理解，而對單片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用操作卻非常生疏。

鑒于以上這些教學(xué)情況，只有轉(zhuǎn)變教學(xué)方式才能改變現(xiàn)狀，可以嘗試運(yùn)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法來進(jìn)行教學(xué)。它以任務(wù)為核心，每個(gè)任務(wù)都不是以單一內(nèi)容存在的，而是與單片機(jī)課程內(nèi)容多個(gè)相互聯(lián)系存在的。其都需要單片機(jī)相關(guān)接口知識的運(yùn)用以及與外設(shè)連接和配套的軟件等。第一部分就簡單介紹單片機(jī)中最小的應(yīng)用系統(tǒng)，并通過一些簡單的接口實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生了解單片機(jī)的工作環(huán)境、工作方式以及部分引腳功能，特別是一些特殊的復(fù)用引腳具有兩個(gè)功能的重點(diǎn)講解，還有就是單片機(jī)內(nèi)部的特殊寄存器的功能控制，以及其內(nèi)部所存的數(shù)據(jù)位所代表的含義也要重點(diǎn)介紹，這為以后用軟件編程寄存器賦值打下基礎(chǔ)。同時(shí)還要介紹一些經(jīng)常使用的外圍設(shè)備：例如鍵盤、顯示屏、數(shù)據(jù)采集模塊、內(nèi)存擴(kuò)展模塊等；第二部分則重點(diǎn)進(jìn)行實(shí)例操作教學(xué)。通過完成具體的任務(wù)設(shè)計(jì)，這樣既鞏固了第一部分所學(xué)的理論知識，又在此基礎(chǔ)上介紹了與任務(wù)相關(guān)的單片機(jī)的內(nèi)部資源、接口功能、指令和編程。這里的編程重點(diǎn)運(yùn)用C語言進(jìn)行編程而非匯編語言。針對匯編語言只需簡單介紹其幾類指令集即可，不需要詳細(xì)講解和舉例說明，重點(diǎn)講解C語言編程，這樣學(xué)生對單片機(jī)編程會(huì)很容易上手，而以后走上相關(guān)工作崗位也大多用的是C語言編程。許多時(shí)候多條匯編語言語句表達(dá)的功能其實(shí)就一條C語言語句就完成了，而且程序的可讀性特別強(qiáng)。

2.加強(qiáng)實(shí)踐操作教學(xué)：強(qiáng)調(diào)自己的動(dòng)手能力。單片機(jī)是一門實(shí)踐操作很強(qiáng)的課程，書上的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多圍繞相關(guān)的匯編語言指令和程序設(shè)計(jì)而開設(shè)，而且僅僅是在單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行操作，所有的實(shí)驗(yàn)都是固定死的，就那么幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，不能體現(xiàn)單片機(jī)靈活多樣的設(shè)計(jì)理念。由于平時(shí)的理論教學(xué)搬硬套照本宣科，且實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)用性不強(qiáng)，造成了學(xué)生對單片機(jī)實(shí)驗(yàn)興趣不高而無法達(dá)到實(shí)際教學(xué)目的的局面。建議從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改革：

（1）使實(shí)踐操作與理論學(xué)習(xí)緊密結(jié)合，并由淺入深、由簡入難，循序漸進(jìn)地完成教學(xué)任務(wù)。如講授第一部分時(shí)，就可以先做一個(gè)簡單的應(yīng)用系統(tǒng)的電路板，并以此電路板為基礎(chǔ)做幾個(gè)LED燈和按鍵與單片機(jī)的I/O口連接上，實(shí)現(xiàn)簡單的應(yīng)用單片機(jī)控制按鍵輸入與LED燈的亮滅。而且用C語言編程幾條語句就可以實(shí)現(xiàn)，簡單方便且效果直觀，既容易上手學(xué)習(xí)實(shí)操，還能引起學(xué)生對單片機(jī)實(shí)驗(yàn)的興趣。同樣的硬件電路，通過不同的要求，讓學(xué)生思考，可以簡單修改或添加相應(yīng)的C語言語句來實(shí)現(xiàn)不同的效果，培養(yǎng)學(xué)生舉一反三的能力。例如：先簡單講解C語言程序讓每個(gè)按鍵按下去，相對應(yīng)的LED燈點(diǎn)亮，按鍵松開LED燈熄滅。做完實(shí)驗(yàn)后，同樣的電路連接，改變程序來控制第一個(gè)按鍵按下所有LED燈點(diǎn)亮，第二個(gè)按鍵按下所有LED燈每隔一秒閃爍一次，第三個(gè)按鍵按下奇數(shù)LED燈點(diǎn)點(diǎn)亮偶數(shù)LED燈點(diǎn)熄滅每隔一秒交互一次閃爍。這樣就可以讓學(xué)生通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作了解到同樣的電路，可以通過軟件來實(shí)現(xiàn)不同的功能需求，為以后設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

（2）由于單片機(jī)是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，所以必須強(qiáng)調(diào)“動(dòng)手”能力。只有自己動(dòng)手去做，才會(huì)印象深刻，對單片機(jī)的應(yīng)用才會(huì)有一個(gè)感性的認(rèn)識。例如，在做簡單的LED燈與按鍵實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以讓學(xué)生自己動(dòng)手操作硬件的連接，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，提高學(xué)生的積極性。

（3）培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。課程教學(xué)應(yīng)把這個(gè)理念貫穿在平時(shí)的講授課程中。在理論授課環(huán)節(jié)就以任務(wù)設(shè)計(jì)的理念步驟講授，針對不同的功能，先設(shè)計(jì)需求，再根據(jù)需求設(shè)計(jì)接口與外設(shè)連接，最后通過C語言軟件編程來實(shí)現(xiàn)。盡量各個(gè)功能模塊化設(shè)計(jì)，好調(diào)試、好修改、好移植。

在單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程教學(xué)中，使學(xué)生側(cè)重實(shí)際應(yīng)用操作的學(xué)習(xí)，不能只注重理論學(xué)習(xí)，要理論與實(shí)際相結(jié)合，從實(shí)際入手，注重掌握其設(shè)計(jì)方法與技能。設(shè)計(jì)制作單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)與外設(shè)的連接時(shí)，如：A/D、D/A、鍵盤、數(shù)碼和LCD顯示、通信、步進(jìn)電機(jī)控制等模塊，注重培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用軟件編程結(jié)合硬件工具實(shí)現(xiàn)具體系統(tǒng)功能的技能，為今后走上相關(guān)工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。

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