單片機(jī)理論實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)協(xié)同教學(xué)方法探討

夏鯤　陳國平

【摘要】通過總結(jié)單片機(jī)理論、實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及教學(xué)研究心得，以某高校電子電氣信息類本科專業(yè)為例，分析了如何完善單片機(jī)課程體系建設(shè)，如何在課程教學(xué)過程中通過理論與實(shí)踐相結(jié)合加強(qiáng)大學(xué)生對理論的深入理解，構(gòu)建系統(tǒng)化的教學(xué)工作。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 理論與實(shí)驗(yàn) 課程設(shè)計(jì) 協(xié)同教學(xué)

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）31-0243-01

引言

單片機(jī)理論、實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)相關(guān)課程體系是各高等院校電子電氣信息類工科專業(yè)基礎(chǔ)專業(yè)課程設(shè)置的重要組成部分，為大學(xué)生深入學(xué)習(xí)掌握單片機(jī)的基本原理，設(shè)計(jì)方法，實(shí)踐應(yīng)用等打下基礎(chǔ)。大多數(shù)理工科高校開設(shè)這些課程，對學(xué)生進(jìn)行綜合培養(yǎng)。對于單片機(jī)的理論與實(shí)踐教學(xué)，既可以選擇匯編語言，也可以選擇C語言進(jìn)行。在高校的實(shí)際教學(xué)工作中，大多數(shù)老師是選擇匯編語言進(jìn)行教學(xué)的，因?yàn)閺膮R編語言入手能更好的掌握單片機(jī)的硬件資源使用原理等，也有部分老師是直接使用C語言進(jìn)行教學(xué)，認(rèn)為匯編語言編程過于繁瑣，而C語言編程能夠在將來的實(shí)踐工作中得到更好的應(yīng)用。本文通過總結(jié)作者多年來在單片機(jī)相關(guān)課程教學(xué)積累的經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)研究心得，以51單片機(jī)理論、實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)教學(xué)為例，對如何在使用不同編程語言進(jìn)行繁瑣和復(fù)雜的教學(xué)中使學(xué)生更好地掌握單片機(jī)知識體系進(jìn)行了探討。

1.單片機(jī)理論教學(xué)

1.1 匯編語言理論教學(xué)

單片機(jī)是一個把中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存儲器RAM、程序存儲器ROM、并行IO接口、串行IO接口、定時(shí)器計(jì)數(shù)器、時(shí)鐘振蕩電路等集成在一起的控制芯片，硬件資源簡單且豐富，也易于擴(kuò)展外圍電路，所以單片機(jī)的學(xué)習(xí)側(cè)重點(diǎn)首先在于掌握硬件資源使用方法。因?yàn)閰R編語言實(shí)際上是CPU能夠識別的機(jī)器碼的助記符，從匯編語言入手開始教學(xué)，能夠使學(xué)生更好地掌握單片機(jī)的硬件資源使用原理。使用匯編語言編程可以很方便地對單片機(jī)存儲器地址直接進(jìn)行存取操作，也能很方便地對存儲器地址進(jìn)行整體安排分配，前提是對單片機(jī)硬件資源非常熟悉，能夠靈活調(diào)用。比如指令MOV、MOVC和MOVX可以分別訪問單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器和外部擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲器。匯編編程的缺點(diǎn)在于進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯判斷跳轉(zhuǎn)等比較繁瑣。

1.2 C語言理論教學(xué)

國內(nèi)的單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)教程多數(shù)的編排都會在前面開始的章節(jié)介紹單片機(jī)硬件資源以及匯編語言指令系統(tǒng)，然后以更大篇幅講述C語言程序設(shè)計(jì)語法和針對硬件資源的編程。針對單片機(jī)的C語言程序設(shè)計(jì)語法與計(jì)算機(jī)C語言高級程序設(shè)計(jì)編程語法基本一致，而針對硬件資源的指令又類似于匯編語言指令系統(tǒng)，所以應(yīng)該可以說單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)C語言高級程序設(shè)計(jì)和匯編語言指令結(jié)合體。要掌握好C語言編程依然要對于單片機(jī)的硬件資源理解透徹并能靈活調(diào)用。但是C語言針對硬件資源的指令與匯編語言指令比較起來卻不如匯編那么直觀，也不如匯編指令那樣更加有助于單片機(jī)硬件體系結(jié)構(gòu)的理解。

為了使初學(xué)者能夠更好地理解單片機(jī)硬件體系結(jié)構(gòu)，掌握硬件資源的調(diào)用，選擇匯編語言進(jìn)行教學(xué)顯然是更加合適的。

2.單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

單片機(jī)作為電子電氣信息類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)核心課程，比某些專業(yè)基礎(chǔ)課程如電路原理、數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)等更加注重編程實(shí)踐的練習(xí)。單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程一般都是配套安排在單片機(jī)理論課程的下半學(xué)期，這樣能夠更加有助于理論的理解和掌握。作為理論課程的配套課程，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程在教學(xué)上必須與理論課程保持一致性，選擇匯編語言進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是必然和最好的選擇。

在實(shí)驗(yàn)設(shè)備的選擇上，學(xué)院實(shí)驗(yàn)室早期購置過星研單片機(jī)Star ES51實(shí)驗(yàn)箱，后來又購置了大批光佑STC開發(fā)板，可以兩者選其一。

早期的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)都是集中在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，兩人共用一臺實(shí)驗(yàn)箱，通過連線和讀寫配套程序仿真運(yùn)行來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這樣的實(shí)驗(yàn)有一些明顯的不足，比如配套程序調(diào)用了很多鍵盤顯示的子程序，而這些子程序沒有直接給出來，實(shí)驗(yàn)箱的很多硬件電路連接也沒有給出詳細(xì)原理圖，所以造成了實(shí)驗(yàn)結(jié)束后多數(shù)學(xué)生也是對實(shí)驗(yàn)原理和編程似懂非懂的結(jié)果。

有了STC開發(fā)板后，每個學(xué)生可以分配一塊開發(fā)板，各自進(jìn)行單片機(jī)的編程仿真實(shí)驗(yàn)，還可以將開發(fā)板帶回宿舍課后繼續(xù)練習(xí)，實(shí)驗(yàn)可以更方便地進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)開發(fā)板的原理圖清晰，例子程序豐富，通過讀寫配套例程可以較好的掌握單片機(jī)的基本原理。

顯然使用匯編語言選擇STC開發(fā)板進(jìn)行單片機(jī)實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最好安排。實(shí)驗(yàn)課程的要求注重于單片機(jī)基礎(chǔ)知識的掌握和硬件資源的調(diào)用。

3.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)教學(xué)

單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的安排是為了進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)踐能力，所以課程設(shè)計(jì)的教學(xué)就不再局限于基本原理的掌握，而是必須達(dá)到更高程度的實(shí)踐效果。匯編語言編程有利于對基礎(chǔ)知識的理解和單片機(jī)硬件資源的掌握，卻不利于復(fù)雜邏輯的處理。所以在學(xué)生已經(jīng)基本掌握了基礎(chǔ)理論的情況下，課程設(shè)計(jì)選擇C語言編程，可以讓學(xué)生更加方便的進(jìn)行復(fù)雜程序的編寫。

單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐項(xiàng)目內(nèi)容的安排上，必須注重單片機(jī)內(nèi)部和外部硬件資源的綜合調(diào)用，以便完成具有實(shí)際意義的綜合程序的編寫。課程設(shè)計(jì)實(shí)踐項(xiàng)目安排了可以綜合調(diào)用單片機(jī)I/O口資源進(jìn)行鍵盤掃描數(shù)碼管顯示以及中斷處理的實(shí)現(xiàn)計(jì)算器功能的程序編寫，和能夠使用I2C總線進(jìn)行通訊的AD/DA處理的程序編寫。這兩種程序的綜合度和復(fù)雜度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單片機(jī)實(shí)驗(yàn)題目的要求。從實(shí)踐結(jié)果來看，通過這種綜合性復(fù)雜程序的編寫練習(xí)，能夠大大提高學(xué)生的開發(fā)設(shè)計(jì)實(shí)際項(xiàng)目的動手實(shí)踐能力。

結(jié)束語

在我國大力實(shí)行人才戰(zhàn)略強(qiáng)調(diào)人才培養(yǎng)的大環(huán)境下，本文作者所在高校也響應(yīng)國家號召加強(qiáng)本科生培養(yǎng)，實(shí)施卓越工程教育，取得了積極可喜的成績。本文積極探索和提高單片機(jī)理論實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)協(xié)同教學(xué)的方法，取得了長足的進(jìn)步和發(fā)展，也得到了學(xué)生的高度認(rèn)同。以此方法培養(yǎng)出來的本科生在參加全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的過程中也取得了驕人的成績。本文作者經(jīng)驗(yàn)和方法也可以為兄弟院校相關(guān)專業(yè)的教學(xué)提供參考和借鑒。

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