開發板在單片機原理及接口技術課程教學中的應用

賴金梅

單片機原理及接口技術課程是技工院校電類專業的一門核心且較難掌握的專業必修課。傳統的單片機教學，硬件方面的實踐較少，加上單片機本身所固有的抽象性，對于原本基礎差、底子薄且初次接觸單片機的初中畢業生，要掌握此技術難度較大，容易導致學生失去學習興趣，出現厭學現象。近幾年來，隨著生產實訓教學設施設備的不斷開發更新，出現了不少單片機實驗套件（如開發板），在教學實踐中，筆者充分利用單片機開發板，將單片機的理論知識和技能融匯到一系列項目教學中，收到了良好的教學效果。下面就從五個方面談談開發板在單片機教學中的應用。

一、單片機開發板簡介

在整個單片機學習過程中，針對學生不同的學習階段，可以分別使用兩塊不同的開發板實現教學目標，即最小系統開發板和KST-51單片機開發板。前者針對的是單片機的基礎知識，有助于學習者理解單片機的基本概念和基本功能，從而形成單片機的整體概念，為后期的學習奠定基礎。而KST-51開發板則是在最小開發板的基礎上幫助學習者逐步實現從硬件設計到軟件開發的學習目的。

1.最小系統開發板

最小系統開發板主要組成包括單片機芯片、電源、復位電路、晶振電路。該開發板的組成部分少，相對簡單，適合學生學習單片機初期。其主要目的是讓學生熟悉和認識單片機系統及其工作的基本條件，能直觀地感受和認識單片機及單片機最小系統，了解并掌握51系列單片機各引腳功能，學會如何調試簡單的程序。進而激發學生對單片機的興趣和求知欲望，使學生在老師的引導下自主學習理論知識，形成知識體系。

2.KST-51單片機開發板

KST-51單片機開發板主要由單片機STC89C52RC最小系統、數碼管、8*8點陣LED、液晶屏、矩陣按鍵、蜂鳴器、溫度傳感器、紅外接收器、步進電動機等模塊構成。

該開發板結構復雜，硬件資源涵蓋單片機絕大部分應用領域，能幫助學生進一步系統學習單片機，增強學生系統調試能力。學生可以充分利用開發板進行由淺入深，由簡單到復雜的實踐操作，逐步學會根據自己的思路去完成從硬件設計到軟件開發的全過程，從而提高學生的實踐能力。

二、單片機開發板教學方法與傳統教學方法的比較

1.教學目標

傳統的教學方法強調學生在短時間內接受知識，形成沉淀，獲取技能和基礎知識；而開發板教學方法強調學生對技能和知識的融會貫通。

2.教學重點

傳統的教學方法側重知識，老師發現學生的不足補充授課內容；而開發板教學方法，側重潛力，激發潛能，自我發展，老師利用學生的優點展開教學。

3.教學形式和師生角色

傳統的教學方法中教師是知識的完全復述者，學生是知識的接受者，處于被動狀態，沒有主動權；而在開發板教學方法里，教師是知識和課堂的組織者、引導者，學生是知識的探索者，學生有一定的主動權。

三、單片機開發板在教學中的具體應用

1.最小系統開發板在簡單項目中的應用

（1）應用領域及效果。簡單項目任務設置是單片機的基礎，目的是使學生能夠熟悉并掌握單片機的最小系統。在具體的教學中常利用最小系統開發板設置某些簡單項目任務，例如閃爍燈、循環流水燈等，讓學生了解單片機簡單I/O口的使用。這些項目任務反復強調單片機的最小系統，讓學生理解單片機里的程序正常工作的最小配置是單片機芯片、電源、復位電路、晶振電路。同時讓學生排除對單片機的陌生感，產生學習單片機的興趣。

（2）應用實例。以開發板在簡單項目任務中的應用為例，如閃爍燈。項目任務要求利用最小系統開發板實現LED燈的閃爍，具體要求實現：點亮1個LED燈，點亮2個LED燈，點亮8個LED燈，1個LED燈的閃爍，2個LED燈的閃爍，8個LED燈閃爍。

根據上述要求，在實際操作時分別利用最小系統開發板和多個LED燈等來實現各個功能。通過最小系統開發板P1口與LED的連接，實現各小程序的編寫，讓學生熟悉單片機系統，掌握單片機正常工作需要的基本條件。與傳統教學方法相比，能更直觀地理解最小系統、外圍設備和程序之間的關系。

2.KST-51單片機開發板在復雜項目中的應用

（1）應用領域及效果。設置復雜項目任務的目的是讓學生能夠掌握單片機的輸入輸出和通信。圍繞KST-51開發板設置了一個功能模塊和兩三個功能模塊的項目任務，例如數字鐘、電子計算器、交通燈控制系統等。通過這個層次項目任務的實施，讓學生熟悉和掌握單片機數碼管顯示、液晶顯示、矩陣鍵盤、串行通信、定時器和中斷系統等各部分知識，以及數碼管、液晶、矩陣鍵盤等模塊的組合應用。通過這個層次項目任務的實施，讓學生真正把理論知識提升到開發項目這個層面，實現理論到實踐的轉化。

（2）應用實例。以開發板在復雜項目任務中的應用為例，如電子計算器。項目任務要求利用KST-51開發板設計電子計算器，具體要求是該計算器能夠完成100以內（含100）整數的加減乘除四則運算，四則運算符兩邊參與運算的數字為整數且不能大于100。

根據上述要求，在實際操作時可由開發板的數碼管顯示、單片機系統和矩陣鍵盤輸入等部分共同組成電子計算器。通過開發板矩陣鍵盤將數據輸入單片機，經由開發板的單片機系統運算處理后，再由開發板的共陽極LED數碼管顯示輸出結果即可實現設計要求。較傳統教學方法而言，此舉直觀、簡單易行、思路清晰、效果明顯。

四、以開發板為核心的教學效果及評價

在探索開發板應用教學時，傳統教學方法和開發板教學方法在教學過程中進行多次對照教學試驗。實驗結束后，筆者對參與實驗的兩個班級的學生多角度進行測試和對照。以2013年上半年的對照實驗為例，2011級中電⑵班是采用開發板教學方法的實驗班，共48名學生；2011級中電⑶班是采用傳統教學方法的對照班，共50名學生，從學生測驗成績可以看出，實驗班85分以上，獲優秀成績的人數高達22人，對照班只有3人。另外從兩個班技能考試來看：實驗班的技能考核獲優秀成績的人數達到15人，優秀率為31.3%。對照班獲優秀成績的人數只有6人，優秀率僅為12%。

兩組數據差異顯著，充分說明開發板教學方法可以有效地培養學生的操作能力，提高學生的動手能力和綜合應用能力。

五、小結

以開發板為核心的教學，充分體現了學生的主體地位和教師的主導作用，以項目任務為主線，注重學生操作技能、理論知識的學習和實際應用能力的培養，做到“認知、吸收、實踐、評價、總結、提高”六位一體。這種教學模式實現了理論教學與實踐教學的有機統一，教學課堂氣氛活躍，充分調動了學生學習單片機的積極性和創造性，提高了課堂教學質量和課堂教學效果，同時培養了學生實踐應用能力和創新能力。

（作者單位：龍巖技師學院）endprint