單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程改革探討

趙健

【摘 要】本文根據(jù)新工科建設(shè)的要求，提出了單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程改革的方法和內(nèi)容，詳細(xì)介紹了課程的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)方案。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī);實(shí)踐能力;教學(xué)改革

中圖分類號(hào)： G642.44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）36-0100-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.36.046

Discussion on Reform of Principle and Interface Technic of Single Chip Microcomputer

ZHAO Jian

（College of Physics and Electronic Engineering，Taishan University，Taian Shandong 271000，China）

【Abstract】According to the requirements of the construction of new engineering，this paper puts forward the methods and contents of the curriculum reform of the principle and interface technology of single chip microcomputer， and introduces the design scheme of the theoretical teaching and experimental teaching in detail.

【Key words】Single chip microcomputer;Practice ability;Teaching reform

0 引言

《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》是電子專業(yè)的核心課程，要求學(xué)生掌握單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)的方法。隨著新工科建設(shè)的到來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手和實(shí)踐能力將變得更加重要。理論聯(lián)系實(shí)際，將理論轉(zhuǎn)變成應(yīng)用于實(shí)際的技能，才能更好地滿足新工科建設(shè)的要求。因此，本文對(duì)《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》課程的改革進(jìn)行了探討。

1 精選教材

教材選用由李曉林、蘇淑靜、許鷗、牛昱光編著，電子工業(yè)出版社出版的《單片機(jī)原理與接口技術(shù)（第3版）》。該教材是“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，也是電子信息科學(xué)與工程類專業(yè)規(guī)劃教材，非常適合電子專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)。教材對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了精心安排，由淺入深，采用了“學(xué)中做”和“做中學(xué)”的思路，讓學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)不再枯燥乏味。

2 理論教學(xué)的設(shè)計(jì)

課程理論教學(xué)48學(xué)時(shí)，對(duì)所選教材內(nèi)容合理取舍，進(jìn)行以下幾個(gè)方面的教學(xué)：

1）單片機(jī)發(fā)展過(guò)程、硬件結(jié)構(gòu)和工作原理。本部分內(nèi)容，重點(diǎn)講解8051單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)器原理和分類、4個(gè)并行接口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)、時(shí)鐘電路工作過(guò)程。要求學(xué)生掌握單片機(jī)內(nèi)部構(gòu)造和原理、并行接口的使用方法和單片機(jī)時(shí)鐘的基本概念。

2）單片機(jī)程序設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)單片機(jī)程序設(shè)計(jì)采用匯編語(yǔ)言，現(xiàn)在已經(jīng)很少使用，因此匯編部分只介紹尋址方式，讓學(xué)生了解指令尋址方式的基本知識(shí)，具體匯編指令不做講解。程序設(shè)計(jì)采用單片機(jī)C語(yǔ)言C51，講解C語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，添加C51對(duì)基本C語(yǔ)言的擴(kuò)充內(nèi)容;通過(guò)實(shí)例讓學(xué)生掌握C51程序的設(shè)計(jì)方法。

3）單片機(jī)片上資源的使用。本部分講解單片機(jī)的定時(shí)器、中斷和串行接口。講解這三個(gè)單元模塊的電路結(jié)構(gòu)、工作原理、初始化方法和程序設(shè)計(jì)方法。

4）單片機(jī)外圍器件的使用。本部分講解數(shù)碼管、按鍵、液晶屏的使用方法和程序設(shè)計(jì)方法。數(shù)碼管注重講解共陰極和共陽(yáng)極的工作原理和代碼表的生成;按鍵注重講解如何去抖、獨(dú)立按鍵和矩陣按鍵的工作原理;液晶屏采用1602進(jìn)行講解，使學(xué)生掌握其工作原理和程序設(shè)計(jì)方法，并要求學(xué)生自學(xué)12864的控制方法和程序編寫。

5）單片機(jī)外部總線。在大部分應(yīng)用場(chǎng)合串行總線替代并行總線成為趨勢(shì)，因此本部分只介紹常見的新型串行總線：I2C總線、SPI總線和1-wire總線。介紹總線的通信協(xié)議、信號(hào)線、接口電路和程序設(shè)計(jì)方法。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)

為了更好地讓學(xué)生對(duì)單片機(jī)做深入學(xué)習(xí)，課程設(shè)置了32學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)。

1）keil開發(fā)環(huán)境使用實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)。讓學(xué)生掌握程序的輸入、編譯、運(yùn)行和調(diào)試的基本方法，熟悉keil軟件的各種工具和操作方法。

2）延時(shí)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)。通過(guò)for循環(huán)和while循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)us級(jí)精準(zhǔn)延時(shí)，通過(guò)多重循環(huán)實(shí)現(xiàn)ms級(jí)延時(shí)。練習(xí)程序設(shè)計(jì)和調(diào)試的基本方法。

3）單片機(jī)接口的輸出實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)。首先讓單片機(jī)P1口控制8個(gè)發(fā)光二極管同時(shí)亮滅，然后實(shí)現(xiàn)流水燈功能。練習(xí)接口輸出的基本方法。

4）中斷控制實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)。按鍵模擬外部中斷的發(fā)生，發(fā)光二極管的亮滅作為中斷進(jìn)入的指示信號(hào)。按下按鍵觸發(fā)中斷，觀察發(fā)光二極管的亮滅，判斷中斷是否正常進(jìn)入。

5）定時(shí)器控制實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)。首先，設(shè)置定時(shí)器定時(shí)1s，設(shè)置工作方式并計(jì)算初始值。通過(guò)發(fā)光二極管的亮滅表達(dá)1s的到來(lái)。改定時(shí)初始值，改變定時(shí)時(shí)間，觀察發(fā)光二極管的變化過(guò)程。其次，設(shè)計(jì)倒計(jì)時(shí)秒表，要求從19倒計(jì)時(shí)到0，再重新計(jì)數(shù)。要求學(xué)生自己設(shè)計(jì)程序。

6）數(shù)碼管和按鍵實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)。單片機(jī)檢測(cè)4個(gè)按鍵，按鍵編號(hào)1、2、3、4，將按下的按鍵編號(hào)通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠袃蓚€(gè)：一是按鍵輸入的方法練習(xí);二是數(shù)碼管顯示方法的練習(xí)。注意按鍵去抖和掃描方法，數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示的方法。

7）串行口實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)。單片機(jī)串行口發(fā)送0-255，每個(gè)0.5秒發(fā)送一次，計(jì)算機(jī)的串口接收，通過(guò)串口助手觀察接收結(jié)果;同時(shí)，計(jì)算機(jī)串口發(fā)送任意字符，單片機(jī)接收，通過(guò)數(shù)碼管顯示其ASCII碼。發(fā)送和接收同時(shí)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)全雙工通信。要求學(xué)生掌握串行通信的工作方式、初始化、發(fā)送函數(shù)和接收函數(shù)的編寫方法。

8）液晶屏顯示實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)。分別在1602和12864上顯示字符和漢字，學(xué)習(xí)液晶屏的編程方法。

9）串行總線實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)。首先，掌握I2C總線的電路連接和編程方法，掌握AD轉(zhuǎn)換的原理和使用方法，使用PCF8591 AD轉(zhuǎn)換，LED顯示轉(zhuǎn)換結(jié)果;其次，掌握18B20溫度測(cè)量的工作原理以及電路連接和編程方法，使用18B20溫度測(cè)量，LED顯示溫度值。

4 結(jié)束語(yǔ)

單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程應(yīng)用性較強(qiáng)，要求將理論知識(shí)直接應(yīng)用到實(shí)際中去，本著提高學(xué)生理論水平和動(dòng)手實(shí)踐能力，專門設(shè)計(jì)了理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，在近兩年的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性高，收到了良好的效果。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李曉林，蘇淑靜，許鷗等.單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社，2017.

[2]李朝青.單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2001.

[3]胡漢才.單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M].清華大學(xué)出版社，2003.