单片机原理与应用范文

单片机原理与应用篇1

关键词：教学改革；实验教学；实践教学

【中国分类法】：G420

0引言

传统的单片机教学采取先基础后应用的模式，即先讲授单片机的硬件结构，再讲指令、编程、系统扩展和各种器件的应用，最后讲一些实例，按照这种教学结构，往往使学员感觉枯燥无味，学习兴趣不浓，有的学员甚者认为单片机用处不大，体会不到单片机在实际应用中的重要作用。怎样才能激发学员对单片机课程的兴趣和积极性呢？我认为单片机理论知识教学中应紧密联系实际，使抽象知识形象化，同时在教学手段上也要进行改革，如在实践教学中采用在实验室上课的方式，通过课程设计和毕业设计的教学实施来提高学员对单片机的应用能力。

1 教学方法的改进

在课堂教学中，利用多媒体作为教学的辅助手段，与传统的教学手段相结合。对于需了解的内容，采用多媒体教学可以提供更多的教学内容，对于需要理解和掌握的内容，则采用传统教学和多媒体教学相结合的方式。因多媒体教学只能在形象上方便学员的认识与理解，不能代替课堂上理论和概念上的训练过程，所以教学中采用两种方法相结合的教学方式，通过发挥其各自的优势，是提高教学质量的好方法。

在理论知识教学中紧密联系实际，使抽象知识形象化。如可以这样介绍单片机中的“堆栈”：如在仓库里存放货物时，最先存放进去的货物总是最后才能取出，反之最后存进去的货物总是最先取出，这种存取货物的规则就是“先进后出，后进先出”，在单片机中把这种存放数据的操作为“堆栈”。为什么要这样存放数据呢？当存放一批数据时，通过堆栈定义可知用户只需知道第一个数据的地址单元即可，简化了数据存放操作。那么堆栈位于单片中的哪个区域？在单片机中采取用户根据需要自己确定堆栈区域，即通过设定堆栈指针sp的值来实现，如sp的值等于66H，即堆栈指针指向66H单元？在51单片机中，sp所指位置并非就是数据存放位置，而是数据存放的前一个位置，如指针指向66H单元，那么第一数据的位置是67H单元，而不是66H单元，为什么会这样？教员可在讲堆栈命令时再详细的将其原因。介绍单片机理论知识时引入生活中的实例，可使学员把难想象、难理解的内容变得易于理解。

2 在实验室现场教学

实验课是强化锻炼学员实际动手能力的重要手段，可巩固对理论知识的理解，让学员在实验中体会到单片机应用的重要性。如在讲解单片机的结构和应用时，可选择在实验室讲课，通过单片机实物和各种实际单片机系统，加深学员对单片机的内部结构、外部结构及其应用的感性认识；讲解繁多的指令时，可以利用多媒体讲述指令及相关的编程技巧，让学员熟悉指令的功能与基本用法；指令的执行情况和执行结果不好理解，到实验室可以熟悉编程软件，另一方面可以初步了解指令的运行方式且能够对自己编写的程序进行初步验证；可以激发学员的兴趣、增强感性认识、开阔学员的想象力，有利于对知识的理解。在实验教学中，教员的指导作用主要体现在工作方法和思维方法的引导上，通过实验使学员对单片机有较为深入的认识，让学员充分体会到单片机应用领域是十分广阔的，拓宽学员视野。

实验室现场教学法可以弥补多媒体教学的不足，两种方法相互结合，发挥各自的优势，能最大的提高教学效果。

3 增大实践教学环节

学员在教员的指导下进行课程设计，通过学员独立完成课题达到对学员的综合性训练。在设计中既涉及到许多设计原理与方法，还涉及到许多实际知识与技能，在设计中可以使学员对所学的内容的掌握逐层递进、逐渐深入，最终达到融会贯通，有利于培养学员运用课程中所学的理论知识独立分析、解决实际问题的能力。

在课程设计中，教员的指导作用也是主要体现在工作方法和思维方法的引导上，应以学员为主体，充分发挥其自主性和创造性，达到培养学员创新能力的目的。

4 结语

在教学中把一些典型的例子引入课堂，使学员更容易理解所学的知识，增强学员的学习兴趣，促进学员学习的自觉性和主动性，使学员能够感受到主体地位，就能更好的发挥学员的主观能动性并激发他们强烈的求知欲；此外加强实践环节的教学，比如实验、课程设计和毕业设计，这种将灵活的授课方式融于教学之中，有利于培养学员发现问题、分析问题和解决问题的能力和独立思考能力。

参考文献：

[1] 王维荣，王艳新．实验教学要向以学生为中心转变[J]．实验室研究与探索，2004，23（11）：54-55．

单片机原理与应用篇2

【关键词】单片机；类比；实验

1.引言

单片机又称为嵌入式微控制器（Embedded Microcontroller），它是将CPU、存储器、定时/计数器以及I/O接口等主要部件集成在一块芯片上的微型计算机。随着电子技术的快速发展，嵌入式微控制器的类型越来越多，功能也越来越强，应用的领域也越来越广，几乎涵盖了现代生活的方方面面，包括移动通信、GPS全球定位系统、汽车、金融等领域。社会对嵌入式人才的需求猛增，80%的相关企业都急缺嵌入式开发人才[1]。掌握嵌入式微控制器的应用与开发，显然可以使学生的就业前景一片光明。而单片机是最早的嵌入式微处理器，相对于后来出现的DSP和ARM，一方面它价格低廉、结构简单、开发应用已臻熟，另一方面它提供了研究和开发其它高级微处理器的基本方法，因此各大、专院校均开设了与单片机有关的课程，如单片机原理与应用，单片机C程序设计等。

2.传统的单片机教学模式与弊端

目前，单片机教学课程一般安排在大二下学期，要求同学们具备C语言、电路和数字电路的基本知识。传统的单片机教学，均是以单片机的内部资源为主线，先讲单片机的内部有什么，结构如何，然后是用汇编语言和C51语言实现对单片机内部资源的使用。如果学时允许的话，还要学习单片机系统扩展资源的应用，最后再讲一些综合实例。虽然这种课程安排和学习过程符合人的认知规律，也是大部分课程所采取的教学模式，但是对于这门应用和实践要求很高的课程，这种教学模式存在很大的弊端。具体表现为：

1）教、学主次矛盾颠倒，学生学习缺乏主动性，导致学生的学习状态是“要我学”，而不是“我要学”。学生一方面对专业认识肤浅，找不到专业的核心，另一方面学生对就业压力又认识不足，就业目标不确定，总觉得距离毕业还早。尽管老师苦口婆心的教导同学该课程就是专业的核心，他们仍然无动于衷，仍然拨一拨转一转，不拨不动弹。整体来看学生学习缺乏主动性，而且积极性和热情也都不高。

2）单片机理论知识较为抽象，难于理解[2]，比如总线、寻址和中断等概念。单片机从直观上看就是一个‘黑片子’，而它的内部结构却是相当的复杂，工作过程是在时序的控制下，一步一步完成的。可以说单片机完全像是一个‘黑匣子’，就算是一条简单的设置寄存器的值，其内部的数据传输也相当的复杂。因其工作过程的不可见性，同学们对该课程的学习普遍感到难度较大。

3）学生学习过程中由“学”到“用”的转变较难，更不用说综合应用了。由于课上讲的理论知识不能及时用实验来理解和应用造出了理论知识和实际应用的严重脱节[3]。一部分同学的学习感受是，理论我都懂了，但是一到实验，编程调试时又无从下手，感觉一头雾水。

4）实验学时有限，而且课下又缺乏实践的机会，导致同学失去学习的兴趣。

针对以上问题，作者认为该课程教学模式的改革应该从两方面入手，一是如何改变现阶段教、学主次矛盾颠倒的教学态度问题，二是如何从实际的教学各环节（包括理论、实验以及二者的结合）入手，激发学生的学习兴趣，让同学轻松掌握这一专业技能。下面就从这两个方面具体阐述作者的教改理念。

3.改变单片机教学中的主次矛盾

教学，顾名思义包括两个过程教、学。具体来说，教学活动中包含老师和学生两大主体，包含教和学两类活动。而教学改革的目标是提高教学质量，目的是让同学学到知识，学会学习的方法。显然，从矛盾论来说，在教学活动中，学（学生）是主要矛盾，而教（老师）是次要矛盾，所以要抓住主要矛盾，增加学生压力，激发学生学习兴趣，不是老师要学生去学、逼学生去学，而是让学生感受到压力，体会到不学不行，让同学发自肺腑的说我要学，我想学，我必须学，而且我一定要学好，这就是本文作者提出的第一个教改理念。如何才能做到这样呢？

俗话说，兴趣是最好的老师。不论做什么事，只要是喜欢，你就很有可能做的很好。比如喜欢打篮球的同学，他们会习惯性的、不由自主的主动去玩，而不是依赖老师的督促和监督。如何激发学生的学习兴趣呢？可以从以下几个环节入手：

1）任课老师在课堂上演示自己亲自制作的开发板和部分程序的调试结果，一来可以激发学生的学习兴趣，二来也可以建立老师的威信。比如本文作者制作的开发板名称为FX-51 V1.1，其中F和X分别取自本文作者最后一个拼音Fen和Xiang，也寓意共同分享之意。当然如果是班上的同学有自己的作品拿出来展示，会更有说服力。

2）紧跟时展，给同学提供现有或者未来高科技产品的视频。比如“苹果眼中未来的世界”，“麻省理工大学天才学生的惊世发明”等。从直观的视频中体验科技发展的魅力，五花八门的科技产品必然会吸引同学们的眼球，进而激发学生的学习兴趣，甚至有同学也想创造出以自己名字命名的产品。

有兴趣固然最好，但是就怕学生三分钟热度，一开始热情挺高，可是没过多长时间，就会感觉到枯燥、无味，兴趣就会逐渐变少了，甚至没有了，这时任课老师还要给同学施加必要的压力。

目前，大学生的思想教育工作主要是由辅导员老师完成的，而专业课的教学由各个专业老师分别完成。辅导员老师对专业课的认识不深入，而专业课老师对同学的思想动态又了解甚少，所以会出现思想和行动脱节的现象。现在大学生的忧患意识差，目标茫然，不能把握专业的核心，更不用说掌握专业技能了。而本文作者是有四年辅导员经历的专业课教师，对学生的心理活动较为熟悉，与学生沟通也有一套独特的办法，能够想他们所想，急他们所急。学生最关心的就是我毕业后能找什么样的工作，怎样才能找到一份好工作，怎样才能在社会上立足。任课教师要从学生的这些心理活动入手，告诉他们只有掌握一两门专业技能，找工作时才不犯愁，而且也有资本与用人单位洽谈薪水的问题。而单片机课程就是通信、电子等信息处理类专业的核心课程，掌握了单片机，就相当于掌握了自己的专业未来。然而事实胜于雄辩，列举一些大四毕业生找工作的经历和已经从事单片机开发设计的校友工作的经历，让同学感到现代化生活的竞争压力，让同学领悟到掌握专业技能的必要性。只有掌握了专业技能，社会才给你工作的机会，你才有可能实现自己的梦想。俗话说千里之行，始于足下，空想没有任何的意义，我们只能从最基础的做起，一步一个脚印的创造自己美好的明天。通过这些实例化的教学，不但能够让那些一直找不到目标的同学有了学习的方向，激发了他们的斗志和兴趣，而且最主要是实现了“老师要我学到我要为我自己学”的转变。

4.改善单片机教学的各个环节

学生的思想端正了，那么教学过程中的主要矛盾就解决了，接下来就要解决次要矛盾，也就是如何教，才能使同学更好、更快的掌握单片机这一专业技能。用生动例子作比讲解理论知识，用便携式学习开发板进行实践，实现理论和实践的有机结合，这就是本文作者提出的第二个教改理念.

从辩证法角度讲，理论和实践是相辅相成的，但是理论知识是基础，只有在掌握必要的理论知识的基础上，才能够加以应用，进而进行开发和创新。反过来，实践操作可以加深对理论知识的理解和掌握，进而提出新的理论观点。所以只有很好的把理论和实践进行有效、恰当的结合才能达到事半功倍的效果。这里包含了三方面问题：一是如何把理论知识形象化、简单化以便同学们理解；二是寻找适合教学内容和难度的学习开发板，为同学提供实验、调试的机会；三是如何设置实验让同学们从实验的调试过程中进一步理解理论知识，并进行复杂功能和系统的开发。下面就从这三个方面结合自己的教学实例来具体说明。

1）用生活中鲜活的例子做比，讲解单片机有关的理论知识，加深同学们对理论知识的理解、记忆和掌握。

认识和理解新事物的过程总是枯燥和无味的，但是如果由熟悉的旧事物通过类比或者比喻来认识和理解新事物，就会增加人的认知兴趣和热情，也会使人更加容易接受和理解新事物。单片机的教学也是如此。下面就具体描述一下作者教学过程中的实例。

实例1：将单片机和大家已经很熟悉的电脑作类比，来理解单片机软件和硬件相结合的开发应用模式。电脑中，看地见摸地着的就是硬件，比如机箱、显示器、键盘和鼠标等，而与之对应的是软件，比如office、protel、keil等。有了硬件还要装载相应的软件，电脑才能为我们工作。单片机的开发也是类似的，必须软硬结合才能够实现想要的功能。所以单片机开发和应用必须有硬件设计以及与之对应的软件设计共同完成。

实例2：观察实验结果或者判断结果正确与否，最直观有效的方式就是看，就像电脑的显示器一样，以此来类比单片机的显示系统。单片机就是一个“黑片子”，形状像手指。相对于熟悉的电脑，很明显它没有输入（键盘和鼠标）也没有输出（显示器），所以单片机的系统开发中，至少应该要增加显示系统，以便确定结果的正确性。常见的显示有LED灯，数码管、点阵和液晶显示屏等。

实例3：将单片机比作人，来讲解单片机的引脚和内部结构。在讲单片机的结构时，可以将单片机比作人，其引脚比作人的四肢，而内部的CPU、定时器以及各个特殊功能寄存器等比作人的五脏六腑。单片机工作的时钟脉冲就类似与人的心脏有节奏的跳动。

实例4：用讲课时突然来的电话，来理解单片机的中断，来理解中断函数的触发是由硬件完成的。中断是单片机的特色，关键词是interrupt，同学们一般很难理解中断函数与一般函数的区别，不知什么时候去执行中断函数。在讲解中断时，可以用讲课时的突然来电话来作类比。理解中断的启动是外部触发的，是随机的，是不受主函数（老师）来控制的。将电话模式分别设置为静音、铃声和关机来分别比喻查询模式、中断模式和禁止中断模式。

以上只是课程教学过程中的几个典型例子，自然界的事物存在相似性，只要善于思考，总能发现与单片机理论相似的我们熟悉的事物，通过旧事物学习新理论，既能增加同学们的学习兴趣又可以把问题的难度降低，何乐而不为呢！

2）为了满足实验需求，自制便携式实验开发板。

理论知识固然重要，但是学习的最终目的还是用。对于这门实践要求很强的单片机课程来说，为同学提供充分的实验平台和时间，用实验结果激发学生学习兴趣和热情，做到真正意义上的学以致用才是学习的最终目标。对于课程中的重点知识点，作者主张在初步理解理论知识的基础上，通过简单实用的例子来进一步领悟和应用的学习方法，而不是把知识点反反复复、面面俱到的讲解。这就是所说的授人以渔而不是授人以鱼，其中的道理是显然的。

现在高校的单片机实验平台基本以实验箱和实验台为主，体积较大，价格昂贵，携带不便，而且一般都不允许带出实验室，因此学生课下实践的机会就非常少了[4]。为了配合教学，本文作者研制开发了单片机教学开发板，该开发板既有该课程所要求的基本实验硬件环境，也扩展了很多功能，包括电机、键盘、点阵、液晶显示屏、蜂鸣器、遥控、温度传感器、数字时钟和A/D转换等，以便学有余力的同学进一步开发。

3）设置难度适中，循序渐进的实验内容。

循序渐进的实验内容，就是让学生从易到难，从简单到复杂一步一步的将理论知识用于实验的调试，并通过实验调试来进一步理解理论知识。比如“模拟交通灯的实验”可以按照以下四种难度来完成，第一，用软件实现延时。第二，用定时器查询方式实现延时。第三，用定时器中断方式实现延时。第四，增加外部中断表示救护车的到来。通过设置这样的实验要求可以满足不同层次同学的需求，既能让同学体会到结果正确的喜悦，又能亲身感受调试过程的乐趣。

5.总结

单片机是理论结合实际的应用型课程，是通信电子专业的核心课程，掌握其学习的方法，就相当于掌握了专业，掌握了未来。所以只要师生共同努力，掌握这一专业技能是不困难的。俗话说严师出高徒，只要我们在教学过程中严格要求学生，再配以耐心、细致的学习指导，定能使同学学好该课程，为后续的嵌入式开发系统的学习和应用打下良好的基础。教学是一门艺术，单片机教学更是一项复杂的系统工程，要建立更完善、更合理、更引人入胜的教学体系，还需要更多的努力、更多的学习、更多的探索和更多的创新！

参考文献

[1]李宁，宋薇，库少平.项目化嵌入式教学方法研究[J].单片机与嵌入式系统应用，2010，2：5-7.

[2]廖伟强，郑崇林.单片机与嵌入式开发系统课程的教改与探索[J].大众科技，2013，15（4）：159-160.

[3]杨利亚，潘海燕，郑雨芳，孙凌杰.《单片机原理与应用》教学改革与探索[J].电子世界，2012，11：167-168.

[4]倪晓军，章韵.基于模块化实验系统的单片机教学改革[J].计算机教育，2009，18：136-139.

单片机原理与应用篇3

关键词：单片机原理;CDIO模式;教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）20-0101-02

单片机由于其结构简单、易于控制及价格低廉等优点，使得其广泛应用在仪器仪表、工业控制和自动化控制等领域中。随着电子技术的飞速发展，企业对单片机应用型人才的需求越来越多，而且越来越看重具有动手能力、团队意识和创新能力的学生。因此，理工科学校的教育工作者和学生越来越重视单片机原理及应用课程的教学成果。然而该课程作为高等工科院校电子、机械和测控等专业重要的专业必修课，是一门综合性、实践性很强的课程。对于工科学生来说，很好地掌握单片机技术，不仅有助于深入地学习专业知识技能，提高自身的整体专业素养，培养动手能力与团队意识，更重要的是能够获得实用的专业技能和创新能力，增强就业竞争力。

面对市场对人才日益严峻的要求，如何培养出适应社会需求的创新型和专业型人才，是教师面临的一项紧迫而艰巨的任务。这不仅仅要求教师提高自身水平和积累工程项目经验，还要求不断反思教学过程，在教学方法上进行改革和探索。

一、单片机教学特点及存在的问题

单片机原理及应用课程教学与其他理论科目教学方式不完全相同，这门课程强调的是专业知识的应用，要求学生能够将基本理论与实际工程相结合，达到解决工程问题的基本能力。因此，在重视理论教学的同时，必须重视实验教学。但是，在具体的教学过程中，不但学生普遍感到难学，授课教师也存在许多困惑，这些都是由于课程特点引起的。

它的主要特点[1]有：（1）概念多，专有名词多，内容抽象，对于初学者来说难以适应，由此会感觉入门较难。（2）编程语言指令多，且需要掌握每条指令的功能及操作数来源。（3）逻辑性和完整性强，各部分知识衔接紧密。（4）课程的图示说明多。（5）综合性强，涉及内容较多，涵盖了模拟电路、数字电路、自动控制系统等诸多基础课程的内容。（6）解决实际问题的能力强。单片机教学的这些特点，使得学生在开始学的时候难以入门，难以了解单片机的整体结构，从而对单片机的学习失去信心，以至于出现学生普遍认为课程难学、教师普遍认为课程难教的局面。

多年的单片机教学经验表明很多学生学完课程之后并没有达到预期的效果，不能将学到的知识应用于实践，或无法将知识点连成知识面进而形成知识体系。另外传统的实验教学以验证性的实验为主，学生在规定的时间内，用统一的模式，按照指导书上规定的步骤做相同的实验。对于包含工程开发的软硬件协同设计难以开展，学生对基础知识的综合应用能力较差，自主设计和创造能力也普遍存在问题。

二、CDIO模式下课程教学改革探索

1.CDIO工程教育模式。CDIO是一种国际化高等工程教育的创新模式，是由麻省理工学院（MIT）、瑞典皇家工学院（Royal Institute of Technology）等四所跨国大学合作开发的一整套工程教育理念和实施体系[2，3]。它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程[4-6]。主要包括技术知识与推理、个人和职业能力与态度、人际交往能力，团队合作和交流、企业和社会环境下的构思设计实施运行系统等四个层面，这种模式不仅注重培养学生扎实的专业技术知识，更关注团队协作精神和创新精神的培养，并通过“做中学”和“基于项目的教育和学习”的教学模式培养既有扎实的专业技能，又有良好的团队协作能力和创新能力的国际化工程师。国内外的经验都表明CDIO“做中学”的理念和方法是先进可行的，适合工科教育教学过程各个环节的改革。

2.以项目为导向，改进教学方式和教学内容。教学方式上，将本专业有着丰富科学研究和教学经验的教师组织成一个项目实施团队，建立相对稳定的承担单片机原理及应用课程教学和实践环节的教师队伍。研究CDIO高等工程教育模式的理念和本质，转变观念，改革教学内容、教学方式和教学手段，紧密结合有关科研项目，将CDIO理念和教师在科研中的实践经验和体会融入教学内容、课堂教学和实验教学环节中。项目中每位成员根据自己承担的科研项目，每学年提出一个适合单片机项目化教学的项目，并将学生进行分组，每组4人，每组都包含1～2名兴趣比较浓厚、学习动手能力较强的同学，每个小组选择一个项目，该项目贯穿于单片机教学内容和过程的始终。最后再完成一个综合性强的实践环节。通过这种方法提高学生学习的积极性和主动性、动手实践能力、团队协作能力和创新能力。

3.改革教学模式。在实际的教学中，将提出的适合单片机项目化教学的项目分配给学生小组，让学生以团队的形式完成整个项目的设计，包括方案设计、软件实现、硬件设计以及测试和调试等整个过程。使项目贯穿于单片机原理及应用课程教学内容和过程的始终，学生分组完成，教师提供辅导。选用的项目可分步实现，彼此关联，从小到大，从简到繁，从局部到整体，层层推进，形成一个完整、全面的单片机应用系统的教学项目。在实际的教学改革中，我们依托于“RS232串口通信”、“数控式直流电流源设计”、“智能负载”、“温湿度测量系统”、“数控直流稳压电源”等项目，将以包含能力训练的项目教学方式让学生深入理解专业知识和提升其专业技能。将教学内容相关的知识分解到各个教学项目当中，这样可以增强学生学习单片机课程的兴趣，培养他们的团队意识和创新能力以及提高在严峻就业环境下的竞争力。

4.考核方式的改革。传统的单片机的期末成绩主要由学生的平时成绩和卷面成绩按照一定的比例构成（一般为3∶7），卷面成绩则全部由试卷考试的形式决定。这种传统的考核方式评价不了学生的实践能力和创新能力，也不能完全作为掌握单片机基础知识的判断依据。而CDIO工程教育则要求学生在掌握专业知识的基础上，具备一定的工程实践能力，也符合广大学生的学习目的。

因此，在本次改革中，为了确保考核方式的合理性、公平性和有效性，单片机的成绩将以CDIO工程教育基本理念为指导，与项目结合的形式完成对学生能力的综合评价，并采取教师点评和学生互评等各种方式（如表1）进行。这种以“过程”为基础开展，关注学生知识、技能的学习过程，关注实践环节及工程应用能力，力求知识与能力的协调统一的教学考核，不仅增强了衡量学生掌握知识的依据，而且有利于引导学生注重动手实践能力和自身综合素质的提高。

三、教学改革的实际效果

1.激发了学生的学习兴趣。以项目化方式指导学生学习的教学方式，增强了学生学习单片机的兴趣和热情。工程教学中始终贯穿着项目，学生需要按照项目的任务和要求系统地学习基础知识和应用能力，有助于学生明确学习目标。这种由传统单调的课程教学到灵活的项目教学方式，也极大地提高了学生的学习氛围和兴趣。

2.培养了学生综合运用知识的能力。要完成CDIO项目中的工程任务，必须运用诸如数字电路、模拟电路、自动化控制和单片机技术等多学科的基础知识。学生需要综合运用所学知识来解决项目中遇到的问题，使学生综合运用知识的能力得到培养。通过完成遇到问题到解决问题的过程，学生也加深了对知识的掌握。

3.锻炼了学生的团队协作精神。由于在整个工程项目的学习过程中，学生被分为3～4人一组，在分散学习、查阅资料、讨论及实践活动的过程中，都是以小组的形式进行，每个小组都是一个小团体，全体组员共同参与学习环节中的各项活动。彼此互相配合，广泛交流的过程，锻炼了学生的团队协作精神和团队意识。

4.提高了学生的思维、实践动手能力。CDIO教学模式“做中学”的理念，强调教学与实践的统一。在教学过程中安排的大量项目实践活动，需要学生亲自动手完成项目要求的各个实践任务，并参与到项目开发的始终。参与工程的开发能够发散学生的思维，提高实践动手能力。从项目完成的情况来看，此次改革有效地提高了学生的创新能力和解决问题的能力。

四、结语

经过全体课题组教师的不断努力，“单片机原理及应用”课程教学改革已经取得了初步成效，教学效果得到了显著提高。通过单片机教学改革的实践，结果证明，在CDIO工程教学模式下，采用以项目为驱动的教学方式不仅生动有趣，还能提高学生的创新能力和实践能力。而且理论与实践紧密结合的教学改革，激发了学生学习的兴趣，培养了学生的团队协作能力和团队意识。

参考文献：

[1]李晓林，牛昱光，阎高伟.单片机原理与接口技术[M].第2版.北京：电子工业出版社，2011.

[2]马卫国.基于CDIO的单片机原理及应用课程教学改革探讨[J].中国现代教育装备，2011，（19）：70-72.

[3]张翼成，刘美，王涛.CDIO模式下“单片机原理及应用”课程教学改革[J].计算机教育，2012，（32）：22.

[4]顾学雍.联结理论与实践的CDIO――清华大学创新性工程教育的探索[J].高等工程教育研究，2009，（1）：11-23.

[5]康全礼，陆小华，熊光晶.CDIO大纲与工程创新型人才培养[J].高等教育研究学报，2008，（4）：16-18.

单片机原理与应用篇4

关键词：任务驱动;单片机;自制实验设备

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）33-0065-02

“单片机原理与应用”课程是一门很重要的专业基础课，把编程语言知识、模拟电子技术、数字电子技术、电路知识等综合在一起，属于技术性、工程性、实践性很强的一门课程。该课程作为电气工程自动化、自动化、机电一体化等专业最重要的核心课程之一，它是“自动化”高素质复合技能型人才所需自动控制类知识结构的载体之一，占据着相当重要的地位。

然而，传统的“单片机原理与应用”教学一般以学科体系为出发点，注重课程本身的体系结构和前后的逻辑联系，理论性很强，但却忽略了“可学性”，学生缺乏明确的目标，致使学生学得吃力，老师教得辛苦，教学效果不佳。传统的“单片机原理与应用”教学，一般以单片机的结构为主线，按部就班，先讲单片机的硬件结构，再讲指令和软件编程，然后是单片机系统的扩展和各种器件的应用，最后再讲一些实例。按照此种教学结构，学生普遍感到难学。很多书一开始就提出的总线、地址、寄存器等概念，学生往往难以理解;到了后面，如果还是延续以往教材中单片机的七种寻址方式则更抽象，有很多学生直到学完单片机还不能理解寻址方式究竟是什么意思，为什么需要这么多寻址方式。然后是单片机指令、111条指令，如果再不分重点，等到指令全部学完，大部分学生已对单片机望而生畏，开始打退堂鼓了，到了考试时候，老师也愁，题目出的简单还怕学生不会，至于应用能力就更不知道从何谈起了。

因此，对单片机课程进行教学改革是十分必要的。通过对教学理论的深入学习和教学实践的摸索，笔者越来越认同“兴趣是最好的老师”这一看法，而阶段性成果是引导教学、激发学生兴趣的有效办法之一。基于此，论文提出“任务驱动”这一教学模式，主要包括以下内容：

一、改革课程内容体系结构，突出课程特点

单片机是一门实践性很强的课程，然而在以往的教学模式中却表现为抽象性强、理论要求高、记忆内容多的特点，这样就要求对选修课程学生的记忆力、思辩能力和思维灵活性的要求较高，大部分学生难以掌握，显然不符合教学的期望，同单片机应用为王的本质相背离，也不符合教学的特点。单片机又是一门发展很快的学科，大部分教材的教学语言还是采用“汇编语言”，而实际情况是在现实的应用过程中，除了特殊的一些行业外，绝大部分都采用C语言进行开发，汇编的可移植性、复杂性都限制了应用，因此在实际教学中也必须开展改革。另外新技术、新器件不断涌现，而我国现行的相关教材中知识相对陈旧，很多里面的芯片都已经停产。教学内容很少体现单片机知识在相关专业中的实际应用，使得学用脱节――既未能体现“素质教育”的现代教育理念，也没有体现单片机针对各专业所应有的“专业基础性”。因此，内容上必须改革，补充新的知识，调整体系结构。

为了增加学生的积极性，改革后的单片机课程内容采用模块、课题、任务体系结构，将课程划分为多个模块，每一模块由多个课题组成，每一课题由一个或多个任务组成，每一任务由任务目标、任务分析、相关知识和任务实施四个相互连贯的部分组成。

二、改革教学内容组织方式，提升学生主动性和积极性

开展“单片机原理与应用”课程学习方法的研究，为学生提供有针对性的学习指导，激发学生的学习兴趣，培养学生的自学能力，应是教学改革中亟待加强的重点内容之一。

进行教学内容组织方式改革，这好比是从原先的“C语言”到“C++”的转换，从原先的“顺序结构”、流水账的教学方式转换为面向任务的教学模式，实际上是一种随着需求变化自然而然的蜕变。

每次教学均围绕一个任务目标进行各教学环节的组织，以任务目标为主线进行各相关知识点和技能点的讲解。以教师为主导，以学生为中心，边讲边学，边学边练。在实施过程中，教师和学生都思路明确，知道本轮教学的目的是什么，是为什么在服务，学生不再是被动接受教师的填鸭式灌输。在教学过程中，双方一起对任务进行分析，教师教授相关知识，在任务实施阶段开展师生互动，在课内外利用计算机仿真软件和开发的实验平台进行验证，鼓励学生上讲台进行分析和操作。要求学生对课堂教学任务电路和程序进行设计或修改，培养学生单片机应用电路和程序的设计方法，并用提问、作业等形式来检查学习情况。教师对学生存在的疑问进行实时解答，早发现早解决，减少将问题带到学期结束的情况，为后续其他课程的开展提供较好的基础。

这部分的关键在于教师对整体内容的把握、任务的设计和节奏的控制。因为浙江省地处东南沿海地区，民营企业发展良好，笔者所在的专业同周边企业有着长期良好的校企合作，因此很多教学任务设计的实际上是来源于企业的实际需求，因此在任务的设计上很接地气，能体现一般企业甚至行业现阶段与本课程相关的大致水平，应用性非常强，通过对横向项目的提炼和重组，对照教学大纲的要求往往能够设计出若干教学任务，经由系教学会议讨论后可以确定下来。随着新的项目开展，逐步替换一些较老的任务案例，保持有序的更新，这样学生也能了解到目前相关行业的情况，而不会出去两眼一抹黑，特别是某些企业可能就是他们身边较好的企业，能够在心里得到认同，产生共鸣。首先就觉得这门课程对他有用，接下来就能更好地去了解该任务设计中的前因后果，学习如何组织实施。这一过程，自然而然就提升了学生学习的积极性，进而改进学习效果。

三、改革实践性教学设计方式

我们一直强调“单片机原理与应用”课程的实践性强，单片机的实践部分实质上可以表现为两方面：一方面是对单片机编程的实践，另一方面是对单片机相关的硬件设计方面的实践，两者相辅相成，缺一不可。往往很多单片机教学中受限于课时和实验设备，大多只开展前者，而后者的实训十分欠缺。

为此主要采用两种方式。首先，考虑到学生人数众多，为了更多学生受益，引入“Proteus”仿真软件。该软件支持51系列和其他主流单片机，以及相关的单片机接口电路，教师提供主要案例，指导学生开展虚拟实验，构建出虚拟实验平台，有助于学生开展课外的学习，辅助开展实践教学，作为辅助手段可以让学生加强对单片机编程的训练;其次，设计开发“自制单片机综合实验平台”，以往大学采购的单片机教学实验平台基本上模块固化，真正实验的时候基本不需要对硬件原理进行思考，依据实验手册简单地连接几根导线就可以了，实际上对硬件设计的学习帮助作用微乎其微。正是认识到了这一不足，自主开发的实验平台加强了学生对硬件设计能力培养的环节。在具备普通实验平台的实际编程能力培养的基础上，该实验平台的组织上采用了灵活的接口形式，所有模块都是可以拆卸的，为配合单片机课程教学中的“任务驱动”模式，会有不同的模块，这一措施使得实验内容的选择更为合理和丰富，方便开展综合型、创新型实验。这些模块通过统一的接口形式，类似于DCS、PLC等装置的卡件形式，插入到本实验平台中。模块并非都是直接可用，有些模块需要学生依照原理进行组装，有些需要进行焊接，甚至还有一些空白的模块需要学生按照任务的要求，设计硬件方案，选择器件，自行完成功能模块。因此实际在一次实验的开展过程中，不但对单片机编程进行了实训，另外对器件的认知、电路的设计组装等都进行了培训。由于硬件的差异，软件程序也是各有区别，有效避免了从实验手册代码一抄，实验完成这一现象，在这几年的教学实践中通常都能较好地完成。同时鼓励学生在课后自己设计实验，自己做实验，开放式实验教学也取得了较好的效果。

四、改革考核形式，保障教学任务的有效实施

成绩是课程的永恒话题，不论是想自己的能力得到肯定，还是想取得良好的成绩问鼎奖学金还是其他因素，学生对成绩还是比较看重的，因此有些教学如果平时学生不主动，只要拿住考试的指挥棒，学生还是会投入相应的精力，但这种方式往往会使学生的学习目的是去应付考试，甚至作弊。这就需要改革考试方式，避免一考定音。

考核的方式方法和考核的内容将直接影响教学过程的实施，关系到教师如何教和学生如何学。因此，应通过对考核方式方法的改革来促进教学过程的改革。

本课程以往的考核形式相对单一，考题侧重于记忆，例如背几条指令、说几个部件的作用、编几条程序等，导致有的学生单片机考试成绩很好，但却不会实际运用。因此在改革中，注重应用能力的培养，提高平时成绩所占的比例。由于课程是“任务驱动”，整个课程下来已经有好几次任务，一次任务结束后对每位同学完成的结果予以记录和评分，评判依据可以按完成任务的先后顺序、完成的质量及学生表达能力等方面。记录结果由同学签字确认。考虑到时间，可以以组为单位进行实训时，教师还应对每位同学提出相关的问题或进行单独操作，这对主动性差的同学来说能起到很好的促进作用。（平时作业就分散在任务之中）因此平时的成绩也自然而然地给出了，大家对自己平时的成绩也明了。实际上到期末考试前，学生大致能对自己的成绩有一个初步的定位。教学实践表明，最终的成绩同平时的成绩并无太大的变化。通过这一方式的改变，一方面提高了学生对平时学习的重视程度，基本杜绝了平时不努力、考试前临时突击这一现象。最终成绩能较好地体现学生在本课程的学习情况，学习风气得到了有效的提升。

五、结语

针对“单片机原理与应用”课程特点，提出了“任务驱动”这一教学模式，基于此改革课程内容体系结构、教学内容的组织形式，并对课堂教学、实践教学的形式和内容进行了变革，有效调动了学生的学习兴趣，提高了学习的主动性，并在这一过程中学生掌握了实际的知识和技能。通过改革考试形式，在一定程度杜绝了大学课程平时不努力、考前临时突击这一现象，促使学生脚踏实地，对学习成绩的提升起到了一定的作用。

参考文献：

[1]赵霞，陈永利，栗彦辉.提高“机电控制”课程授课质量的探索与实践[J].中国电力教育，2013，（9）：131-132.

[2]杨继森，杨奕，张静.虚拟实验平台在嵌入式系统教学改革中的应用[J].实验室研究与探索，2011，（2）：51-54.

单片机原理与应用篇5

关键词：中国制造2025；单片机原理；教学改革与实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）22-0141-02

一、前言

针对德国《工业4.0》，我国提出了具有中国特色的制造业发展战略，《中国制造2025》[1]明确了我国制造业遵循弥补工业3.0欠缺，追赶工业4.0发展进而实现制造强国的三个发展阶段，同时明确了制造业以自动化、智能化为发展方向。新形势下，工业企业对机械类毕业生的机电控制技能，尤其是基于单片机的自动化系统设计能力提出了更高的要求。单片机作为机电系统的主要控制器之一[2]，其原理与应用是机械类学生必须掌握的知识。针对于单片机系统应用过程中存在的不足，很多教学工作者已经提出教学改革方法[3][4][5]，就教学模式、教学内容等提出了创新性的意见。然而针对教学过程中理论与实践内容的融合问题，细化考核问题尚缺少响应的研究。针对目前我校机械类专业《单片机原理及应用》课程教学存在的教学大纲陈旧、实践环节不足、教学手段落后、考核方式单一等问题，进行了相应的改革措施探讨，以期系统提高单片机课程的教学水平，提升学生适应新形势下工业企业对毕业生的技能需求的能力。

二、教学改革措施

1.适应学科发展，优化教学大纲。随着电子技术、IC工艺的进步以及市场需求的不断变化，单片机技术已经发生了很大变化，然而目前教学大纲还与10年前相近，教材陈旧、编程语言还采用汇编语言、教学过程理论与实践分离等。使学生很难深入掌握单片机知识，即使花大力气学习，毕业后亦发现与需求脱节。新形势下，必须对教学大纲进行全方位改革，方案如下：（1）适当增加课程课时尤其是实践课时：改革后由原来的32课时（理论22课时，实验10课时）增加到48课时（理论22课时，实践26课时）；（2）优选教材：选择普通高等教育“十二五”部级规划教材；（3）更新教学内容：重视基于C语言的单片机应用编程，以及基于Keil与Proteus的联合仿真内容；（4）细化考核：由原来的期末考试占70%，平时成绩占30%，改成期末考试占40%，实验占40%，平时作业、出勤占20%。通过教学大纲的改革，使每位任课教师、每个班级均统一按照新的方案开展教学设计，从源头上进行改革创新。

2.紧跟技术进步，丰富教学手段。长期以来《单片机原理及应用》课程教学均由两个环节组成：理论环节与实践环节，两个环节在时间和空间上分离。因理论枯燥乏味，比如寄存器、三总线、中断系统等知识相对抽象，学生很难理解。理论、时间分离的教学形式，很难短时间内做到融会贯通，教学效果有限。因此我们改革方案如下：（1）理论知识形象化：将指令中的寻址形象化为寻宝，直间寻址、间接寻址、寄存器寻址[1]等自然形象化为黄金、藏宝箱、藏宝图等；（2）理论、实践教学融合：虽因单片机实验室有特殊要求，很难理论和实践课程安排在一个教室，但现代化的仿真手段则改变了传统的模式，针对理论课程中的知识点，基于Proteus与Keil的联合仿真，完全解决了理论和实践脱节的问题；（3）采用项目驱动式教学：针对单片机的主要功能如中断、定时、输入输出、串口通讯等，每个知识点设计一个项目，要求学生3人一组，分工进行硬件电路设计、C语言设计以及Proteus仿真；（4）采用个性化实验教学：针对学校单片机实验条件有限的现状，鼓励学生根据自己兴趣从淘宝购买个性化的单片机开发板，如寻迹小车、搬运小车、四旋翼飞机等，利用开发板配套的例程进行学习。

3.注重过程管理，细化考核指标。《单片机原理及应用》课程是以实践为主的课程，然而传统考核方法确基本关注期末考试成绩，结果是学生考试前突击记忆基本概念，实践能力基本不被重视。改革方案：（1）优化成绩总评方案：期末考试占40%，实验占40%，平时作业出勤占20%；（2）细化实验考核指：将实验分成4个项目，注重考核基础知识应用、编程技能、调试技能以及总结分析能力；（3）注重综合应用能力训练：平时实验内容主要以综合实验为主，同时期末理论考核与实验考核都安排一个综合应用题，将单片机的主要知识，如最小系统、输入输出、中断、定时计数、串口进行综合。

三、教学改革效果评价

对本课程的系统改革旨在提升学生在机电控制方面的实践能力、设计能力，以适应新形势下工业企业对机械本科毕业生机电控制技能方面的需求。通过以上三个方面的系统教学改革，并经过2轮的机械大三学生的教学验证，我们发现：（1）学生对单片机的学习兴趣更为浓厚，由原来的被动式学习演变为主动购买开发板进行实践学习（图1），遇到编程应用问题会主动与老师交流；（2）经过48个学时的理论和实践，学生均能完全掌握单片机的工作原理，并能进行简单的系统设计，并制作实物（见图2）；（3）通过Proteus与Keil的联合仿真实践，增强了学生利用设计软件进行开发的能力；（4）通过细化考核，注重平时理论与实践投入，释放了学生期末考试的压力。可见本课程的教学改革基本达到了改革的初衷，提高了学生的自主学习和实践动手能力，相信对他们毕业后适应就业新形势起到了积极的作用。

参考文献：

[1]中华人民共和国国务院[Z].中国制造2025，2015.

[2]高春甫，王冬云，马继杰.单片机原理及接口技术应用教程[M].北京：机械工业出版社，2014.

[3]张宏伟，阎有运，王新.单片机实践教学改革的探索与实践[J].实验室研究与探索，2009，28（4）：206-208.

[4]赵月静，陈继荣，张永弟.单片机原理及应用课程创新实践教学改革[J].实验技术与管理，2013，30（1）：176-179.

单片机原理与应用篇6

关键词：CDIO；卓越工程师；单片机；

【中图分类号】 TP391 文献标识码： A

1 引言

现阶段，我国电气工程及其自动化专业卓越班的单片机原理及应用这门课程的综合性和实践性都很强，加之卓越工程教学模式存在以下问题与弊端：（1）采用传统的教学模式，主要靠老师在课堂上按照教科书的章节顺序授课进行实践，没有实现工程教育模式[1]；（2）未根据学生自身的能力、基础进行指导学生实践，采用传统的方法，实践题目相同，要求相同，导致效果很差[2]；（3）设置课程学时数太少[3]；（4）由于课程的综合性强，重要的基础课程没有及时的开设，导致学生在学习时感到难度很大，不易掌握和应用，甚至学生放弃核心课程的学习[4]。

为了提高工程教育质量，保障可持续发展。国际工程教育组织提出 CDIO工程教育模式，它是近年来国际工程教育改革的最新成果。2000年，瑞典皇家工学院和麻省理工学院等四所大学组成的跨国研究组织，经过四年的探索研究，创立了CDIO 工程教育理念，并成立了以CDIO命名的国际合作组织。CDIO 代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程的理论、技术与经验。其教学大纲满足美国、加拿大和其它华盛顿协议国家职业工程师组织对工科教育的要求，其教学框架体现了创新的教育思想。为了实现这一目标，2007年11月开始教育部组织召开中国高等工程教育改革论坛和 CDIO 国际合作组织会议两个大型会议，使CDIO工程教育模式成为教学改革的研究热点。

特别是2013年5月17-19日"中国CDIO工程教育2012年会"在广州大学举行，参加会议的单位有80多所高校，参加人数400多人，是规模最大，效果最好的一次，把CDIO工程教育模式推向新的高潮。

本文针对电气工程及自动化专业卓越班的单片机原理及应用课程进行改革符合国家教学改革的方针，有利于学科建设健康发展，有利于卓越工程师人才的成长，有利于卓越人才培养方案的完善，对学科建设具有十分重要的意义。

2 生命周期与CDIO相结合的教学模式

单片机原理及应用是电气工程与自动化卓越班的核心课程之一，该课程具有一定的深度、难度，在开设该课程之前，必须让学生学过数字电路、模拟电路、微机原理、高级语言等课程。但是，由于卓越工程师班的学生第一、二、三学年在校学习理论课，第四学年在企业实习，严重的压缩专业课的课时量，把四年的课程计划压缩为三年，导致卓越班专业课程的课时量比普通班的课时量还少，存在拔苗助长现象，学生两极分化严重。又由于单片机原理及应用是实践性很强的一门课程。为了调动学生的积极性。本文采用以生命周期与CDIO相结合的教学模式，以产品的需求开始，到产品的运行、维护为周期，形成一个生命周期，让学生以主动的、实践的与课程之间有机联系起来，培养学生学习工程理论知识、加强实践经验和各种能力[5]。

课程生命周期教学模式是指利用工程生命周期的理论，对学生进行"课前调查"深入了解学生的理论基础、应用实践能力、协调能力；"课中"按照工程项目的需求分析以及学生的综合能力进行分配任务；任务完成后"课程考核"，课程结束后"课后跟踪调查"结束整个教学过程。在课程生命周期教学模式中主要包括"课前调查"、"课中分配任务"，"课程考核"和"课后跟踪调查"四个阶段，具体如图1所示。

图1 课程生命周期教学模式

2.1 课前调查与课中分配任务

教师依据课程生命周期教学模式，进行"课前调查"详细备课，备课内容主要包括：（1）深入企业调研，使用调查问卷法和谈话法了解企业的人才需求，技术创新需求及企业进行校企合作的意愿、动机等，了解合作企业对单片机的应用技术职能的需求，将单片机的各知识点分成多个子工程，以求由易到难，由浅入深，让学生逐步掌握单片机技术的所有知识及应用技能。（2）深入了解学生已授课程情况，例如核心课程的学习情况；（3）详细调查目前单片机应用的主要方向、应用环境、社会需求，达到学以致用，为了更好的保证学生培养出来能适应企业的需求，探索教师需要了解市场主要的单片机芯片、单片机型号等。充分利用教师的资源、为学生服务；（4）最大难点是详细了解每位学生的实践操作能力、理论水平以及学生的自学能力、吃苦耐劳等综合能力。（5）依据"课前调查"情况、学生的综合能力以及学生自身的特点，以3-6人为一组建立团队，实现学生资源、能力互补，选择优秀学生为组长。然后，进行"课中分配任务"--每组分配一个子工程，指导学生一周的时间进行查找资料、整理资料、写出子工程的初步需求分析。教师利用1-2天点评学生写的需求分析，根据学生的贡献给出第1次平时成绩。依据写好的需求分析，6-8周的时间教师指导学生进行硬件平台的塔建以及软件的学习与使用，根据学生的特点与能力，由组长分配任务给组里成员。当硬件平台达建完成、软件编写完成，由教师进行第2次平时成绩登记。硬软件设计完成后，在教师的指导下进行调试，调试完成进行第3次平时成绩登记，最后完善子工程的后序工作，进行第4次平时成绩登记。

2.2 课程考核

考核学生的原则是注重学生的动手能力、团队协调能力、自学能力、吃苦耐劳能力，以及学习效率，端正学生的学习态度，提高学生的学习兴趣。成绩计算办法是平时成绩占20%，技术知识考核占80%.

（1）平时成绩考核依据。出勤情况及组织纪律性方面的表现（不迟到、不早退、不旷课、不扰乱课堂纪律、上课不睡觉、不玩手机）；学生参与小组讨论的程度、以及组员之间协作与沟通情况；为了客观的评价学生的学习效果，需要进行项目完成的现场评分和演示答辩，对学生的工作绩效、技术应用、语言表达等方面进行客观评价。

（2）技术知识考核。技术知识考核主要以过程化为主，兼顾理论知识考核（期末考试）；子项目单元教学结束后，学生需要撰写项目学习报告，并递交相关工作文档。

2.3 课后跟踪调查

根据CDIO的理念和工程周期的理论，把"课前调查"和"课后跟踪调查"的信息实时反馈到"课程教学"和"课程考核"中去，从而改变传统的教学模式，形成一个动态闭环反馈教学模式，使得教学过程能够不断根据社会反馈信息和学生反馈信息而更新，保证课程教学符合社会的需要和学生的需要。

3 以生命周期与CDIO相结合的教学模式案例

3.1 任务分配

本文的课题选择电气工程及其自动化专业卓越班作为试点专业，并且一周的课程设计和一周实训，学生30人，分为8个小组，分成8个子工程。

（1）利用51系列单片机实现LED中断方式闪烁--中断控制的P2.0小灯。采用11.0592/12MHZ晶振。连接方法：单片机的P2口和LED灯，使用8PIN排线连接起来；

（2）键盘控制的花样彩灯--通过按键控制花样彩灯。连接方法：单片机的P2口连接LED灯，P0口与按键接口连接；

（3）实现数码管显示键值--实现矩阵键盘数码管显示键值。连接方法：单片机P1端口与矩阵键盘接口连接，P0口与静态数码管连接。矩阵键盘定义：P1.1-P1.3为行线，P1.4-P1.7为列线喇叭接P1.5口，矩阵键盘P1口；

（4）RS232串口通信（接受与发送）--了解串口的基本原理及应用，理解并掌握对串口进行初始化。使用串口调试助手（Baud 4800、数据位8、停止位1、效验位无）做为上位机来做收发实验。 在调试助手字符串输入框中输入数字和字符，按发送按钮，然后观察接受窗口的变化；

（5）点阵字符型液晶显示--实现LCD1602 移动显示。显示方式：LCD第一行显示BIG BIG WORLD，LCD第二行显示I LOVE PUZHONG，先将两行字符写入DDRAM中，然后从右至左逐字移出显示；在指定位置停留1.6秒后，闪烁2次，清屏；反复循环上述显示方式；

（6）TFT液晶屏全屏显示图片--掌握TFT彩屏驱动程序的编写，学会运用图片取模软件应用，学会全屏显示原理，最终实现彩屏中全屏显示一张完整的图片。1.8寸彩屏的屏幕是128*160，所以显示图片的尺寸是128*160；

（7）交通灯并用数码管显示倒计时--模拟交通灯并用数码管显示倒计时，20秒倒计时换通道时黄灯闪烁3秒。实现8位动态扫描循环，将字模送到P0口显示；

（8）三键控制可调时钟--三键控制可调时钟。三个功能键，当上电后，系统显示提示符P。按下k1后，系统开始正常运行，此时按其它键均无效当再按下k1后，进入调秒状态，按k2加1，按k3减1，再按一下k1进入调分状态，再按一下，进入调时，再按一下，进入正常的运行状态在调整状态下，当调整该位时，该位会闪烁。

3.2 具体实现步骤以及实施时间

基于生命周期与CDIO相结合的教学流程如图2所示。

图2 生命周期与CDIO相结合的教学流程图

（1）了解学生的素质，按照学生的综合能力以及学生的喜好综合考虑，进行分组、分配任务，完成时间为1周（4个学时）；

（2）指导学生查找资料、整理资料、写出子工程的初步需求分析，教师认真修改需求分析、进行可行性评估（非常重要），完成时间为1-2周（8个学时）；

（3）学生根据分配的任务，由组长进行分工，1-2个学生负责硬件材料的购买、硬件设计、硬件电路；1-2个学生负责软件设计、编写程序，完成时间6周（24个学时）；

（4）学生完成硬件平台的塔建以及程序编写完后，在教师的指导下，进行硬件、软件调试，完成时间1周（4个学时）；

（5）项目完成的现场答辩、演示、评分，完成时间1次课（2个学时）；

（6）撰写项目学习报告，递交相关硬件设备、工作文档，完成时间1次课（2个学时）；

（7）"课后跟踪调查"--采用填写调查表格的形式收集学生开课前的相关信息；高度重视毕业生（利用校友会和其他组织获取毕业生的联系方式，如QQ、E-mail、电话，通过发放电子问卷形式获取相关信息）反馈的信息。

4 结论

本文把CDIO的理念以及工程生命周期理论相结合应用于卓越工程师的单片机原理及应用教学中，学生在学习过程中实现了人人都能参项目开发的全过程，促使学生由被动学习变成主动学习，在项目设计、实施过程中理解并把握了课程要求的知识与技能，培养了学生主动思考、独立思考、积极分析问题和解决问题的思维和能力，锻炼了学生的团队合作、协调、组织能力，提高了人际交往技能，体验着项目开发的艰辛与乐趣。同时，教师通过课前调查，深入了解市场的需求，有利用于提高教学质量，有效地实现学校教学与社会实践相结合，真正的改变了传统的教学模式，达到学生、教师双赢的目的。

参考文献

[1] 张翼成， 刘美， 王涛. CDIO模式下"单片机原理及应用"课程教学改革[J]. 计算机教育， 2012， 23： 90-93.

[2] 李研. 基于CDIO的我国卓越工程师培养研究[D]. 中南大学， 2012.

[3] 厉威成. CDIO模式的教育理念及其实践研究[D]. 四川师范大学教育科学学院， 2012.

[4] 肖莉. 基于CDIO理念的应用型创新人才培养模式研究[D]. 云南民族大学， 2012.

[5] 刘美， 禹柳飞， 王涛. 基于CDIO理念的卓越人才培养的探索与实践[J]. 广东石油化工学院学报， 2012， 22（2）： 25-30.

基金项目

广东省高等教育教学改革工程项目"CDIO理念的石油化工自动化特色人才培养研究与实践"（BKZZ2011041）；

广东省高等教育教学成果奖培育项目"石油化工自动化特色人才CDIO培养模式的研究与实践"（201139277）；

单片机原理与应用篇7

关键词：单片机 教学改革 培养能力

一、引言

单片机在现代电子系统智能化中扮演着至关重要的角色。无论是现代工业、农业及生活领域，还是尖端科技等诸多领域，都离不开单片机，其应用率和普及率是其他类型的计算机不能比拟的。单片机技术被广泛地应用在智能仪器仪表、机电一体化产品、实时工业控制、分布系统的前端模块、家用电器、医疗和军事等领域。所以单片机原理与应用是电子、自动化等专业的一门必修课。单片机原理与应用是电气信息类、自动化类、机电设备类、计算机类及仪器仪表类等专业的专业基础课或专业课。单片机教学的改革就是使学生将学到的单片机理论知识转化为适应就业和工作需要的实际能力。

二、改革单片机原理及应用教学的意义

（一）单片机原理及应用教学存在的问题

传统的理论教学是按教材编写的顺序，先讲单片机的硬件基础知识，然后讲指令系统、汇编语言编程，接着是讲接口技术，教学形式和手段单一、方法简单呆板。在教学中，学生普遍反映单片机概念多、太抽象、难入门、指令太难记。学生感到枯燥乏味，学习难度很大，课堂教学效果不够理想。

传统实训课则以教师为中心，基本都是教师先进行讲解、示范，然后学生开始实操训练，学生模仿教师按实训步骤操作实训项目。在这个过程中，教师巡回查看辅导学生。实训考核则是操作一个操作过的题目，教师要据学生实训项目完成的结果和所用的时间给出学生实训实操考核成绩。用一个模式，完全按照指导书上规定的步骤做相同的实训。学生感到学习内容枯燥无味，没有兴趣。学生的学习积极性和教师的授课积极性都受到极大的挫伤。

（二）改革单片机原理及应用教学的意义

针对单片机原理应用教学存在的问题，要对单片机原理及应用教学进行改革，培养学生学习单片机原理及应用课程的兴趣，着重培养学生的学习能力、综合运用知识的能力、动手能力和创新能力，培养高技能人才。

三、单片机原理及应用理论教学改革

（一）单片机原理及应用理论课中，引入案例教学

本着“理论够用”就可以的原则，把够用的理论优化整合到一个个案例中，案例中包含的理论由简到难，符合理论掌握的逻辑顺序，使“死”的大量的理论内容分散活化到每一个实际案例中。在应用中学习理论，理论因运用的具体而不再抽象，每个案例中学到的理论数量适中、迁移和内化的程度高，解决了单片机概念多、太抽象、难入门、指令太难记忆等问题。

案例教学有利于培养学生学习单片机原理及应用的兴趣，一个个案例生动具体，给学生展示单片机应用的广阔前景，使学生对学习单片机原理及应用产生浓厚兴趣。学生在学习抽象内容之前，教师可以通过案例给学生介绍单片机无比优越的性价比，并且应用大量的事例说明单片机的应用无所不在。将抽象的教学内容与这些生动的现实应用实例相结合，给学生一个能看到、能听到、能摸着的学习目标，提高了学生学习单片机原理及应用的兴趣。

案例教学有利于培养学生学习单片机原理应用的积极性。案例教学过程中，可以渗透就业热点介绍，使学生认识到单片机从低端应用到高端应用都有广阔前景。学好单片机原理及应用既能为低端应用打好基础，又能为高端处理器的学习做好准备。如此，使学生把学习单片机原理及应用与自己的就业前景结合起来，学生学习积极性得到调动。

单片机原理及应用理论课教学中，使用案例教学，能缩短理论与实践的距离，培养学生综合运用知识、解决实际问题的能力。不少学生都反映，在理论课上学到的理论知识，到实践中不知道怎么使用，怎么入手。其原因就是没有把理论与实际相结合好，使用案例进行理论教学，使学生接触到了与实际应用相近的案例，可以缩短学生学习时间。比如，以一个完整的项目开发为案例，介绍交通信号灯控制系统，这样增强了趣味性，学生也很容易接受，而且可以促进学生思维发展，实现分析、反思、体验和感悟。当其领悟后，就能模仿，也会举一反三。

（二）单片机原理及应用理论课中，丰富教学手段

学生觉得单片机原理及应用难学抽象，很大一部分原因，是传统教学的讲授加板书，无法为学生展示单片机内部数据动态流动的过程和图景。学生脑海中形不成单片机内部数据动态流动的过程和图景，产生了极大的困惑。制作生动形象的多媒体课件可以解决这个问题，利用多媒体课件把单片机中难懂的寻址方式指令举例和有代表性的指令，做成动画准确生动呈现出其数据流动的完整过程，学生瞬间就理解了寻址方式和典型指令，并且迅速发展了学生的形象思维能力、抽象思维能力和举一反三的能力。

单片机原理及应用课程信息量大，要求授课容量大，制作生动形象的多媒体课件可以满足这一要求，利用多媒体课件授课，节省了板书和大量的画图时间，可以在有限的课时内讲深、讲透课程内容；利用多媒体课件演示，可以随机重复，前后可以随意翻看的特点，便于突出重点、突破难点。实践表明，将传统教学的讲授加板书与计算机辅助教学手段相结合，丰富了教学手段，提高了教学效率，激发了学生学习的积极性和主动性，收到了良好的教学效果。

四、单片机原理及应用实践教学改革

（一）单片机原理及应用实训课中，多开发趣味实训项目

利用单片机编程可以实现许多电子电路，这是非常有趣的。例如，利用位操作指令可以实现各种门电路和组合逻辑电路；利用循环或定时器能实现软延时；利用定时器可以实现各种矩形脉冲发生器，这些都可以从示波器上观察到有趣的结果。这些实训项目可以激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性和主动性。

（二）单片机原理及应用实训课中，引入模块化教学

把实践教学内容优化整合成若干个模块，每个模块中包含的知识点和技能又可分解到若干个实训题目中，例如灯光控制模块，包含了闪灯控制、排灯控制、转灯控制、流水灯控制、交通信号灯控制。每个模块的教学又可分成三个层次，对学生来说就是三个层面的学习，即模仿学习、举一反三和创新。就拿灯光控制模块来说，直接按照实训指导书上的程序进行实训就是模仿学习，在此基础上对指导书上的程序进行改编实现延时和灯光花样的变化是举一反三，最后编制一个全新的灯光控制程序实现创新设计。这样的学习符合学生的思维发展规律，使其发挥主观能动性及创造性思维，有效培养了学生的学习能力，综合运用知识解决实际问题的能力和创新能力。

五、小结

单片机原理及应用理论教学和实践教学手段和方法很多，这里从个人教学改革心得出发探讨了几个做法。在今后的教学改革中只要不断改进教学方法， 使用各种教学手段，激发学生的学习兴趣，注重学习能力的培养和综合运用知识解决实际问题的能力的培养，就能获得良好的教学效果。但要深入教学改革，还需要不断努力和探索。

参考文献：

[1]周绍平.单片机教学改革的实践与思考.扬州职业大学学报，2004，8（2）：60～62

[2]廖平.单片机实验教学的改革.实验室研究与探索，2004（7）：36～38

[3]陈 亮.单片机课程的教学改革.实验室研究与探索，2008（9）：121～123

[4]徐海黎，刘明.单片机课程教学的改革.南通大学学报（教育科学版），2005（4）：96～97

[5]邓鹏，郑笔耕，胡书屏.单片机课程教学的改革探讨. 电气电子教学学报，2009（6）：117～118

单片机原理与应用篇8

    生物医学工程(Biomedical Engineering, BME)是在生物医学和工程技术交叉融合的基础上发展起来的新兴边缘学科。该学科的迅速发展,大幅度提高了卫生服务水平和患者生活生存质量,促进了相关领域科技进步。我国有很多高校开设了生物医学工程专业,以满足社会发展需要。生物医学工程由于其学科交叉的广泛性,因此该学科的课程特别多。普遍认为该学科的主干课程至少包括电子信息类《电路分析基础》《模拟电子技术》《数值电子技术》《微机原理》《单片机原理》《接口技术》等20余门,生物医学类《解剖学》《生理学》《生理化学》《普通生物学》《细胞分子生物学》《康复工程学》《生物工程学》《临床医学概要》等30余门。课时总量超过3000学时。如果再加上《英语》《数学》《物理》等公共课程,总学时将会超过4000学时,远远超过了教育部人才培养方案的学时限制。在2012年教育部最新颁布的人才培养方案修订要求4年制理工专业总学时控制2800左右。如此大量的课程在短短的4年学制内,无法有效地组织教学。虽然,各个学校结合自己教学特色进行裁剪,但仍然面临着课时不够、学生负担过重的问题。因此,为了有效地教学、提高教学效果、减轻学生负担,课程的优化成为一个长期讨论的热点。毫无疑问,优化课程应该从学时多,内容相似的课程着手。《微机原理》和《单片机原理与应用》这两门课都高达60学时而且还为压缩后的学时,因此,成为优化的重点考虑对象,也是教学研讨会经常争论的话题。

    1 内容相似性

    以往,《微机原理》和《单片机原理与应用》这两门课程是生物医学工程专业的两门必修课程,有近20年的历史。《微机原理》以Intel的80i86为教学内容作为嵌入式处理器学习的基础课,而《单片机原理与应用》以80C51为教学内容作为嵌入式处理器学习实例的应用课程。为我国培养了许多电子技术相关领域的科技人才。严格来说,这两门课,一门作为基础,一门作为应用相辅相成,不可分割。而在实际教学过程中,并非如此。首先从教学内容来看,这两门课的教学内容高度相似。微机原理的教学内容有:微处理器基本概念、工作原理和硬件结构,汇编语言指令系统和程序设计方法与技巧,中断系统、定时器/计数器和串行通讯的工作原理和应用,微机系统扩展、人机交互、A/D和D/A等接口技术,以及微机应用系统设计实例等。《单片机原理与应用》的教学内容有:单片机结构原理、指令系统和汇编语言程序设计、存储器扩展技术、中断系统、定时器/计数器、串行通信原理及应用、系统扩展、人机交互、A/D与D/A转换器接口技术、单片机应用系统的设计与开发等。从中,我们不难看出这两门课的区别无非是处理器不同而已,教学内容存在高度相似性。

    而在实际教学时,这两门课通常由两个教师来上,课时都在60左右。一方面,由于课时少,授课难以面面俱到而进行选择性授课,从而导致教学内容遗漏;另一方面,由于任课教师的不同,教学内容出现大量重复。虽然学生经过两门课程的学习,但不能精通任何一门,甚至由于不能入门而对嵌入式系统产生恐惧。因此,同时开设这两门课程并没有达到想象中的教学效果。针对这一现象,有不少学者提出将《微机原理》和《单片机原理与应用》这两门课程进行合并,教学时对这两种处理器进行比较教学以提高学习效率,减少课时量,减轻学生负担。毫无疑问,经过课程的合并必提高教学效果,但从现代企业对相关专业技术人员的理论知识和素质能力要求来看,《微机原理》已经落后于时代,学无所用。

    2 社会需求

    经过大量课程的学习,生物医学工程学生的就业竞争力并没有得到很大提升。大量的课程培养了知识面很宽的工程师。这些工程师只懂得一般工程原理而不具备任一领域的专业知识。因此,当他们与其他专业的毕业生竞争时,生物医学工程毕业生往往处于劣势,许多BME公司宁愿聘用信息工程技术相关专业的学生,而不聘用BME的学生。美国犹他州立大学生物医学工程系在BME工业部门做的问卷调查发现40%的人认为BME学生知识面很宽是他们最大的优势,75%的人认为BME学生没有坚实的专业知识。这表明目前的BME课程体系设置还需要在专业知识上进一步巩固。设置更多专业课势必进一步增加课程,显然是行不通的。因此,必须进行优化整合进行探讨,培养学生既拥有广阔的知识面,又具备坚实的专业知识。

    《微机原理》以8086/8088处理器为蓝本介绍处理器的工作原理,并学习使用该处理器。当然,诞生于1978年的8086的诞生开启了仪器智能化的新时代。但随着处理器的发展,单片机的崛起,8086/8088处理器早已经走下神坛而被淘汰,目前市场很难见到8086/8088的踪迹。以8051为代表的单片机逐步取代8086/8088成为行业应用的主流。随着技术的发展,8051虽然也被淘汰,但是其指令兼容的单片机形成庞大的家族活跃在各个行业应用上,从简单的玩具到复杂的航空航天、医疗设备等高科技随处可见51兼容单片机的影子。当然,还发展出其它类型的单片机,如:AVR、PIC等。现代企业招聘时,通常要求应聘者具有一定的单片机开发能力。企业要求的单片机开发能力,显然不是指8086/8088微处理器的开发能力,而是指8051兼容单片机的开发能力,如果再掌握AVR或者PIC单片机开发技能则会更受企业欢迎。《微机原理》课程已经出现教学内容与社会需求脱节,学与用脱节的现象,也导致企业抱怨学生掌握的知识过于陈旧而不愿意招聘应届毕业生。此外,很多毕业生也反应《微机原理》课程中学习的知识无实际用处,对学习其它嵌入式处理器的学习与理解帮助不大。而对于单片机由于就业需要强劲,实用性强,容易上手等因素,学生有很强的学习欲望。

    总之,8086/8088系列微处理器已经在生产实际中淘汰,如果《微机原理》仍然以8086/8088为蓝本讲解微处理器的原理,则显得知识过于陈旧,与企业需求脱节。由于在生产实际中8051兼容的单片机庞大家族仍然广泛应用,因此要加强单片机的学习,不仅可以让学生了解微处理器的工作原理,也能与社会需求接轨,培养出合格的现代企业工程师。

    3 可行性验证

    自2009年以来,我校生物医学工程系就开始小范围试点取消《微机原理》,强化《单片机原理与应用》的教学,取得很好的教学效果。2010年二年级6个本科生由于参加电子设计竞赛而在没有学习《微机原理》的情况下,直接学习单片机开发。在学习过程中,并不比那些有《微机原理》基础的学生表现差。事实上,2011年电子设计竞赛中,他们表现得极为出色。此外,也有不少学校已经开设微机原理课程,并在教学实践中获得良好的教学效果。

    目前,市场涌现出许多零基础学习单片机的教材,如:杜洋的《爱上单片机》、周兴华的《手把手教你学单片机》等。《爱上单片机》和《手把手教你学单片机》不仅市场上脱销,而且网上扫描版下载量奇高,新手几乎人手一本。纵观这些教材都不要求学习者拥有《微机原理》基础,大幅度降低了单片机的学习难度和入门起点。读者对这些教材的热捧不仅说明单片机存在广泛的需求,更表明单片机学习的起点可以很低。

    不论是从我们的教学实践中,还是从目前单片机教材来看,《微机原理》完全没有必要作为《单片机原理与应用》的前置课程。取消该课程,不仅不影响教学效果,反而有利于减轻学生负担,促进《单片机原理与应用》的教学,缩短教学与企业需求距离。

    4 总结