单片机开发板范文

导语：如何才能写好一篇单片机开发板，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：单片机；开发板；ISP

中图分类号：TP368.1 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 08-0000-02

MCU Development Borad Design of Multi-function MCS-51

Zhang Daode

(Hubei University of Technology Mechanical Engineering,Wuhan430068,China)

Abstract:The develop boarddesigned here is of common functions,

such as water lamp,timer,interrupt,singing by buzzer,X5045 watch dog,Real time clock DS1302,digital temperature sensor DS18B20,parallel D/A converter DAC0832,serial A/D converter TLC0832,RS-232 interface,

dynamic display of digital tub,ISP download online,SRAM6264 etc.It is meaningful for single chip machine study and development.

Keywords:MCU;Development board;ISP

一、前言

MCS-51系列单片机是目前主流的8位单片机之一[1]，但由于它的硬件能力有限，本文设计了一种单片机开发板，综合了当下流行的单片机接口电路，很好地扩充了MCS－51单片机的功能。

二、系统主要组成及开发平台

该系统的组成部分的核心是AT89S52单片机芯片，同时扩展了一块RAM6264，并口8155，同时扩充了DAC0832和TLC0832作为AD/DA转换电路，在此基础上还扩充有FM12864中文液晶图形模块接口电路、DS18B20温度传感检测电路，DS1302时钟显示芯片接口，X5045看门狗接口电路，另外将键盘和数码管显示作为独立的模块，方便了使用也使I/O资源空闲，RS-232串口通信电路可实现开发楹和电脑的双机通信。电源方面设置了USB供电和外接电源供电两种方式。

AT89S52单片机口具有8KB的FLASH[2]，通过提供的ISP在线下载线可以现场仿真而无须专门的烧写器即可以将目标程序下载到CPU中，在51 MCU_SYSTEM中就可以观察到程序的运行情况。本文所使用的开发工具为µVision2集成开发平台[3]，包含一个高效的编辑器、一个项目管理器和一个MAKE工具。并且支持所有Keil C51工具，包括C编译器、宏汇编器连接/定位器、目标代码到HEX转换器。

三、系统主要硬件设计

（一）单片机部分

CPU采用的是AT89S5X系列的单片机，同时兼容飞利浦P89系列的单片机，在本系统是单片机上的EA接的是高电平，表示对ROM的读写从内部程序存储器开始，并且可以延至外部存储器。在P0口接有470欧的排组上拉数据口，系统主频率12MHz。

图1.单片机部分电路设计

（二）8155部分

在本系统中采用8155实现I/O扩展。8155不仅具有两个8位的I/O端口A、B口和一个6位的I/O端口C口，而且还可以提供256个字节的静态RAM存储器和一个14位的定时/计数器。8155和单片机的接口非常简单，目前被广泛应用。系统用一片73LS138实现8155、6264等芯片的片选。

图2.8155接口电路设计

（三）DAC0832部分

DAC0832是8位D/A转换器，，转换结果为一对差动电流输出，转换时间大约为1us。使用单电源+5VD+15V供电[1]。参考电压为-10V－+10V。在此我们直接选择+5V作为参考电压。DAC0832有三种工作方式：直通方式，单缓冲方式，双缓冲方式；在此我们选择直通的工作方式，将XFER、WR2、CS管脚全部接数字地。管脚8接参考电压，在此我们接的参考电压是+5V，如图3所示，可以产生三角波，锯齿波，梯型波等波形。CE2接在74LS138上，通过分配地址完成片选。

图3.DAC0832接口电路

（四）TLC0832

TLC0832是八位串行逐次逼近模数转换器[4]，它有两个可选择的输入通道。其接口电路如图所示。TLC0832的通道0外接了电位器，可以模拟不同的电压输入。对TLC0832的控制需要3根I/O口线，可以从单片机及8155接入。

图4.TLC0832接口电路

（五）X5045接口电路

复位电路采用了带I2C的监控芯片X5045，上电即可复位[5]，电路如图5所示。另外8155设置了独立的复位方式以弥补和51单片机的复位不同步缺点。

图5.看门狗接口电路

（六）键盘接口电路

在单片机应用系统中通常应具有人机对话功能能随时发出各种控制指令和数据输入以及报告应用系统的运行状态与运行结果。本文所采用的是独立式键盘，其中key代表阻值为1kΩ的排阻。

（七）数码管显示接口电路

系统数码管显示及键盘显示均比较灵活，提供了专门的I/O接口，可以用8155来控制，也可以用单片机来控制。开发板支持4位七段示LED数码显示器。

四、结束语

限于篇幅，本文关于DS1302、LCD显示接口以及系统软件设计等方面未能介绍。本文设计的单片机开发板在实际中发挥了重要作用，适合于单片机学习者及简单的工程应用。

参考文献：

[1]杨光友.单片微型计算机原理及接口技术[M].水利水电出版社,2002

[2]AT89S51 Datasheet.Atmel Inc.2006

[3]赵亮.单片机C语言编程与实例[M].人民邮电出版社,2003

[4]张道德.单片机接口技术(C51版).中国水利水电出版社,2007

[5]X5045 Datasheet.Intersil inc.2006

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关键词：单片机 教学改革 单片机开发板 单片机课程设计

0 引言

单片机因体积小、功能强、可靠性高和价格低廉等一系列优点，已渗入到人们工作和生活的各个角落，应用前景广阔[1]。目前多数高职院校的机械专业都开设了单片机课程，但大多院校的教学思路仍然借鉴本科先基础后应用的常规教学模式，理论教学与实际应用结合较少。对于高职学生，课程入门比较困难，知识不易掌握，实际应用较少，学习兴趣不高，该课程的实际教学效果并不理想。因此，单片机的教学模式亟需改革，改变原来以知识传授为目标的教学方式，要理论与实践并重，以实践入门来吸引学生学习的兴趣，提高教学质量。

1 高职机械专业单片机教学现存的难点

单片机是一门理论性很强的专业基础课程，同时也是一门实践性和技术性很强的学科。要求学生掌握一定的电子电路知识，还要熟练掌握计算机的相关知识，掌握编程的思维和方法。高职学生的基础知识相对薄弱，对于单片机的学习有一定的困难。

1.1 对于单片机中的专业术语和电路很难理解

学习单片机要以电路原理、模拟电子技术、数字电子技术、计算机基础知识等相关课程的理论知识为基础。与电子专业学生不同的是，我校机械专业学生只开设一门电工电子课程，所有的电路、模电和数电的相关知识都集中在一门课程中讲授，知识点多且课时量偏少，知识点讲授较为粗浅，不能深入展开。因此，学生对于单片机中遇到的一些专业术语和电路，如集电极开路、上拉电阻、存储器地址、D触发器、555振荡电路等，很难理解。这些知识都需要重新讲授，且讲授效果不佳。学生往往在学到单片机的硬件电路部分时，突然间觉得很难，学习的积极性下降，甚至有了厌学的情绪。

1.2 对于汇编指令不易理解

像所有其他的指令一样，汇编指令也是英文的，我校机械专业大部分学生的英语能力比较差，遇到有英文的地方，本能地会回避，更不要说进行深入的研究。单片机中要求他们短时间记忆和理解数十条甚至上百条指令的格式和功能，他们觉得比较有压力，很多学生达不到这个目标。

汇编语言是一种低级语言，每一条汇编指令都与机器的硬件结构密切相关，

如果学生对于硬件结构没有掌握好，那么对于汇编语言的指令也很难完全理解。即使学生勉强知道每条指令的大概意思，但由于没有充分理解其内涵，不能做到融会贯通，常常错误地运用指令，即使在一个程序里运用正确，可能题型改变，就做不出来了。

1.3 对于单片机的应用比较陌生

我们在学校的教学中，受制于课时量的不足和传统教学思维和方法的限制，通常都以传授理论知识为主，实际应用提到的比较少。因此，出现一些学生直到学完这门课程，都不知道单片机能干什么。有些学生告诉老师，以前我们学过的课程，如机械制图，很有实用性，单片机讲的这么多、这么复杂，到底有什么用，我们机械专业为什么要学这一门课程。学生不能深入理解该门课程的实际应用，认为学了无用知识。

2 高职机械专业单片机教学改革的具体措施

学习单片机的最终目标是能运用单片机进行一些项目的开发，解决生产和生活中遇到的实际问题。人才市场需要的不是只懂理论、不懂实践的研究型人才，而是既懂理论，又能实践的应用型人才。因此，单片机的改革也要以就业市场为导向，结合高职机械类学生的特点，做一些针对性的调整，使学生既能学好，又能快速地适应社会的需求。本文针对单片机课程在教学方面现有的种种弊端，提出了单片机课程教学改革实施的一些具体措施。

2.1 实施“项目任务驱动法”，理论教学紧扣实践应用

单片机教学应该采用工程实际应用课题或实践案例进行教学的方法，实施“项目任务驱动法”，即课程教学以单片机应用技术的典型实用案例进行分析讲授的一种教学方法。授课时以单片机技术“案例”演示作为引入，以实现“案例”为主线讲述各相关理论知识。为巩固理论知识的学习和培养学生实际动手的能力，理论教学应与实际“案例”实验教学穿行，以实验教学充实理论内容，使两者融会贯通。整个教学过程的思路设计如下：

例如，在第一次上单片机的课时，就应该给学生演示单片机的用途，如单片机驱动流水灯、驱动数码管显示数字，驱动16×16点阵显示汉字，驱动蜂鸣器演奏一段铃声等，让学生了解单片机的应用，领略单片机的妙处，激发学生学习的兴趣。兴趣对一个学生学习一门课程很重要，如果学生对某门课程失去兴趣，即使再好的老师也教不好。第二次上课可以选择一个简单的应用，如单片机驱动一个LED的亮灭，通过仿真软件，当堂给学生画电路图，编写软件，使学生感到单片机并不是很难，自己也可以学会，打消他学不好的顾虑。后面每次课都以项目任务为导向，每次课时可以先将我们要实现的功能给学生演示一遍，然后告诉学生我们实现这个功能的思路是什么，我们要实现这个功能，需要学习哪些基础知识，让学生有一个清晰的概况和热切学习的期盼。下表为四个常用的典型项目的实验任务设置：

每个项目的设计都要以实践应用为导向，让学生感觉到能学以致用。任务的设计应遵循由浅到深、循序渐进的手法，与理论章节知识的进度遥相呼应，使学生能够逐步接受并加深理解。同一个知识点，可以举不同项目中的相近任务反复讲解，使学生对所学知识点理解透彻，达到举一反三的目的。

2.2 以C语言为主，汇编语言为辅，讲授单片机的指令系统

目前单片机的实际项目开发多采用C语言程序编写，传统的单片机教材和教学，大多采用汇编语言讲授单片机的指令系统[2]。为了改变传统所学与实际所用的差别，单片机指令系统的教学，应在汇编语言的基础上，增加单片机C语言程序设计内容，采用以C语言为主，汇编语言为辅的编程方式。这样可以使学生尽快与实践接轨，提高单片机的开发效率，使学生毕业后更快更好地适应工作环境。例如：在采用案例教学过程中，同一程序分别用汇编语言和C语言编写，通过比较二者的优缺点，可以真正理解两种语言在实际应用中的效果。Keil C51程序编译工具，既可以实现汇编语言的编程，又可以实现C语言的编程。因此，在我们实际教学工作中，完全可以用Keil C51软件实现了单片机软件开发和应用案例的日常教学，简化理论课学习的内容，降低学习难度，使学生能尽快上手单片机，这样就提高了同学们学习单片机的热情，同时也非常适合实践应用的需求，为将来工作中单片机的开发应用奠定了良好的软件基础。

2.3 单片机仿真软件和实验开发板并重的双重实验教学模式

实验教学中应实施单片机仿真软件和实验开发板并重的双重实验教学模式。开发板是在一块电路板上集成了单片机常用功能模块，虽然体积小，但涵盖了绝大多数单片机常用的实验，并可以根据教学需求，开发扩展相关功能模块[3]。课堂教学结束后，学生可将开发板带回宿舍，只需要一台电脑、一根USB下载线，就可在开发板上自学单片机或是做一些小项目锻炼实际动手能力，充分调动学生学习单片机的积极性。开发板价格便宜，现在市面上简单通用的单片机开发板（适用入门者学习），每套均价不到200元，完全满足初学者做一些常用的开发应用。实验教学中，可先让学生在Keil C51和Proteus软件中编写和仿真单片机案例程序，程序仿真正确无误后，将程序下载到单片机开发板中，在开发板上实现实际电路功能的运行，强化对实际电路的认识和理解。

2.4 增添单片机课程设计专项实训，实施理论与实践并重的考核方案

在单片机课程结束前，可在临近期末设置3周的单片机课程设计专项实训，一周调研选题，一周设计软硬件、一周焊接电路板，完成作品。具体实施的方法是让学生独立在单片机开发板上完成自选项目的设计与实现，如“数字钟”、“LED显示器”、“数字温度显示计”等智能化小产品。3-4人一组，查阅资料，自选题目，自行设计电路图、编辑程序，然后选择并购买相应的元器件，亲自焊接并完成电路，提交课题设计报告。该课程设计的开展，可以使学生了解市场行情，培养学生开发项目的能力，团队合作能力等，同时也可以作为学生期末考试实践环节的考核成绩。

为防止学生原搬照抄网上和有关资料的单片机实验设计，达不到课程考核的初衷，单片机的考核还应保留原有的理论考试。应将传统的以理论考核为主的期末闭卷考试与以实践开发应用为主的单片机课程设计考核相结合，将二者的成绩共同作为单片机课程的最终考核成绩。这样，能同时对学生的理论基础知识和实践动手开发能力做出合理的考核评价。

3 结语

单片机是高职机械专业学生的重要基础课程，目前教学效果普遍不佳。在分析高职机械专业学生单片机教学难点的基础上，针对传统教学模式的弊端，提出了该课程教学改革的具体实施措施。在教学方法上，实施了“项目任务驱动法”，较好地融合了理论与实践教学；在教学内容上，紧贴能实际运用的教学理论与技术，如以C语言为主，汇编语言为辅的单片机编程语言；在教学手段上，实行单片机仿真软件和实验开发板并重的双重实验教学模式；在考核方式上，采用理论与实践并重的考核方案。实践教学结果表明，改进后的教学模式要优于过去传统教学模式的教学效果，达到了单片机课程教学改革的预期目标。

参考文献：

[1]王效华，张咏梅.单片机原理与应用[M].北京：北京交通大学出版社，2007：5.

[2]谢维成.单片机原理及应用C51程序设计[M].北京：清华大学出版社，2008.

[3]周润景，张丽娜.基于Proteus的电路及单片机系统的设计与仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

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关键词：单片机教学 教学方法改革 创新培养模式 兴趣小组

中图分类号：G642.7

文献标识码：A

文章编号：1004-4914（2015）06-231-02

单片机自从问世以来，就由于其小的体积，大的性能特征而越来越多地应用于人类生活的各个领域，单片机的发展和技术进步的速度也是快到应接不暇。涉及工业控制，信号处理与控制，信息检测与识别的各个行业，单片机都是不可或缺的。近20年来，随着计算机的普及以及电子控制技术的迅速发展，单片机课程从最初的计算机专业和电子信息专业进行开设，到相关的大专院校的工科专业都在开设，单片机应用技术或单片机接口技术的相关课程作为必修专业课列入了大学培养计划。单片机的相关课程的内容是随着电子技术的进步而不断的进行更新的。因此，对于课程的教材的更新，对于教师的知识的更新，对于教学方法和模式的改革都是与时俱进地发展变化的。这种状况决定了对高校的单片机课程的任课教师，实验指导教师而言都提出了更高的要求。如何教好单片机课，如何开展单片机实验，学生又如何学好单片机，用好单片机，锻炼自己的实践能力都成为了课程改革的关键。

一、原有教学方法的发展与弊端

10年前的教学中，单片机的语言统一为汇编语言，而汇编语言的局限性明显，因此，高级语言取代汇编语言的趋势是不可逆的。10年前，多媒体教学尚未普及，教师的教学局限于书本和黑板，大大地限制了课堂的教学容量，例如讲解到存储器扩展时，教师就需要把涉及到的设备框图绘制到黑板上进行讲解，费时费力而又晦涩难懂。而计算机网络的落后使得学生借助网络资源学习和进行知识的拓展也是可望不可及的。最初的实验设备是单片机开发板，而开发板能够实现的功能又少之有少；开发板的键盘按钮是非通用的，如果开发板的配套说明书丢失的情况下，除了实验教师，其他人是难以正常操作的。当时的MCS-51系列单片机的存储器是紫外线可擦写式的，单片机内部程序的烧录是异常繁琐。

对于计算机专业和电子工程专业的学生而言，单片机的学习会贯穿大学的整个过程中，涵盖单片机控制的课程设计和毕业设计环节可以更好地锻炼学生的实践动手能力。而学生的不重视和学不好的为难消极情绪，也使非计算机专业和电子工程专业的单片机的教学实践环节的设置难以顺利开展。对于非计算机专业而言，还存在实验设备匮乏，让学生进行实际的动手操作并进行产品开发是不现实的问题。单片机课程的学时设置为30多个理论课时加4到6学时的实验，总学时在30到40之间。这种课程设置对于单片机课程的教学明显不足。因此，10年前的单片机课程只能看作是知识普及课程，难以实现学生学好知识，进行产品开发的目标。

二、单片机教学方法的改革现状研究

现代单片机的教学革新是在多媒体技术的发展，网络资源普及的前提下得以实现的。随着电子技术的发展，单片机的总线结构和CPU的处理能力，单片机的集成程度也都大大地得以提升，程序存储器已经经历了电可擦除、加密处理、Flash技术的存储器几代的发展，单片机也实现了高级语言C语言的编程控制。因此，对于单片机的教学知识的更新要求更快，教师从对于教材选择、课件更新、实验设置等方面要做到与时俱进地调整。这样才能跟进单片机技术的发展，学生才能学到最新的专业知识。

目前单片机教学的改革方法更是层出不尽，单片机教学改革中涉及到了“proteus仿真的单片机教学改革{1}”，“基于案例/项目驱动的改革方法{2}{3}”，“教―学―做一体化的教学模式{3}”等。这些方法都能够在某些层面上跟踪单片机技术的发展并满足教学要求，在某些程度上是把握了单片机教学的发展趋势，但是在某些层面上仍然是片面和局限的。比如，“proteus仿真的单片机教学改革”方法中基于的proteus仿真软件只是在虚拟环境下使学生学习掌握单片机的功能和使用特点，距离实际产品的设计还有很大的区别。又如“基于项目驱动的改革方法”是在力图把知识点与单片机开发板能够实现的功能结合在一起进行讲解，在某些程度上是可以通过具体问题的解决来调动学生的积极性和兴趣的，但是完全依赖这种教学方式，会使学生对理论知识的掌握不足，对于单片机的认知不全，对于今后的产品设计环节的顺利开展不利。“教―学―做一体化的教学模式”的教学方式的提法较为全面，但是在具体的执行上还是缺乏具体的实施方法的细化研究的。

三、新的教学改革方法的提出

本文提出的是除了课堂教学以外，建立导师制下以团队为培养对象的兴趣小组的创新学习培养模式。这种模式并不是脱离单片机教学环节而提出的，而是以单片机教学的良好的推进方法。其中，教师（导师）作为核心人物，不仅在课堂上完成理论授课内容，调动学生的学习积极性，而且，掌握用单片机开发技能。导师对于团队成员进行跟踪指导，掌握进展，及时答疑解困，把握产品设计的整体方向，给学生以全局的指导。兴趣小组的培养模式并非是集体喂养大帮哄的模式，因为团队成员的选择是以学生的兴趣爱好为出发点的，以成型产品的设计开发为学习的目标，最终以创新，实用性的产品为成果形式，通过成果展示学生的单片机应用能力。在这一目标的驱动下，对于单片机的学习要全面系统，做到懂理论，自主学习，动手DIY。具体的教学建议和学习建议如下：

1.理论学习。老师对于课本知识或对经验的讲授，对知识的关联性，全面性地把握，对于学生的入门和学习起到事半功倍的作用。而学生是学习的主体，学生只有感兴趣，真正在单片机学习中下功夫，才可能完成单片机理论知识的理解和串联。其中硬件学习中，书本与网络资源、实验板的结合使用，对于知识有直观的认识。学生不能只是接受填鸭式的教育，要对学到的知识进行及时的复习，对于编程实例进行实际的操作，才能跟得上老师的步伐，跟教学互动，与前续知识前后呼应，真正弄懂并掌握硬件的功能。软件学习中，传统上应用汇编语言进行编程操作，而又只是局限于汇编语言才能进行单片机的软件控制；但是，随着高级语言通用技术的发展，我们现在可以应用C语言对于单片机进行编程操作了。因此，前续课程对于高级语言的掌握会对单片机的软件学习起到事半功倍的效果。软件的学习要结合设计实例。有的放矢，学习中，模仿别人的产品设计与实践中，发现问题，熟练操作，掌握技巧，扎实理论，提高实践能力。需要强调的是正确的程序编写，唯独编程思想是软件编程要掌握的核心。

2.产品设计开发。产品设计，是针对某一专业的实际问题而设置，比如，汽车专业的学生会开发设计一些汽车附加产品，电子窗帘、电子除霜器等。这些产品是为某一功能而设计，实现实体部分设计（机械装置和机构）来完成。产品设计包括功能硬件部分、扩展连接部分、动力源、滤波降噪软件、控制指令编程、功能实现与性能测试等各个环节的设计。注重理论与实践的结合，注重成果转化，更早地使学生具有创新的产品设计理念，锻炼学生的设计思维、动手能力和整体化、全局化思维。在毕业设计题目与创新项目的选题与立项中，单片机对产品的控制作用的比例加大，才能实现产品的智能化设计。因此，加大这类实际产品的设计课题，对于学生与工作岗位的快速接轨有利。学生在大学时就参与实际项目的开展，进行产品设计，对于个人能力提高有利；同时，可以更好地在就业竞争中获得好的机会。

3.成果展示与总结。对于每一届的学生，在每一届的单片机课程结业后，开展成果演示主题报告，对学习体会和设计思路进行总结、研讨。这一环节邀请同年级和低年级同学参加，对于经过单片机学习与产品开发的学生而言，可以锻炼学生的整体思维与综合表达素质。而尤为重要的是使未接触单片机学习的学生了解单片机，了解产品设计流程、培养兴趣，进行学习方法研讨，引入导师与学长的指导形式，带动更多的学生加入、更多的团队学习，从而形成良性循环。

四、结论

笔者认为学习知识的能力培养是大学时期应该获得的基本能力。而单片机课程的开设和学习，要经历单片机课程学习知识运用产品开发的环节，这一连贯的学以致用的环节有利于促进学生学习体系的培养。因此，本文提出的是除了课堂教学以外，建立导师制下以团队为培养对象的兴趣小组的创新学习培养模式，这种方法并不与其他的教学方法相矛盾，而是建立在借鉴其他的教学方法的优势，强调经历产品的开发设计环节是对知识合理检验与对学生能力提升的有效途径，因此是值得推荐的单片机教学改革方法。

[基金项目：黑龙江省高等学校教改工程项目“基于与就业接轨的工科专业毕业设计环节的改革研究”（JG2013010521），佳木斯大学教学研究专项项目（JYLA2012-018）和佳木斯大学科技创新团队建设项目（Cxtd-2013-01）。]

注释：

{1}贾萍，丁向荣，胡美兰.教学做一体化单片机教学实验平台的设计与应用[J].职业技术教育，2012（6）：139-142

{2}李绍静，基于案例驱动的单片机教学模式研究[J].信息技术，2013（4）：59-62

{3}王京港，张翠平.基于项目驱动及Proteus仿真的单片机教学改革探索[J].中国电力教育，2013（22）：138-140

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1网线定位测试器的原理

100Base⁃TX标准要求使用2对阻抗为100Ω的5类非屏蔽8芯双绞线，其中必须使用的内芯为：1号芯（橙白色）、2号芯（橙色）、3号芯（绿白色）、6号芯（绿色）。据此，只需要保证了这4颗内芯处于可靠连通状态，就可以保证此条网线线路达到了100Base⁃TX通信标准。本文设计思路在于对网线8颗内芯做A，B两类处理：A类是1，2，3，6号芯，用于测试线路是否达标；B类是4，5，7，8号芯，用于定位线路来源。需要特别说明的是本文是基于对绝大部分线路质量充分信任的基础上设计，对线路绝缘层损坏造成线间短路、线间串联、线材质量差内芯自身短路等极端问题，系统亦将在显示部分进行异常提示，但无法给出中间线路具体故障原因，此类极端情况下需要针对性使用网络测试仪[3]并结合现场情况进行断点、故障点位置判断。

1.1测试原理检测原理如图1所示，对A类中的4颗内芯施加低电平0信号，经由房间端反馈4位2进制“0000”信号至中间待测线路，在单片机P3口中检测反馈信号，如果对应端口都可以收到低电平0信号，说明1，2，3，6号全部可靠连通。

1.2定位原理B类中的4颗内芯用来定位，它可以传递4位简单2进制编码，如1010。由于4位2进制编码有15种不同的可辨别状态，可以用来定位15个不同房间，在我院某大楼的实际应用中，每次最多只需同时测试12个房间，因此采用这种简单4位2进制编码可以完全满足要求。整个过程如图2所示。

2硬件设计

2.1单片机端单片机端实物图如图3所示，用于获取检测定位信息，并将取得的信息显示出来。模块化精简设计，使用开发板的STC89C54单片机最小系统，含有STC89C54单片机（含晶振震荡电路）模块，8位数码管显示模块和电源模块，并自制了检测接口模块。调用单片机P0和P3口作为输入输出端口[4]，取P3口低电平有效作为输入，连接待测线路；P1口高电平有效作为输出，连接显示模块；8位数码管显示模块采用共阴级显示方式，平时为不显示状态，以节约电能；电源模块采用5V，0.7A直流USB供电，外接普通移动电源输入；检测接口模块为兼容RJ45接口。8位数码管显示规则定义为：高4位用于显示房间号，如显示10，则表示现在正在接受检测的线路来自10号房间端口；低4位用于显示通信测试结果，结果合格则显示“PASS”，不合格则显示“F”“，FF”“，FFF”等（取英文单词“FAIL”的首字母“F”），由于A类芯一共4颗，分别是1，2，3，6号芯，它们刚好可以和数码管的低4位一一进行对应，哪颗芯检测失败，则在对应的数码管上显示“F”，异常提示的代码为“EEEE”（取英文单词“Error”的首字母“E”）。

2.2房间端用于插入各个房间的网络接入端口，在反馈4位2进制“0000”信号[5]的同时，反馈特定的4位2进制定位编码，供单片机端分析。2进制定位编码与房间号之间的逻辑表如表1所示。

3程序设计

采用德国KeilSoftware公司出品的KeilC51软件的集成开发环境uVision中编写，它提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案[5]。程序流程如图4所示。部分程序代码。

4结论

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关键词：智能科学与技术；智能机器人平台；微控制器技术

0引言

机器人是一个典型的机电一体化系统，它综合了机械设计、电工电子、传感器、计算机、微控制器编程控制系统和人工智能等学科的内容，是智能科学与技术本科专业很多课程教学和实验的理想的平台。同时学生经常参加各种机器人相关的比赛，旨在通过大赛全面培养学生的动手能力、创造能力、合作能力和进取精神，同时也深化和应用智能科学与技术专业所学的知识。

与研究生相比，本科生对动手设计的兴趣要远远高于对理论知识的学习。针对本科生的这一特点，为本科二、三年级的学生设计一些创新性的机器人项目，引导学生自己组队，搭建相应的硬件电路，为他们在高年级深入理解和学习智能科学与技术的专业课程提供一个硬件平台，打下一定的专业基础，并通过这些项目的实施提高学生的综合应用和创新能力。

1微控制器技术在人工智能领域的应用现状

微控制器技术应用超大规模集成电路技术把中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口、中断系统、定时器等功能（部分包括脉宽调制电路、模拟多路转换器、显示驱动电路以及A/D转换器等）集成到一个芯片上，组成一个体积小但功能强大的计算机系统。该芯片可外接多种传感器，实现对多种信息的采集处理，结合信息融合技术，可以实现机器各种预期的智能行为（如导航装备、汽车的各种智能控制系统、智能家电等）。

高效地融合微控制器技术与人工智能技术，将智能算法嵌入到机器人微控制器中，系统则会呈现出各种智能行为。可实现智能算法的机器人平台主要集中在以下几个方面：智能家庭清扫类机器人、多传感器融合的智能小车、视觉类机器人等。智能家庭清扫类机器人为机器人避障、路径规划等理论提供相应的平台，方便学生理解、学习根据某个或某些优化准则，在机器人工作空间中寻找一条从初始状态到目标状态避开障碍物的最优路径等相关知识；视觉类机器人为图像处理、模式识别等相关的理论提供相应的平台，方便学生理解、学习图像的获取和处理的智能算法；多传感器信息融合类机器人可以为多传感器融合技术提供一个硬件平台，方便学生理解、学习、综合应用控制理论、信号处理、人工智能、概率和统计等相关知识。

2可实现智能算法的机器人平台设计

各类机器人平台的总体架构大致相同，都需要包含系统输入（传感器）子系统、决策子系统、通讯子系统以及运动控制子系统。各个子系统的功能需要硬件设计和软件设计共同实现。文中结合微控制器技术重点阐述硬件设计部分，包括机器人的层次架构、硬件选型、电路设计等。结合本科教学的特点，硬件设计从学生的理解能力、可操作性、可实现性、后期智能算法的可应用性等多个方面综合考虑，应用微控制器技术，实现以下3种机器人平台。

2.1智能家庭清扫类机器人

家庭清扫类机器人的硬件平台相对比较成熟，市场上的国内外的产品也较多。此类机器人任务较为单一，传感器种类较少，硬件平台搭建较为容易，对学生而言是一个较为理想的智能机器人平台。

该平台的硬件设计采用单CPU架构，以轮式机器人为主。车体由车架、电池组、直流电机、车轮、微控制器、传感器等组成。外部传感器把环境信息输入到单片机开发板，单片机开发板对信息进行处理，处理后的决策信号通过扩展转接板传给电机，控制电动转动，从而实现机器人的运动，系统的硬件结构图如图l所示。

为保证机器人运动灵活且易于控制，我们采用圆形车体十三轮式移动机构。两主动轮差速驱动，第三个万向轮起辅助支撑的作用。传感器的布置有多种方案供选择，学生选择不同的位置安装传感器会影响到该机器人后期避障、路径规划等智能算法的设计及研究。微控制器采用TI公司的MSP430F149单片机，通过超声/红外传感器感知环境信息，使用L298电机驱动模块驱动左右两个直流电机，使用PWM技术对电机的速度进行调节和控制，通过MAX7219驱动6位LED数码管显示器显示系统运行过程中的各种信息。

2.2视觉类机器人

传统的移动机器人视觉系统通常采用通用计算机进行视觉信息处理。随着微控制器技术的不断发展，高端的微控制器也具备了强大的数据处理能力。

由于视觉信息处理计算量很大，为了使设计的视觉类机器人平台能够应用已定的图像处理算法，视觉类机器人的层次架构采用二级CPU架构，主从式控制实现，如图2所示。一级CPU采用ARM微控制器，嵌入裁剪的Linux系统，负责图像信息的获取、处理、系统管理等操作；二级CPU采用单片机微控制器实现对机器人运动的控制。

整个系统的硬件选型为搭载900MHz Quad-core ARM Cortex-A7处理器的树莓派开发板、MSP430F149开发板、摄像头、稳压电源模块、直流电机、L298N电机驱动板、机器人机体、电源（12V蓄电池）和转接板。

控制机器人移动的底盘控制方案除了前面清扫类机器人用到的双轮差动驱动以外，还有一种全向驱动方式。全向驱动方式灵活性更强，其中三轮驱动的方式具有较强的稳定性。结合视觉类机器人需求，该平台采用全向驱动方式实现机器人的移动。

2.3多传感器信息融合类机器人

多传感器信息融合技术是近年来十分热门的研究课题，它结合了控制理论、信号处理、人工智能、概率和统计的发展，为机器人在各种复杂的、动态的、不确定或未知的环境中工作提供了一种技术解决途径。信息融合的研究内容极其丰富，涉及的基础理论较多，如有参数模板法、聚类分析、支持向量机、K均值聚类等分类方法；自适应共振理论（ART）、自适应共振理论映射和模糊自适应共振理论网络等自适应的方法进行传感器融合；专家系统、神经网络和模糊逻辑等人工智能方法对融合大量的传感器信息，用于非线性和不确定的场合。

单级、二级CPU架构只能满足简单的多传感器技术的需求（如清扫类、视觉类机器人等），复杂的多传感器融合类机器人的层次结构采用“多CPU架构+分布式控制”方式实现。在主控机上实现多传感器信息融合算法，下位机则可根据需求设计多个CPU，每个CPU选用单片机控制机器人的不同部位，承担固定任务，使得机器人系统高速、稳定运行。同时每个微控制器负责获取不同类型的传感器信息，通过无线通信模块将数据传给上位机。上位机通过智能分析算法得到决策，决策数据通过无线模块传到微控制器去执行，如图3所示。

整个系统的硬件选型为高性能PC机（上位机）、MSP430F149（下位机微控制器）、WIFI模块、各种传感器及执行机构（传感器和执行机构由学生根据机器人项目的环境信息、具体的功能等确定）。

3机器人平台在教学过程中的实践及效果

在智能科学与技术专业的本科实践环节中，组织大二、大三具备C语言基础、单片机基础的学生，3～5人自由组队，根据教师给出的项目任务书进行项目设计、项目实施以及项目答辩等各个环节。图4展示的是部分小组制作的机器人实物。其中图4（a）所示的是一个基于超声传感器的轮式机器人。显示屏可显示机身距离障碍物的距离，该机器人只包含一个微控制器MSP430开发板。基于超声传感器检测的数据实现对机器人的控制。图4（b）所示的是一个视觉机器人，该机器人包含两个微控制器，一个为树莓派开发板，另一个为MSP430开发板。树莓派开发板主要用于处理图像信息，MSP430开发板主要用于控制机器人的运动。图4（c）所示的是一个多传感器融合的机器人系统。压力传感器、MPU6050传感器等检测机器人自身状态的传感器数据通过MSP430开发板外接的WIFI模块传给上位机，上位机的决策也可通过WIFI模块传给单片机控制器。

这些机器人基本上都可通过软件设计实现相关的智能算法，比如图4（a）可实现路径规划的相关算法；图4（b）则可实现一些图像处理、图像识别算法；图4（c）则可以在上位机使用智能算法对传感器数据进行分析，实现机器人稳定行走的相关控制。部分学生在完成机器人制作的基础上，结合课堂上学习的智能算法，优化了软件设计及算法实现，取得了一定的成果。

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【关键词】：中职学校；单片机；教学；改革

中图分类号：G47文献标识码： A

随着科学技术的发展，单片机的应用日趋广泛，从家用智能电子产品、工业仪表，到汽车、自动化控制系统等，都普遍采用单片机技术。单片机教学是一门涉及模拟电路、数字电路、程序设计、通信等知识的综合性课程，是电子信息工程、汽车电子技术、自动化等专业的核心内容，越来越受到中职学校的重视。

然而，对于中职学生来说，学好单片机技术，又是一件不容易的事。一方面，单片机技术知识面广，综合性强，课程理论深，既要有硬件知识要求，更要有软件设计功底；另一方面，中职学生整体专业基础薄弱，缺乏软件编程训练，对计算机系统原理不理解；此外，现有教材结构系统，传统教学方法，实验实训条件等等，这些都给中职单片机教学带来一定困难。笔者认为，从分析中职单片机教学中存在的问题入手，积极研究对策，是能够探索出一条适合中职学生学习单片机的有效途径的。

一、合理定位培养目标

目前众多单片机教材仍为过去的中专教材，这种教材系统性、理论性过强、培养目标定位过高，对于基础较差的中职学生来说很难接受。根据中职学校对人才的培养目标要求“本着理论知识够用，注重应用性、适度性和针对性，重在实际能力培养”的原则，结合多年来的教学经验，我们定位单片机课程的培养目标为：知道单片机的基本结构；掌握单片机的最小系统；初步掌握编程方法；培养学生编程能力、硬件分析能力、软件调试能力和综合运用能力。这样的培养目标，在单片机硬件结构的要求上把原来“掌握单片机的结构”改为“知道单片机的基本结构”，降低了对单片机结构的学习要求，重点放在对单片机的开发应用上，变原来重在“单片机原理”教学为重在“技术应用”教学，既符合中职学校对人才培养的要求，更能激发学生的学习兴趣，也为其终身学习打下良好的坚实基础。

二、合理安排教学内容，选择合适的教学方法

传统单片机课程的知识结构是按“结构”“指令”“编程”“应用”的体系来进行编排。这样的课程体系占用了三分二的时间讲解单片机硬件结构和指令系统，强化对单片机原理的理论学习，淡化了单片机应用学习，在课程即将结束时学生才有机会接触到基本的应用。目前中职学生基础相对薄弱，接受能力较差，在这种教学模式下学习，学生也只是将教师在实验前讲解实验时编写的程序在上机时“照葫芦画瓢”而已，甚至于做完实验后还不知道自己到底做了什么，致使学生丧失学习兴趣，对十分有趣、应用广泛的单片机望而却步。

针对中职学生基础较差，分析解问题、解决问题能力较弱，学习兴趣持续时间短的特点，我们必须打破传统教材中的知识体系结构，以应用为主线，以项目任务为载体，重组硬件与软件知识来整合教学内容，实现教学内容“硬软件一体化”的教学方法。如在学习“I/O端口”时，根据这部分内容要求学生识记应该知晓的硬件知识点，恰当加入相关的指令和软件操作知识，由浅入深地规划几个项目任务，把相关的知识和技能有机地融合到项目任务中去学习，这样就可以把枯燥无味的硬件知识和大量抽象的指令系统分散学习，不仅使学生容易接受，更能激发学生的学习积极性和求知欲，使学生能自始至终地投入到学习中去，并能体验学习的快乐，从而主动地获取知识。

三、单片机有效教学的对策

笔者长期从事中职单片机的教学，做了很多单片机教学改革方面的尝试，针对以上存在的问题，笔者认为可以采取以下几个对策。

3.1推行项目教学模式

项目教学模式是基于传统教学模式的不足与偏差而提出，它是把整个学习过程分解为一个个具体的工程或事件，设计出一个个项目教学方案，学生全部或部分独立组织、安排学习行为，解决在完成项目中遇到的困难，从而有利于提高学生的兴趣，自然能调动学习的积极性。

推行项目教学模式，重点工作是要重组教材结构体系，打破原有章节顺序，整合教学知识点，开发项目化教学内容。依据中职单片机教学大纲要求，结合中职学生实际基础，笔者开发了《单片机最小系统》、《流水灯》、《带中断的交通灯》、《电子秒表》、《PC机和单片机通讯的制作》等教学项目，将单片机结构、并行口、中断、定时计数、串口等硬件知识及C51编程、系统调试等知识点融入这几个教学项目，内容组织上注重由易到难，重点反复强化，难点分项目逐个突破。实践证明，推行项目教学调动了学生学习兴趣，降低了教与学的难度，增强了学生探索创新、提升能力的自主意识，教学效果有了显著的提高。

3.2采用模拟仿真软件

单片机是一名实践性很强的课程，涉及的实例、应用、实验很多，受实验设备台套数限制，以及由于通用实验内容与教学项目的不匹配，完全依赖实验箱、开发板等实物进行实践练习效果不理想，因此，采用计算机仿真软件，达到在课堂上进行实例演示的教学效果，对于单片机教学具有重要的指导意义，Proteus是较为理想的选择。

Proteus不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及器件，它是目前最好的仿真单片机及器件的工具之一，能进行原理图布图、代码调试及单片机与电路协同仿真。用它可以设计单片机系统硬件，查看程序在单片机中的运行以及程序执行的效果等等，这对学生深刻理解单片机原理，直观地掌握单片机软硬件系统的设计、调试及其仿真过程，提高学生的学习兴趣，有非常大的帮助。实践证明，使用Proteus开发环境对学生进行培训，在不需要硬件投入的条件下，学生对单片机的学习比单纯学习书本知识更容易接受，更容易提高。

3.3强化实践训练效果

当然，再好的仿真软件也只是将结果在计算机上模拟呈现，它是对实践训练的一个补充，而对于学生及教学来说，并没有真实的成果展示，此前所提项目教学模式也是要围绕一个个实际项目展开的，因此教学过程中要借助实物（如单片机开发板、制作项目板）进行实践训练，全面提升学生实践操作能力、系统调试能力。

笔者在教学过程根据各项目的特点及现有教学资源，利用通用单片机开发板上完成《流水灯》、《PC机和单片机通讯的制作》项目实训内容，将理论教学实践化；利用电子套件，带领学生亲手制作单片机最小系统、电子秒表、带中断的交通灯等，将项目教学实物化。这样不仅能提高学生的学习主动性，更能培养学生实践操作软硬系统联调等能力，使学生真正理解了什么是单片机，它能做什么，我们怎么开发它，让学生成为学习单片机的主人。

3.4重视创新及技能大赛

中职学生技能大赛已成为衡量学校办学质量、教师专业能力的重要标志。组织团队积极参与单片机技能大赛不仅可以为学有余力的学生创造新的机会，选拔出优秀选手参加省市大赛，也能为“项目教学、小组学习”教学模式提供帮助，实行以赛代练、以赛促学，也能培养学生团结协作，互帮互助的意识。

四、改革评价方式

教学改革的关键是评价方式的改革，为此我们必须彻底改变过去那种一张纸决定学生学习好坏的评价方式，建立行之有效的评价机制，激发学习兴趣。中职单片机课程应以培养学生实践能力和应用能力为目的，对学生的学习评价应根据学生在整个课程学习过程中的学习态度、参与实践教学的主动性、独立完成实践项目的能力等多方位进行综合评价，充分肯定学生在学习过程中的每一个细节的成功。教师要让学生感受自己的成功和发现自己的不足，促使学生在学习过程中不断完善自我，最终实现“把学生培养成具有很强的实际操作能力和创新能力的实用型人才”的目标。

【参考文献】

[1]肖洪兵.跟我学用单片机[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.

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关键词：中职教学；单片机；教学探索

单片机技术被广泛应用于各行各业，是一种实用的智能型控制技术。单片机技术的发展极大地推动了电子技术及自动化快速发展和应用，成为当前中职教学中的重要课程。单片机应用技术是电类专业的主干专业课。但在单片机课程教学过程中，存在着教师难教、学生难学的现象。笔者在多年的单片机教学中不断探索，通过自己的教学工作总结，提出一些改进的思路与对策。

一、单片机教学现状

单片机技术与应用一般可分为基础及综合实践教学两个部分，后者的教学过程是建立在前者的知识及技能培养基础之上的。单片机基础教学一般采用先讲解单片机原理，让学生理解消化了相关原理后再做相关的实验。单片机实训教学一般用采项目教学，强调对已有理论知识和技能的强化和综合应用，培养学生对单片机应用系统开发及应用的相应职业能力。

目前，中专生在单片机教学过程中存在着诸多问题：（1）教材普遍采用高职及大学的教材或是大学版的精缩版，教材编写不合理，将硬件、软件、编程指令语言相独立成章，学科性过强，课程内容比较抽象，直接导致了教师难教、学生难学的现实情况。（2）实验内容安排不合理，实验过少，实验内容之间独立性强，仅停留在认识操作过程，了解实验效果的阶段，没有上升到应用、掌握的层面。（3）实训项目教学普遍轻硬件，重软件，并且职业教育特色不够鲜明，培养的技能不突出，不适应中职生的实际，培养目标十分模糊。

二、单片机教学改革探索

1.理论教学要突破传统的教学方法

单片机是一门应用性很强的课程，其理论课不适用传统的讲授法，理论课应与实验课结合进行，合二为一。理论课教学要突破传统教学方法，教师要用好以下几种工具：（1）要应用好多媒体技术。课前可准备好与课程相关的生活生产内容，有效扩大课程容量。通过多媒体教学图文并茂、动静结合的表现形式，极有利于学生对抽象知识的理解和感受。（2）要熟练应用计算机仿真技术。如，Protues软件，它是目前较好的仿真单片机及器件的工具软

件。可以将单片机原理、工作过程这些抽象的概念形象化、具体化、Protues仿真软件是单片机课堂教学的先进助手，它不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化，特别适用于在课堂理论教学中演示使用。（3）使用单片机开发板。目前市面上单片机开发板种类多，价格便宜，体积又小，涵盖了单片机重要的基础实验，十分适宜在课堂中演示。与Protues软件比较，前者仿真效果虽然好，但是其仿真效果与硬件实际效果并不完全相等。尤其在学习硬件部分时，出现这种情况时应该以硬件开发板演示其实际效果，不能一味使用仿真，脱离实际，要让学生深入地掌握相应的知识。如，按键去抖效果，硬件驱动，定时、计数器的计数显示应用等。

2.实验教学要重视内容升华，注重能力培养

实验教学的改革关键注重实验内容的升华，符合中职生的实际情况。现行的实验课有的实验内容过于单一，有的实验内容本身难度大，学生难以理解，最终学生只要按照实验步骤操作都可以做出效果。这样使充满探索性质的实验变成了简单操作观察理解的流水线式操作，导致学生对实验缺乏探索的热情。实验内容的升华则需要教师深入挖掘其内在的探索点，创设情境，设置疑问，激发学生的兴趣，让学生能够带着问题观察思考，提高学生的分析能力和处理问题的能力。实验教学要注重学生能力的培养，并将职业素质的培养融入每一次实验教学过程中。

首先，对于每一个实验可以把它深化，可分为以下三个层次。（1）验证性实验：在已知结果的情况下实验，按照实验步骤按部就班地进行操作。（2）设计性实验：针对实验的各个环节创设情境，设置问题，让学生勤于观察实验现象，分析问题，总结问题。（3）应用性实验：根据实验总结的问题在一定程度上能够扩展应用。第一层次的验证性实验是必不可少的，这一部分是对相应理论课上的知识点进行验证，通过感观性强的实验效果加强对知识点的认知。同时通过这一基础训练，为下一阶段的探索应用打下坚实的基础。第二层次的实验内容需要教师充分的备课、精心设计，给出实验的探索方向，学生通过对实验的探索，提高观察能力及分析能力。第三层次中，在教师的引导下，可以把班级学生分为若干组，每组选择一个应用范围，在一定的时间内完成。其目的是充分发挥学生的主观能动性和创造力，培养学生的协调能力及合作精神。也是为了学生由单片机基础向单片机综合项目学习过渡，为后续课程打下坚

实基础。

其次，重视实验报告及实验小结。书写实验报告也是很重要的一项基本技能训练。它既是一次实验总结，更是一个初步培养和训练学生的逻辑归纳能力、综合分析能力和文字表达能力的过程。这些能力是职业素质重要的组成部分。因此，参加实验的学生都应认真重视并能实事求是，全面具体，简练通顺，清楚整洁地书写完成实验报告。

再次，做好实验小结和反馈，启发学生自我评价。实验结束前，教师还要对整体学生的实验情况进行评价反馈。可以用几分钟时间让一些在各实验环节都操作合格且明确实验步骤和实验目的、科学掌握了实验技能的学生简单发表心得体会。也可以让一些实验效果不理想的学生总结经验教训。无论是哪种情况，教师都要给予积极的评价和鼓励，强调学习是一个发现的过程，鼓励学生动手操作实验，不要怕失败，在快乐的学习过程中获取知识、习得能力，养成职业素养。

3.实训教学改革探索

实训教学的有效展开能使学生增强知识和能力的应用性和职业岗位的针对性，通过实训要增加学生的实践经验及全面增强其职业素质。实训目标定位要符合区域、企业等实际需求。实训过程要以行动为导向，培养学生的职业能力和职业素质，增加模拟行业企业实际岗位的工作过程。

首先，要推进学校与企业的合作。学校可牵头组织专业骨干教师深入企业，对课程相关的工作岗位进行调研分析，了解企业对单片机应用技术技能人才的需求，选取合适的实训内容。根据实训项目内容使学校的实训课与企业环境相结合，教师与企业工程技术人员要密切联系，提升教师自身的技能，在教学中实现专业课程融入产业，贴近实际。

其次，采用以行动为导向的教学模式。实训内容应包含工作项目、工作任务、技能目标、职业素质及评价标准。教师下达项目任务单，模拟工作岗位，让学生在学校的学习过程如同在工作岗位的工作过程。缩小学生对企业的工作条件、设备及工作环境之间认识上的差距。

再次，注重职业素质的培养。实训中重视培养学生的归纳总结和语言表达能力，可以通过实训总结、功能演示、制作使用说明文档、答辩等形式，提高学生的专业能力、社会能力、方法能力等相应的职业素质。

作为中等职业教育教师的一员，面对教学实践性强的单片机课程，要清醒地认识到传统的教学方法不能适应职业教育的教学要求，单片机教学改革势在必行。在教学改革中，应该不断地拓展教师自身的知识面，提高实践技能。在教学实践中，教师要勇于突破传统单一的教学模式，努力走实践之路，充分发挥教学的积极性，以培养学生能力、提高职业素质为目标，不断探索创新。

参考文献：

[1]张玉臣.职业教育三环节教学模式.北京：机械工业出版社，2011.

[2]孔维功.C51单片机编程与应用.北京：电子工业出版社，2001.

[3]人力资源和社会保障部高技能培训联合委员会.推进校企合作工作指导手册.北京：中国劳动社会保障出版社，2008.

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随着单片机技术的迅猛发展,单片机的应用领域也越来越广泛,特别是工业自动化控制、通信、仪器仪表的智能化及我们日常生活中的各个领域都得到广泛的应用。作为工科类专业的学生,怎样学好《单片机原理》这门专业基础课,作为教师,怎样通过《单片机原理》课程的学习及《单片机课程设计》来培养在校大学生理论联系实际、敢于动手、善于动手和独立自主解决实际问题的实践能力,一直是教育工作者探索的课题。由于这门课程自身的特点和教学目标,实践动手能力的培养非常关键。在实际教学中,我们采用了《单片机课程设计》的教学模式, 激发学生的学习积极性,并对实验内容进行教学改革,引导、鼓励学生积极参加各类竞赛,着力培养学生的实践能力、科研能力及创新能力。

2、利用单片机课程特点,为学生创建一个实践与创新的学习平台

“单片机原理及应用”课程是一门技术性、应用性极强的学科。历年来的全国大学生竞赛试题（电子类）都几乎会汲及到单片机技术的灵活运用。而实验与课程设计又是一个极为重要的环节。我们将实验课与课程设计有机地结合起来,首先做一定数量的验证性实验,让学生充分掌握单片机的基本原理、指令系统、接口技术,使其具备初步的单片机硬件设计、软件开发能力基础上,才进行综合性实验,在综合性、设计性实验做得得心应手的时候,再进行课程设计。单片机课程设计是一个十分重要的环节,它包括单片机软件设计、硬件设计,调试等实践内容。通过这些环节的实践、教学,可以充分调动学生的主观能动性,实现知识向能力的转化。这样,学生通过实践、实战,一步步深入,当学生们将每个实验内容完成、理解、吃透后,就会有能力提升到一个新的高度：独立、高效、有创造性地去开发新的项目。这样,就能很好地、充分地利用实验课及课程设计为学生构造一个实践与创新的学习平台（如图1）。同时又为他们将来参加各类竞赛做了很好的铺垫。

3、对实验内容进行教学改革,提高开发效率,培养具有创新精神、适应能力强、实践能力强的高素质人才

3.1 改用C语言作为开发单片机的主流语言

以前,我们进行实验时主要是以汇编语言为主。因为汇编语言能直接操作计算机的硬件,学习汇编语言能帮助我们去了解单片机的硬件构造,当然同学们必须掌握汇编语言的基本方法。但采用汇编语言编写单片机应用系统程序所花的时间长,且调试及排除错误亦比较困难。为提高编制计算机系统和应用程序的效率,适应社会竞争的需要,改善程序的可读性和可移植性,我们在要求学生了解汇编语言的基础上改用了高级语言编程,用C语言作为开发单片机的主流语言。要求学生用C语言来编写目标系统软件,这样就会缩短开发周期,增加软件的可读性,便于改进和扩充,同时,亦方便学生将C语言编写的程序很容易在不同类型的计算机之间移植。

3.2 采用Keil C51 Windows集成开发软件及51MCU DEMO试验板作开发平台

我们采用了Keil C51 Windows集成开发软件及51MCU DEMO试验板作学生学习单片机技术的开发平台。Keil C51是德国Keil公司开发的基于Windows平台的单片机集成开发环境,可以讲是目前世界上最优秀、最强大的51单片机开发应用平台之一。它包含一个高效的编译器、一个项目管理器和一个MAKE工具。它集编辑、编译、仿真于一体,支持汇编、PL/M语言和C语言的程序设计,界面友好,易学、易用。特别是,它内嵌的仿真调试软件可以让学生采用模拟仿真和实时在线仿真两种方式对目标系统进行开发,而且学生在软件仿真时,不但可以随时模拟单片机的I/O口、定时器、中断之外,甚至还可以仿真单片机的串行通信。而51MCU DEMO试验板功能强大、用途广泛,它集与PC机通信的电平转换电路驱动字符液晶及点阵图形液晶接口、行列式键盘、音响实验电路、中断实验电路、I2C总线、DIP开关、程序的ISP在线下载接口等于一体的51单片机开发板。学生除了能在其上进行一般的验证性、综合性实验外,还可以学习开发、设计较高级的智能化、应用型实验项目如：单片机与PC机的远程交互通信、单片机在线编程控制等。

3.3 开好（重视）综合性、设计性实验,强调学生自己动手完成实验的全过程

在确立了开发语言及实验平台搭建好后,强调学生必须认真对待每一个综合性、设计性实验。在选题时要求学生结合理论课及平时的资料收集,自己确定题目。自己分析、设计、自己动手编程、调试安装,并最后完成一个单片机应用系统设计与实现。强调学生自己动手的目的是使学生在设计过程中,通过查阅资料、确定方案、软硬件设计及调试和撰写设计说明书等,从而对单片机应用系统的设计过程得到一次全面的实践训练,从而使学生获得单片机应用系统开发的基本知识和基本技能,进一步强化学生的动手能力和应用能力的培养,为以后参加种类比赛及将来去设计和实现单片机应用系统打下良好基础。

4、课程设计典型案例分析

4.1 课程设计目的

单片机技术是一门实践性很强的专业基础课程,要求通过理论教学和实验、课程设计等实践性教学环节,使学生能在理论的指导下,主要依靠实践活动,设计出一个小型单片机应用系统。课程设计目的是使学生增进对单片机的感性认识,加深对单片机理论方面的理解,掌握单片机内部功能模块的应用,如：定时器/计数器、中断、片内外存贮器、I/O口等,熟悉单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现,为以后设计和实现单片机应用系统打下良好基础。同时,树立严谨的科学作风,培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力。学生通过单片机软硬件设计、调试、整理资料等环节,初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能,逐步熟悉开展科学实践的程序和方法。

4.2 课程设计要求

要求学生独立完成课题设计,掌握单片机应用系统设计方法；完成系统的软硬件设计及调试工作；在课程设计中要注重培养工程质量意识,并写出课程设计报告；通过查阅手册和有关文献资料培养学生独立分析和解决实际问题的能力；通过实际电路方案的分析比较、器件的选取、安装、调试等环节,掌握单片机应用系统的分析方法和工程设计方法；掌握常用仪器设备实验仿真开发系统的使用方法,学会实验调试,提高动手能力；综合应用课程中学到的理论知识去独立完成一个设计任务；培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。

4.3 单片机课程设计总学时安排

单片机课程设计总学时为18学时,安排学生每天用2学时进行课程设计,具体安排见（表1）同时还安排专门的老师作指导。包括对学生所选课题的深入分析,对实施方案的探讨,对学生所拟定的总体设计方案进行认真研究、论证,以避免定稿后才发现方案上的疏忽,造成开发进程的延误。

4．4 课程设计实例

4. 4. 1 实验题目：单片机与PC机的通信实验

系统开发环境： 采用MCS-51单片机软件Kei C51及51MCU DEMO试验板作开发主平台；采用C语言作为开发单片机的主流语言

实验所需器材：并口下载器、16×2字符液晶显示模组、128×64点阵图形液晶显示模组、5V高稳压电源、一台PC机

实现方法探讨： PC机发送一个字符给单片机,单片机收到后即在个位、十位数码管上进行显示,同时将其回发给单片机。要求：单片机收到PC机发来的信号后用串口中断方式处理,而单片机回发给PC机时用查询方式。

4. 4. 2 MCS-51单片机软件Kei C51的开发过程

1）开发的全过程的过程,请见图2。

2）单片机C源程序清单

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

uchar code SEG7[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};

uchar code ACT[4]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};

/*************************************************************/

uchar code as[]=" Receving Data:\0";

uchar a=0x30,b;

//****************************************************

void init(void)

{

TMOD=0x20;

TH1=0xfd;

TL1=0xfd;

SCON=0x50;

TR1=1;

ES=1;

EA=1;

}

//************************

void delay(uint k)

{

uint data i,j;

for(i=0;i

{

for(j=0;j

}

//**************************************

void main(void)

{ uchar i;

init();

while(1)

{

P0=SEG7[(a-0x30)/10];

P2=ACT[1];

delay(1);

P0=SEG7[(a-0x30)%10];

P2=ACT[0];

delay(1);

if(RI)

{

RI=0;i=0;

while(as[i]!='\0'){SBUF=as[i];while(!TI);TI=0;i++;}

SBUF=b;while(!TI);TI=0;

EA=1;

}

}

}

//*****************************************

void serial_serve(void) interrupt 4 ;

{

a=SBUF;

b=a;

EA=0;

}

5、引导、鼓励学生积极参加各类竞赛培养学生科研、创新能力

学生通过理论与实践结合,通过单片机课程设计后,已经掌握了一定的分析问题与解决实际问题的能力,在有了单片机课程设计的经验和掌握了技术知识及具有了实际操作能力的的基础上,老师再去有的放矢地引导、鼓励学生积极参加各类竞赛、全国“跳战杯”、广东省的软件大赛等,通过竞赛努力去培养学生的科研能力与创新能力。为学生们毕业后找工作打下良好的基础。实践证明：《单片机课程设计》做得好,参加过各种类竞赛、参加过学校学生科研立项,广东省大学生创新实验立项、做过大量项目的学生,毕业后都能找到好工作,都会受到用人单位的热烈欢迎,都会成为单位的重要的技术人才。

6． 结论

通过“单片机课程设计”,使学生初步掌握了单片机系统的设计方法,并使学生得到了对项目开发及应用方面的初步训练。懂得了如何去开发一个项目：从总体方案的初步设计、编程、软件硬件调试、编写设计报告、系统使用说明书,到系统功能的最终实现的全过程。真正做到理论联系实际,提高了学生的动手能力和分析问题与解决问题的能力及创新能力,体现了由理论知识的学习到理论知识的实际应用的过渡过程。实践证明,经过这样循序渐进的学习学生的动手能力、实践能力及创新能力普遍得到极大地提高。

参考文献：

［1］张志良.单片机原理与控制[M].北京：机电工业出版社,2002.

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关键词：教学方法；单片机；项目选取；Proteus

中图分类号：TP368文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)13-3208-02

The College Teaching Method on MCU

GAO Long1, ZHENG Fen2

(1. Dongguan Polytechnic, Dongguan 523808, China; 2. Dongguan University of Technology, Dongguan 523808, China)

Abstract: According to the objectives of education and the characteristics of college students, it's carry out teaching activities of MCU. Practice has proved that selecting high quality projects and rationally using simulation software, students can better learn the MCU software and hardware knowledge in the teaching process.

Key words: teaching method; MCU; project selection; proteus

高校教育培养高素质技术创新人才，如何使学生将理论与实践技能有机结合，在学习好理论知识的同时提高操作技能，是我们在教学中不断学习和探析的目标。单片机课程是电子信息工程以及机电一体化等专业必不可少的专业基础课，是一门理论性与实践性都很强的课程，如何激发学生学习的兴趣，使学生真正快捷的掌握单片机知识，下面谈谈笔者在单片机教学过程的体会。

1 注重课题的引入

单片机的第一课，给学生演示单片机控制系统，演示最基础的流水灯控制，使学生能联想到街道上的霓虹灯、交通灯、广告牌等等。直观的演示并告诉学生在学习单片机的过程中每个人都可以实现这样的系统，容易激发学生学习单片机的积极性，树立学生学习单片机的自信心。笔者在上第一次课就拿亲手制作的一款单片机实验板以及曾在企业中开发的一个单片机控制系统作为展示，在激发学生学习兴趣以取得了不错的效果。

2 充分调动学生喜欢动手的兴趣

学生一般来说不擅长抽象思维，对于理论知识的学习缺乏兴趣，学习能力有一定的欠缺，但是他们形象思维能力要强于抽象思维，即对实际操作的接受能力要强于对纯粹理论的接受能力，所以在单片机的教学中适当增加有关的单片机硬件设计是非常必要的。当然，目前许多高校都已经拥有了相关的单片机实验模块，供学生学习。运用实验模块的确可以快捷方便地进行操作，但仅仅是学会操作还远远不够，实验模块最大的缺点是不能进行硬件设计，众所周知，单片机硬件和软件不分家，所以运用实验模块还是有一定的局限性而学生亲自动手焊接调试一个系统可以有效的加深对知识的理解。初期此系统不宜太复杂，建议采用单片机常见的接口电路，如：数码管显示电路，键盘电路、LED控制电路、串口通信电路等等。在焊接之前，鼓励学生多去查阅相关资料，当学生亲手完成了项目的设计与制作，看到实际效果时会充满了喜悦和成就感，这会激发学生的创造性，另外，系统调试成功后此系统亦可作为学习软件指令验证之用，学生边做边学，不断进步。表1是首次要求学生在规定时间内设计完成单片机开发板的情况。待学生具备一定的知识能力时，教师可只提出一个设计的范围要求，鼓励学生大胆思考和创新，设计出新颖的作品。经历一学期的摸索，在电子系举办的第一届智能电子设计竞赛中，同学们参加的热情高涨，不少同学都交出了以单片机为平台质量很高的作品。实践证明，通过硬件设计可以有效的激发学生学习单片机的积极性。

3 选取优质的项目来驱动教学

在教学过程中将理论教学与单片机项目教学融为一体，本着单片机理论知识必需、够用，实践技能实用、善用的原则，向着强化学生应用能力的培养方向努力。采用任务驱动式教学方法，选取优质的项目。首先，项目的选取不易过难、过大。既要考虑实际的应用性又要考虑学生的接受能力。以学生跳一跳能够得上为原则。项目过大过难会让学生失去信心和动力，有畏难情绪。其次．要充分分析单片机技术所含的知识点，每个项目应包含一个或一类知识点，把教学内容和教学目标与一个个小的具体项目结合。教师的教学与学生的学习都是围绕着项目的具体实现来完成。下面的9个项目就分别包含了单片机的“I/O口的应用”、 “定时器/计数器”、“中断系统”、“串行通信”、“A/D转换”、“D/A转换”等知识点，将汇编指令和软件编程融人到项目中，项目完成后进行知识点的梳理，使学生避免了对枯燥的理论知识的单独学习。

1) 单个发光二极管的点亮及闪烁；

2) 多彩流水灯按照不同规律的点亮；

3) 单个数码管的显示控制；

4) 简易交通灯控制系统的设计；

5) 模拟洗衣机的设计；

6) 简单计算器的设计；

7) PC控制发光二极管的点亮；

8) 简单波形发生器的设计；

9) 数字温度计。

4 积极合理的应用Proteus软件学习单片机

Proteus软件支持许多通用的微控制器，如PCI、AVR、HC11以及8051；包含强大的调试工具，具有对寄存器和存储器，断点和单步模式IAR C-SPY、Keil、MALAB等开发工具的源程序进行调试的功能；能够观察代码在仿真硬件上的实时运行效果、对显示、按钮、键盘等外设的交互可视化进行仿真；具有6000多种模拟和数字器件的模型库；具有单步断点设置等调试功能；能够与常用的汇编器、编译器如IAR、Keil、Proton等协同调试；有直流电流表/电压表、交流电压表/电流表、示波器逻辑分析仪、计数/按时/频率计虚拟终端、SPI调试器等虚拟仪器，以仿真中的测量记录提供了方便；支持图形化的分析功能，具有频率特性、傅立叶、失真、噪声分析等多种绘图方式、可将仿真曲线精美地绘制出来。

第一，在项目教学中，充分运用仿真技术，学生可以直接观察仿真的结果，进行程序的更改，学生可以观察程序中相关寄存器的变化、变量值的变化和PC指针的变化情况；在仿真调试过程中，有时教师还应故意设置一些障碍，让学生去观察程序运行时发生的不同现象，以加深对语法现象的理解，提高程序设计的技术水平；第二，有计算机的学生在课下就有充分的时间去设计电路和编制程序，在完成软件仿真测试后，学生可以在万能板上进行硬件电路板的制作、测试或是制作出自己设计的产品。软硬件结合，激发了学生的学习兴趣，锻炼了学生的动手能力。另一方面引入仿真技术，变革了电子产品的设计过程，缩短了产品的开发周期，节约了产品的成本。实践证明，使用Proteus仿真设计后安装的产品．只要安装正确、元器件无误、工艺良好，基本都能顺利完成。图1是模拟交通灯的仿真图（单片机最小系统没有包含在内），能准确的模拟现实中路口的交通灯状态。

5 总结

要进一步提高单片机的教学质量，一方面需要教师不断提高自身修为，经常参加实践活动；另一方面在教学活动中，更要灵活应用教学方法，充分挖掘学生的潜力。培养学生兴趣,引导学生自己动手、动脑，以达到使学生主动学习的目的。实践证明，上述方法对单片机的教学起到了积极的作用。

参考文献：

[1] 王文宁.单片机项目教学中的8个环节[M].福建电脑,2008(12):199.

[2] 李淑萍.单片机教学方法探析[J].机械职业教育,2003(12):26.

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关键词：应用型人才；实验室建设；实践中心

我院是在我国高等教育进入大众化阶段以后，于2003年经教育部批准，由大连理工大学与企业共同投资建立的独立学院，目前已经发展成有9 000余名全日制在校本科大学生的学院，其中IT类专业在读本科学生为4 500多人，所设置的IT类专业包括计算机科学与技术、软件工程、网络工程、电子信息工程、自动化等。学院的办学宗旨为：面向学生，服务社会，培养高素质应用型人才。从2004年开始，学院利用自筹资金规划和建设IT实践中心，满足培养IT类应用型人才的需要。经过6年多的努力，完成设备投资1 800余万元，建成具有36个实验和实训室的IT实践中心，形成了设备先进、门类齐全，能很好地满足实验、实训、科技创新需要的实践平台。

1 IT实践中心的建设目标与构思

随着我国经济建设的发展，需要大量的应用型和创新型人才。独立学院一般定位在培养高素质的应用型人才[1]，实践平台的建设和实践教学在人才培养工作中占有重要的地位[2]。不同于一些研究型重点大学，独立学院一般要靠自筹资金建设实验室，实验室所占的空间也受到一定的制约。如何在资金和空间有限的情况下，建设满足培养应用型、创新型人才的要求，同时又具有特色的高水平实践平台，是独立学院发展中的重要课题[3]。公办大学按多层次建设实验平台已有一些成功的经验可以借鉴[4]，但是，作为独立学院，如果完全照搬其经验必然受到资金的困扰并出现一些重复性的建设，同时也不能突出应用人才培养实践平台的特色。

经过广泛的调查研究和充分论证，我院IT实践中心的建设确立了“统一规划、节省资金和空间、兼顾实验实训和创新”的思路。根据学生的培养目标，IT实践中心的定位是充分满足学院计算机科学与技术、软件工程、网络工程、电子信息工程、自动化专业培养高素质应用型人才需要，具有支撑上述专业的课程实验、专业实践与实训教学、大学生科技创新活动的实践平台。

2 公共实验平台的建设

公共实验平台是指能满足我院计算机科学与技术、软件工程、网络工程、电子信息工程、自动化各专业实验实践共同需要，或者是综合运用不同专业技术的实验平台。被列入我院公共实践平台的实验室包括：电子技术实验室、微机系统与接口实验室、嵌入式系统实验室。

2.1 电子技术实验室建设方案

我院电子技术实验室的功能定位是能够完成电路、模拟电子电路、数字电路、EDA的课程实验，同时又能实现综合电路设计及电子设计与制作创新的实验实践平台。与一些院校采用针对电路、模拟电子电路、数字电路、EDA课程分别设置实验室不同，我院设置了8个相同的电子技术实验室，同时满足电路、模拟电子电路、数字电路的实验教学要求。

每个电子技术实验室配备了32套设备，每套设备包括电子技术实验箱、双路可调直流稳压电源、双踪示波器、多功能信号发生器、交流毫伏表、数字万用表。其中电子技术实验箱是按我院提出的方案，由湖北众友科技实业股份有限公司特殊生产制作的产品，它综合考虑了各门课程实验的需要，能满足电路、模拟电子电路、数字电路实验的要求，而且还配有EDA板，插到实验箱上再配上个人计算机可以进行EAD方面的实验。利用该实验箱可以任意搭接模拟电子电路、数字电路及模拟与数字混合电路，与PCB板制作设备配合可以完成综合电子设计和电子制作创新设计。

实践证明，电子技术实验室的这种建设方案既满足了实验室功能定位的要求，又节省了资金和空间，而且便于管理和排课，为学院电路、模拟电子技术、数字电路的教学改革提供了有力支撑[5]。

2.2 微机系统与接口实验室建设方案

微机系统与接口实验室的功能定位是能满足基于X86的微机原理课程实验、MCS-51单片机原理及应用课程实验、单片机设计与开发的创新实践的平台。

我院设置了3个微机系统与接口实验室，每个实验室装备了32套实验箱和个人计算机。为了满足基于X86的微机原理和MCS-51单片机系统的两类实验教学需要，实验箱选择了启东计算机厂有限公司生产的DVCC-5286NJH单片机微机仿真实验系统，该实验箱配备有8086和89C51双CPU板，在做微机原理实验时插上8086 CPU板，而在做单片机实验室时使用89C51 CPU板。此外，为了适应单片机应用设计与创新实践的需要，实验室还配备了单片机开发板，学生可以设计和开发各种单片机应用系统。

2.3 嵌入式系统实验室建设方案

嵌入式系统是近年来计算机应用的热点，也是大学生科技创新最活跃的领域，我院把嵌入式系统实验室作为重点实验室进行建设。从培养嵌入式系统实用型和应用创新型人才的角度出发，实验室的功能定位于满足嵌入式系统课程实验、实训教学以及科技创新项目的开发需要。实验室的硬件平台由“嵌入式系统实验箱+个人计算机+扩展模块+控制对象模型”构成。