单片机原理与接口技术范文

导语：如何才能写好一篇单片机原理与接口技术，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?摇教学方法?摇实践

在1970年微型计算机研制成功后,单片微型计算机就随之出现了。单片机具有集成度高、处理功能强、可靠性高、系统结构简单、价格低廉、易于使用等优点,作为典型的嵌入式系统,以单片机为核心构成的智能化产品,成功应用于各行各业,如:工业自动化、智能仪器仪表、家电产品、通信、航空航天、军事等。单片机技术无疑是21世纪最为活跃的电子应用技术之一。

《单片机原理与接口技术》课程是测控专业的一门专业必修课,又是课程设计和毕业设计等教学环节中的重要手段。该课程的特点是概念多、名词多、逻辑性强、内容抽象,对于初学者来说入门难,一个知识点掌握不好就影响到学习的效果和兴趣。针对以上这些特点,总结教学过程中遇到的一些问题,进行了深入的思考,得到了一些看法。

一、从感性入手,培养学员的学习兴趣

《单片机原理与接口技术》课程入门较难,如何提高学员的学习兴趣在教学过程中显得尤为重要。“兴趣是最好的老师”!只要学员们有了对课程学习的兴趣,那么虽然课程较抽象,但是也能深入进去,把它学好!笔者在开课时,将单片机控制实验系统带到教室,给学员们演示实验系统的一些实验项目,边做边讲解其中的结构组成,并结合实物芯片来解释其功能,然后介绍本课程的内容、特点以及学习方法等。通过实物演示实验的方式,学员们表现出了极大的学习兴趣,使学员们在感性上对单片机系统有一个深刻的认识,这样一来,既提高了学员的学习兴趣,又为学好本门课程奠定了坚实的基础。

指令系统以及汇编语言程序设计是软件方面的知识,需要上机调试验证。在讲解本部分内容时,将课堂转移到实验室,讲解完指令,然后就可以通过编写小程序去验证。几个人一个小组,通过配合合作,既学到了知识,又锻炼了团队合作的能力。学员们一致反映,本来枯燥的程序设计,通过上机编程实验,变得有趣起来,引发学员们求知探索的强烈欲望。

二、夯实基础,软硬件有机结合

考虑到测控专业的士官学员基础薄弱,参差不齐。虽然在开课之前开设了计算机文化基础、电工基础、模拟电子技术、脉冲与数字电路等课程,但对译码器、寄存器、存储器、定时/计数器等器件不是很了解。所以对于一些基础的知识还得进行补充复习,这样当用到这些基础知识时,就不会茫然了。此外,对于单片机的一些基础性的知识,例如51系列单片机的结构、工作原理、基本指令等进行详细的阐释说明。只有夯实了基础,才能对后续内容更深入的学习。

单片机系统是软硬件结合的统一整体。硬件的工作离不开软件,软件没有硬件也发挥不了作用。但是学员的兴趣不一样,就决定了他们有的喜欢硬件,有的偏爱软件。在讲课的过程中,注重软硬结合,强调二者之间的相互关系,纠正某些学员的错误观念。例如在讲到串行口通信时,让学员们自己编写程序,为了验证程序的有效性,再组织他们上机调试。这样一来,软硬兼施,达到了很好的学习效果。

三、强调实践环节,培养动手操作能力

单片机原理与接口技术的工程实践性较强,必须在重视理论教学的同时,重视实践教学,培养学员们的动手操作能力。使学员们通过搭接电路、调试程序、检查电路等操作,更好的掌握单片机的理论知识和应用技能。

实验分为基本实验、综合实验、课程设计三个层次,一般在相应的理论课后安排实验,做到实验与理论教学相辅相成。此外,以学校科技创新大赛和全国大学生电子设计竞赛为契机,鼓励学员们积极参加此类竞赛活动,在参赛过程中去学习,充分调动学生学习的积极性。在实践过程中,不断启发学员寻找解决问题的办法,培养提出问题、分析问题和解决问题的能力,使实践教学更具实用性。

四、利用多媒体手段,改革创新教学环节

单片机原理与接口技术课程是一门理论与实践紧密结合,实践性很强的专业基础课程,既涉及硬件,又涉及软件;既涉及电子技术,又涉及计算机技术等相关应用领域的专业知识。在传统的“黑板―粉笔”的教学方法上,学生难学,老师难教,很难达到很好的教学效果。多媒体技术的出现,给现在的教学方式提出了全新的思路。单片机教学中涉及到很多电路图、逻辑图、时序图,如果将这些电路图、时序图等做成课件的形式,就能够在图上用不同的颜色标出哪些属于运算器,哪些属于控制器,还可以辅助以文字和声音等形式介绍其功能,同时动态地显示各功能部件与CPU之间的数据流动方向等。这种方法能使学生在学习过程中的注意力保持良好状态,有效地激发学生学习兴趣,提高课堂教学效率。

利用多媒体手段,不用去实验室,就可以通过仿真软件来模拟硬件的实验,这无疑是课堂教学的跨越式发展。在讲解C51语言程序设计时,利用KeilC51单片机系统开发仿真软件,可以进行单片机最小系统的仿真调试。将预先写好的程序在KeilC51上运行,学员们可以在编译窗口中看到每一条指令的地址、机器码和源代码,从而了解各条指令占用的空间大小。通过单步执行,还可以了解特殊寄存器内容的变化以及中断、程序指针等的响应。从而可以更加直观的解释各种抽象概念。

制作CAI课件,提高教案和教辅材料的质量和水平。目前,计算机的普及和网络的渗透使计算机辅助教学(CAI)成为一种先进的教学手段。为此,本课程组成立了CAI课件研发组,CAI课件运用多媒体创设问题的情境,让学生更易理解,利于激发学生的创造性思维,提高教学效率,扩大信息量和受益面。同时,CAI课件的制作,促进了教员们之间的交流,促进了本课程的教学改革。

利用好校园网络,丰富网上资源。通过丰富网上软件资源,弥补了课堂教学时间的不足,推动了师生的互动交流,提高了教学效率和教学质量。学员和教员可以通过留言板、BBS、E-mail等形式展开第二课堂的交流,形成了课堂的有效补充。

五、结束语

《单片机原理及接口技术》是一门内容丰富、理论抽象、实践性强、发展较快的课程,是测控类专业的一门重要的专业基础课,该课程学习的好坏,直接关系到其他专业课程的学习。在近几年教学过程中我们体会到:不断地改革教学方法,了解前沿动态,实时更新教学内容,采用先进的教学手段,合理安排教学过程中的每一个环节,把握全局逻辑,突出重点,才能提高教学质量。通过2007、2008级测控专业学生的教学实践表明,《单片机原理与接口技术》课程的教学教法极大地提高了学生对单片机的学习兴趣,普遍反映单片机容易上手,课堂的发言和提问明显较以前踊跃。有不少学生通过该课程的学习后,毕业设计选取了与单片机相关的课题。

单片机的教与学对于老师和学生都有一定的难度,但只要注意激发学生的学习兴趣,注意教学方法,积极运用现代教育手段,适当调整教学方案,以单片机最新发展为导向,注意实际开发工具应用能力的培养,必定能使单片机的教与学跃上一个新台阶。

参考文献

[1]牛昱光等.单片机原理与接口技术.北京:电子工业出版社,2008.

[2]迟耀丹,王蓉晖等.单片机原理及应用.课程教学改革探讨.吉林师范大学学报(自然科学版),2007(3).

[3]丁留贯.单片机原理与应用.课程教学方法的探讨.气象教育与科技,2006(3).

[4]孙育才.MCS―51系列单片微型计算机原理及其应用.南京:东南大学出版社,2004.

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关键词 二学位；单片机；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2014）14-0096-02

Teaching Reform and Exploration on Principle and Interface Technology of Single Chip Microcomputer for Second Degree Undergraduates//Li Zhanfang， Tong Junling

Abstracts According to different learning Backgrounds of the Second Degree Undergraduates， the author focuses on improving the teaching method， aiming to make the Second Undergraduates learning this course from their hearts. And this teaching reform has achieved good teaching effect， at the same time， there is valuable reference to teaching reform of other more abstract course.

Key words second degree； single chip microcomputer； teaching reform

1 引言

近年来，为适应煤矿企业发展对人才的需要，许多原专业不对口的应届或往届本科毕业生来中国矿业大学攻读第二学位，进行为期两年的与煤矿产业有关的专业基础知识的学习。他们大都是“半路出家”，且大部分都来自与所学专业无关的非理工类专业如英语、美术、体育等，基础知识较薄弱。单片微机课程又是电气专业重要的基础课，长期以来，由于本课程存在概念多、专业名词多、逻辑性强、系统性强、内容抽象等特点，导致这些缺乏电气专业基础知识的学生学习起来非常吃力，教学效果一直不很理想。然而单片机课程作为专业基础课，还必须被学生掌握，因此，如何让文史出身的二学位学生系统掌握本课程的知识是值得每位教师认真思考的问题。

2 教学方法探讨

教学过程中穿插人文素质的教育 先生说：“教育是成就人格的事业。”教师的职责是“传道，授业，解惑”，从中可以看出，教师在教授学生各种技术、理论知识的同时也要教授人文知识的重要性。而当代大学生要想成为适应社会发展的高素质人才，因此，人文素养的不断提高应该渗透在学生学习、生活的各个环节中。现今，我国高校在理工科学生的培养上过多地强调专业知识的传授和动手能力的培养，而人文素质的培养则相对薄弱。虽然二学位学生中有文科生，但人文素质教育不是单凭某几门文科课程或理科课程能完成的。

人文素养在一个人的成长中起着非常重要的作用，能够启迪人的智慧、开发人的潜能、调动人的精神、激扬人的意志、规范人的行为以及维护人的健康等。如果在教授专业知识的同时贯穿一些人文素养方面的知识，将会对学生学习的主动性和积极性有巨大的促进作用。而且这种主动性和积极性将会逐渐固化成个人做事的习惯，不但有利于专业课程的学习，还有利于他们今后工作的顺利开展。

在每次课前复习上次课所讲内容时，经常会把之前讲过的和本知识点有关的都串起来，比如可以把RAM作为主线，把讲过的片内工作寄存器组、可位寻址区以及特殊功能寄存器串起来等。在讲的过程中说明各个知识点之间的联系，进而强调在学习过程中一定要细心，注意归纳总结掌握不同课程知识的规律，这样才能真正学到很多通用的“道”，而不是只学到“术”。只有掌握了很多道理，才能会“举一反三，触类旁通”。

当前正处在一个资讯相当发达的时代，可以接收到各种各样的讯息，同时也代表将受到更多的搅扰，产生更多的欲念。信息都是有能量的，因此当这些信息天天出现在人们眼前的时候，意味着它也耗着人们的神，揪着人们的心。从而也导致了现在大学生普遍都比较浮躁，静不下心去学习。因此，在课堂上实时地传达一些让内心安定的信息，可能比教授知识更重要。比如课堂上做一些选择题时，笔者会实时地给大家讲解：当面临选择比较多的时候，我们的心更容易迷惑，正如现今我们的生活需要做的选择多而使我们的心很迷惑一样。只有大家明确每一个阶段应该做什么，如何能做好，而且果断地脚踏实地一步一个脚印去完成，才有可能成功，而且在通向成功之路的过程中是幸福和快乐的。只有大家的内心是安定的，以自己的既定目标激励自己，才能学好大学期间的每门课程。

教学过程中注意让学生转换思维方式 很多理工科专业的一些基础课程，比如工程制图、机械设计等，在学习过程中大部分知识是以“所见即所得”的方式被学生直观地接受。比如说，当学生学习齿轮的相关知识时，那在多媒体课件上可以展示一个齿轮，学生，即使是文科生也能够马上学会什么是齿轮，同时齿轮的齿根、齿顶等相关知识都可以从中学会。

而单片机的学习和上述课程不同，它不是“所见即所得”的形式。比如讲到单片机的复位电路，在多媒体上看到复位电路时，大家是不是就知道单片机是如何复位了呢？当然不是，教师必须要讲解其中电流及电压的情况，而这些都是看不到的。再比如讲到指令“MOV A， R0”时，同样必须要知道是寄存器内部数据发生了变化，而这些从表面上是看不到的。经过几次课的强调之后，学生的思维有所转变，不再像以前一样被动地听教师讲，而是会主动动脑筋思考，因为比较抽象，“所见并非所得”。

教学过程中注意让专业知识贴近生活 单片机课程概念多，专业名词多而且都很抽象，如果生硬地讲解，学生不仅接受效果不好，而且会失去学习的兴趣。教师在讲解晦涩难懂的概念时可以时常用身边的例子做比较，使学生在轻松的氛围中学会理解并能使用单片机。比如在讲解单片机的位数时，就可以和现在应用比较多的电脑的位数进行比较，而且可以把位宽比作马路的宽度，马路宽则车流量大，表明马路处理车流量的能力强，而单片机位数宽则表明了它处理数据的能力。再比如还可以把单片机内部RAM的每个地址比作教室中每排座位的编号，而每个字节中的位比作一拍座位中的一个位子，这样会使得学生更形象理解单片机的存储空间。再比如可以把麻袋装东西和取出东西的过程类比为堆栈，而栈指针SP正好比作麻袋上封口的绳子。

总之，用身边熟悉的东西做类比，学生更能深刻理解单片机的一些概念和原理。

教学过程中注意形式的灵活多样 单片机知识偏重于应用，而教科书中的内容则偏重于理论介绍，学生学习会感到枯燥乏味。若在课堂上使用灵活多样的教学手段，将会大大促进课堂效果。比如在讲“流水灯”控制程序时，若只对着课本或幻灯片讲程序，学生尤其是文科生很难想象到流水灯的亮灭情况；如果在课堂上用虚拟单片机运行软件Proteus进行演示，此时流水灯亮灭的动态效果将一览无余。通过此工具还可让学生自己修改程序完成其他的演示效果。这种方法不仅可以使程序“动”起来，而且通过学生自己动手改程序，使得学生有一种成就感，从而更加激发学生学习的兴趣。

俗话说：没有规矩不成方圆。因此，在课堂上不仅要活跃气氛，更要严格课堂纪律，比如上课提问后排学生、上课禁止看手机等要求，使得被动型的学生也能“被迫”变为主动型，从而有利于知识的学习。

教学过程中注意引用实例 学校二学位学生毕业之后都要到煤矿上工作，因此，在讲解单片机的应用时应围绕煤矿现场单片机的应用系统来讲，这样更贴近实际。比如煤矿井下瓦斯浓度、风速、温度等的监测监控系统，煤的称重系统、运输皮带跑偏的监控、井上提升机的闸瓦间隙监控等，将这些案例进行收集整理，筛选出适合教学的单片机应用系统。每个应用系统可以分解为硬件部分和软件部分，硬件部分又分为电源管理模块、显示电路模块、按键电路模块等，对应不同的硬件都要编写相应的处理程序。因此，在设计过程中让学生也参与到每个模块的设计和程序的编制过程中，这样的项目式教学内容更能激发学生的学习兴趣。

3 总结

内因通过外因起作用，因此，在教学过程中贯穿一些人文知识，能够使得学生从内心里主动吸收知识。同时结合上述一些教学方法，使得教学效果明显改善。这种学知识的同时也学做人的道理的方法不仅能够使得学生成为技术人才，更能成长为对社会有用的高素质人才。

参考文献

[1]程颖，马绩伟.国内外理工科大学生人文素质教育的比较研究[J].长春工业大学学报：高教研究版，2009（1）：212-213.

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Abstract: "Microcomputer Principle and Interface Technology" is an important foundation courses of electrical engineering major undergraduate, which is very important to cultivate students computer application ability. With the rapid development of computer technology, the system and the structure of microprocessors and computer systems have great changes, which need a new objective recognition about this course. This article describes the main ideas and specific measures of Microcomputer Principle and Interface Technology teaching in detail from curriculum, teaching content, experimental teaching and hours arrangement under the current curriculum reform background.

关键词: 微机原理与接口技术;课程设置;教学改革;实验教学

Key words: microcomputer principle and interface technology;curriculum;teaching reform;experimental teaching

中图分类号:G40文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)23-0210-02

0引言

《微机原理与接口技术》是工科电类专业本科生的重要专业基础课程,也是一门主干和必修课程。但是由于当前计算机技术尤其是单片机及嵌入式技术的飞速发展,传统微机原理课程的地位受到了较大挑战。部分教师和学生将微机原理与接口技术课程与单片机或嵌入式系统等的课程混为一谈,对微机原理课程的地位和作用产生了质疑。本文将结合笔者多年从事微机原理与接口技术课程教学的经验和体会,从多个角度阐述在新时期课程改革背景下本课程所应担负的作用,并详细说明课程内容、实验教学及学时安排等方面的主要思路和具体措施。

1对微机原理与接口技术课程定位的再认识

从目前国内各工科高校的人才培养方案和课程规划来看,微机原理与接口技术课程被看作是电气、电子、自动化等电类专业的一门专业平台课程,其主要任务是使学生从理论和实践的层面掌握现代微型计算机的基本组成、工作原理及典型接口技术,建立微机系统的整体概念,使学生具有运用现代微机技术进行软、硬件开发的初步能力。

为适应计算机技术飞速发展的时代需要,各高校微机原理与接口技术课程的课程设置和教学内容也做了相应调整。主要可以分为以下四种情况:①将长学时(90-100学时)的微机原理与接口技术课程拆分为系列课程,如依次分为短学时的《计算机组成原理》、《汇编语言程序设计》和《接口技术》课程;②先开设一门微机原理课程,主要讲授微机的基本组成、工作原理和汇编语言程序设计,其后再开设一门《单片机接口技术》或《嵌入式系统设计与开发》,主要从开发设计的角度讲授接口技术的应用;③同时开设《微机原理与接口技术》和《单片机原理与接口技术》课程,分别从80x86系统和单片机应用的角度讲授系统的工作原理、程序设计和接口技术;④近几年随着嵌入式系统在各应用领域大放异彩,部分高校有将单片机类或嵌入式系统应用课程取代传统微机原理课程的趋势,个别高校甚至直接取消了传统的微机原理课程。以上的第三种情况中,两门课程中有一些重复的教学内容可以合并;而第四种情况则有些偏颇和激进了。因此,有必要重新思考和明确微机原理与接口技术课程在当前工科电类专业人才培养和课程架构中的作用和定位。

微机原理与接口技术作为一门专业基础课程,笔者认为,开设该课程有三大主要目的:一是使学生系统学习微机系统的基本组成结构和工作原理;二是使学生掌握一门有用的低级语言;三是为微机应用系统(包括单片机应用系统)的设计与开发打下一定基础。与此相对应,该课程的教学内容包括微机基本组成及工作原理、汇编语言程序设计和典型接口技术,主要强调基础性、系统性和整体性;而单片机或嵌入式系统的课程往往是基于某一专用系统,属于专业技术课程范畴,更偏向于应用,所涉及的接口技术方面的内容较多,而课程所涵盖的微机系统的范围比较窄,对微机工作原理涉及较少。两者在微机系统的知识结构中处于不同的层面,互不统属。且前者是后者在知识结构上的基础,后者是前者在应用内容上的进一步延伸。可见,微机原理与接口技术课程与单片机或嵌入式课程并不是谁替代谁的问题,而是应加强联系和互相促进的关系。对于想在微机应用控制方面进一步强化学生知识结构和应用能力的高校,可以在开设微机原理课程后,通过选修课或研究生课程的形式再开设一门单片机或嵌入式系统的课程。

2对微机原理与接口技术课程教学内容编排和学时安排的几点思考

虽然目前各高校对于微机原理与接口技术课程(以下简称本课程)的开设形式不尽相同,但从课程设置的角度来看,本课程均应包括微机原理、汇编语言程序设计和典型接口技术的三大部分内容,这也分别对应着本课程的三个主要教学目的。对于非计算机类专业的本科生,本课程的内容还是应强调实用性,对不影响内容完整性,且相对过时、学生今后工作也基本用不到的知识可以少讲或不讲。

2.1 微机原理部分可以将微机原理部分的内容概括为三部分:①微处理器、微型计算机的发展和微型计算机的应用;②微型计算机的组成和工作原理;③计算机中常用的数据类型和编码,进制转换及补码运算。

其中第一部分主要为了解内容,要求学生了解微处理器、微机及其应用领域的主要发展情况和最新技术进展。其教学目的是扩展学生的知识面,丰富知识结构及拓宽专业视野。

第二部分则要求学员理解8086微处理器内部功能结构和存储器组织等内容,掌握8086微处理器寄存器结构及常用寄存器,理解8086 CPU的工作模式和最小模式下信号引脚的功能、最小模式系统总线周期时序,掌握时钟周期、总线周期、指令周期等基本概念。第二部分是微机原理部分的核心内容,概念多,理解难度大。此部分内容从微处理器的内部组成结构、引脚功能及工作模式出发,其教学目的是使学生深入理解和掌握微处理器内部的工作机制和原理。

第三部分内容要求学生理解计算机中常用的数据类型、计算机中的数和编码的表示方法,掌握符号二进制数的表示、补码运算及判断溢出的规则。此部分内容是微机系统的基础知识部分,也是学生必不可少的专业基础知识。

总的来说,微机原理部分的内容重在理论和基础,强调体系和结构,以理论授课为主,其内容既与计算机文化基础、数字电子技术等课程有联系,又具有自身的深度和广度,是本课程教学难度较大的部分。可以将此部分的理论教学时数安排在14-20学时。

2.2 汇编语言程序设计部分本部分的教学目的就是使学生能掌握一门低级语言――即汇编语言。学生有了这门低级语言的基础,在今后单片机知识的学习和科研工作中都能达到事半功倍的效果。

本部分的内容又分为两部分:即8086 CPU的指令系统和汇编语言程序设计。前者的教学重点在于寻址方式和主要指令的功能、用法和技巧。后者则侧重于汇编语言程序设计的步骤和方法,包括常用伪指令和程序结构的介绍以及子程序设计、中断服务程序设计和模块化程序设计的方法,重在使学生能够理解和掌握汇编语言程序设计的完整过程、主要方法技巧和应用环境。本部分的理论加实验教学不应少于40学时。对于大部分单片机应用系统,8086 CPU的指令系统及其汇编语言程序设计的方法均具有很好的参考作用。对于基于MCS-51内核的微控制器,8086 CPU的指令系统和程序设计方法兼容性很高,可以使开发者节省大部分的学习时间。这一点也正是工科学生学习本课程的一个现实意义,也是部分高校在本科阶段不额外开设单片机类课程的重要原因。由于部分工科院校在开设本课程之前,学生往往已经学习过一门高级语言的编程。因此,这些高校在本课程中分配给汇编语言程序设计部分的理论学时较少(有时甚至在10学时以内),连系统讲解8086指令系统、伪指令和程序设计方法的时间都不够,更遑论讲深讲透了。在笔者的微机原理与接口技术课程教学实践中,发现学生如果没有掌握好汇编语言程序设计部分,其接口技术部分往往也很难学好,对接口部分的实验更是难于动手,其弊端在学生的课外科研或毕业设计中也暴露得非常明显。

2.3 典型接口技术部分接口技术部分是本课程中的应用部分,可以采用精讲多练的形式,以典型接口芯片的原理和使用方法为重点。本部分的理论加实验教学可以安排在约30学时左右。

这里需要把握好一个度,即不要过多地罗列芯片,而应有所选择,要做到少而精,以掌握一个典型接口芯片来带动学会这一类芯片的使用方法,达到“授人以渔”的目的。这样做,一方面能使学生始终保持“新鲜感”和浓厚的学习兴趣,达到提高学习效率和实验效果的目的;另一方面,学习过多的接口芯片也没有必要。笔者认为,接口技术部分的教学目的应侧重于使学生具备微机应用系统的整体概念,熟悉设计简单微机应用系统(含单片机应用系统)的一般步骤、方法和过程。更新的接口芯片或更深更多的内容应该在相关选修课、课外科研或者今后的工作中由学生自行学习。

存储器技术重点在于存储器的连接和扩展,如数字电子技术课程中已涉及到,在本课程中可不讲。微机的总线技术、人机交互设备及接口和微型计算机应用系统等内容,可以根据课程教学的具体要求进行选择,应侧重于相关新技术、微机应用新领域的进展介绍,具体可以专题讲座的形式展开。

3本课程实验教学的设计

《微机原理与接口技术》是一门实践性和应用性都要求较高的课程,实验教学在本课程中居于极为重要的地位。其担负着三个主要作用:一是可以加深和提高对课程内容的理解,为理论教学提供有力的支撑作用;二是能够打牢学生汇编语言程序设计的基础;三是培养学生的创新思维和提高学生的微机综合应用能力。具体可以从以下三方面做好本课程的实验教学。

3.1 加大实验课学时比例,将理论课和实验课穿行、紧密衔接在本课程的理论和实践结合最紧密的汇编语言程序设计、接口技术等章节中加大实验课的学时比例,使实验课与理论课的学时比例达到1:1。同时相对集中实验课的时间以保证每个实验的需要,这样就加强了实验实训环节的时间保证。

3.2 优化实验类型,开展任务驱动型的实验模式为有效提高学生的实际动手能力,在本课程实验教学中应适当加大实验的难度,避免学生在实验中“浅尝辄止”。可将本课程的实验细化为基础型、设计型和综合型三大类,适当降低基础型实验的比例,加大设计型实验的比例,并开设综合型实验。基础型实验着重于教学内容的验证和基本技能的掌握;设计型实验则是学生在充分理解课堂单元内容的基础上,着重考察其对单元内容的掌握程度和独立设计、应用能力;综合型实验鼓励学生主动研究探索,是检验学生在阶段学习中知识掌握的全面程度以及其是否具备灵活运用所学知识进行独立开发和设计的综合能力。在实验教学中要开展任务驱动型的实验模式,即每次实验对学生都是一个明确的任务,要求他们必须完成,每一个实验必须调试通过后由指导教师审核并计入平时实验成绩。每次实验开始前,指导教师明确提出具体的实验要求,不向学生提供实验电路或程序方面的具体指导,由学生自行设计实验方案,独立编写实验程序,并最终完成实验报告。

3.3 实验内容要体现梯度和层次,注重打牢基础,侧重应用,兼顾分级教学精心设计实验内容,实验内容的安排要体现梯度和层次。要循序渐进,先基础、简单、局部,后扩展、复杂和整体。即在实验内容的组织上采用阶段式结构,将实验教学过程分为三个阶段:基础实验阶段、小型设计性实验阶段和综合性实验阶段。实验教学中还要注重打牢基础,侧重应用,兼顾分级教学。基础型、设计型实验均为必做实验,计入平时实验成绩。综合型实验是为领悟力和学习能力出众的学生开设的,是选做实验。如汇编语言程序设计的6个实验中,只有完成了前5个实验的学生才可以选做第6个实验,且实验结果经审核通过后由指导教师给予额外的实验成绩奖励。这样既可以保证大多数学生的正常实验教学进度,又可以兼顾到少数学有余力的学生的学习兴趣,做到因材施教,进一步提升了他们的应用能力和创新思维。一些具体的实验安排可以参见下表。

对于实验课中还是“吃不饱”、钻研劲头足的学生可鼓励其参加课外科研活动,通过参加教研室的科研实践学习微机应用系统设计的全部过程和方法。也可以通过课余时间开放实验室,由学生自己完成一些更复杂的PCI接口实验或难度较大的Windows驱动程序的实验。

4结语

随着计算机技术的飞速发展和课程教学改革的不断深入,微机原理与接口技术课程的传统地位受到了较大挑战,找准其在工科电类专业课程改革背景下的定位非常重要。同时,本着与时俱进的发展原则,应对本课程的传统教学内容、实验教学和学时安排进行改革,使其既能适应新形势的客观需要,又能继续发挥其专业平台课程不可替代的作用,这也是每一个相关任课教师需要深入探索的问题。

参考文献:

[1]王莉.微机原理与接口技术系列课程教学改革的探讨与实践.科技咨询导报,2007,(4):245-246.

[2]梁绒香.整合环节,加强能力―“微机原理与接口技术”教学改革与思考.科技信息,2007,(35):122,127.

篇4

【关键词】单片机及接口技术；应用型创新人才；学生主体；教学改革

1单片机及接口技术课程教学现状

单片机及接口技术是高等学院计算机、通信等专业开设的一门重要的专业课，是一门面向应用、技术性和实践性极强的专业课程。由于该门课程概念较多，内容抽象，学生在学习过程中，既要理解抽象的单片机的硬件组成和工作原理，又要掌握汇编语言指令，还要应用这些知识进行程序设计，才能完成一个完整的应用系统。以往的教学主要依靠理论课堂教学和有限的验证性实验，学生很少能够有机会运用理论知识解决工程设计的实际问题，这种教学模式不利于培养学生独立思考问题的能力和解决问题的能力，也不利于具有创新精神的高素质专业人才的培养。因此，尽管学生完成了该门课程理论与实验学习任务，但在面对具体应用时仍然存在知识运用能力较差的现象[1]，其原因主要有：（1）授课方式单一，难提兴趣目前单片机及接口技术教学仍然采用理论讲授为主，实验为辅的传统授课方式，形式单一，枯燥，学生觉得知识理解不到位，只能靠硬背，造成学习缺乏主动性，难以建立学习兴趣[3]。（2）教材偏重理论，工程知识不足目前大部分单片机及接口课程教材，偏重于理论知识的讲解，很少提到在实际工程中的具体应用方法，学生很少有机会了解所学知识在实际中的作用，学习缺乏成就感，学生学习缺乏兴趣。（3）实验内容陈旧，缺乏创新课程配置的实验以验证性实验为主，缺乏设计性和综合性实验，缺乏生动实例，且实验内容陈旧、新意和趣味性不足，不利于学生动手能力和知识运用能力的培养。（4）学生个体意识强烈，缺乏团队合作传统教学过程中，学生都是以个体形式学习，教师很少组织学生开展团队协作任务，导致学生缺乏团队协作精神，难易建立良好的沟通交流能力。鉴于此，针对目前单片机及接口技术课程教学过程中存在的问题，在总结以往成功教学经验的同时，全方位对单片机及接口技术课程进行教学改革，从理论课的授课方式、内容、手段到实验课的设计，从自主学习网络平台的构建，到科学、合理的考核评价体系，让学生从构思、设计、实施，开展多种形式的学习活动，注重学生运用新知识、新技术的能力，强调学生创新能力、交流沟通能力以及团队合作能力的培养。通过该课程一系列改革实施，为推动其他相关课程改革，培养具有应用创新能力强、适应社会发展需要的高质量计算机专业技术人才，将具有十分积极的意义和作用。

2单片机及接口技术课程教学改革措施

以培养应用型创新人才为出发点，改革该课程传统教学模式，积极探索新的教学方法和教学模式，坚持以教师为主导，以学生为主体，以培养学生应用创新能力和增强实践能力为目标，以“夯实基础、培养能力、开拓思维、注重创新、面向应用”为指导思想，强化理论教学与实践教学相结合、实践与科研相结合、科研与工程实际相结合，构建全新的单片机及接口技术教学改革新体系，下面，就提出的具体改革举措进行详细探讨。（1）注重创新引导，构建一体化、灵活的教学新模式单片机及接口技术课程是一门应用性非常强的课程，应当重点突出对学生应用创新能力的培养，主要措施有：①建立以教师为主导、学生为主体的教学原则，增加学生课堂活跃时间，让学生积极参与到课堂活动中，强烈的参与感能够充分发挥学生学习主动性，建立学习兴趣[2]。②引入灵活多样的教学方法：引入先进的教学方法，如演示法、模仿法、对比法、项目驱动法、案例法、团队协作法等，营造轻松和谐的课堂气氛，激发学生学习兴趣，从而增加教学效果。③优化课堂授课内容，通过引入实际工程项目，让学生能够了解如何运用所学的理论知识解决实际问题，注重学生实践应用能力的培养。（2）实验教学改革①建立三级实验教学体系：按着基础训练型综合设计型研究创新型三级层次组织实验教学，注重培养学生动手能力与创新能力[3]。②引进科研项目：尽可能地将科研成果引入到实验教学中，通过让学生不同程度地介入科研课题，了解科研过程和科研方法，适应应用型创新人才培养的需要[4]。③培养团队合作精神:设计团队合作题目，采取组内合作模式完成题目，充分调动和发挥学生的主观能动性，增强学生的参与感和自信心，培养学生的团队协作能力与沟通能力。④实验室全面开放：可以充分发挥实验室的作用，调动学生通过实验手段探索新知识的积极性。实验室的开放应包括时间和内容的开放，不断发挥学生学习的主动性、创造性。（3）搭建学生自主学习与课程管理网络平台该网络平台依托校园网，突破空间和时间的限制，不但可以实现学生自主学习以及教师对课程的信息化管理，更重要地是为师生之间、学生之间的实时讨论和交流提供了一个互动平台[5]。从理论知识的学习、课程安排、考勤、实验过程控制、成绩管理以及领域内最新的技术、新应用等前沿信息。（4）建立多元化的考核体系，突出综合素质将理论考核、实践能力考核以及系统设计、创新能力评价等多种方式结合起来[6]，对学生掌握知识、运用知识和创新能力做出综合、科学、合理的评价。并通过开放实验、竞赛、科研活动、科技发明、论文写作等多种途径为学生提供更多的获得创新实践的机会，突出综合素质培养[7]。

3结束语

通过基于应用型创新人才培养模式下的《单片机及接口技术》课程教学改革与实践，取得了显著的成果。首先，通过新的教学模式在教学实践中的实施，帮助学生建立学习兴趣，培养发现问题、解决问题的能力，培养学生的专业素养。其次，通过单片机及接口技术自主学习与课程管理网络平台的建设，不但可以使学生强化基础知识，而且可以学到更多的专业新知识，有利于学生自主学习；再次，利用该课程网络平台可以加强学生与教师之间的沟通和联系。

【参考文献】

［1］周欣欣,徐纯森,雷宇凌,郭树强,吴云.单片机及接口技术课程教学改革与实践[J].无线互联科技,2015,16:106-107.

［2］孙墨杰,刘海峰,钟莉,岳云飞.提高大学生课堂学习质量的方法与对策[J].东北电力大学学报,2013,33(03):84-86.

［3］丁保华,张有忠,陈军,孟凡喜.单片机原理与接口技术实验教学改革与实践[J].实验技术与管理,2010,01:117-119.

［4］赵东辉,金长虹,靳建峰,朱劲松.基于工作过程的“单片机及接口技术”课程的教学改革[J].中国电力教育,2011,07:78-79.

［5］张兰河,徐恒铎,郭静波,徐小惠.污染控制微生物学教、学、研新型互动平台的构建[J].东北电力大学学报,2013,33(1/2):165-167.

［6］于涛,鲁敏,石志标,金立忠.毕业设计环节中创新能力的培养与实践[J].东北电力大学学报,2013,33,(04):85-87.

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The Study on the Experimental Teaching Reform Necessity of "Microcomputer Principles and Interface Technology" Based on Proteus Simulation

DONG Xian-fen

（Department of Information Engineering， Shandong Yingcai University， Jinan 250104， China）

Abstract： This paper introduces the study on the experimental teaching reform necessity of this course， microcomputer principles and interface technology by Protues simulation software. This research aims to replace the experiment made by experimental box with Protues simulation one to improve experiment teaching efficiency. Protues simulation experiment teaching method has been applied in my teaching practice， and its effectiveness has been verified.

Key words： Proteus； simulation； experiment； reform

1 改革的意义和必要性

《微机原理与接口技术》课程是我院计算机科学与技术、电子信息工程等专业本专科的一门专业基础课，本课程要求学生能够掌握微机硬件的组成、原理及应用，并且能够应用80x86指令系统进行汇编语言源程序的设计，掌握各种常用接口芯片的原理及其在接口技术中的具体应用，培养学生的软硬件设计与应用能力，提高学生的实践动手和创新能力。

《微机原理与接口技术》课程中涉及的概念较抽象，涵盖的知识点也较多，需要实践操作的项目也很多，是一门理实相结合、软硬相结合的课程。因此，在教学过程中除要重视理论教学外，还必须辅以高质量的实践教学。良好的实验教学环节不仅可以增强学生学习的兴趣，进而还可以加强学生对微机内部结构、汇编语言等知识的理解，还帮助学生对计算机内部工作原理和常用接口芯片的工作过程有了更清晰地认识[1]。实验教学环节对提高学生的综合实践能力方面起着举足轻重的作用。本文主要介绍利用Protues 仿真软件实现微机接口实验教学改革的研究与实践。

目前，多数接口电路实验主要是通过实验箱完成，我院使用的是EL型微机教学实验箱。实验过程主要包括汇编语言程序设计和接口电路设计两部分。主要的实验有： 简单的I/O口扩展实验、存储器读写实验、8255A并行接口实验、8251A串行接口实验、8253A定时/计数器接口实验、LCD显示实验、A/D和D/A转换实验等。

EL型微机教学实验系统结构如图1所示：

采用实验箱完成实验存在着一定的局限性：

1）实验设备局限性。实验箱价格较高，一经购买几年之内很难再更换，不能紧跟专业的发展；相比较实验箱而言，电脑的数量也更充裕，安排上课时间和地点更灵活；实验箱的器件也容易损坏，维护较困难，且必须有专门的人员对实验室进行维护管理。

2）实验场所局限性。实验箱需放在固定的实验室，学生只能在上课时间或实验室开放时间去做实验，假期或学生外出实习期间不方便开展实验。

3）实验创新局限性。实验箱的线路和芯片多数已固化，通过实验箱开设的实验多为验证性实验，学生只需按照实验指导书既定的实验步骤完成实验，基本上没有自己设计创造的部分，缺乏对学生创新能力的培养。

Protues仿真软件处理器模型支持80C51单片机、8086微处理器、MSP430超低功耗混合信号处理器、ARM处理器等一系列常用的单片机或微处理器，Protues也可用于模拟与数字电路教学实验，单片机教学实验【2】。另外，在学生的课程设计和毕业设计中应用也非常广泛。采用Protues开展实验，建立Protues仿真软件实验教学平台是突破《微机原理与接口技术》实验教学现状中诸多限制的一种可行的教学改革方法。另外，还可借助网上实验教学功能使该实验平台具有更高的推广使用价值，发挥出最大的教学效益。基于Protues仿真软件进行实验，仅需一台安装了Protues软件的电脑，这方便了学生在宿舍、教室、机房等地不受时间和空间的限制开展实验、课程设计、毕业设计和电子设计竞赛等环节。而且，通过Protues仿真软件，可以开设的实验数量多、内容广，实验过程由简单到复杂，即从较简单的验证性实验到较复杂的设计性和综合性实验。目前使用实验箱进行的实验都能利用Protues仿真软件开展，而反之则不行。

总之，基于Protues仿真的《微机原理与接口技术》实验教学为本课程的实践教学提供了教改思路，不仅有助于提高教学质量，改善实践教学效果，而且有助于改善学生的学习主动性和提高学生对本课程学习的积极性和趣味性。熟练掌握Protues仿真软件的使用，对学生综合设计能力和创新能力的提高有很大帮助。

2 改革研究的内容、目标和拟解决的关键问题

2.1 研究内容

1）《微机原理与接口技术》实验室现状分析；最大地发挥Protues仿真软件应用功能研究；（利用Protues仿真软件进行《微机原理与接口技术》设计性、综合性仿真电路编制策略研究；

2）修正仿真电路设计和实施教学过程中存在问题的策略研究；

3）研究如何将本方法推广到电子、单片机等相关课程中去。

2.2 研究目标

本项目的主要研究目标是将验证性实验转化成设计性、综合性实验。研究利用Protues 仿真技术进行《微机原理与接口技术》实验教学的教改新方法，建立适合我院本专科学生的《微机原理与接口技术》课程所开设实验的全部仿真电路和内部使用的实验指导书，克服实验箱既看不到芯片也看不到内部电路的缺点，发挥仿真实验由电路编制者自己选择芯片，自己设计电路，自己规划地址的灵活功能。

2.3 拟解决的关键问题

1）提高学生设计电路的能力。通过利用Protues仿真软件，提高学生学习的主动性和积极性，培养学生的综合设计和创新能力。

2）克服学生用实验箱完成实验受时间和地点限制的问题。利用Protues仿真软件进行实验，学生可以不受时空限制开展实验。

3）解决尚无适合我校本专科学生《微机原理与接口技术》实验课教学仿真实验指导书的问题。

3 改革的特色、创新点及推广价值

3.1 改革的特色

通过本改革，将验证性实验转化成了设计性和综合性实验。

3.2 改革的创新点

克服传统实验箱既看不到芯片也看不到内部电路的缺点，发挥仿真实验由电路设计者自己选择芯片，自己设计电路、自己规划地址的灵活功能。

3.3 推广价值

基于Protues仿真软件进行《微机原理与接口技术》实验，方便经济。通过不断完善和搜集资料，可以开展的实验很丰富，实验内容由简到繁、由浅人深、循序渐进，既可以进行验证性实验，也可以进行设计性实验和综合性实验。

目前，虽然利用Protues仿真软件进行实验教学已在我院计算机科学与技术、电子信息工程本专科微机接口课程实验教学中良好运行，但能非常熟练使用这个软件的教师人数还有待增加，通过本研究的开展，希望让更多的教师重视仿真软件在教学中的应用，进一步提高自身的教学和科研能力。

4 小结

本方法中的每个仿真实验都需要用到本课程任课教师提前设计好的主板电路和译码电路【3】，学生在此基础之上再设计出每个实验的其他电路部分，并针对电路设计程序。

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关键词：单片机；教学；工程能力

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）13-0149-02

一、目前单片机教学在工程能力培养上存在的问题

随着单片机在社会中的应用越来越广，企业对单片机领域的人才有较大的需求[1]。但在高校人才培养计划中，与单片机人才培养密切相关的是《单片机原理及接口技术》和《单片机原理与应用》等相关课程，也逐步在探讨与开展“理论教学+实践教学”的单片机教学模式，并已有多个高校为单片机安排了专门的实验教学学时，该教学方法从一定程度上改善了学生的动手能力，但实验与工程应用相对脱节，学生并未掌握单片机系统的设计方法[2]，同时在教学过程中缺乏对学生工程概念的培养以及企业项目开发流程的指导，培养出来的学生缺少综合开发能力，与企业所需要的具有工程能力的人才有很大差距。因此，本文探讨了一种基于工程能力培养的单片机课程教学方法，即在教学过程中有步骤有计划地引入企业项目开发的基本流程，并指导学生如何根据流程来开展项目开发工作，培养学生的工程观念以及工程能力，与企业的用人需求相一致。

二、单片机教学中工程能力的具体体现

工科学生的工程能力包括知识的学习与应用能力，思维判断与分析能力，工程设计与实践能力，表达与交流能力以及创造与创新能力[3]。对于单片机课程而言，注重培养的工程能力主要体现在：一是对单片机理论知识的学习及将其应用到单片机系统设计与开发中的能力；二是可根据单片机系统需求说明书，结合单片机理论知识，设计出符合工程需求的单片机系统的能力；三是在前期积累基础上的升华，对专业知识的融会贯通，并可在系统的设计与开发中，具有优化系统的能力――创新能力。

三、单片机教学中培养工程能力的具体措施

我校电子信息专业在第五学期开设《单片机原理及接口技术》课程，该课程特点是硬件与软件并重，理论与应用相结合，同时还涉及多个学科，信息量大且课时少[4]。根据单片机课程的特点，结合我校电子信息专业学生从前期已学习课程而具有的知识储备（前期学习储备课程详见表1），以及单片机的教学与实践，同时从课堂理论教学环节、实验室的实践教学环节以及课后指导环节，采取相应的措施来培养学生工程能力。

1.理论教学环节工程能力的培养。通过改变教学策略―将传统的以教为主的理论教学模式，转变为教―学―做一体的教学模式，增强学生知识的学习与应用能力，提升实际工程问题的分析与解决能力。在教学过程中，除了教师对理论知识的讲解，并引入相关案例，使学生加深对知识的理解外，还引导学生如何自己着手来设计具有一定功能的单片机系统。促使学生有效融入本课程的学习，提升动手能力以及创新能力。具体实施步骤如下：首先，在课堂教学初始阶段，可结合单片机系统在我们实际生活中的一些应用实例，同时通过讲解应用实例中的单片机系统的开发步骤，并引入企业单片机应用系统开发的流程。使学生对本课程有一个较为全面的认识，了解本课程的学习方向以及今后的就业方向，减少职业陌生感，提高学生学习兴趣。另外，还鼓励学生将之前在《电子系统仿真技术》中关于protues软件平台的使用知识，以及在《电子电路工程实践》中学习的如何制作与调试PCB板的知识，与在本门课程中学习的单片机系统知识进行融会贯通，积极动手设计单片机硬件系统，并在protues上进行单片机系统的仿真，增强对单片机系统硬件的理解，特别是整个硬件系统的工作机制和如何根据所设计的硬件系统的需求，来设计符合系统硬件性能的单片机系统。其次，在课堂教学时，除了遵循教学大纲教学要求外，将企业单片机项目开发的实际使用的技术，与本课程所学知识进行对比讨论，并对在企业工作所需的，但在教学大纲中未涉及或涉及较少的知识，进行有效补充。比如在讲到指令系统、汇编语言程序设计时，可补充如何使用keil软件来开发单片机系统的软件，以及如何在keil中验证自己所写的代码是否正确，并可通过单片机内部寄存器和单步执行来查看一下执行一些指令过程中，寄存器内部信息的变化，使学生更为深入了解单片机指令系统，指令系统的工作过程以及汇编语言的程序设计与运行过程。另外由于汇编语言本身的局限性，目前企业在开发单片机系统时，普遍采用单片机c语言，为了学生知识可与企业需求同步，在教学中结合学生前期所学的《c语言程序设计》课程，指导学生如何将c语言与单片机系统软件设计结合起来，引导学生采用单片机c语言来开展单片机系统的软件设计，并在实践课上进行运行验证，实现知识的融会贯通。

2.实践教学环节工程能力的培养。目前我校单片机实验教学学时仅为12学时，在后续的实践环节，考虑到各个学生对课程知识的掌握程度不同，在单片机实践教学环节采取验证实验与自主设计相结合的方式来开展实践课――实验教学环节采用验证性实验和自主设计性实验两个部分来构成，加强学生的工程设计与实践能力。国内大多数院校的单片机实验环节都在实验箱上进行，实验箱的接线操作比较古板，无法给学生提供足够的设计空间，学生只能单纯地对实验代码进行运行，观察实验箱对应的硬件。针对这一现状，我校自行开发了一套实验系统板可供安排各种综合性实验，学生还需要根据教师的要求，对代码进行相应的修改，并能清晰说明整个代码的运行流程以及修改依据，有效锻炼学生分析代码的能力以及表达能力。自主设计实验环节仍然是在实验系统板上进行，但教师在上相应的实践课之前，需要对该次课所用的源码进行有效梳理，删减掉一些功能性代码，同时对需要学生自行增加的代码，提供必要的注释，提前提供给学生，使学生能有较为充裕的时间来复习理论知识，并可充分思考如何解决实践课的问题。这样，学生不仅能更深领会该实践课要实现的系统功能，并能在通读已经提供的代码和结合系统功能，对缺少的代码补充完整。而且在上实践课时，学生是有备而来，可以尽快地投入到实验中，如果有深思已久，却仍然无法解决的问题，可与老师一起探讨如何解决问题，直到问题解决，增加学生成就感的同时，还可以提高学生分析与解决问题的能力，促进师生的沟通与交流，提高学生的表达与交流能力。

3.课后指导环节中工程能力的培养。通过加强《单片机原理及接口技术》与电子信息专业实践教学环节相结合，可有效弥补单片机课程本身信息量大但课时偏少的问题。本专业第2学期开始，陆续开设了认识实习（第二学期）、电子电路工程实践（第三学期），对后续的单片机学习提供了相关的知识储备，并与单片机课程开设的同一学期，开设了智能电子仪器设备设计与实践，学生可参考单片机课堂上学习的单片机系统设计流程来开展实践环节的智能电子仪器设备的需求分析与软硬件的设计，同时，在该实践中对于具体产片的硬件设计与制作，数据采集过程中的A/D、D/A转换，以及数据显示等部分内容，可帮助学生在单片机学习过程中，对单片机硬件系统，A/D、D/A转换接口、显示接口的理解，并通过该实践，学生可根据产品的需求，对产品功能以及性能的实现方式有极大的自由，学生可根据自己的想法以及对当前产品资料的查阅，然后对需要设计的产品进行自主创新，提高学生的创新能力。同时第五学期学习的单片机课程知识以及工程能力，可很好地服务于第六、第七学期开设的电子系统设计创新与实践、先进电子制造实践与生产实习，乃至学生最终的本科毕业设计。

通过在《单片机原理及接口技术》理论教学、实验教学以及课后指导三个环节加强学生工程能力的培养，学生不仅可以更好地掌握理论知识，还可以将理论知识有效地运用到具体的单片机系统的分析中，同时在设计具体的单片机系统时，不再忙乱无章，而是有意识地根据单片机系统开发的基本流程，来逐步开展系统的分析与设计。学生的工程观念以及实际工程项目开发能力显著提高，同时增强学生对未来就业的信心，为将来的就业打下一定基础。

参考文献：

[1]何新洲，肖学玲.任务驱动教学法在单片机教学中的应用[J].湖北成人教育学院学报，2011，（11）.

[2]吴定会，纪志成.单片机原理与应用课程教学的改革与实践创新[J].江南大学学报（教学科学版），2008，6（28）.

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（福建工程学院 信息科学与工程学院，福建 福州 350108）

摘 要：要真正提高《微机原理及接口技术》课程的教学效果，必须改变原来的课程教学和课程设计两个体系.《微机原理及接口技术》课程“设计导向型”教学模式，即将理论课、实验课和课程设计有机融合在一起，将课程教学内容与实际应用系统的设计进行优化和整合，引导学生从简单的基础知识逐步过渡到复杂接口设计及程序设计，学生在学习过程中，自然就逐步熟悉了单片机应用系统的开发流程，不仅培养了学生的动手能力与钻研精神，还可以积累一定的创新与实践经验，这对于电子信息类专业本科学生，具有非常重要的意义.

关键词 ：微机原理及接口技术；设计导向型；教学模式

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2015）01-0215-02

1 设计导向型教学模式的意义

单片机主要应用于测控领域，在工业自动检测系统、数据采集系统、家电控制、智能仪器仪表等诸多领域都有广泛的用途.《微机原理及接口技术》课程是电子信息类专业的重要专业课程.是一门软硬件技术结合紧密，理论性和实践性都很强的课程，本质上是基础一门应用型的工程技术课程.该课程已在我院电子信息类专业开办多年，积累了一定的教学和实践经验，我们将理论课、实验课和应用设计统一起来，将单片机本身各功能模块的原理性分析与实验板电路的硬件设计及程序设计进行了较好的结合，从应用的角度与实际的应用系统很好地融合，颠覆传统的教学方法.

2 设计导向型教学模式的实施过程

2.1 激发学习兴趣的同时立下规矩

在第1次课中，我们会对单片机的有关概念以及它的用途做一个全面详实的介绍，除了简要列举图文并茂的应用案例外，还把历年学生的设计优秀作品带进教室，介绍它们的功能及操作使用，通过形象生动的演示介绍，让学生真切地感受到单片机系统无所不在，与学习生活很贴近，第1次课就创建一个“单片机系统不仅有用而且有趣”的场景，激发学生的学习兴趣.在培养学生兴趣的同时，对这门课的学习方法和态度提出要求，在课堂，要求学生准时到堂、专注听课、勤做笔记、积极互动、大胆提问；在课外，应广泛阅读、扎实温习、认真练习、多做实践、讨论请教.并且告知学生考核成绩由期末考试，平时学习、作业、测验、实验及实验考核构成及每部分所占比例.这样，在第1次课激发学习兴趣的同时就立下规矩，对学生学习过程的评价有法可依，让学生有一定的敬畏之心，自觉主动的投入到该课程的学习过程中.

2.2 理论课、实验课和课程设计的有机统一

课程的学习是一个循序渐进的过程，我们在教学上是通过实验电路板将各部分有机地串接起来，课程设计也是借助它的电路完成控制程序的设计.该实验板是由本课题组成员自行开发制作的实验设备，特点是：体积小，携带方便，在实验、课程设计等各实践环节中，学生人手一机，可以在课余时间完成扩展的实验与系统设计，效果与开放性实验是相同的.以该实验板作为教学案例，我们编写了实验板测试程序，作为实验板功能检测与程序示例提供给学生阅读使用，对每个模块、每条指令功能都进行了注释，极大的方便了学生的阅读理解.在介绍有关章节的理论知识时，我们就会以实验板相应部分的接口电路作为例子进行硬件电路的分析并介绍测试程序的有关模块，这样学生就会对一个完整应用系统的硬件和软件如何设计有深刻的理解.实验是设计应用系统学习过程中必不可少的重要实践环节，通过实验，使学生掌握单片机开发工具的使用、程序设计与调试的方法；掌握常用接口电路与单片机的连接方法；培养学生的设计能力、操作等能力，从而为两周的课程设计打下坚实的基础.在第1次课我们就会把有关的学习资料，包括单片机开发工具、Keil软件的使用、测试程序、实验板原理图等提供给学生，要求他们逐步的去理解并掌握如何使用.针对该课程，我们共安排了7次实验，实验内容具有设计性、综合性、创新性的“三性”特征，内容由易到难、循序渐进，每一次的实验都包括三部分：首先是与知识点配合的基本实验；其次是使用测试程序，在阅读理解的基础上编程运行以实现规定的功能或者通过修改参数运行程序以观察现象并分析；再有是扩展性实验部分，通过这样的过程使学生在知识和能力等诸方面得到全面提高.要求学生每次实验应做好预习工作，在理解知识点、消化实例的基础上去编写程序，撰写预习报告.实验进行过程中对出现的问题及时有效地帮助学生分析、解决问题，保证了学生实验的顺利完成，并要求学生做详实的记录，在每个实验子项预备内容后预留的空档位置记录实验现象、出现问题、解决办法、实验效果，本项实验结论及分析，撰写实验总结，当堂上交实验报告.两节课实验内容是相当的充实，许多标准化的程序模块就可以被课程设计直接利用或具有重要的参考价值.经过一个学期有效的训练，为应用系统的设计打下了坚实的基础，两周的课程设计就可以轻松应对.

2.3 应用系统的设计贯穿课程的始终

2.3.1 课程设计题目的拟定

课程设计的目标是通过小型微机应用产品的设计与调试过程，运用《微机原理及接口技术》课程所学的基本知识，在设计中加以应用，进而得到理解、巩固和提高，学习掌握分析与解决实际问题的方法与手段，提高设计、编程与调试的实际动手能力，作为工程技术工作的一次基本训练.针对课程设计的目标，在课程开始之初，依据学生认知特点，以能力培养为出发点，充分分析电子信息类专业应用技术能力的具体要求，科学合理地进行设计课题的规划，拟定切实可行的设计课题.课题既要将教学内容与实践结合在一起，又要能够激发学生的学习兴趣，符合学生能力水平及实验室设计条件的课题，典型课题如多路温度巡检仪、简易音乐播放器、可编程控制器、小区楼道开门控制系统、解题闹钟等等，课题在每个学期都会进行更新，课题新颖有趣，融合了微机接口技术的各部分的内容，包括中断系统、定时计数器、键盘接口、显示器接口、A/D接口等等.过往的课题的设计资料可以提供给学生阅读，让他们领悟应用系统设计的思想和方法.两周的设计是对学生掌握这门课程综合知识的考量，更是对他们应用知识驾驭设计系统的能力的检验.在课程学习的早期就告知学生课程设计的题目及内容，让学生学习有个目标，可以提高学生的学习兴趣和积极性.由于学生的水平能力各不相同，我们对所要设计的内容进行分解，分为基本的设计要求和功能选做扩展两部分，那么在两周的设计中我们要求学生应先完成基本要求，对大部分学生而言都能做到，增强了学生的学习热情和信心.在完成基本设计的基础上，有能力的学生再去选做功能扩展部分，给学生较大的发挥空间，激发学生的创新思维、创造力和成就感.这样让各个层次的学生从设计中都能够得到锻炼，学到设计、编程、调试的方法并在原有的基础上都能够得到提高.

2.3.2 设计过程的掌控

设计任务是贯穿了课程学习的始终，学生从学期初就要了解单片机应用系统的研制步骤和方法，从分析系统入手，需经过总体设计－硬件系统－软件系统－仿真调试－固化程序等整个流程，在一个学期的学习过程的同时学生有充足的时间去了解该设计的内容与功能，查阅资料，并在每个学习阶段去思考有关的功能如何实现.如硬件电路的设计在平时就可以逐步进行的，在期初介绍完片内硬件结构就可以让学生先设计最小系统、指示灯电路、报警电路，输入输出外设接口电路讲授后就可以设计显示接口电路和键盘接口接口电路等，最终焊接电路板并调试完成.两周的设计开始时我们会对课题进行更为具体详实的布置，目的是让学生在老师的引导下掌握规范化、标准化、可扩展化的设计思想与方法，尤其是软件系统的设计，让学生再次明确任务并介绍总体方案设计，引入分模块设计和进程码的概念，引导学生对任务进行分解，从易到难，并通过进程码把各个功能模块有机地串接在一起，最后才是程序综合联调和软、硬件的综合调试及功能完善、扩展.同时，在学生设计的过程中，要不断地给予指导.要充分肯定每一位学生的努力和取得的成绩，学生在刚开始设计的时候必然会很茫然，这时，教师一定要做好指导工作，避免学生在一开始工作时受到挫折，不利于项目的顺利进展.在两周的设计中，鼓励学生进行讨论，交换对某个功能实现的想法，以强帮弱，多鼓励基础薄弱的学生，给他们设计的信心，一点一滴让他们了解设计的思想，逐个模块地去理解掌握，最后大多数也都通过了验收和答辩，较好的完成了课程设计的任务.答辩也是课程设计不可或缺的重要环节，答辩时，要求学生能够流畅的叙述系统的功能、操作使用、设计思想等，并对老师提出的问题解释说明，通过答辩可以对学生的能力层次、设计状况了如指掌，同时还能够提高学生的表达能力、锻炼心理素质.

3 设计导向型教学模式的效果

设计导向型教学模式的重要思想就是将单片机理论课、实验课和应用设计有机融合在一起，理论知识与应用系统的开发设计、调试紧密结合起来，以模块化的方式组织课堂教学.这种将理论和实践融合在一起，增强学生的学习兴趣，激发学生的学习潜能，真正实现应用类课程“学以致用”的教学理念.

3.1 提高学习效率

项目导向型教学模式实施时，教师在课程教学之初便告知学生将要完成的设计任务，因而学习的目的性强、效率高.而传统教学中，教师在课堂上讲，学生被动学习，是一种典型的“填鸭式”教学.相比之下，项目导向型教学极大地提高了学生学习的效率，具有无可比拟的优越性.

3.2 培养创新精神

为完成设计，需要从各种途径获得与项目有关的信息和资源，寻找解决问题的方法并最终制定项目实施方案.在这个过程中，学生积极主动学习，不受传统课堂框架的束缚，相互讨论，集思广益，新思想，新观念，新方法不断涌现，学生创新能力不断增强，

篇8

关键词：独立学院嵌入式课程设置课程改革优化

中图分类号：G423.04

引言

以我校（武汉长江工商学院）为例，电子信息工程专业主要培养能在信息通信、电子技术、智能控制、计算机与网络等领域和行政部门从事各类电子设备和信息系统的科学研究、产品设计、工艺制造、应用开发和技术管理的应用型工程技术人才，因此，我们以培养应用型人才为目标制定了培养方案。

课程设置现状

在我们的培养方案中，除了专业基础课程（C语言程序设计、电路分析、电工基础、数字电路、模拟电路）外，有两条主线：嵌入式方向与信号处理方向。其它方向如微电子、射频、无线电等方向，考虑到我们学生的基础以及培养方案总课时的要求，最终选择了嵌入式与信号处理两个方向，当然，随着社会的不断发展，以后的培养方案可能会考虑微电子等较新的方向。

之所以选择嵌入式硬件方向为我们的一条主线是因为嵌入式系统是当前很热门而且很有发展前景并且对于学生而言也是比较好就业的应用领域之一。嵌入式系统在智能化家居、家电，汽车电子、医疗、交通等各个方面都有应用，我们的生活已经离不开嵌入式系统。嵌入式系统是软硬结合的技术，我们以硬件设计为主设置了我们的课程如下：

表1：嵌入式方向的课程设置

围绕ARM嵌入式技术这门课，还有微机原理、单片机、EDA、DSP等课程及相关实验。

学习了微机原理和单片机这两门课后再学习嵌入式，学生更容易入门，因为嵌入式本身是从单片机发展而来，并且在微机原理与单片机这两门课程中，我们以汇编指令为主，主要是考虑到做嵌入式系统除了了解ARM处理器工作原理和接口技术还要了解ARM的汇编指令系统。

考虑到嵌入式开发的发展方向与相关领域，我们还设置了EDA技术与DSP技术两门课。数字图像压缩技术是嵌入式的应用领域之一，主要是掌握MPEG编解码算法和技术和DSP技术，另外，为追求更高速的信号处理速度，现在一些速度要求较高场合，有不少公司是将一些DSP算法用硬件来实现，这就涉及到HDL数字电路设计技术及其FPGA/IP核实现技术。这也是我们将EDA技术与DSP技术这两门课作为这个方向的专业课程的原因。

课程改革思路

首先是微机原理与单片机这两门课，目前我们开设《微机原理与接口技术》理论课54课时，实验课18课时，《单片机原理及其应用》理论课54课时，实验课18课时，课程设计36课时。微机原理课程主要是帮助学生理解一款微型计算机的工作原理、结构、汇编语言编程及其接口电路，为以后的进一步学习不同的CPU以及计算机应用打下基础。目前我们的教学还是以8086/8088作为微机原理主讲芯片，其难度较大，与实验教学和学生在课外的实际应用（如参加电子设计系列竞赛、制作小作品、毕业论文、课程设计等）脱节，教学效果不理想。

随着半导体技术的进步，处理器从单核时代进步到了多核时代，并且将来处理核的数目将会越来越多。随着多核技术的发展，可能不久的将来大多数的软件开发都将以多核芯片为基础硬件平台，随之而来的是编程语言、数据结构、算法理论、软件工程等都将随着多核的出现而进行修订，对我们专业而言，要考虑的主要是计算机硬件方向的课程设置要进行调整以适应多核时代的到来。经过调研与研讨，我们决定将上述两门课整合优化为《单片机原理与接口技术》54课时及《多核架构与编程技术》54课时。前瞻性的将多核架构及编程技术引入到独立学院电子信息工程本科培养方案中，将培养方案中的专业基础知识进行综合与升华，帮助学生，顺应市场格局变化，接受新技术新理念，建立系统、完整的专业基础理论体系，培养学生综合应用能力与创新型思维，提高动手实践能力，开拓学生的专业学术视野。使我们的学生能顺应时代的变化，在硬件、软件方面能够更好地了解多核思想及编程技术，以适应高新技术的飞速发展的需要。

其次是EDA技术与数字电路的整合。目前我们开设《EDA技术》理论课34课时，实验课18课时，课程设计18课时，《数字电路》理论课54课时，实验课18课时，课程设计36课时。这两门课在实验和课程设计的内容上有一定的重复。我们可以将这两门课整合成一门课《数字电路与VHDL》，理论课72，实验课18，课程设计36课时，改变原有的教学模式和教学内容，建立新的实验体系，让学生感受2种不同的设计方法，摆脱传统的人工设计方法与思维模式，提高学生的创新意识与竞争能力，适应市场的需要。

最后是ARM嵌入式技术，目前我们以ARM7进行理论教学，以LPC2000系列ARM7微控制器及ADS1.2集成开发环境进行实验，理论课36学时，实验课18学时，只能满足低端教学任务。在最初制定教学计划，大部分ARM系统都是基于ARM7处理器，但是随着更多应用在嵌入式系统中的实现，嵌入式系统设计向着更高级、更复杂的方向发展，现在基于ARM9处理器的产品越来越多，我们的教学要与时俱进，教学内容也要进行升级为以ARM9进行教学。从ARM体系结构的教学内容上看，ARM9的指令集完全兼ARM7，教学上没有任何区别。并且学生们面对的编程模型和架构基础也保持一致。

总结

本校电子信息工程专业实行3+1培养模式，所有课程安排在大一到大三完成，大四学生全部参加实习，现有培养方案中，专业基础课排在第三、四学期，专业课基本压缩在第五、六学期，比如上面提到的微机原理安排在第五学期，单片机、EDA技术、ARM嵌入式技术安排在第六学期。通常在第六学期，一部分学生忙于考研，一部分学生忙于找工作，精力没有全部用于学习专业知识上，但是，经过上面的整合后，我们可以将单片机以及ARM嵌入式技术提前一个学期，再将EDA技术提前两学期，让学生们在整个大学的学习过程中，尽早的接触到专业课程，提高学生们的学习兴趣，这不仅可以让一部分想参加电子设计系列竞赛的同学可以尽早的进行系统学习，也可以让准备考研和找工作的同学投入更多精力学习专业知识。

参考文献

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关键词：单片机 发光二极管 闪烁

0 引言

单片机由于体积小、价格低廉、功能强、可靠性高、面向控制和价格低廉等优点，不仅成为工业测控领域使用的智能化控制工具，而且已渗入到人们工作和生活的各个角落。在工科学校中基本都开设有《单片机原理及应用》这门课，而对所有学习单片机的人来说最入门的就是对发光二级管LED的控制。

1 发光二级管的工作原理

发光二极管Light-Emitting Diode简称为LED，由镓（Ga）与砷（As）、磷（P）的化合物制成的二极管。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。

LED只能往一个方向导通，发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流来控制LED的亮度。限流电阻R可用下式计算：

R=（E-UF）/IF

式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的一般工作电流。

2 LED的编程方法

假设LED的连接电路图如图1所示，八个红色发光二极管通过限流电阻分别接到单片机P1端口的8个引脚上，单片机选用AT89C51。

2.1 单个发光二极管的控制

在图1中，如图所示，如果要使发光二极管D1点亮，由于D1的正极通过电阻R1接到电源VCC上，那么D1要正向导通必须使D1的阴极为低电平，也就是P1.0引脚为低电平，这个可以通过软件可以控制，完整的C51程序如下：

同样的，如果要使发光二极管D1一亮一灭不停地闪烁，则工作原理是让D1点亮并延时一段时间，接着使D1熄灭并延时一段时间并不断的循环，这样就可以观察到D1一亮一灭不停地闪烁。延时可以采用软件延时或者定时计数器定时延时两种方式，本文采用软件延时，其工作原理是利用每条指令运行都需要一定的时钟周期，运行一定数量的时钟周期可以实现延时的功能，本图中晶振为12MHz，那么12个振荡周期为1us，延时1ms的延时程序如下：

2.2 多个发光二极管的控制 多个多个发光二极管的控制原理与单个发光二级管的控制原理一样，在图1中，如果要控制8个发光二极管同时一亮一灭的闪烁，那么只需要同时使8个发光二级管点亮延时一段时间，再同时使8个发光二级管熄灭并延时一段时间，周而复始不断循环就可以实现8个LED不停地闪烁，完整的C51程序如

下：

2.3 花样流水灯的控制 对于花样流水灯，工作原理和前面多个发光二极管的控制原理一样，只需要把不同状态下灯所对应端口的值送到相应的控制端口并延时一定的时间就可以实现，编程时可以把所以对应状态的端口值放在一个数组里存放，不停循环地取数组的值，每取一个值延时一段时间，即可以实现，程序略。

3 总结

单片机在各行各业中使用越来越多，文中对单片机中发光二极管的使用和编程方法进行总结，并给出各种方法的工作原理和完整的程序。

参考文献：

[1]戴仙金.51单片机及其C语言程序开发实例.北京：清华大学出版社，2007.

[2]李朝青.单片机原理与接口技术.北京：北京航空航天大学出版社，2005.

[3]李广军等.实用接口技术.成都：电子科技大学出版社，1997.

篇10

【关键词】STC89C51；直流电机；无线遥控；光敏传感器

1.引言

随着社会经济的高速增长，人民生活水平的不断提高，人们对家庭生活舒适性的需求越来越强烈。遥控电动窗帘在最近几年得到迅速发展，并广泛应用于智能大厦、高级公寓和别墅等领域，只要遥控器轻按一下，窗帘就自动开合（百叶窗可以自动旋转），非常方便。在本次设计中，主要研究的是利用STC单片机的无线遥控窗帘电路的设计。

2.系统方案设计原理

本设计主要由单片机最小系统、无线发射、接收模块、按键部分、电机控制执行部分和限位开关组成，采用8位的STC89C51单片机做控制器，程序采用C语言编程。利用直流电机正反转，实现控制窗帘的开关。无线遥控是由SC2262/SC2272 编码解码芯片组成的无线发送接收模块，通过SC2272接收输出端D0、D1、D2、D3输出信号控制单片机，再利用单片机控制L298N来控制直流电机。利用限位开关来控制窗帘停止，防止过卷。系统框图如图1所示：

3.硬件电路设计

3.1 光敏智能识别模块

在可见光范围内，该器件的输出电流与外界光照强度有良好的线性关系，这样我们就可以方便地通过一个三极管将其转换成电压信号，具有良好的灵敏度。

3.2 按键设计

常用的按键有三种：机械触点式按键、导电橡胶式和柔性按键（又称触摸式键盘）。机械触点式按键是利用机械弹性使键复位，手感明显，连线清晰，工艺简单，适合单件制造。但是触点处易侵入灰尘而导致接触不良，体积相对较大。

但是由于客观条件与经济能力有限，本系统采用机械触点式按键。

3.3 无线发送、接收设计

SC2272是一款用以解码的芯片，编码芯片SC2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片SC2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，SC2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，SC2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全受控于SC2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100%的调幅。无线接收模块R02A与单片机的接线图如图3所示。

3.4 正反转状态指示

本功能采用在直流电动机两侧并接发管二极管实现，正转时绿灯亮，反转时红灯亮。

显示模块接线电路图如图4所示。

3.5 系统总原理图（如图5所示）

4.软件设计

本系统按键采用高电平有效模式。当有按键按下时，无线发射模块发出信号，接收模块解码后响应相应功能，当限位开关闭合时，说明窗帘已经到达指定位置，停止转动。

本设计的程序采用的是“状态机”的思想，它分为四个状态：电机正转状态，电机反转状态，窗帘打开状态，窗帘关闭状态（程序的默认状态）。如果光照强度高于参考值，同时窗帘处于关闭状态，电机正转，从而打开窗帘；如果光照强度高于参考值，但是窗帘已经处于打开状态，则电机不转。如果光照强度低于参考值，同时窗帘处于打开状态，电机反转，从而关闭窗帘；如果光照强度低于参考值，但是窗帘已经处于关闭状态，则电机不转。

参考文献

[1]余发山，王福忠.单片机原理及应用技术（第1版）[M].中国矿业大学出版社，2008，6.

[2]康华光.电子技术基础（数字部分）（第五版）[M].高等教育出版社.

[3]李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京航天航空大学出版社，2001.

[4]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].清华大学出版社，2004.

[5]邹书文，黄光桂.无线电遥控单片机[J].电脑与信息技术，1995.