单片机原理论文范文

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传统的单片机原理与应用课程教学的课堂上，大多单纯依靠老师的讲解。老师为了把一些抽象的概念，难懂的知识点讲解清楚，往往需要花费大量时间。并且，即使花费了大量的时间，有时因为硬件设计、系统开发等内容，也不容易在简单的平面教学中清楚地讲解，不能使学生产生感性认识。运用多媒体课件与传统教学相结合，把传统教学中难讲难理解的知识做成多媒体课件，不仅可以节省大量教学中板书的时间，还可以提高教学的质量和效率。同时老师在课堂上使用的多媒体课件一定要经过精心的准备，内容要选择难讲难理解的典型事例，通过仿真把结果动态演示出来，即能加深学生对问题的理解，又能激发学生的学习兴趣，灵活应用现代教学手段，突出解决该课程中实践性强的知识点，与传统教学相结合，对重点和难点内容进行透彻、清楚的讲解，使表现形式更加形象化，更容易理解，从而提高学生的学习兴趣。除了课堂教学，还可利用网络资源来最大限度的丰富课堂外学习，建立大范围的教学资源平台—教学网站，尽量实现优质教学资源共享，避免不必要的人力物力的浪费。利用教学网站，给学生提供学习与应用单片机技术的网络平台，开成良好地互动，真正实现教与学的有效整合[2]。

2选择合适的多媒体课件以满足教学需求

把多媒体课件应用到单片机课程的教学过程中，使得单片机教学不再枯燥，不仅可以使学生提高对理论知识的认识，而且通过仿真实例可以使学生熟悉单片机系统的开发方法，进而培养学生的动手和实践的能力。但是多媒体课件良莠不齐，必须选择合适的多媒体课件否则事得其反。首先，电子课件的开发工具有很多种，每种工具软件有各自的特点，要合理选择。在单片机多媒体课件的开发过程中，笔者所在教学团队，结合了电子课件开发工具PowerPoint和单片机仿真软件PROTUES，使用PROTUES针对具体实例开发出仿真程序，同时把仿真结果动态的插入到PowerPoint制作的电子课件中，使得多媒体课件能够演示单片机工作的动态及结果，感性且直观，同时又增加了课件的趣味性。其次，要及时更新多媒体课件以适应单片机技术的发展速度。《单片机原理与应用》是一门内容多且杂、实践能力要求高、发展迅速的课程，为了适应数字系统的不断发展，多媒体课件中动态仿真实例要尽可能的选择新事例，一方面能增加知识量，使课程和发展形势紧密结合，另一方面也能调动学生的学习兴趣，从而提高教学效果。

3结束语

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关键词：单片机原理；考试改革；Proteus软件

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）22-0133-02

一、前言

单片机又称为单片微型计算机，是计算机体系的一个重要分支，也是现今较为流行的嵌入式系统的一部分。由于其体积小、控制功能强、成本低等特点可方便地组装成各种智能控制设备和仪器，做到机电一体化，因此广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，可以说单片机已经渗透到我们生活的方方面面。单片机原理及应用课程也是目前高校计算机、电子、电气、自动化等专业均开设的一门专业课。由于该课程是一门理论性、实践性都很强的课程，因此该课程对实验教学有很高的要求，实验教学在学生学习的过程中占了很重要的地位。但是，目前很多高校的单片机课程实践教学环节及考核方式都存在着一些问题。学生在传统的以理论考核为主的学习方式下很难激发学生的学习兴趣，很难提高动手能力。通过考试改革，使学生在重视基础知识学习的同时，更加注重实践能力和动手能力的境况，促进创新精神的形成。

二、目前的教学考核形式及存在的问题

《单片机原理及应用》课程是一门专业课，其前续课程主要有《电路》、《数字电子技术》、《微机原理》等，课程理论教学的主要内容包括以下几方面：（1）单片机的硬件系统结构。包括单片机的基本组成，CPU结构及时序，RAM、ROM的组织结构及扩展，并行I/O接口的基本原理等。（2）单片机指令系统。包括单片机寻址方式及指令，汇编语言程序设计等。（3）单片机接口技术及应用。包括单片机系统开发的基本方法和步骤，单片机系统扩展及外部的接口，单片机的综合应用等内容。考核主要以闭卷的考试为主，学生的总评成绩这样划分：平时作业、实验成绩和考勤各占10%，期末考试成绩70%。这样的教学及考核形式尚存在诸多问题。

1.教学方面问题。实验课时少。根据学院制定的教学计划，《单片机原理及应用》的总学时为32学时，其中实验课程8学时。实验课程的学时数太少，也是影响学生动手能力的一个方面。在实验课程的分配中，软件实验、验证性实验至少占了6学时，所以综合性设计性实验开设率不高，学生对所学课程缺乏整体性了解和综合运用的能力。实验设备缺乏。由于学校扩大招生规模，实验室现有的实验设备台套数太少，为满足学生实验，不得不增加每组实验的学生人数。我国目前的文化教育，重视理论轻视实践，这造成了学生们从小就重视理论知识的学习而轻视动手实践。另外，在考核方式上，实验课一般作为理论课考试分值的一部分，往往也只占很少的学分，并且只要写过实验报告就基本可以通过。久而久之，大部分学生也滋生了重视理论课程轻视实验的思想。

2.考核方面问题。考核方式不合理。学生的考核以闭卷的考试占主要部分，实验环节所占成绩比例低。这样的考试形式使得大部分同学以理论学习及考试成绩为主导，对于课程学习过程中的实践动手环节只是消极地参与，并没有真正起到动手动脑的作用。考试内容不合理。由于考试形式以闭卷考试为主，考试内容只能局限于教材，加上期末考试前划范围、勾重点等，使得一部分同学以考前重点突击复习为主，造成了这些同学在平时学习及实践环节的松懈。考试题型不合理。考试中客观性题型较多，分值比例较大，综合设计性题型、论述性题型较少。这对于学生的思考能力及综合分析问题能力的考查不全面，也不利于激发学生的学习兴趣和主观能动性。能过以上分析，目前《单片机原理及应用课程》的考核方法已经不能满足学校提出的“培养创新性人才”的要求，不利于培养学生动手能力、创新能力，也不能激发学生的学习主动性。

三、教学考试改革的方式及具体措施

针对单片机教学考试存在的问题，可以从以下几个方面进行改革。

1.为考试改革而进行的教学改革。首先，教学改革要进行教学方法的改革。采用从完成实际问题出发，激发学生的学习兴趣和主观能动性的目标教学方法。在课程的开始阶段，设置一个简单的综合性实例，利用仿真软件或实验箱将实际工程问题解决方案演示给学生看，并要求学生下来查找一些与此相关的实际生活中的应用。以此提高学生的学习兴趣。在接下来的教学过程中教师以教学目标为导向，整个教学过程围绕教学目标展开。在教学目标的刺激下，学生为实现目标而努力学习。在完成目标的过程中，教师积极引导，并将教学内容渗透其中。这种教学方法不仅可以使学生清楚地认识到单片机的原理、概念在实际生活中的意义，而且对于激发学习热情，培养理论联系实际的能力极其有益。其次，教学内容的改革。注重接口技术和应用技术的学习，适当减少体系结构的理论学习。在目标教学法中，学生以实际目标引导其学习^程，那么在教学内容上就应增加能够达成实际目标的应用技术的学习内容，理论体系结构的教学可以把框架性的知识传授给学生，学生在应用中遇到的理论问题，他们会在框架的知识基础上自己进一步细化丰富内容；从汇编语言转向C语言的编程方式。传统教学模式中，教师喜欢使用汇编语言编程，汇编语言虽然具有高效控制精确的优点，但其结构性差，语句复杂，调试难度大，学生接受也比较困难。C51高级语言具有程序结构清晰、可读性好、易于维护等优点，一条C语言相当于几条汇编指令，学生在有C语言的基础上入门很快，这样也提高了学生的学习兴趣；使用Proteus仿真软件。通过使用仿真软件，学生只需要一台电脑就可以完成实验室里的基本实验，方便学生自己动手，提高其动手能力。再次，实验的改革。把实验软件实验、验证实验、设计性实验及综合性实验四个部分，通过验证性实验，学生们可以进一步了解单片机及芯片的作用，提高学生的学习兴趣。设计性实验，可以培养学生实践动手能力及创新能力。综合性实验，可以提高学生综合运用所学知识的能力，提高学生的实验技能和和培养学生的创新能力。在原有的实验课时的基础上增加实验课时，同时提高设计性及综合性实验的比例，真正让学生把理论与实践结合起来。

2.考试方法改革。根据《单片机原理及应用》课程的特点，考试可以采用笔试、做设计、写论文、进行实际操作以及开卷、闭卷等多种方式相结合。我们不能因为笔试的一些缺点就否定笔试在成绩评定中的作用，在笔试的过程中还可以增加开卷、闭卷等多种形式。在出卷时增加试卷的灵活性，适当增加设计、分析和综合思考题型。题目的设计应能使每一位学生在解每道题时都有对知识的理解、分析、比较、融会贯通的过程，从而锻炼学生的思维，多给学生提供探索的机会和可能性，鼓励学生独立思考、标新立异、强调智力开发、避免考试中的偶然性。同时在笔试的基础上还应该增加反映学生平时学习情况的评价内容，比如平时作业，实验报告成绩等。还可以增加实际操作环节的评定，比如对每次实验课程都ρ生的操作进行评分，增加实践环节的考评，把学生综合设计性实验的操作调试及结果作为总评成绩的一部分进行考核。或将实践环节改为操作考试，由学生现场操作，教师根据操作内容正确性进行评分。最后在课程结束后，还可以鼓励学生通过学习的知识内容进行创新设计，将其所做的设计或者通过网络、图书查阅到的资料通过分析总结后写成论文的形式提交，以附加分的形式纳入总评成绩中。这种方法锻炼了学生的分析、设计和对信息的处理能力。

3.考试效果的评估和对教学方法的反馈。淡化考试分数之间的微小差异，增大平时考试成绩的比例，实行百分制、等级制及与评语相结合的综合评分方法，对有独立见解或创新的学生加分鼓励。应奖励有个性者，奖励有主见、有独立思维能力的学生。同时，建立考试结果分析制度，不断总结教学经验。发现问题及时纠正，拓宽、疏通教学质量的有效反馈渠道，建立健全沟通机制。改革后的总体效果还有待长时间的检验。在教学过程中可以明显的发现，提问题的同学明显增多，同学之间相互讨论的次数明显增加。希望此次考试改革能给《单片机原理及应用》课程的学习带来新的气象，增强学生学习的积极性、主动性，培养学生的创新精神和创新意识，实现人才的全面发展。

参考文献：

[1]何宏.单片机原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2012.

[2]李康林.单片机课程考试方法改革的实践和探索[J].长沙大学学报，2007，（5）：107-109.

[3]周晓雁.单片机实验教学改革的尝试[J].山东工业大学学报，1995，（2）：63-65.

Single Chip Microcomputer Principle and Application of Examination Reform Exploration and Research

YANG Yan-xin，HUANG Zhao-bo，ZOU Huan，ZHANG Xue-ping，LI Yu

（Faculty of Mechanical & Electrical Engineering，Yunnan Agricultural University，Kunming，Yunnan 650201，China）

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关键词：单片机；课程改革；课程探索

作者简介：许景辉（1978-），男，河北藁城人，西北农林科技大学水利与建筑工程学院，讲师；张成凤（1978-），女，山东安丘人，西北农林科技大学水利与建筑工程学院，讲师。（陕西 杨凌 712100）

基金项目：本文系西北农林科技大学本科优质课程建设项目（项目编号：2013-53）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）35-0074-02

“单片机原理及应用”是电气工程及其自动化专业的一门重要学科基础课，是专业建设方向中“强弱电结合、软硬件结合”的重要体现课程之一。该课程帮助学生理解嵌入式控制系统的原理、工作模式和常用芯片参数，是目前信息技术在电力系统中应用的入门级课程和基础课程。

“单片机原理及应用”经过多年的教学实践和改革，从教学方法和教学手段上进行了不断创新，教学效果日益提高。但在新科技时代背景下，随着现代科学技术的飞速发展，更多的技术和方法可应用到“单片机原理及应用”教学中，为课程改革的不断推进注入了活力。[1]2012年新的专业目录调整后，专业课程设置及学时要求发生了一定变化，这也为该课程的改革提出了新的要求。

一、单片机课程教学现状

单片机课程是目前高校电类专业的骨干课程，虽然从课程名字上有所不同，但教学内容基本为MCS-51单片机基本原理及其应用方法，故课程名字多为“单片机原理”、“单片机原理及应用”、“单片机原理与接口技术”等。根据教学任务要求及课程设置不同，单片机课程学时从32学时到64学时不等。结合现在专业培养方案变化，目前该课程以48学时居多，同时根据教学需要增设1～2周的课程设计。从教学形式上来看，各校基本延续课堂讲授和课程实验相结合的传统教学模式。由于多媒体的推广及实验设备价格的降低，学生知识掌握和实践动手能力都较过去有了很大进步。以单片机为主的应用电路设计一直是各个学校学生科技创新活动的主流，通过各类实践活动，学生在毕业时的理论和实践能力显著增强，为学生进入工作单位打下了坚实的基础，受到社会各个用人单位的青睐。

然而，目前单片机教学中也存在很多问题，需要不断进行教学研究，进一步提高该课程的教学效果。首先，该课程的教学内容需要适度更新，以适应当前社会对单片机技术人才的需求。在课程教学内容上，多年来该课程以MCS-51系列单片机为例，从单片机硬件结构、常用指令、编程方法和单片机硬件扩展等方面进行单片机的教学和实践锻炼。但实践中发现，单片机汇编语句部分应增加C51对照程序以加强学生实际应用开发的能力和水平。在单片机知识结构上，应对目前普遍使用的I2C、SPI、ICP和ISP等加以介绍，让学生了解目前广泛采用的单片机技术。除了MCS-51单片机外，还应对日常广泛采用的PIC和AVR系列单片机进行适当介绍，使学生不至于与实际脱节，降低课程教学效果。在实践环节中，很多学校仍采用传统的试验箱，这虽然在一定程度上方便了学生实验，但与学生进行单片机系统开发脱节，容易造成学生眼高手低的教学弊病。实践教学中，应将具有在线可编程功能的单片机引入到实验课程之中，让学生真正体验单片机开发的实际环境，更好地了解系统设计过程及调试过程。结合现代虚拟仿真技术，应将PROTEUS等仿真软件引入到教学和实践体系之中，让学生能够在理想的环境下进行软硬件调试，增强学习兴趣。

二、单片机课程教学改革实践

“单片机原理及应用”课程改革主要包括课程内容优化、实践教学创新、教学方法改革、考核体系完善及创新人才培养等几个部分，通过不同部分的教学改革实践，可优化教学内容体系，提高学生综合素质，培养学生具有“理论基础扎实、实践创新能力强”的创新型人才。

1.明确培养目标，优化教学内容

单片机课程是一门理论和实践性都比较强的课程。由于该课程较为抽象，需要学生用“有限硬件资源”的思想去考虑各类复杂的自动控制问题，这就要求课程的理论教学和实践教学内容合理，能通过相互补充的方式提高教学效果。目前，“重基础、宽口径、重应用、高素质”是电气专业培养的原则，在这个培养目标下，学生应该掌握坚实的课程基础，建立较为全面的课程知识结构，在实践教学环节的基础上，具有较强的动手实践和科技创新能力。但在新的专业培养大纲修订中，专业学时不断压缩，因此更需要认真考虑教学内容，满足现在培养目标的要求。

单片机教材多种多样，但在教学内容上基本相似。单片机课程内容主要有数字电路基础、MCS-51单片机硬件结构、单片机指令系统、汇编语言程序设计、单片机中断及定时/计数器、单片机存储器及扩展、单片机串行通信、单片机接口技术、D/A和A/D转换电路设计、单片机系统设计方法、单片机应用及开发举例等内容。从内容上来看，单片机硬件结构、指令系统及汇编程序设计、中断及定时/计数器、单片机存储器及扩展和单片机串行通信等是该课程基础知识，应通过各种教学手段进行重点讲授。不论学时如何压缩，这些基本内容应该保留并保证教学的实际效果。D/A和A/D转换理论在数字电路课程中有所介绍，因此可以结合单片机应用及开发举例等内容进行讲授，结合实践教学要求，还可将其放入到实践环节之中。单片机汇编语言部分教学内容应补充C51编程方法及实例，但汇编语言不应省略，因为它是锻炼学生软硬件编程思维的重要内容，不应过分追求与社会接轨而让学生建立空中楼阁式的课程知识结构。在串口通信教学中，可对RS-232接口及单片机串口工作方式进行简要介绍，但应增加I2C、SPI等串口总线教学内容以适应现在硬件接口设计的时代需要。[2]PIC和AVR单片机作为现在单片机应用的主流，在课堂中应对其特点加以介绍。

2.加强实践教学，提高学生创新能力

单片机课程实践性非常强，只有通过理论和实践相结合，学生才能真正掌握单片机的使用方法和应用技巧。单片机课程实践教学分教学实验、课程设计两个部分。两部分应结合课堂教学内容，相互补充，相互呼应。

在教学试验中，首先应采用切近实际生产的教学设备。目前很多高校仍采用传统的实验仿真箱，这种设备让学生关注于程序设计，单片机硬件部分只需插线即可完成。从目前教学效果来看，采用这种设备进行教学，学生对软硬件知识的掌握程度不尽理想。现在广泛采用的单片机均有ISP（在线可编程）功能，其单片机ROM多采用可擦写的flash芯片，因此延续过去烧写器时代的仿真实验箱将给学生造成错觉，让其在实际硬件开发中有种无所适从的感觉。单片机实践教学要求学生能够掌握单片机基本指令和使用方法，掌握单片机系统的开发流程及操作技巧，因此需要学生在软硬件上均应进行实践锻炼，这就要求启动新型实验教学仪器的应用。目前，单片机开发板功能日益完善，其价格越来越低，因此可以通过单片机开发板，让学生进入单片机系统开发的实战环境，真正让学生对系统硬件结构和软件指令有一深入的了解和掌握。在实践教学中，采用了积木式单片机硬件系统，单片机建立最小系统后，其设备均通过经典电路制作成模块，学生在实验中要对其电源、总线等设计，需要通过引线组件不同功能电路，这充分锻炼了学生的动手能力和系统设计能力。

在单片机实践教学中，PROTEUS软件是取代传统实验仿真箱的另一利器。PROTEUS软件是英国Labcenter electronics公司开发的EDA软件，是目前唯一能够进行单片机软硬件仿真的计算机辅助软件。[3]该软件有丰富的元器件模型库，能以较为形象的方式进行51系列、PIC系列、AVR系列和ARM7等软硬件仿真。[3]该软件注重于器件的关键引脚连线，能结合Keil等编程环境，对单片机系统进行主要功能检验和输出结果仿真，这有效提高了单片机学习和开发的效率。PROTEUS软件在软件环境中集成了各类检测仪表，学生只需一台计算机即可进行相关知识的学习和功能开发，其应用范围越来越广。[4]西北农林科技大学（以下简称“我校”）根据教学中常用电路及实验仿真箱等经典电路开发了“基于PROTEUS的单片机实验平台”，通过模块化的方式排列了教学和实践中常用电路模块，学生需要通过硬件连线和软件编程完成相应控制功能，对学生软硬件设计能力提高起到很大促进作用。

3.采用多种教学手段，不断提高教学效果

近年来，随着国家教育改革的不断深入，“强基础、宽口径”已是目前高校专业教学目标的主流，与之呼应的专业培养方案修订使得专业课程学时不断压缩，但教学大纲中对课程内容要求并未减少，这就势必造成教学效果的下降。为了适应这种状况，教学中必须采用新式教学方式，以提高教学效率。

现代教学手段中，多媒体授课形式已经不是新的创意，但多媒体课件如何设计却是一个常说常新的话题。目前，对于如何进行多媒体课件制作的论文已经很多，[5，6]但如何设计课件内容及如何设计内容展示方式的论文却不多。多媒体教学中，对于抽象的内容需要用POWER POINT中动画功能予以演示，如单片机工作方式内容讲解时，学生很难想象单片机取指令、编译指令和取数据的过程，而通过动画显示的方式，学生就很容易理解PC指针的工作方式以及CPU进行取、解译和执行指令的过程。现在网上资料非常多，在进行单片机硬件扩展内容讲解时，可将学生分成几组，分别对常用的电容、晶振、液晶显示器、数码管等进行型号和图片的搜集和整理，然后利用课堂5分钟进行各组的讲解和展示，这不但拓展了学生的视野，而且锻炼了学生的能力，起到了教学相长的目的。

除了多媒体教学外，还应充分利用各种资源，为学生进行立体式教学环境布置。应充分利用板书、多媒体、网络等手段，扬长避短，充分发挥各自优势。教师通过板书给学生以思考的时间，利于学生进行理论知识的课堂消化。网络是目前知识学习的宝库，丰富的网络资源为课程难点解答提供了多种版本的解释，为学生正确理解知识点提供了帮助。比如说单片机型号多样，课本讲解是有限的，学生就可查阅论坛和精品课程网站来了解新知识，各类国家、省级优秀精品课程网站为学生学习提供了良好的平台。

4.建立多样考查方式，注重学生学习效果考核

各种教学方式改革，目的是为了给学生提供一个良好的学习环境，因此学生学习效果还需通过多种考核方式进行评测，为学生质量鉴定提供一个标尺。单片机课程应用性较强，死记硬背式的学习方式不能适应现代社会对人才的需求。因此从课程考核方式上应将作业、出勤、实验报告、课堂测试、大作业及期末考试结合起来，通过教学过程中的引导，调动学生学习积极性。随着社会思潮对大学校园的冲击，每一届学生的学习特点各有不同，因此需灵活确定各类考核比例，引导学生加强某个教学环节的学习和锻炼。比如说，某届学生实验积极性不高，那这届考核中的实验出勤和实验报告比例就要加大，而且其考核比例要及早通知学生，这样才能引导学生重视实践教学环节。在不同考核方式中，也应该注重考核形式。如课堂点名时，很多教师拿点名册进行点名，由于缺课情况无法展示给学生，容易让不爱上课的学生懈怠。而通过大屏幕式Excell点名，情况就不一样了。这不仅利于学生出勤情况的统计，还可以让全体同学掌握各自出勤情况，利于彼此的监督和提醒。

三、积累教学经验，不断加强教学创新

不同教学方式的改革都是围绕创新性人才这个培养目标进行的。已有的教学经验利于当时的教学，但随着时代的变化，其教学方式就需要不断创新。

教学方式改革的主导者是教师，只有加强师资队伍建设才能形成良好的教学和学风，才能不断创新教学形式，提高教学水平和效果。在师资队伍建设中，应通过教案编写、课程讲授、专题研讨和学术交流的形式不断加强教师素质，提高教学水平。应鼓励和支持教师参加各类单片机产品会和学术团体会议；通过科研活动、全国性技能竞赛和学生科技创新活动，积累理论和实践经验，为教学工作积累丰富的教学素材；应积极创造教师进修和考察机会，开拓眼界，丰富经验，为树立其正确的教学理念创造条件。

学生创新型教育是时代赋予高等教育的目标和使命，是促进国家发展和生产力提高的重要保障。在教学中，应积极引导学生发挥创新性思维用单片机的思维解决生活中的自动控制问题。同时应在作业、课程设计选题及综合性、设计性实验项目中积极贯彻创新型人才培养思路，让学生多动脑、多动手。结合目前实验室开放和PROTEUS平台，让学生多进行创新性思考和科技创新活动。学生素质的进步既是高等教育创新的成果，也是教学创新的动力。

教学创新是课程生命力的动力和源泉，教学改革实践是课程永葆青春的法宝。教师只有不断创新，才能让学生由浅入深、由易到难地进行单片机概念、原理、使用方法的学习，才能通过丰富多样的实践创新活动掌握单片机控制系统设计、制造方法，才能培养出一批又一批的高素质创新型人才。

参考文献：

[1]吴允平.单片机教学改革与学生工程素质和创新意识的培养[J].福建师范大学学报（自然科学版），2004，20（1）：111-113.

[2]翟玉文.单片机课程教学改革探究 [J].吉林化工学院学报，2013，30（4）：34-37.

[3]张靖武，周灵彬.单片机系统的 PROTEUS 设计与仿真[M].北京：电子工业出版社，2007.

[4]袁锋伟，赵立宏，朱慧玲.基于 Proteus 的单片机课程教学与实验改革[J].实验室研究与探索，2007，26（12）：75-78.

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论文摘要：本文指出在嵌入式系统课程的各教学环节引入Proteus、ARM（重点介绍Proteus软件）软件，通过动态仿真模型的设计，能用到毕业设计以及创新设计当中。

1、嵌入式系统的概述

（1）从技术的角度定义：嵌入式系统是以应用为中心，基础是计算机，能够适应应用系统对功能、可靠性、及功耗严格要求的专用计算机。

（2）从系统的角度定义：嵌入式系统是能够完成复杂功能的软件和硬件的组合，并使其紧密粘合在一起的计算机系统。“嵌入式”反映出的这些系统是更大系统中的一个完整部分，称为嵌入式系统。

2、Proteus、ARM软件介绍

Proteus是由英国Labcenter公司开发的嵌入式系统仿真及开发平台，该软件具有以下特点：

（1）能进行智能原理布图；进行单片机软件调试和单片机与外围电路的协同仿真；满足单片机软件仿真系统的标准。

（2）支持常见的单片机类型和飞利浦公司ARM7（ LPC系列） 处理器及常见的外围器件如8255，ADC0809。

（3）可以与Keil Version3，ADS1两个集成开发环境结合，，把用汇编和C语言编写的程序编译后，进行软、硬件结合的系统仿真。

3、Proteus软件的应用

3.1 Proteus软件在教学中的应用

在教学的过程中，老师可以将Proteus和Keil 建立的虚拟实验平台搬到课堂上，能够将实践教学和理论教学融为一体，从而让教学的效果得到提高。下面笔者引进一个实际的课堂教学实例。在讲到外部中断处理过程这一章节时，我们可以将Proteus和Keil进行联调，然后通过仿真处理的步骤，可将单片机处理中断的软件执行过程以及单片机内部资源变化的情况以一种直观地感受呈现给学生，从而能够达到单纯的理论教学难以达到的效果。

在运行Protues软件的状态下，按住Proteus中的电路闭合键，P3.2引脚会有一个下跳沿，PC= 0x0003H，指向AJMP INT0的转移命令，堆栈的指针SP= 0.9H，数据存储器的0.8H和0.9H单元存放着0.1H和0.5H，即该处存放着下一条指令的地址。因此，学生能够迅速的知道，当外部有中断地请求时，程序的自动存储功能可以保存断点的地址，同时程序将会转到中断服务程序的入口地址，因为中断请求是由外部中断0产生的，因此程序就会转到外部中断0的入口地址0003H。通过外部中断执行的例子我们可以看出，在课堂教学上使用Protues和Keil 联调建立的实验平台，我们可以将许多抽象概念直观的介绍给学生，使学生不仅能观察到软件执行时单片机内部的I/ O口和存储器的变化，还可以观察到软件程序和外围电路之间的互动过程。

3.2 Proteus软件的应用

目前所拥有的单片机实验教学包括两个关键的环节，即课内的实验以及课程的设计。所有的实验操作步骤基本上都是在实验箱上完成的。由于受硬件实验箱结构以及资源的限制，学生在做实验的时候不能将所学的知识和软件充分的融会贯通。所以当我们的学生进行自主设计的时候，很多的学生几乎无法完成综合性的实验。假设采用了Proteus软件的仿真实验，就可以弥补硬件实验能力的不足。基于Proteus软件的实验可以分为以下3个阶段。

（1）验证阶段。此阶段的主要任务是让学生熟悉Proteus与Keil软件的运行环境，使学生对单片机虚拟系统的仿真有自身的认识。实验指导方面的教材只需要列出实验的任务和要求、Proteus软件的实验原理图、操作的步骤、流程以及和程序相关的源代码等。学生就可可自行根据实验步骤或实验操作得到录像进行操作、调试，以及观察程序的运行结果。

（2）程序设计阶段。这个阶段主要是培养学生用Proteus绘制系统原理图，以及使用Keil软件进行源程序设计的能力，学生可以根据实验的原理图用Proteus绘制硬件电路图，按照实验的要求完成程序的设计，在Keil的环境下编写出源代码，调试成功后，加载程序到Proteus硬件图仿真。

（3）综合学习阶段。此阶段的主要目的是激发学生学习兴趣，提高学生的主观能动性、以及培养学生的创新能力。学生自主的根据实验的任务和要求设计出硬件额电路（包括CPU型号、元器件及参数的设置等） 并绘制出Proteus的硬件原理图；根据硬件的功能模块对软件进行设计。完成对软硬件设计之后，需对两者进行联调，充分利用Proteus与Keil软件间的联合仿真的功能，及时的发现并改正硬件电路以及程序源代码的错误。系统仿真成功后，再进行实物的制作。在对课程的设计环节中，需要学生在Proteus环境下绘制出硬件的电路图，在Keil软件中编写出设计程序的源代码，并且在设计硬件电路时后尽可能的考虑到实验箱的有限资源，便于在Keil中编写的程序能够更好的被移植到实验箱上。学生可以针对不同的应用类型，选择最适合的单片机，而不是仅仅局限于课堂上常讲解到的单片机。学生也可在联合仿真成功之后，再去进行电路的焊接、软件系统的调试以及程序的固化等，可以避免因设计方案的不正确所造成的不必要的浪费。

4、结语

Proteus和ARM的嵌入式软件在教学中的运用，能充分的利用机房的现有设备，减少了实验设备的硬件维护又与实际的工程系统接近，拉近学习和就业之间的距离。实践证明，这种嵌入式的教学方法不但能降低成本，经济优势明显，而且还具有较高的推广价值。

参考文献

[1]万军，马正华.嵌入式系统及应用课程实践教学的研究[J].中国现代教育装备，2009（15）：7779.

[2]李芳，李家庆.基于Proteus+Keil的单片机实验仿真平台[J].中国教育技术装备，2009（4）：78.

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【关键词】单片机；磁场检测；磁传感器；A/D模块；显示器

1.引言

管道系统广泛应用于国民经济的各个重要部门，如石油化工、天然气、冶金、水利等，大部分都用作气体或流体的承压运输，管道系统的工作环境恶劣，承受运输的气体或流体的压力、土壤和各种化学物质的侵蚀，使管道内部的潜在缺陷逐渐变成破裂而引起泄漏，污染人民的生活环境并且影响工业生产，所以对现有的管道系统进行无损检测有很大的意义。

由于管道绝大多数采用导磁性能良好的高碳钢或者合金钢值制成，很适合于利用磁性检测法进行检测。同时，磁性检测法具有现场适应性强，不受油泥等非导磁材料的影响，成本较低，易于实现等优点，研究的焦点主要集中在磁性检测法，目前，用于检测管道的宏观损伤的磁性检测法主要有磁粉检测法、漏磁场检测法和磁通检测法。

2.磁传感器的选取

此处是检测缺陷漏磁场，一般缺陷漏磁场在OG、4OOG范围内。为了检测漏磁场，可以用的传感器有线圈和霍尔元器件。霍尔元器件和线圈的灵敏度一般，霍尔器件的灵敏度一般都在10mV/mA*kG，线圈的灵敏度也差不多。线圈可以做得很小，也即它的空间分辨力可以较高，但线圈的一致性不好。而霍尔器件是现成的芯片，有多种芯片可以选择，一致性会比线圈的高，很适合于多传感器的场合。综合以上的优缺点，我选霍尔元器件作为漏磁场传感器。本课题选用Allegro公司的线性霍尔传感器uGN3503uA型芯片，它是一种低噪声输出型霍尔传感器，5v供电时，灵敏度为1.3mv/G，量程范围为0-900G，当外磁场为零时，它的输出电压值在2.25v-2.75v。

3.传感器放大滤波电路

4.单片机磁场检测硬件系统的设计与实现

4.1系统的设计思路

要测量磁场，必须要有一套传感器的伺动机构，带动传感器探头移动。根据圆形缺陷的理论模型的漏磁场分布，测量的最终目的是提取缺磁场几何图形的正负峰值和正负峰值的间即。由于事先不知道磁场的峰值在何处，所以必须在z轴方向连续测量一段区间，这就要求一个能带动传感器探头做精密移动的装置，结合实际，可以利用老式的绘图仪代替，此处采用小型智能绘图仪：SR一6602，它的步长是0.1mm，即每次最小的移动单元是0.1mm，这完全可以达到实验要求。利用绘图仪带动磁探头做精密移动，有两种测量方式：一是连续移动测量，一是单点测量，即每次测量一个点。连续测量就要求知道绘图仪的移动速度，但绘图仪的移动速度不好测量，且连续测量使从磁传感器输出的电压信号有一定频率，这对后面的滤波电路有一定的要求。此处采用单点测量，这样可以使磁传感器输出的信号近似是直流，这将简化滤波电路，但它的缺点是测量的速度较慢。

PC机在其中其控制作用，协调绘图仪和51单片机等其它几个部分运作。

（1）PC机中通过C语言编程控制串口1按照绘图仪的命令格式向其发送命令。

（2）Pc机通过C语言编程控制串口2向8051单片机系统发送控制命令，接收数据等信息。

4.2绘图仪简介

绘图仪采用一种老式的小型智能绘图仪：SR-6602。用绘图仪不是为了画图，而是利用其移动装置，带动传感器探头做精密移动（步长0.1mm）。它用25针串口RS-232作为接口，所有的命令都必须通过串口来发送接受。

其它的命令都类似，首先按绘图仪命令格式把命令定义成一个数组，然后通过串口发送函数到相应的串口命令。

4.3硬件电路的实现

因为PC机的串口电压与单片机的串口电压不一致，所以采用芯片ICL232来做串口电压转换。为了调试程序的方便直观，还有必要加显示电路作为辅助部分，电路原理如图8所示，采用数码管LED显示管，总共有4个这种单元。

5.结束语

本文以研究各种管道及设备的磁场为背景，根据实际要求，用8051单片机设计了一套磁场的验证系统，本论文主要设计了磁场检测的硬件部分，硬件部分主要有霍尔传感器放大滤波电路和单片机电路，其中单片机电路主要有存储器的扩张、A/D数模转换、串口电路和LED显示部分。根据对磁场检测的要求设计了一整套的试验步骤和方法，对水利及石油管道漏磁检测及许多磁场检测方面提供了应用方案。

参考文献：

[1]金建华.《基于磁性传感器信息融合的在线检测技术与系统》华中科技大学，2001.

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单片机教学改革实践高职单片机目前在生产生活中应用的非常广泛，即使是在就业的时候，此专业人才需求量也特别大，尤其是单片机应用系统设计、维护等岗位。所以，在我们一些专业，如自动化、计算机、机制等，都把这一专业当做重点课程来教。这门课程需要的不仅仅是理论，而且理论知识都需要死记硬背，很不好懂，但是如果与实践相结合的话，学以致用，那才能学好这门课，而且这门课与其他学科也有很紧密的联系，如电路、模拟电子、传感器技术等。在教学过程中，坚决不能用生搬硬套课本知识的办法来教学，必须要针对学生的特点进行单片机的特色改革，使学生真正掌握这门技术，并且成为真正的单片机技能型人才。

一、在单片机教学过程中遇到的一些问题以及存在的问题

我们看到了单片机在生产生活中的重要作用，那么在教学过程中是否能真正教会学生这些东西呢？一般来说，对于教师教授课程并不是什么问题，从CPU到I/O，从硬件到软件，头头是道。但是一提到用它来开发新产品，就没多少能动手的了。从我校近几年毕业生的实际情况来看，的确是这样。在一些电子类专业的毕业生在做毕业设计的时候，很多学生都选择了这个课题，都想做单片机应用类的，如有关单片机的温度控制、调速控制、数据采集系统等。

这些学生经过自己的一番努力，通过查资料，自己钻研，也都完成了自己的毕业论文，而且也很优秀，但是真正能做出来实物的，几乎就没有几个人。换一句话说，学生确实是掌握了这门专业的知识，但是同时又脱离了实际生产。这样的学生又怎么能成为专业类人才？又怎么能在社会立足呢？

原始的单片机教材，编写的都是单片机结构和各个模块的功能。这样的教材虽然非常详细，也能让学生学习到更全面的专业知识，但是对于我们的专科生来说，是有些不太合适的。分析其原因主要包括以下几点：

1.对于专科生来说，主要目的是就业，我们教授学生主要是技能的提高，所以只需重点教授学生有关单片机的应用即可，不需花费大量时间给学生建立完整的理论体系。

2.学生普遍的对抽象知识不感兴趣，所以在给学生讲课时，不应长篇大论的讲授知识，应该结合学生的特点，一步一步，结合实际进行教学。

3.课本上的知识是传统知识，是多年不曾改变的，甚至于有些内容已经严重脱离了实际，与当前实际生产不同，不利于学生掌握新知识，学习新电路。

由此，我们也看到了一些学校在教授学生时，重理论轻实践的情况非常严重。从多年的教学经验以及对此专业的长期研究，总结出了以下几条原因：

首先，是教师教学观念上的错误。一些教师认为，让学生学习了专业知识，然后再上几节实验课，就算是理论与实践相结合了，也把这门学科当做与其他科目一样进行教学，却不知单片机的教学与其他完全不同，尤其需要注重实践经验的培养，完全不是通过几节实验课就能掌握单片机的。

其次，是学校设备的不足。一些学校能够让学生上几节实验课就已经很不容易了，更别说让学生进行单片机的应用训练以及尝试生产开发产品。

最后，是师资的缺乏，不少教授单片机课程的教师，自己都没有真正开发过此类产品，更别说教授学生学习此项技能，掌握相关能力了。

上面这些问题表现得特别突出，限制了学生在单片机实际应用能力的提高，而对于我们所教授的专科学生，重点即是实际应用能力的培养，所以二者之间的矛盾表现的尤为突出，迫切需要我们思考并提出切实可行的解决方案。

二、教学改革的思考及实践

教师在讲课之初，应该认真把握好课程的难易程度以及教学方式，教师在教授过程中不要从头到尾地一味讲解理论知识，而应该从一开始先把单片机的开发流程呈现给学生，让学生认真了解这一系统，并给同学观看一些简单的电路如灯管控制器，让学生利用一些简单的软件进行程序操作，编译调试等，并观察实际效果。这样一来，学生就会很容易的了解到开发应用的具体程序，并且产生了极大的学习兴趣。还有利于这一课程的顺利教学。因为单片机这门课程有很强的理论性、综合性、实践性、操作性等特点，所以传统的那些教学方法、教学理论、教学安排都已经不再适用了，我们必须提出一些切实可行的改革方案。

首先，是教学内容的改革。传统的教学过程中，教师都是先传授基本理论知识，等学生掌握了完整的知识体系，才会教授学生应用开发等内容，这样就导致了学生仅是记住了一些枯燥的理论知识，并未掌握单片机的应用。所以，教师在教授课程的时候应尽量选择一些项目式编写的教材，这样才能让学生有机会在学习中实践，在实践中学习，将理论融于实际电路，也能更好掌握单片机的典型应用。

其次，是教学方法上的改革。在传统的教学中，我们知道都是老师教，学生被动接受的情况，一点也不能提高学生的积极性，也没有给学生充分的思考空间。改革以后的课程安排中，教师应该用理论实践一体化、项目式教学等具有现代特色的教学手段，以学生为主体，锻炼学生的合作精神和探索精神，在教学项目中贯穿枯燥的理论知识。

最后，是教学评价方法的改革。单片机这门课实践性非常强，所以要求教师在评价学生学习情况时，不能单纯地靠一张试卷来考核学生，还应该看到学生在平时学习过程中所表现出来的实践能力和应用开发能力。

参考文献：

[1]梁保恩.高职单片机原理与应用课程教学改革探析[J].广西教育，2012，10（02）：43-44

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【关键词】Proteus 电子 虚拟实验 EDA

一、引言

在电子技术理论和实验教学中，经常需要设计出电路，并连接实物进行原理分析和验证，在电子线路设计过程中，不仅需要考虑各种元器件的参数、性能、功耗、封装等多种因素，而且在电路的实现过程中还需要经过大量多次的电路焊接、调试和实验，费时费力，这种传统的设计方法很难适应现代电子电路设计的规模化、低成本、短周期的设计要求，当然，也不能很好的适应现代化电子技术的教学。随着EDA（电子设计自动化）技术的发展，电子线路设计过程可以通过计算机软件，搭建仿真实验电路，灵活调整元件参数进行动态仿真，进而能显著提高设计效率，降低成本，缩短设计周期。

Proteus是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件，它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及器件。可以从原理图布图、代码调试到单片机与电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。不仅对科研开发，而且对于电子技术课程教学、学生实验、课程设计、毕业论文设计、电子技能竞赛等都提供便捷的辅助功能，对培养电子技术创新型复合人才提供了最便捷的实验条件。

二、Proteus在电子技术虚拟实验教学中的优势

（一）Proteus软件的资源丰富

1.Proteus可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。

2.Proteus可提供的仿真仪表资源 ：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。

3.除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。

4.Proteus可提供的调试手段 Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。

（二）Proteus支持电路仿真

1.Proteus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通过多媒体展示，这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能。

2.Proteus提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台。

（三）Proteus应用领域广泛

Proteus软件是一个巨大的教学、仿真、开发资源库，不仅可以用于：模拟电路与数字电路、单片机、嵌入系统、微控制器系统的教学、实验与考评，也可以用于真实的项目设计与产品开发过程。

三、Proteus在电子技术虚拟实验教学中的应用案例分析

（一）Proteus在电路分析课程中应用案例

应用Proteus进行电路分析时，通过如下设置：点击system――set Animation options――在对话框的Animation options 区域选择show wire current with Arrows，即可以箭头的方向表示电流的流向，帮助学生理解。同时，可以将电流表、电压表、功率表等连接到电路中，对电路参数进行测试，快速得到仿真结果。

（二）Proteus在数字、模拟电子技术课程中应用案例

应用Proteus还可以进行数字、模拟电路的仿真分析，例如用译码器74LS138搭建的仿真电路，当控制信号E1接电源，E2、E3接地时，通过单刀双掷开关选择ABC三个输入端子的不同组合，即可在八路输出端子产生相对应的译码输出，控制相应的发光二极管点亮。将抽象的高低电平用发光二极管和单刀双掷开关形象的表示出来，从而更好地帮助学生理解数字逻辑器件74LS138的译码功能，同时也使枯燥的理论内容变得生动形象。

（三）Proteus在单片机技术课程中应用案例

单片机技术作为电子专业课程，一直以来都是学生们反映较难理解的课程，因为其内容综合性强、实践性强、且比较抽象。单片机课程的实践教学以往多采用验证性实验，学生按照实验指导书，将所需的器件在单片机实验箱上进行连线，下载程序并调试。但是这种方法必须在实验室内依托硬件完成，对实验室的设备数量要求较高，且对于一些综合性实验，需要较多的元器件支撑。为了提高实践教学效率、改善教学效果、降低教学成本，在单片机理论、实践教学过程中引入Proteus软件。例如在矩阵按键控制实验中，就只需将元器件从元器件库中拖放到图纸上，按照电路图将元件连接，再将keil编译好的程序下载到单片机中，按下play键即可进行仿真。需要修改电路只需在图纸上进行，快捷方便。

四、结语

在电子技术课程教学中，利用仿真软件将理论教学、实验和课程设计有机结合，提高了电子技术课程的教学效果，开发了学生自主学习的潜在能力，激发了学生的学习兴趣和创新意识，开拓了学生的视野，增强了学生综合运用知识的能力和实际动手能力，为后续高频电路、单片机等专业课程的学习以及参加电子设计竞赛等奠定了夯实的基础。

参考文献：

[1]朱清慧，张凤蕊，翟天嵩，等.proteus教程――电子线路设计、制版与仿真（第2版）[m].北京：清华大学出版社，2011.

[2]周润景，张丽娜.基于proteus的电路及单片机系统设计与仿真[m].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

[3]周灵彬.单片机系统的proteus设计与仿真[m].北京：电子工业出版社，2007.

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论文关键词：电子系统；设计方法；设计能力

随着科学技术的发展、知识经济时代的到来，社会对大学生提出了许多新的要求。大学生应该具有扎实的基础理论知识、较强的实践能力、创新意识、创业精神和协调能力、强烈的责任感和服务意识等。

当今世界，电子产品不断更新发展，并且向智能化方向发展，日益突出单片机和FPGA等可编程器件在电子产品设计和创新中的重要性。新产品的更新换代促使用人单位对电子信息专业的学生有更高的要求：第一，要有扎实的专业基础知识，例如学习和掌握“模拟电子技术”、“数字电子技术”、“高频电子技术”、“单片机原理”和“微机原理”等主要课程；第二，动手能力要强；第三，要能紧跟电子信息产业的迅速发展，要有较强的适应工作的能力，使用先进应用软件的能力，例如会利用诸如Protel、MaxplusII、Multisim、Matlab等工具软件进行电路设计和仿真调试。用人单位对毕业生的要求除了能够掌握一定的基础理论和工具之外，还要求毕业生具有基于单片机系统的电子产品的设计经验。

电子设计竞赛正是对人才全面培养、更新教育理念、改革教学方法和内容等起到了促进作用，具有极其重要的现实意义。电子设计竞赛的选题引进了新的理论与技术，是跨学科的、系统的和综合的。为了有效指导学生参加各类电子竞赛，特对综合电子系统设计的教学模式、课程内容、教学方法及考评进行改革。

一、综合电子系统设计课程的性质

电子系统设计主要是指基于单片机控制的完整应用系统的设计，包括系统软硬件设计及系统调试等多方面的知识。电子系统设计课程体系是以“单片机原理及应用”课程为核心，由“模拟电子技术”、“数字电子技术”、“传感器技术”、“电子设计自动化”、“可编程逻辑器件及应用”、“C语言程序设计”等相关课程组成。它是一门综合性较强的专业课程，通过本课程的理论学习和动手实验，培养学生的专业知识综合运用能力、系统分析能力和电子产品开发创新能力。

学生经过前期基础课的学习，通过随课的验证性实验，对于电子信息领域的相关理论知识有了了解和掌握，在老师的指导下基本能够进行单元电路的设计和调试，通过课程设计也能完成本课程简单的综合性实验。但一些验证性实验多数是教材内容原理的演示和再现，实验内容和方法都是老师指定，学生基本没有进行系统级的设计和实训，综合实践能力有待提高，学生没有发挥自己的主观能动性，积极性不高，不利于创新性人才的培养。

鉴于上述情况，对综合电子系统设计的理论内容和实践方法进行改革创新。

二、综合电子系统设计理论课内容

根据本课程的实际情况和学生所具备基础知识，安排如下几个环节：模拟电路单元设计，数字系统单元的设计，微处理器单元电路的设计以及电子系统抗干扰技术等环节。

结合全国电子大赛，模拟单元电路主要讲述运算放大器的设计以及正确使用、有源滤波器的设计方法、外围电子元器件（电子、电容）的计算和选择；直流稳压电源的设计方法以及参数元器件的选择；各种信号产生的方法，重点讲述数字频率合成DDS的原理和实现技术。以上这些单元内容的安排是结合历年来全国电子设计大赛有关模拟电路环节而选择的，通过这些内容的讲解有利于提高学生模拟电子技术的设计方法。

数字系统设计单元主要讲解数字系统设计方法，突出现代数字系统设计——EDA设计方法；可编程逻辑器件的特点及选择；数字系统设计举例，比如AD、DA控制器的实现、交通灯控制器的实现、电子密码锁的设计等。通过大量实例的讲解使学生能初步掌握用大规模可编程逻辑实现中等难度的数字逻辑系统。

微处理器单元主要讲述目前流行的各种处理器，例如51内核单片机、MSP430单片机、AVR单片机、PIC单片机等型号，介绍它们的特点、应用范围、怎样根据项目需求来选择合适的微处理器；根据学生目前对微处理器的掌握和学习情况，重点讲述基于单片机串行通信的设计，包括几种流行的串行通信协议：SPI协议、IIC协议、UART协议以及one—wire协议，分析它们的特点，在不具有SPI总线、IIC总线的微处理器中怎样通过IO口模拟它们的总线协议；以具有这些总线协议的集成电路芯片的利用提高学生的C语言编程能力。

在微处理器单元里，另外的重点内容多基于单片机的并行通信设计，包括常用的人机接口电路（键盘、LCD、LED显示），这是在大多数的电子系统设备中都具有的，学生有必要掌握它们的设计方法以及编程技术。

电子系统抗干扰技术也是综合电子系统设计中非常重要的内容。当系统处在比较恶劣的环境下，抗干扰设计的好与坏直接决定了系统能否正常工作。微处理器虽然本身的抗干扰能力较强，但是用微处理器构造的控制系统仍存在着抗干扰的问题。为防止外界对系统的干扰，并确保电子系统安全可靠运行，必须采取相应的抗干扰措施。电子系统的干扰主要来自于供电系统、过程通道及空间电磁波。电子应用系统的抗干扰设计应针对不同的干扰源采取必要的抗干扰措施。具体方法有硬件抗干扰技术和软件抗干扰技术。

在这一章节里主要讲解电磁兼容设计、器件选型、降热散热计算、电路板和电子系统可靠性测试等综合知识。通过对本小节的学习，使学生应达到以下目标：熟悉系统的各种干扰来源及形式；学会供电系统及过程通道的抗干扰措施；能说出在印制电路板设计中体现的抗干扰措施；学习设计软件陷阱及看门狗电路，从而为综合电子设计系统设计打下良好的基础。

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三、精心设计安排实验

这门课实践性很强，除了教师讲述的理论内容和方法外，安排大量的实验以及鼓励学生去参加科技创新和各种电子设计的比赛，提升学生分析问题、解决问题的能力，从而提高他们的实际动手能力。根据课程的内容合理安排一些设计性的实验题目。安排的实验不同于在学习相应的基础时所做的实验，要体现独立思考的能力。

教师布置实验题目、讲述方法，学生以实验项目为中心，整合理论知识，查阅相关资料，具体的实验方案和电路要学生自己去网上或图书馆查阅资料独立完成。在做实验前，电路图以及程序代码要在课下完成，实验室只是调试电路和程序以及老师考核实验成绩。这样做可以更好地将理论与实践结合到实验项目中去，使学生在动手实践能力和分析解决问题的能力上有一定的提升；也可以锻炼学生学会搜集资料、整理资料，提高他们独立自主的学习能力。同时，教师在带领学生学习的过程中也在不断地提升自己，积累经验。

结合电子设计竞赛，安排各章节相应的实验项目：模拟电路单元主要是运算放大器和二阶有源滤波器的设计；重点是直流稳压电源的设计；数字系统单元设计安排了数字频率计、交通灯控制器，重点是DDS数字频率的合成实验。微处理器单元安排了基于单片机SPI总线时钟显示器和基于单片机并行通信的LCD显示系统。鉴于目前的实验条件，这些实验主要是通过仿真软件来完成。模拟单元电路里，利用Multisim电子电路仿真软件来完成运算放大器和有源滤波器以及直流稳压电源的设计；在数字电路系统设计中，利用MAX+PLUS II软件完成DDS数字频率合成的实验；微处理器单元，利用PROTEUS软件完成单片机的并行和串行通信实验。这样在不需要任何实验仪器和元器件的情况下，为学生提供了一个展示才华的平台，充分发挥学生的想象力和创造力。

四、综合电子系统设计的考核标准

目前我国教育领域使用的最普遍的考核方式仍是闭卷考试。闭卷考试对于考核学生的知识掌握情况是非常重要的，但对于综合电子系统设计这门技术性实践性和综合性非常强的课程，不适合采用闭卷考试对学生能力进行考查。

为了真正锻炼学生的实际动手能力，对这门课的考核采取如下方式：平时上课出勤、答疑以及学习的主动性占20%；实验占30%（其中课前预习的情况比重占80%）；最后50%的成绩是学生的作品。学生可以完成一个老师指定的题目，在确定最佳设计方案后，到实验室完成了系统单元电路的仿真，进行安装、测量和调试，把实际的设计作品做出来。也可以根据学科专业方向并结合自身兴趣，自主选择一个课题作为课程的设计项目，经过系统规划、设计、电路实现、系统调试完成一个完整的电子作品；最后通过验收、答辩、总结、演讲结束课程的学习。在系统的制作和调试过程中，让学生想方设法采取各种措施解决所遇到的实际问题，不断调整参数，修改和完善设计方案，得到真正的训练。

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论文关键词：单片机；实践教学；全国大学生电子设计大赛；项目教学

全国大学生电子设计竞赛是由原国家教委和电子工业部组织的面向全国高等学校相关专业在校学生的竞赛项目，是我国高校中举办时间长、实施范围广、参与学生最多的竞赛之一，已成为考核大学生创新实践能力的一个重要标尺，得到了高等教育界和社会的广泛认可。大学生电子设计竞赛对高校电子专业的教学内容、课程体系、教学实践、教学手段、实验室建设等方面的改革起到了积极的促进作用，为培养学生的创新设计能力搭建了良好的平台。在沈阳工程学院，经过多年实践，在电子设计竞赛平台上对单片机实践教学进行改革，并取得了一定的效果。

一、单片机实践教学中存在的主要问题

目前各高校由于观念、资金、师资和环境等方面的原因，单片机实践教学存在以下几方面问题：

第一，实践教学观念仍存在偏差。由于受传统文化教育观念的影响，部分师生重理论、轻实践的观念仍客观存在，实践教学缺乏整体性、关联性和系统性，仍处于理论课程的从属部分，甚至部分实践教学环节流于形式。

第二，实验教学的弊端仍然存在。实践教学课程的设置较为零散，顺序和内容仍需优化；在开设的实验中验证型的内容多，开放性、设计性、创新型的实验内容少，同时实验内容存在单一性，而多知识点相结合的实验少，并且在所开设的实验课程中缺少与工程实际相结合的综合性、研究性的实验内容，不利于学生个性的发展和综合能力的提高。

第三，实践教学师资力量有待提高。教师中能够满足实践实训技能要求的人数比例不高，一部分年轻教师从高校毕业后进入学校从事教学工作，缺乏实践教学环节的专门训练，自身尚不能成为行家，难以胜任相关的实践指导工作。

第四，实验室建设投资有限，校内外实践基地的建设不尽完善，不能满足教学实践的需要。

第五，实践教学缺乏科学的评价与考核方法。现行的教学评价机制不能起到强化实践教学环节和鼓励实践教学环节改革创新的积极性，相反存在着制约倾向。

二、电子设计竞赛促进实践教学改革

大学生电子设计竞赛的目的在于推动电子信息类课程建设，引导高等学校在教学中培养学生的创新能力、协作能力和理论联系实际的学风，培养学生的工程实践素质、提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力；吸引、鼓励广大青年学生踊跃参加课外科技活动，为优秀人才的脱颖而出创造条件。本文从师资队伍建设、实践教学内容、单片机实践教学模式等方面探讨实践教学改革。

1.师资队伍建设

随着电子技术的高速发展，教学内容往往落后实际几年甚至更多，这就要求教师能适应和赶上这种发展、变化，要有更宽更新的知识面和更丰富的实践经验，不断地将新内容、新技术、新方法充实到教学中去。我们研究制定了教学队伍知识、技术不断更新的科学有效的培养培训制度。鼓励教师到国内知名高校和高新技术企业学习深造，同时积极邀请高水平的技术人才给教师作报告。

2.依托电子设计竞赛丰富单片机实践教学内容

（1）优化实践教学内容。制订实践教学大纲时应该适当调整学时，以顺应单片机技术的快速发展，对现有的教材进行适当的增减，删除一些课本中的老化的、无关紧要的、过于理论化或抽象化的内容，增加一些在生产生活中可能运用到的真实案例和最新的单片机理论知识，通过实际案例将抽象的理论具体化。在教学中，适当加强C语言的学习，让学生既能看懂汇编语言也能够运用C语言将复杂的程序简单化。

（2）推广应用proteus仿真软件及keil编译软件。Proteus仿真软件上有国际通用的虚拟仪器及电子元器件库，学生可以更加方便地进行电路原理图的设计和仿真测试，观察电路的工作状态及软件运行后的变化情况。同时通过网络课件等形式引导学生练习使用keil软件。在单片机中，所有硬件电路设计、对应软件都可以在proteus和keil平台上进行。Keil完成单片机软件设计调试，proteus完成硬件设计及系统运行结果查看。这些软件极大地开拓了单片机的学习空间，降低了单片机的学习成本，提高了学习效果。转贴于

3.结合电子设计竞赛，改进单片机实践教学模式

（1）项目教学法的应用。建立以任务或项目为教学主线、教师为主导、学生为主体的实践教学模式。在学生最初接触单片机课程时，将单片机在实践生产的应用介绍给学生，并将科研项目或往届电子设计竞赛的作品（如多功能函数发生器、数字存储示波器等）带进课堂，激发学生对单片机课程的学习兴趣。通过实践的操作，带领学生在动手实践中深化理论知识的学习，并在动手实验教学中培养学生完成创新实验和课程设计的能力。课程设计和创新实验不仅要求学生具有独立分析问题和解决问题的能力，更加对学生的创新能力提出一定要求。在教师的引导和指导下，学生根据电子竞赛方向设计具有实际意义的电路，这不仅是对学生综合能力的提升，更是为学生将来走向社会成为应用型人才打下良好基础。

（2）以竞赛为契机，推进单片机课外教学。作为一门知识更新速度较快的课程，单片机教学的实战性得到重视。在全国大学生电子设计竞赛的推进下，学生逐渐走出课堂，不仅仅满足于平时课堂上学习的内容，而是自动自发地走进实验室，将单片机的学习当做课余生活的重要组成部分。我校为学生成立了开放性实验室，并为学生购置了AT89S51单片机最小系统开发板、51系列单片机试验箱等最新实验器材和实验操作中使用到的各类元器件。同时教研室机房的每台计算机均配备了keil编译软件和proteus仿真软件，使学生在自主学习过程中可先通过仿真软件验证实验思路、电路和程序的正确性，并在仿真成功后利用开发板或实验箱完成实验操作。以大赛为契机，让学生在以“取得名次为目标，提高能力为目的”思想指导下，主动思考，勤于钻研，通过大量电路板的绘制、编程仿真、调试等练习将动手操作能力不断地提到新的高度。

在整个竞赛的准备过程中，学生表现出单片机学习的极大热情，每次项目完成后教会学生做好总结和巩固工作并鼓励他们探索新的任务，通过亲身实践获得实际经验，养成科学精神和科学态度，掌握基本的科学方法，综合运用所学知识解决实际问题。

（3）加深校企交流，为学生就业创造良好平台。填鸭式的教学模式使得许多大学毕业生在就业后只会“纸上谈兵”。为填补工程技术人才的空缺，真正让学生带着技术走向工作岗位，我校不断通过与企业的交流进行课程改革。近年来，我校与东软集团、中科院微电子所、中科院自动化所、中科院计算所等多个企业均有合作，安排学生到生产线及公司研发部门参观学习，到相应岗位短期实习，许多在电子竞赛中涌现的优秀人才更是被各企业录用。

我校还建立了完整的网络平台。在平台上，学生不仅可以获取最新的单片机技术知识和科技资讯，还可以与往届毕业生进行在线交流，对目前的就业形势、就业方向有更好的把握。促使学生提高自身水平，为顺利就业打下良好基础。

4.单片机实践教学考核方式的改革

单片机实践教学考核重点考核和评价学生技术应用能力的掌握程度。改革过去主要以平时成绩为主考核模式，采取更加系统、合理并与实践教学内容和教学方法相适应的多样化考核方式，促进学生实践创新能力的发展与提高。具体做法如下：平时出勤成绩占20%，平时各章课题实验成绩占40%，期终实践技能考核成绩占40%（其中，考核内容完成情况占20%，课题报告答辩成绩占20%）。

期终实践技能考核内容为完成一个单片机应用系统开发任务。为了有效、合理地组织考核，安排2～3人一组，每组内容不同、难度相当，完成时间为3～4天。评分（包括系统测试、审阅课题报告和答辩）时间为1～2天。

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关键词：单片机；教学改革；六步教学法；应用性

中图分类号： TP368.1-4；G642 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）31-100-2

0 引言

单片机技术是目前电子技术领域PLC、嵌入式、单片机三大主流技术之一，单片机在国民经济、生产、生活中已经得到了广泛而深入的应用。单片机教材种类繁多，版本五花八门，传统的教材以汇编语言教学居多。在教学方法和教学模式上，国内各高校具体实施时也是各有特色。在培养学生的单片机应用能力方面，每个老师的重视程度以及学生最终的学习效果也是参差不齐。但有一点大家都必须承认，很多学生学完单片机后，不能灵活的应用到工程实践中，甚至到毕业时还不会用单片机做个小系统，这一点从学生的毕业论文和毕业设计中可见一斑。因此，剖析传统单片机教学存在的不足，改革教学模式和教学内容，探索出真正能够培养学生应用能力、达到理想教学效果的教学方法势在必行。

1 单片机教学现状及存在的问题

在传统的教学中，笔者和全国很多高校教师一样，采用的教材为纯汇编语言教材，讲课过程是采用先理论后实验的教学模式，理论学时远远多于实验学时，比如80（理论）+16（实验），而且实验课一般安排在课程结束前的几个周进行。理论和实验严重脱节，实践环节给学生动手的机会太少，很多学生都是学的稀里糊涂，一知半解。考核方式一般都采用理论笔试闭卷进行，难以考查学生能力。这种传统方式已经严重影响了教学效果。存在的主要问题有以下几个：

1.1 教材选择落后，教学内容滞后

很多老师固守成规，不愿意尝试使用新教材，学习新内容。喜欢吃老本，用惯了汇编语言版本教材，而不愿换用C语言版本教材，在教学中重视汇编语言的教学，对于单片机各单元硬件模块、寄存器、功能指令讲解过于详细，导致学生难以理解，对于程序设计也仅仅是数据的运算、数据传送、寄存器的操作使用等，没有涉及什么实际应用项目。指令种类太多，难以记忆。学生没有学习兴趣，感觉枯燥无味，上课无精打采。

1.2 实验设备陈旧、实验内容选择不足以满足教学要求

很多高校的单片机实验设备，多为8051单片机实验箱式，且老化陈旧。这种设备一般会配带实验指导书，连线、原理、程序清单都会给出，学生只需要按照说明书连线，然后运行程序结果就出来了，没有什么实质性教学意义。开放性、设计性和综合性实验较少，学生没有机会按照自己的设计思路去动手实践，不能有效调动学生的积极性和主动性。

1.3 开发平台和学习用器件跟不上技术发展

有很多学校还在学8051单片机，器件还在用锁存器、AD、DA等，其实现在有很多单片机已经集成了很多电路，如STC15、STM32、PIC、STM8单片机等，开发应用起来很方便。在教学中，很多老师跟不上现代电子技术和芯片的发展，还在使用已经落后的芯片和开发手段，与现代企业生产要求已经脱节。学生学习后也用不上，导致学好无用的尴尬局面。

1.4 考核偏重理论，考核方式单一

多数高校在单片机课程考试方面，依然采用传统纸质试卷考试，基本是对单片机概念、指令和部分知识的片面考核，难以体现学生应用实践能力，即使考1OO分的学生，可能也不会编写一个简单的应用程序。笔者的一个2011级毕业生在答辩时曾告诉我，她连晶振都不认识，更不用说设计出类似点亮流水灯的简单项目了。可见学生的创新能力、开发设计能力、编程能力难以得到系统锻炼。

2 教学改革与六步教学法探索与实践

从以上教学中存在的问题可以看出，单片机教学改革已刻不容缓。高校要转型，高校教师也要转型，变则通不变则废。作为高校教师，要敢于改革、敢于实践和教学创新。

六步教学法具体内容及实施方法如下。

2.1 教

教什么？针对一门课程，这是任课老师首先思考的问题。我们要分清主次，抓主要矛盾，必须突出重难点。单片机课程教学，老师应该教给学生的知识主要是五个方面：①单片机最小系统，包括芯片引脚功能、晶振和电源、复位电路；②对单片机任意I/O口的操作，输出控制电平高低，输入检测电平高低，进行C语言编程控制引脚工作；③定时器/计数器，重点掌握最常用的方式2，学会计算初值，学会编写定时程序；④中断，包括外部中断、定时器中断和串口中断；⑤串口通信，掌握单片机之间通信、单片机与计算机之间通信、单片机与无线模块通信等。老师只要通过一定的手段和方法把这些核心知识给学生讲清讲透即可。

2.2 学

学什么？怎么学？这是学生要思考的问题。对于学生，关键要掌握住一门课的最重要内容，有些是必须学的，有些只需了解即可，甚至有些内容你没有必要关心。针对单片机课程，笔者认为学生在有限的时间内，只需要花精力学习芯片引脚使用、最小系统接线、会点亮LED、会控制数码管和液晶屏、会灵活利用中断和定时功能、会进行串口通信、无线模块收发等就可以啦。这些核心内容的学习，可以按照老师安排的项目，如流水灯、交通灯、数码管时钟、万年历、温湿度监测、无线遥控循迹小车等课内教学项目进行知识和技能的系统学习。

2.3 做

在理论知识学习和项目驱动教学中，老师可以再另外给学生布置一些学习任务，学生也可以根据自己的特长和兴趣在网上找一些实例，进行巩固和练习。在练习的过程中，有可能一个项目的设计制作完成，会涉及很多专业课程知识，这样又倒逼学生主动去复习过去所学知识，学生会带着问题去翻书、查阅相关资料等。锻炼了学生发现问题、思考问题、解决问题的能力。

2.4 练

在“教、学、做”的基础上，学生基本已经掌握了单片机的基础知识和基本技能，然后，教师就可以引导学生拓宽思路，增大知识面，通过大量的工程项目反复练习，熟能生巧，练习的多了，设计的项目多了，会使学生获得一定的成就感，就会激发学生的求知欲望。

2.5 研

就是研发、设计和创新。不管是老师教，还是学生学，都不能总是拘泥于课内那几个简单的项目，简单的基础项目只是敲门砖。要想提升自己，就必须把目光瞄准市场、了解企业岗位真正需要的知识和技能、熟悉生产和生活中单片机控制系统的设计、开发和应用。

2.6 赛

教学中，教师可以组织小规模的单片机知识和技能竞赛、问题式和讨论式比赛，也可以举办单片机系统设计与制作大赛，也可以组织参加全国大学生电子设计大赛、机器人大赛和其他各种级别和形式的专业竞赛。通过鼓励学生参加比赛，能够检验学习效果，能够以赛促学、以赛促教、以赛促改，能够锻炼学生的竞争意识、激发学生创作潜能，培养学生的团队精神和合作精神，提高学生的职业素养和就业本领。

3 考核方式改革和后期能力提升

“教、学、做、练、研、赛”六步教学法在最后的考核方式设计上，要改变传统的纸质笔试方式，最好采用过程考核和最终项目考核相结合，依据学生平时学习和做项目的表现给出过程考核分，期末考试采用教师指定项目或学生自选项目进行考核，做到独立设计、独立制作和安装、独立编程和调试，然后进行成果答辩，最终给出项目考核分。

4 结束语

在教学中，笔者进行过深刻反思，到底怎么教才能让学生爱学、乐学呢？“教、学、做、练、研、赛”六步教学法是笔者在教学中的一点总结和体会，不能算是十分成熟和成功的教学模式，每个学校和不同的老师，想必都有自己的思考和看法，有道是教学有法、教无定法、贵在得法。但在教学改革中，没有终点，高校教师要不断创新、不断拓宽教学思路、更新教学方法和手段、提升教学能力和知识水平，才能跟上现代化教育发展步伐。教学改革，我们永远在路上！

参 考 文 献