關于單片機課程教學的探討

摘 要:本文針對當前單片機教學過程中現狀，結合教學實踐，提出了單片機理論教學和實驗教學的方案和措施，以更好地培養學生的硬件設計能力，適應創新型人才教育體系的需要。

關鍵詞:單片機 理論教學 實驗教學 良性互動 人才培養

從上個世紀70年代第一只單片機面世，短短二三十年的時間，單片機技術已成為自動控制技術的一個重要分支，廣泛應用到工業控制、儀器儀表、消費產品、汽車、辦公自動化、通信等領域。因此，是否具有單片機開發能力就成為許多公司招聘工科專業學生的衡量標準，同時也成為許多學生尋找理想工作的必備技能之一。筆者根據多年的學習、教學及科研實踐和當前大學生的就業狀況，在此淺談自己的幾點拙見。

單片機課程的教學是一門理論性、實踐性都很強的專業基礎課程。目前，在我國的各大工科院校都開設有《單片機原理及應用》課程，且大多采用傳統的先基礎后應用的教學模式，即:單片機硬件結構→匯編指令系統→系統擴展→接口技術→應用系統設計。實驗教學一般在“匯編指令系統”講完之后才開始進行，理論學習和實驗進行的時間不對應，且多為教師規定幾個實驗做完即可，很少進行開放性和設計性的實驗，這是最粗糙的教學過程，這種教學過程直接導致學生對單片機的學習提不起興趣、知識脫節，筆者經過多年的教學經驗總結出：理論教學和實驗教學絕不能單純地割裂開，并且二者應相互滲透，相輔相成。只有這樣才能達到好的教學效果，以更好地培

養學生的硬件設計能力，適應創新型人才教育體系的需要。

一、激發學生學習的興趣和求知欲

單片機課程課時少，任務重，學生的主動學習就顯得尤為重要。興趣是最好的老師，在課程學習的開始，不要進行理論開場白，而要給學生展示一些單片機的產品如電腦時鐘、數字溫度計、電子密碼鎖、公共汽車報站系統、電子飯卡等，帶他們到系電子設計室，讓他們看到上屆學生的實習作品，在大學生電子設計競賽中獲獎的作品，并且從中選取一簡單產品引申到理論教學中涉及的主要內容，從而激發他們的學習興趣，同時在頭腦中形成理論知識大框。

二、改進理論教學方法

1.引用先進的教學儀器和課件，加強學生理解。

教學中使用電腦，用幻燈顯示教學內容，將PPT和黑板板述相結合。演示的信息量比較多，PPT省去了畫電路圖和表格的時間，還可以動態形象直觀地演示電路中信號的變化，能加強學生的理解。

2.增刪教學內容和改善教學方法。

詳細講解常用指令的時序，結合帶外部程序存儲器和數據存儲器的51單片機電路，分析時序中各種信號如PSEN、WR、RD、PC、AB總線、DB總線的變化，以及不同時刻總線上的數值，讓學生理解指令產生信號，信號驅動單片機和外設運行。

教學中應注意原理的講述，多用邏輯圖來描述外設的工作原理，多一些理解，少一些死記硬背。匯編語言結合電路對于理解單片機的原理很重要，所以對于常用的匯編語句要做講解。但是由于C語言在單片機中的廣泛使用，故沒有必要讓學生去用匯編讀寫大程序。對于常用的算法，全部采用C語言來描述。對于復雜的算法，則不在單片機課中講述，留在C語言和數據結構課程中講述，這從很大程度上降低了單片機的學習難度，減少了學習量。

3.用C語言編寫程序，用Proteus軟件仿真。

相對于匯編語言，C語言存在如下優點：①只要掌握單片機的存貯器結構即可編程；②寄存器分配、不同存貯器的尋址及數據類型等細節可由編譯器管理；③C語言程序有規范的結構；④可使程序結構化、可改善程序的可讀性；⑤關鍵字及運算函數可用近似人的思維過程方式使用編程及程序調試時間顯著縮短，從而提高效率；⑥提供的庫函數包含許多標準子程序，具有較強的數據處理能力，因為采用模塊化編程技術，所以C語言的移植性好。在這里我們選用了KeilC5公司的C51編譯器。這個編譯器具有使用方便、編譯效率高的特點。使用它學生既學會了單片機原理，又學到了一種實用的技能。

在講課中引入了軟件模擬的方法，在模擬軟件中畫出電路圖，在編譯軟件中寫出C程序，就可以動態調試程序的運行，讓學生看到各寄存器和變量的值的變化，以及電路中由程序驅動的聲光等的變化，既增強了學生對原理的理解，又增加了學習的興趣。

這里選用的模擬軟件是Proteus，能方便地畫出各種CPU、存儲器和外設電路，能容易地和KeilC51軟件聯合調試程序，看到程序單步和多步執行后單片機寄存器和外部電路的變化。

三、加強實踐教學

1.進行常規實驗時，注意基礎理論的鞏固。

例如數據排序實驗，學生根據實驗指導書給出的程序鍵入PC機中，經過編譯后，通過串口下載到仿真器中運行此程序，只要輸入和操作無誤，則必定會得到正確的結果，即實現8031內部RAM單元中N個數據的排序。做這種實驗時，學生往往只注重于實驗結果的正確與否，而不注重程序是怎樣編出來的，也無需關心什么情況下要用哪條指令，每條指令的功能是什么等問題。所以這類實驗簡單，做完后應進行總結所涉及的理論知識并注意引申下一階段理論學習及所配合的實驗。進行實驗之前還要布置有關知識的預習及有關理論知識的復習。

2.增加設計性、綜合性實驗。

設計性、綜合性實驗的進行可以使學生更好地掌握實驗原理、操作方法、步驟，全面了解儀器設備的性能并正確地使用儀器，課程內實驗項目的設置；可以根據現有實驗條件，適當增加綜合性、設計性實驗的比例，如將單片機端口應用、擴展并行接口8155等實驗項目設置成設計性、綜合性實驗。

3.加強集中實踐教學環節。

單片機集中實踐教學環節通常有2—3周的時間，學生可以在一個時間集中的環境下進行單片機系統的綜合設計，設計內容除了與單片機直接相關的系統擴展和接口技術以外，還應根據單片機人才的市場需求和就業形勢，相應地增加新知識、新技術的應用，如I2C1總線、SPI總線、點陣LED、點陣液晶、CAN總線系統智能節點等技術的應用。每個設計項目都要求學生用PROTEL畫出電路原理圖，并使用C語言進行軟件編程，撰寫設計說明書，且在設計說明書內要求附有軟件流程圖、程序清單和電路原理圖等資料，使學生了解單片機工程項目的設計流程和方法，提高學生工程實踐能力。

以上有關單片機理論教學和實驗課程教學的經驗在實踐中應該遵從循序漸進的思路，多和學生進行實質性的溝通，多和工業實踐相聯系，形成理論和實踐的良性互動，實現教與學的最佳統一。

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