微機控制與接口技術實驗教學的研究與探討

摘要：本文探討了微機控制與接口技術課程的教學目標，針對微機控制與接口技術實驗教學中存在的不足，提出了循序漸進的實驗教學內容的設置和有益的實驗考核方式；并總結了從事微機控制與接口技術實驗教學的經驗，在教學實踐改革上進行了有益的探索。

關鍵詞：微機控制與接口技術；實驗教學；實踐教學

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）03-0225-02

一、前言

隨著計算機技術的飛速發展及其應用領域的不斷拓寬，微機控制與接口技術逐漸成為計算機應用中最有潛力和最為活躍的一個領域。面對挑戰與機遇并存的發展形勢，不但電氣工程與自動化專業、信息工程專業、測控技術與儀器專業的高年級本科生、研究生，而且許多工程技術人員也急需掌握微機控制與接口技術的研究與開發手段，實現對傳統產業的技術改造，研制新型特別是智能化的工業產品。

二、微機控制與接口技術的教學現狀

微機控制與接口技術這門課涵蓋了微機控制系統構造、接口技術與輸入/輸出通道、開環數字程序控制、數字PID控制、數字調節器直接設計方法、模糊控制技術、神經網絡控制技術、遺傳算法、微機控制系統的設計等內容，主要采用課堂教學、實驗的方法，通過課堂討論、課后作業、實驗設計與調試、測驗與講評，使學生在掌握基本原理的基礎上，并通過實驗、設計加以應用。

微機控制與接口技術是一門應用性很強的專業技術課程，具有理論要求高、實踐性強的特點。大部分學生都感覺到這門課程的理論課知識點不僅枯燥，而且非常抽象，不容易理解。為了解決這一方面的矛盾，應該加強實踐教學的力度，使知識點在一個一個的模塊中體現。這樣，才能在有限的理論教學學時內和有限的實驗條件下達到很好的教學目標，使學生不僅可以學到系統知識，也可以形象地了解到知識點的具體使用，為后續的動手實踐打下良好的基礎。

然而現在很多高校的實驗課上，都是學生照著老師的步驟連接好各種線路，再把現成的程序錄入、調試運行，觀察結果寫出實驗報告就行了。最后導致所有學生的實驗報告都是一個結論。基本上學生沒有自主的創新環節。而實踐教學的目的除了驗證基本理論和掌握基本應用外，更主要的應該是培養學生研究能力、創新能力和和思維方式以及工程實踐能力。為此在微機控制與接口技術的實驗教學內容設置上應充分考慮上述能力的培養，進一步加強理論與實踐的結合，培養學生的創新能力和思維方式，提高學生的動手能力和綜合素質，才能適應“工程應用型創新人才”的培養要求。

三、微機控制與接口技術的實驗教學設置

微機控制與接口技術的實驗課程應該先從過程通道和數據采集處理著手，再開展系統的數字程序控制、數字PID閉環控制、數字調節器直接設計方法的實驗研究，隨后再引入智能控制實驗和CAN總線實驗，這樣才能使學生對新型的控制算法有所了解和認識。最后還要開展控制系統應用實驗，并提供快速（直流電機）和慢速（溫度）兩種實驗對象，這樣便于構成不同的閉環系統，才能讓學生對閉環系統的整體構成有所認識，并能針對不同的對象選擇不同的控制策略或控制參數，從而對真實對象進行實時控制。

為了達到以上的微機控制與接口技術實驗教學目標，可以具體劃分成7大實驗單元，以及每個單元下所要完成的具體實驗任務，如表1所示：

表1 實驗教學單元的具體劃分

由于受實驗教學條件的限制，有些實驗室不能都完成以上的7大實驗單元中的所有實驗任務，但是在最基本的實驗教學條件下，我們必須在緊扣課程教學大綱和實驗教學大綱的前提下，結合幾個典型應用，把全部實驗內容精簡濃縮成以下的3個方面的實驗任務，才能基本達到微機控制與接口技術實驗課程的教學目標。下面我們就對分別對這3個方面的實驗任務的實驗目的和實驗內容進行一個簡單的描述。

1.數／模轉換與模／數轉換。①實驗目的和任務：熟悉實驗系統軟硬件的使用方法；熟悉模／數、數／模信號轉換的基本原理；掌握ADC0809、TLC7528芯片的使用方法；掌握模／數轉化的量化特性。②實驗內容：編寫實驗程序，將－5V—+5V的電壓作為ADC0809的模擬量輸入，將轉換所得的8位數字量保存于變量中；編寫實驗程序，實現D/A轉換產生周期性三角波，并用示波器觀察波形。

2.信號的采樣。①實驗目的和任務：熟悉信號的采樣過程；掌握采樣周期對輸出波形的影響。②實驗內容：編寫程序，實現信號通過A/D轉換器轉換成數字量送到控制計算機，計算機再把數字量送到D/A轉換器輸出。

3.積分分離PID控制實驗。①實驗目的和任務：了解PID參數對系統性能的影響；學習湊試法整定PID參數；掌握積分分離法PID控制規律。②實驗內容：根據實驗原理進行正確接線，用湊試法可以整定出控制參數，然后選擇這一組控制參數進行控制，觀察控制效果。改變積分分離值，重新觀察控制效果。

以上3個實驗任務是以問題為基礎來展開教學，以學生為中心，能使學生的自學能力得到培養，并且能發展學生解決實際問題的能力、綜合思考能力和團隊協作能力。每個實驗小組都以2人為一組，在實驗室教師和任課教師的共同指導下合作完成實驗，而指導教師僅在關鍵的時刻起到點撥和引導的作用。

四、結束語

隨著計算機技術的廣泛應用，社會對微機控制與接口技術人才的需求不斷的增加，不斷完善微機控制與接口技術的實驗教學有助于培養和提高學生發現問題和解決問題的能力，培養了學生良好的學習行為和團隊協作精神，同時還提高了學生的綜合能力和創新能力。我們將在微機控制與接口技術的理論教學和實驗教學的過程中不斷地總結經驗和不足，不斷地更新和改革實驗教學的內容，使實驗教學的內容更貼近工程實際應用，這樣才能夠更好地培養出符合現代社會需求的工程應用型創新人才。

參考文獻：

[1]曹承志.微型計算機控制技術[M].北京：化學工業出版社，2008.

[2]洪志全，洪學海.現代計算機接口技術[M].北京：電子工業出版社，2002.

基金項目：四川省教改項目資助（09JG215）