模塊化實驗系統(tǒng)在單片機教學中的應(yīng)用

摘 要： 本文針對傳統(tǒng)單片機教學方法的弊端，提出了基于模塊化的單片機教學思路改革，具體介紹了以ATMEGA128單片機最小系統(tǒng)板作為核心模塊，擴展外圍模塊，共同構(gòu)建模塊化實驗平臺，推動單片機實踐教學的創(chuàng)新改革，以期提高學生的工程實踐能力。

關(guān)鍵詞： 單片機 模塊化實驗平臺 實例化

1.引言

ATMEGA128是ATMEL公司的8位系列單片機的最高配置的一款單片機，穩(wěn)定性極高，應(yīng)用及其廣泛。先進的RISC結(jié)構(gòu)，133條指令大多數(shù)可以在一個時鐘周期內(nèi)完成，指令系統(tǒng)靈活適用，開發(fā)工具成本低，相關(guān)資料書籍也非常多，因此得到了廣泛應(yīng)用。雖然所有工科院校都開設(shè)了單片機原理與應(yīng)用課程，但是課程教學的質(zhì)量不容樂觀，特別是在實踐教學上，其主要問題是：一直以來的單片機教學采用的都是灌輸式教學方法，和工程實際應(yīng)用相脫節(jié)，造成學生感覺難學，老師難以講述的困境，因此非常有必要開發(fā)一種新的教學方法。

2.加強單片機課程的實踐環(huán)節(jié)

單片機是一門實踐性非常強的課程，因此，在教學中，要特別注意讓學生學以致用。為了更好地調(diào)動學生學習單片機指示的主動性，要在單片機教學過程中引進一些實例化教學環(huán)節(jié)。“實例化”教學是指把單片機課程中所涉及理論知識分解到實際工程項目中，讓學生在學習過程中按照項目要求進行有目的的學習，這樣可大大提高學生的學習興趣。教師在安排實例化內(nèi)容時要注意循序漸進，各部分內(nèi)容既要有差別又要相互聯(lián)系，前面的實例為后續(xù)的打基礎(chǔ)，后續(xù)的實例再引入新的內(nèi)容、新概念，這樣形成一個良性循環(huán)，首尾又相互呼應(yīng)，極大地提高學生的學習興趣。

3.模塊化單片機實驗平臺的構(gòu)建

目前單片機實驗主要是在實驗箱中進行，所有的電路和模塊都集中在一塊電路板上，很多同學在做完實驗后，甚至連單片機長什么樣都不知道，極大地降低了學生的學習興趣。而模塊化教學剛好克服了這個缺點。所謂模塊化教學就是把單片機實驗系統(tǒng)分為N個子模塊，包括最小系統(tǒng)板、動態(tài)靜態(tài)數(shù)碼管顯示管模塊、LED流水燈模塊、LED點陣、獨立鍵盤、矩陣鍵盤、AD模塊、DA模塊、LCD顯示模塊、232和485通信模塊、繼電器控制模塊、直流電機和步進電機控制模塊等。學生可以按照學習進度，把逐個模塊的電路、程序等相關(guān)知識弄清楚，進行實驗時必須動手連線，這樣有利于學生了解單片機的I/O端口情況，通過模塊間的組合涉及，也可以鍛煉動手能力。這樣設(shè)計出來的模塊化實驗，彌補了傳統(tǒng)實驗只要導入程序即可完成實驗的不足。

4.配套綜合性實驗的設(shè)計

當學生具備一定的知識和技能基礎(chǔ)后，可以做一些綜合性實驗。運用一門或多門課程中的知識點設(shè)計出一個功能完整的項目。針對單片機課程而言，綜合實驗性實驗通常在課程期末進行，此時學生已經(jīng)基本掌握了單片機內(nèi)部資源和外圍擴展及相關(guān)課程的應(yīng)用，可以運用多個知識點完成綜合性實驗。

另外，在此過程中，還可以在課本的基礎(chǔ)上設(shè)計一些更加深入的針對性實驗，比如課本通常只有8位AD和DA轉(zhuǎn)化，學生在學習掌握后，教師可以加以引導，提出12位AD及12位DA，精確測量溫度壓力等信號，這樣不僅有助于學生加深所學的知識，還可培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力，同時學生的設(shè)計能力和實踐能力也得到了充分鍛煉。因課時的限制，設(shè)計性實驗可以不要求在課堂內(nèi)完成實驗。但教師要鼓勵學生選擇一兩個設(shè)計性實驗，在課后完成，可以組隊，形式不限，共同完成實驗任務(wù)，以此調(diào)動學生選做實驗的積極性。

5.結(jié)語

本文敘述了單片機機實驗教學改革方法，并據(jù)此介紹構(gòu)建模塊化實驗教學平臺的特點。模塊化平臺具有豐富的基本接口實驗?zāi)K、擴展接口模塊和單片機總線擴展接口，如485、232、CAN總線等，用于控制功能復雜的對象；提供多種通信接口實驗?zāi)K，如串行口，網(wǎng)絡(luò)通信接口，有利于系統(tǒng)擴展和組網(wǎng)。大部分實驗電路均應(yīng)用模塊化設(shè)計，學生在進行實驗時，必須根據(jù)實驗要求設(shè)計電路并動手把各個模塊連接起來，組成一個完成的應(yīng)用系統(tǒng)，這樣便直觀地看到單片機應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)造，又有利于通過不同模塊的組合設(shè)計新的實驗，還可以鍛煉動手能力。

實例化的基礎(chǔ)實驗通過模塊化組織起來，可使學生盡快了解單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計思路，掌握單片機開發(fā)工具的使用；平臺豐富的系統(tǒng)硬件資源及資源的模塊化設(shè)計可組合出較多的實驗項目，并在實驗平臺上發(fā)揮驗證性、綜合性和設(shè)計性實驗的功能，可根據(jù)實驗要求任意組合，提高實驗平臺的性價比；在綜合性、設(shè)計性實驗內(nèi)容的安排上偏向與自動化控制技術(shù)的應(yīng)用，符合本校的辦學特色。

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