高職院校《單片機原理》課程的教學探討

[摘 要]《單片機原理》課程枯燥難懂，如何教好它、學好它，一直是相關專業師生的頭痛之事。作者近年來在單片機教學中進行了一系列可貴的探索和嘗試。如采用新的教學方法和教學手段，多使用圖示教學，嘗試“邊講邊做”，盡量設計與日常生活有關的實訓課題等。在努力培養學生興趣，如何學好用好單片機知識方面取得了良好的效果。從而為許多還在為《單片機原理》的教與學而頭痛的師生提供了某種思路或借鑒。

[關鍵詞]單片機原理 教學探討 圖示教學 邊講邊做

[中圖分類號] TP36 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2013）23-0122-03

學過《單片機原理》的人都知道，此課程的理論教學既抽象深奧，又枯燥乏味；教師在上面又是比劃，又是強調，講得十分辛苦，學生在下面卻聽得云里霧里，不知所云；而筆者所面對的高職學生，由于基礎差、課時少，在教學過程中更是叫“難”聲不斷。筆者長期在高職院校從事此課程的教學，通過對歷屆學生所反映問題的匯聚和分析，認為《單片機原理》課程的難點主要體現在以下幾個方面：首先是硬件部分要涉及單片機芯片的內部結構，此部分內容看不見摸不著，故使學生感覺抽象，難于理解。其次是單片機指令系統的指令條數較多，且用匯編語言來編寫源程序一般比用高級語言來編寫要更困難一些。第三是單片機的應用主要是作嵌入式控制部件，教科書上的實例或實訓內容一般來自源生產應用，離學生的日常生活較遠，不易引起學生的興趣或共鳴。近年來，筆者針對單片機教學中的以上難點作了許多嘗試和探索，并取得了較好的教學效果。下面將近年來在《單片機原理》課程教學中所作的一些探索和體會，拿出來供同行一起分享、借鑒或探討。

一、努力采用新的教學方法和教學手段

隨著計算機多媒體技術的普及和課堂教學設備的提升，筆者在《單片機原理》課程的課堂教學中已采用了以播放課件為主，傳統板書教學為輔的教學手段。通過PPT、FLASH等應用軟件將教學內容制作成課件；既可以通過動畫、影片等新穎的載體，使學生對教學內容產生興趣；又可以將一些相關的資料圖片、應用場景等內容便捷地呈現在學生面前，使學生獲得更多的信息量或認知度。

如學生對有符號數用補碼表示后，減法可轉化為加法來做，“模”可丟棄等內容不太理解。筆者就將鐘表校對時間的例子[1]，用FLASH做成動畫；可通過點擊“順轉”或“倒轉”按鈕，來分別模擬補碼的加法或減法過程，從而能使學生能較快地理解“模及模的整數倍可丟棄，減法可轉化為加法來做”的內涵本質。

針對學生對MCS-51系列單片機中數據存儲器的結構層次[2]等不易理解的內容；筆者在課件中大量地采用了逐級超鏈接的表現手法；如圖1中的（a）～（c）所示。上課時點擊（a）圖中的超鏈接文字“片內RAM”，將打開（b）圖；若再點擊（b）圖中的超鏈接文字“低128B”，又將打開（c）圖。與此同理，也可點擊（a）圖中的超鏈接文字“片外RAM”，將打開片外RAM的組成示意圖；點擊（b）圖中的超鏈接文字“SFR”，將打開SFR的組成示意圖。由此，可讓學生能方便理解MCS-51系列單片機中數據存儲器的層次結構。

■

MCS-51系列單片機中數據存儲器的組成

對比發現，通過以上所示課件的投影教學，可使學生產生比傳統板書教學有較大的新鮮感，也易使學生產生上網瀏覽的感覺，從而引起對相關教學內容的興趣。大家知道，興趣是學習的第一動力，當學生對某一內容發生興趣后，其學習積極性就可極大地激發出來，從而就能更好地聽講、理解老師所敘述的概念或內容。

二、在理論教學中盡可能多地使用圖示教學

在信息獲取和記憶領域，有“一圖勝千言”之說；由此可知從圖片獲取信息比從文字獲取信息具有更快捷，記憶更持久的特點。在單片機的理論教學過程中，有時要記憶的東西很多，且很難記憶。此時，若多應用一些圖示的教學手段就可較好地幫助學生進行理解和記憶。如在講解MCS-51單片機的指令系統時，要學生在短時間中記住五大類、111條指令的表示形式和使用功能是比較困難的。于是，筆者自創了許多指令功能示意圖和指令簡記式，來幫助學生進行理解和記憶。下面的圖2就是在講解MCS-51指令系統的算術運算指令[3]時所使用的指令功能示意圖（圖中的箭頭代表了操作數的傳送方向）。

■

圖2 加減運算指令的功能示意圖

通過圖2可以直觀地看出：累加器A提供了第一操作數；#data、direct、Rn、@Ri中的任一個（或門就表示了此種關系）充當了第二操作數；兩者在算邏單元ALU中進行加法運算后，結果仍送回累加器A，且運算過程將影響程序狀態字寄存器PSW中的Cy、AC、OV、P標志位。而對于帶進位的加法指令和帶借位的減法指令，從圖2中可看出，此時進位（或借位）Cy也將一起參與運算。另外，若利用圖中的S（即source的縮寫）來代替第二操作數#data、direct、Rn、@Ri中的任一個，則原來的四條加法運算指令，可簡記為一條：ADD A，S。與此類推，帶進位加法、減法運算指令，也可通過這樣的簡記，進行自我縮減（四條指令縮減為一條）。也就是說，12條加減運算指令可縮減為三條。同理，對以A為目的操作數的邏輯運算指令，也可畫出與上面圖2相似的操作運算過程示意圖，只不過對PSW的影響較小，僅影響了其中的P標志。并且以A為目的操作數的與、或、異或共12條邏輯運算指令也可采用與上面算術運算指令相同的方法自我縮減為三條。對MCS-51指令系統的其他各類指令，筆者也采用了類似方法進行處理；雖然在表示形式上有點另類或者說有點不嚴格，但可明顯地減輕學生的記憶負擔，同時也可加深學生對各指令操作功能的理解。

三、可嘗試將一些理論教學內容放到實驗室中“邊講邊做”

在單片機的理論教學過程中，有些概念比較抽象深奧，或者有些應用情況，學生尚無感性認識。此時，若將這些理論教學內容放到實驗室中進行，采用“邊講邊做”的教學方法，或許可使學生更易理解和掌握。如在講述中斷控制、定時/計數器、串行通信等章節時，筆者常將這些內容的課堂教學移至實驗室中進行。其教學過程是：先在單片機實驗儀上演示一下與今天上課內容相關的實驗結果或現象（如產生中斷的報警聲音，在實驗儀上顯示定時、計數的過程，在二臺單片機實驗儀之間進行串行通信等），然后再來講解本章節的基本概念，演示實驗所用的源程序等內容。由于此前學生已在實驗儀器上獲得了感官認知，也已知道了老師正在講解的源程序所要實現的功能，故在講解基本概念和源程序的各條指令時，就能較易理解和認可這些相關內容了。

如在講述MCS-51系列單片機的定時/計數器這一章節時，筆者先在單片機實驗儀上利用T0產生某一連續的定時溢出信號，并從P1.0引腳上輸出使發光二極管D循環亮滅（如圖3），來模擬某信號燈的閃爍[4]。然后再來講解MCS-51單片機中的二個16位定時/計數器T0、T1，二個8位控制寄存器TMOD、TCON的功能結構。最后講解如何設置T0、T1的工作方式和定時初值，如何編寫源程序來實現二極管D的循環亮滅等內容（源程序在本文中忽略）。

■

圖2 To定時0.2s使D循環亮滅

源程序講解完后，要求各組學生先從P1.0引腳上接出一根線至發光二極管D；再將教師剛講解過的源程序輸入到PC機中進行匯編，并下載到單片機中運行，然后觀察二極管D的亮滅過程。實驗成功后，筆者還常將源程序中的關鍵指令進行一定的修改，然后再在實驗儀上進行演示，讓學生比較一下與先前的結果有什么不同，或向學生提出如下一些延伸問題：如由于T0的定時時間0.2s太短，所以發光二極管D的亮滅效果不明顯；如何使其亮滅轉換時間延長到1s或2s？等等。

由于在以上的教學過程中采用了“教師演示→理論講解→學生動手”的教學方法，使教學過程具有較好的直觀性和參與性，故學生興趣較濃，當自己動手實現了預期的實驗結果時，有時還會歡呼起來，從而達到了較好的教學效果。另外，通過對延伸問題的提出和解答，又可使學生加深和拓寬了對相關內容和源程序的理解和掌握。

四、盡可能設計一些使學生感興趣的實訓課題

眾所周知，單片機課程的實驗或實訓是單片機教學的一個重要環節，但現有的實驗內容或實訓課題，一般是對教科書上的理論概念進行驗證或生產應用的較多，其內容往往離學生的日常生活有一定的距離，故激不起他們的興趣或共鳴。為此，筆者在近幾年中努力開設了一些使學生感興趣的實訓課題。如能動態顯示設計者姓名的16×16點陣電子顯示屏設計；能作公交車線路數顯示且可隨時變換數值的LED顯示程序設計；能作“迎奧運”倒計時功能或球類比賽中電子記分牌功能的計數裝置設計；具有正點報時及鬧鐘等功能的電子鐘設計等等。

如在能動態顯示設計者姓名的16×16點陣電子顯示屏[5]的設計中，筆者先在單片機上演示了能交替顯示實訓老師姓名的源程序，再向學生布置課題任務。由于能顯示自己姓名，學生一開始就很投入，各人紛紛動手設計自己姓名的16×16點陣字模。由于此實訓課題的源程序較長，故在為期一周的實訓時間內，筆者以半天為一個時間單元，分別布置各時間單元的任務。使學生從簡單到復雜，從部分到完整，每個時間單元都有各自要完成的任務。

由于這些要設計的實訓課題與學生本人的生活密切相關，故較能引起學生的興趣，從而激發起他們編程、調試的積極性。另外，也可使學生明白單片機作為一個智能化控制部件，已廣泛地融入到他們的日常生活中，學好《單片機原理》這門課程，無論是對后面專業課程的學習，還是拓展學生的就業能力，均是十分有用的。

以上是筆者多年來在單片機教學中的一些探索和體會。由此可知，雖然《單片機原理》課程的內容對高職院校的學生來說有一定的難度，但只要合理組織教學素材，采用新穎的教學手段，并盡可能實施“學做結合”的教學方法，是可以激發起學生的興趣，調動其學習積極性，從而學好《單片機原理》課程的。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 王義方， 周偉航.微型計算機原理及應用（第3版）[M].北京：機械工業出版社，1997：13.

[2] 鄭毛祥.單片機應用基礎（第2版）[M].北京：人民郵電出版社，2009：24-29.

[3] 眭碧霞.單片機及其應用（第2版）[M].西安：西安電子科技大學出版社，2003：52-57.

[4] 肖洪兵，胡輝.跟我學用單片機[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004：112-115.

[5] 李光飛，樓然苗.單片機課程設計實例指導[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004：139-153.

[責任編輯：陳 兵]