單片機(jī)課程改革體驗(yàn)

摘 要 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)是高職院校電氣與電子信息類專業(yè)的一門核心課程，對(duì)學(xué)生的職業(yè)崗位能力培養(yǎng)起著重要作用。采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式是本課程一貫的教學(xué)方式，課程中所設(shè)計(jì)的任務(wù)內(nèi)容 ，能夠充分體現(xiàn)職業(yè)技能訓(xùn)練的綜合性和系統(tǒng)性。本課程改革主要體現(xiàn)在教學(xué)項(xiàng)目、實(shí)訓(xùn)設(shè)備兩方面，針對(duì)目前市場(chǎng)上單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)，采用51單片機(jī)作教學(xué)任務(wù)，C語(yǔ)言完成程序編制，與單片機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀緊密聯(lián)系。

關(guān)鍵詞 單片機(jī) 崗位能力 51單片機(jī) C語(yǔ)言

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 單片機(jī)課程介紹

作為職業(yè)院校，我們的畢業(yè)生將走進(jìn)企業(yè)，從事基本的生產(chǎn)與操作，在校期間除了個(gè)人素質(zhì)培養(yǎng)還要進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，各專業(yè)課程的設(shè)置，各門課程如何展開教學(xué)，都直接影響學(xué)生的質(zhì)量。今年帶了一個(gè)畢業(yè)班，學(xué)生通過頂崗實(shí)習(xí)，回校反饋的意見中就提到單片機(jī)這門課，上崗之后用的最多的就是這門課程所學(xué)的知識(shí)，也就是在電子信息、機(jī)電一體化、通信技術(shù)、應(yīng)用電子等一系列專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域都涉及單片機(jī)或嵌入式的一些應(yīng)用。正如單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。企業(yè)需求這方面的人才，而人才培養(yǎng)是高職院校的根本任務(wù)。

單片機(jī)課程是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性很強(qiáng)的專業(yè)課程。由于單片機(jī)課程內(nèi)容的抽象化，決定了單片機(jī)課程教學(xué)必須通過大量的實(shí)踐鍛煉和動(dòng)手操作訓(xùn)練來強(qiáng)化其知識(shí)結(jié)構(gòu)，僅學(xué)習(xí)單片機(jī)芯片的基本知識(shí)而不綜合運(yùn)用單片機(jī)軟、硬件技術(shù)動(dòng)手解決實(shí)際問題，等于紙上談兵。單片機(jī)廣泛的應(yīng)用性和單片機(jī)技術(shù)日新月異的發(fā)展又決定單片機(jī)的學(xué)習(xí)，必須舉一反三，通過創(chuàng)新的思維方式去掌握新技術(shù)，創(chuàng)造性地拓展其應(yīng)用空間，這就對(duì)創(chuàng)新型高技能人才的培養(yǎng)提供了堅(jiān)實(shí)的平臺(tái)。

2 單片機(jī)課程實(shí)訓(xùn)條件

現(xiàn)階段單片機(jī)實(shí)訓(xùn)設(shè)備種類與名目并不少，大多是實(shí)驗(yàn)箱、實(shí)驗(yàn)開發(fā)裝置或綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)備造價(jià)昂貴，且無法設(shè)計(jì)完成貼近工程實(shí)例的項(xiàng)目，在教學(xué)實(shí)踐中暴露出很多不足，不太適合于職業(yè)院校，體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）使用設(shè)備方法過于復(fù)雜：對(duì)理論水平要求過高，只有專業(yè)理論知識(shí)扎實(shí)的學(xué)生才能使用。（2）設(shè)備過于復(fù)雜：有些設(shè)備不僅僅是針對(duì)單片機(jī)課程的，會(huì)涉及通信、GPS技術(shù)、自動(dòng)控制等，不是針對(duì)學(xué)生特點(diǎn)定制。（3）資源浪費(fèi)嚴(yán)重：?jiǎn)纹瑱C(jī)成套設(shè)備中大部分功能根本使用不到，一旦個(gè)別器件失效，整套實(shí)驗(yàn)設(shè)備都擱置。（4）設(shè)備價(jià)位過高：學(xué)校負(fù)擔(dān)較重。（5）實(shí)驗(yàn)設(shè)備的擴(kuò)展接口少，給學(xué)生自行設(shè)計(jì)的空間太小，沒有真正體現(xiàn)單片機(jī)的優(yōu)越性。

3 單片機(jī)課程改革

由于原有單片機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備無法正常使用，本學(xué)期改用機(jī)器人作為實(shí)驗(yàn)媒體，所開設(shè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都是軟件與硬件相結(jié)合，并嘗試用C語(yǔ)言編程。此批機(jī)器人已經(jīng)購(gòu)買時(shí)間很長(zhǎng)，部分元器件必須更換，電路也進(jìn)行了一些改變，在設(shè)計(jì)與應(yīng)用中更趨合理。出于教學(xué)需要，筆者和企業(yè)的老師一起著力研究與開發(fā)單片機(jī)實(shí)訓(xùn)設(shè)備。經(jīng)過一段時(shí)間的教學(xué)實(shí)踐，已經(jīng)看到了一些教學(xué)效果，學(xué)生們的興趣也比較高。對(duì)比以往的單片機(jī)課程教學(xué)，主要有這幾個(gè)方面的改革：

3.1 使用機(jī)器人作為實(shí)驗(yàn)硬件

機(jī)器人技術(shù)是多種學(xué)科綜合的應(yīng)用，是由各種傳統(tǒng)的學(xué)科構(gòu)成。機(jī)器人在運(yùn)行、工作的過程中有許多地方需要修改。那么如何修改這些部分？也是從兩方面入手。首先是從硬件上進(jìn)行改造， 通電前要檢查機(jī)械部件是否安裝正確，各種接線連接是否準(zhǔn)確，機(jī)器人里有許多傳感器，會(huì)大大影響它的運(yùn)行情況，學(xué)生要通過修改程序來使其工作正常。在執(zhí)行任務(wù)的過程中，學(xué)生可以充分發(fā)揮自己的想象力，隨時(shí)都可能會(huì)有新的創(chuàng)意，例如：可以在程序里加一些定時(shí)器，來節(jié)省運(yùn)行時(shí)間；可以任意改變參數(shù)值，以達(dá)到工作的理想狀態(tài)。這些工作可以幫助學(xué)生提高對(duì)外界事物的觀察力。當(dāng)機(jī)器人走近學(xué)生，大家似乎又回到了童年，對(duì)事物又有了不同的理解。這些機(jī)器人比普通的機(jī)器人內(nèi)容要豐富得多，通過玩這些機(jī)器人，學(xué)生不僅練習(xí)了單片機(jī)的軟、硬件結(jié)合，還可以戰(zhàn)勝困難，挑戰(zhàn)自我。

3.2 應(yīng)用C語(yǔ)言編寫程序

C語(yǔ)言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它兼顧了多種高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，并具備匯編語(yǔ)言的功能。C語(yǔ)言有功能豐富的庫(kù)函數(shù)、運(yùn)算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)硬件的控制。

C語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它支持當(dāng)前程序設(shè)計(jì)中廣泛采用的由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)技術(shù)。此外，C語(yǔ)言程序具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法提供了有力的保障。因此，使用C語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)已成為軟件開發(fā)的一個(gè)主流。用C語(yǔ)言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會(huì)大大縮短開發(fā)周期，且顯著地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充。在單片機(jī)教學(xué)中，以往大多使用匯編語(yǔ)言編程，而現(xiàn)在改用C語(yǔ)言完成軟件功能，下面結(jié)合8051介紹單片機(jī)C語(yǔ)言的優(yōu)越性：

（1）用C語(yǔ)言編寫單片機(jī)程序，不需要懂得單片機(jī)的指令集；

（2）無須懂得單片機(jī)的具體硬件，也能夠編出符合硬件實(shí)際情況的程序；

（3）不同函數(shù)的數(shù)據(jù)實(shí)行覆蓋，有效利用片上有限的RAM空間；

（4）程序具有堅(jiān)固性：數(shù)據(jù)被破壞是導(dǎo)致程序運(yùn)行異常的重要因素。C語(yǔ)言對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了許多專業(yè)性的處理，避免了運(yùn)行中間非異步的破壞；

（5）C語(yǔ)言提供復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型（數(shù)組、結(jié)構(gòu)、聯(lián)合、枚舉、指針等），極大地增強(qiáng)了程序處理能力和靈活性；

（6）提供了專門針對(duì)8051單片機(jī)的data、idata、pdata、xdata、code等存儲(chǔ)類型，自動(dòng)為變量合理地分配地址；

（7）提供small、compact、large等編譯模式，以適應(yīng)片上存儲(chǔ)器的大小；

（8）中斷服務(wù)程序的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和恢復(fù)，是直接與單片機(jī)相關(guān)的，由C編譯器代辦；

（9）提供常用的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)，以供用戶直接使用；

（10）頭文件中定義宏、說明復(fù)雜數(shù)據(jù)類型和函數(shù)原型，有利于程序的移植和支持單片機(jī)的系列化產(chǎn)品的開發(fā)；

（11）有嚴(yán)格的句法檢查，錯(cuò)誤很少，可容易地在高級(jí)語(yǔ)言的水平上迅速地被排掉；

（12）可方便地接受多種實(shí)用程序的服務(wù)：如片上資源的初始化有專門的實(shí)用程序自動(dòng)生成；再如，有實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)可調(diào)度多道任務(wù)，簡(jiǎn)化用戶編程，提高運(yùn)行的安全性等等。

C51是廣泛應(yīng)用于8051系列單片機(jī)編程的高級(jí)語(yǔ)言，具有C語(yǔ)言的開發(fā)效率高、可讀性強(qiáng)、可移植性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。keil C51編譯器提供了大量功能豐富的庫(kù)函數(shù)，能夠?qū)51源程序編譯生成高效的目標(biāo)代碼，從而提高了程序的開發(fā)與維護(hù)效率，因此采用C51語(yǔ)言編寫8051系列單片機(jī)應(yīng)用程序是單片機(jī)課程教學(xué)的必選內(nèi)容。

3.3 在線仿真調(diào)試

單片機(jī)常用開發(fā)軟件Keil具有強(qiáng)大的仿真功能，C51和匯編語(yǔ)言都是適合的。它最大的好處就是簡(jiǎn)單、方便，容易使用，不需要使用任何電路，也沒有特殊的要求；甚至可以在硬件電路制作好之前就將串口部分的程序編寫、調(diào)試完畢。對(duì)于51單片機(jī)，只要充分掌握其特點(diǎn)，能夠熟練利用它，就可以解決應(yīng)用中的大部分問題。很多任務(wù)都可以使用軟件仿真來完成，根本無需任何硬件仿真器；只有一些新的外部器件的時(shí)序、接口的調(diào)試才有可能需要用到硬件仿真器。

3.4 企業(yè)專家作為執(zhí)教人員參與教學(xué)

本學(xué)期的單片機(jī)課程教學(xué)由企業(yè)專家與專任教師合作完成。由于是試點(diǎn)，所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都是根據(jù)機(jī)器人設(shè)計(jì)的。單片機(jī)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目包括項(xiàng)目概述、項(xiàng)目要求、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真及調(diào)試，提供完整的程序清單和電路原理圖。教學(xué)中采用實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目實(shí)例，力求理論和實(shí)踐相結(jié)合，同時(shí)考慮培養(yǎng)學(xué)生解決工程實(shí)際問題和綜合應(yīng)用的能力。典型實(shí)例都來自實(shí)際工程應(yīng)用，有助于學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)和鍛煉。

4 結(jié)論

目前，單片機(jī)已經(jīng)成為電子設(shè)計(jì)的潮流。單片機(jī)應(yīng)用的意義不僅在于它的廣闊范圍及所帶來的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的意義在于，單片機(jī)的應(yīng)用從根本上改變了控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。以前采用硬件電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，正在用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)。

高職院校的電子技術(shù)相關(guān)專業(yè)學(xué)生要加強(qiáng)這門課程的學(xué)習(xí)與實(shí)踐，將有助于今后的就業(yè)與創(chuàng)業(yè)，電子行業(yè)需要大量的單片機(jī)人才，它也可以成為學(xué)生自主創(chuàng)業(yè)、研發(fā)智能電子產(chǎn)品的好幫手。

參考文獻(xiàn)

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