淺談高職單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板的設(shè)計(jì)

徐偉杰

【摘 要】本文針對(duì)當(dāng)前高職學(xué)院學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)及基于行動(dòng)導(dǎo)向的項(xiàng)目化教學(xué)改革的迫切需要，提出設(shè)計(jì)一種既能適合學(xué)生學(xué)習(xí)和開(kāi)發(fā)，又能適應(yīng)新時(shí)期課程教學(xué)改革需要的單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板，該實(shí)驗(yàn)板最大限度地利用其板載資源，具有成本低，實(shí)用性強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。其豐富的接口電路可以使其作為技能抽查、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等方面的通用開(kāi)發(fā)板，學(xué)生可靈活的利用其板載資源進(jìn)行自由的搭建項(xiàng)目應(yīng)用，從而促使其單片機(jī)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)能力快速有效的提高。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板；擴(kuò)展性；項(xiàng)目化教學(xué)

0 引言

單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)是高等職業(yè)院校電類(lèi)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)一門(mén)非常重要的主干課程，是電子信息、電氣和自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域非常關(guān)鍵和非常重要的技術(shù)，在工業(yè)智能儀器儀表、機(jī)電設(shè)備、自動(dòng)測(cè)量、信息處理、家電、軍事技術(shù)等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。

1 傳統(tǒng)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)裝置教學(xué)存在的問(wèn)題

長(zhǎng)期以來(lái)，相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備大多向教學(xué)儀器開(kāi)發(fā)廠商采購(gòu)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱。但這些實(shí)驗(yàn)箱價(jià)格昂貴，而且在現(xiàn)實(shí)教學(xué)過(guò)程中很多功能用不上，且實(shí)驗(yàn)資源固定，平臺(tái)的資源開(kāi)放不夠，只能做一些認(rèn)識(shí)性和驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，很難在其平臺(tái)上做二次開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。不能適應(yīng)新時(shí)期單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程基于工作過(guò)程行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)改革的需要。

舊式的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)使用時(shí)采用的仿真調(diào)試和下載程序的方法，隨著單片機(jī)芯片技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)在技術(shù)市場(chǎng)上被淘汰。與目前真實(shí)的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)流程已經(jīng)完全脫節(jié)。已經(jīng)不能適應(yīng)單片機(jī)技術(shù)市場(chǎng)和就業(yè)市場(chǎng)對(duì)高職電類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生應(yīng)用型技能培養(yǎng)的要求。

近年來(lái)，單片機(jī)芯片已經(jīng)全面引入了FALSH閃存技術(shù)，全面支持ISP（在系統(tǒng)可編程），部分支持IAP（在應(yīng)用可編程）功能。單片機(jī)芯片價(jià)格也大大下降。這就使得單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的仿真調(diào)試和下載程序的方法產(chǎn)生了較大的變革。原來(lái)的實(shí)驗(yàn)箱+仿真器開(kāi)發(fā)模式已經(jīng)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中退出市場(chǎng)，轉(zhuǎn)向單片機(jī)芯片+系統(tǒng)目標(biāo)板+程序下載接口=單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)板的模式發(fā)展。

原有平臺(tái)上，學(xué)生無(wú)法實(shí)實(shí)在在的認(rèn)識(shí)和了解單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與制作過(guò)程，模塊死板現(xiàn)成，不易擴(kuò)展和靈活實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)。也不能適應(yīng)教育部/廳組織的各種技能競(jìng)賽和技能抽查的訓(xùn)練要求。目前，部分國(guó)家級(jí)的示范高職學(xué)院中，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)精品課程中均已完全淘汰實(shí)驗(yàn)箱，轉(zhuǎn)而使用自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的單片機(jī)實(shí)訓(xùn)開(kāi)發(fā)板來(lái)用于學(xué)生的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)及課程開(kāi)發(fā)。學(xué)生需通過(guò)杜邦線連接或自行搭建驅(qū)動(dòng)模塊和功能模塊來(lái)構(gòu)建系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)最底層硬件的設(shè)計(jì)與制作，能使學(xué)生極大的提高學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生在每個(gè)項(xiàng)目完成后都會(huì)有很大的成就感。而且，對(duì)硬件的了解越深入，越能有效的提高學(xué)生學(xué)習(xí)編寫(xiě)軟件驅(qū)動(dòng)程序的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)興趣。而本人在2010年參加學(xué)院組織的“基于行動(dòng)導(dǎo)向的工作過(guò)程教學(xué)改革”講課比賽中，就是采用我指導(dǎo)學(xué)生自制的單片機(jī)最小系統(tǒng)開(kāi)發(fā)板+驅(qū)動(dòng)及功能模塊的模式。該授課模式和教學(xué)過(guò)程得到在場(chǎng)的專(zhuān)家評(píng)委們的肯定，也深受學(xué)生歡迎。

2 單片機(jī)開(kāi)發(fā)板設(shè)計(jì)目標(biāo)

開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板的主要目的：為了提高學(xué)生的動(dòng)手能力，幫助學(xué)生系統(tǒng)掌握單片機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)知識(shí)，既要掌握軟件編程，又要學(xué)會(huì)搭建硬件系統(tǒng)，并學(xué)會(huì)利用ISP技術(shù)，進(jìn)行軟硬件綜合調(diào)試。實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板既要方便學(xué)生掌握，易于上手，又要能在實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板上方便、自由的進(jìn)行盡可能多的綜合性和擴(kuò)展性的項(xiàng)目設(shè)計(jì)。

3 單片機(jī)開(kāi)發(fā)板設(shè)計(jì)思路與內(nèi)容

（1）面向職業(yè)崗位，提煉基于工作過(guò)程行動(dòng)導(dǎo)向的單片機(jī)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，必須要面向職業(yè)崗位來(lái)進(jìn)行提煉，并準(zhǔn)確的營(yíng)造學(xué)習(xí)情境，最終根據(jù)這些項(xiàng)目，設(shè)計(jì)單片機(jī)開(kāi)發(fā)板的實(shí)驗(yàn)?zāi)K，以適應(yīng)新的職業(yè)能力發(fā)展需求。

（2）盡可能選擇典型電路，并符合單片機(jī)常規(guī)用法。為學(xué)生學(xué)習(xí)硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好的基礎(chǔ)。

（3）開(kāi)發(fā)板設(shè)計(jì)應(yīng)充分滿足學(xué)習(xí)功能要求，并留有適當(dāng)余地，以便進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)；比如常用功能芯片使用模塊，可以將其全部功能引腳引出，使用時(shí)，學(xué)生必須完全了解了芯片引腳功能，才能夠進(jìn)行硬件的搭建。芯片可方便插撥和更換，不同的項(xiàng)目應(yīng)用可以使用不同的芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，同一項(xiàng)目應(yīng)用，也可以通過(guò)，不同的芯片構(gòu)建不同的方案。

（4）程序下載方案要求采用最新的免驅(qū)動(dòng)USB供電、程序下載方案，電腦無(wú)需安裝下載驅(qū)動(dòng)可以直接即插即用。下載方案簡(jiǎn)單、易于操作、難度適合高職學(xué)生層次，能適應(yīng)專(zhuān)業(yè)技能抽查的需要。調(diào)試操作非常方便，使學(xué)生能集中精力于項(xiàng)目制作和程序設(shè)計(jì)，而不在調(diào)試連接設(shè)置上花費(fèi)過(guò)多的功夫。

（5）程序下載方案支持WIN7、WINXP等系統(tǒng)。無(wú)需COM口。只需USB接口，方便筆記本電腦使用此開(kāi)發(fā)板。

（6）提供ATMEL公司和臺(tái)灣宏晶STC公司兩種芯片的燒錄接口。該兩芯片為市場(chǎng)主流芯片。市場(chǎng)占有率高，價(jià)格便宜，容易購(gòu)買(mǎi)。

（7）單片機(jī)核心芯片的緊鎖插座采用零壓力插座，芯片可以方便裝取，開(kāi)發(fā)板又可以兼做編程器使用。

（8）積極開(kāi)發(fā)與該實(shí)驗(yàn)裝置配套的教學(xué)資源，如配套教材、實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書(shū)、多媒體課件、網(wǎng)絡(luò)視頻課程、配套實(shí)驗(yàn)?zāi)K、實(shí)驗(yàn)程序庫(kù)、學(xué)生學(xué)習(xí)資源庫(kù)、項(xiàng)目案例庫(kù)等。

（9）資源配備：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)核心模塊（51/AVR）、I/O模塊、查詢(xún)式鍵盤(pán)模塊、帶中斷的矩陣鍵盤(pán)模塊、LED彩燈控制模塊、LED數(shù)碼管模塊、LED點(diǎn)陣控制模塊、4路AD/DA轉(zhuǎn)換模塊、溫度控制模塊、存儲(chǔ)器模塊、時(shí)鐘模塊蜂鳴器模塊、MAX232、MAX485串行通信模塊、紅外發(fā)射與接收模塊、LCD1602、LCD12864模塊（只預(yù)留電路接口）、免驅(qū)USB程序下載模塊等。

（10）教學(xué)應(yīng)用：該學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)板可以以套件形式應(yīng)用于電類(lèi)學(xué)生電子綜合實(shí)訓(xùn)時(shí)自行獨(dú)立安裝調(diào)試成為成品。該開(kāi)發(fā)板裝配難度適中，價(jià)格便宜。可作為學(xué)生課后自學(xué)單片機(jī)的硬件平臺(tái)，方便應(yīng)用于學(xué)生課內(nèi)和課外的單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的基礎(chǔ)+提高+精通部分的課程學(xué)習(xí)、小型應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制作、專(zhuān)業(yè)技能抽查的輔助訓(xùn)練、專(zhuān)業(yè)技能競(jìng)賽、課程設(shè)計(jì)、課程開(kāi)發(fā)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等。

4 結(jié)束語(yǔ)

單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)從崗位的目標(biāo)能力培養(yǎng)來(lái)說(shuō)，強(qiáng)調(diào)的是應(yīng)用和創(chuàng)新。是一門(mén)注重實(shí)際應(yīng)用的課程。通過(guò)為學(xué)生量身定做實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板，結(jié)合面向職業(yè)崗位，提煉的單片機(jī)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，方能更方便、深入、系統(tǒng)地進(jìn)行單片機(jī)教學(xué)。大大提高了單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程教學(xué)的質(zhì)量，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)興趣，從而使課程建設(shè)與教學(xué)改革取得了良好的成效，得到了學(xué)生、同行教師的好評(píng)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]鄒家柱，段瓊瑾.單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].裝備制造技術(shù)，2011.

[2]安曉莉.AT89S51單片機(jī)開(kāi)發(fā)板的設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2009.

[責(zé)任編輯：湯靜]