單片機一體化教學設備的開發與實踐

呂寧　唐企堯

[摘 要] 介紹自主開發的 “單片機一體化教學設備”。它由5個基本教學模塊、8個應用模塊及支撐架、操作臺、電源控制面板和儲備箱等組成。在單片機一體化教學中可單獨使用某一模塊，也可將若干個模塊組合起來。顯示部分使用十米之外都能清晰看得見的超大超亮元器件。將其應用于技工院校單片機基礎及應用課程，可以把單片機的實際應用與理論教學、技能實訓、能力測評和課程設計、畢業設計等有機融合在一起，解決了在單片機一體化教學中不可視、不可摸、不可入的難題，激發了學生學習單片機的興趣，增強了單片機教學的有效性。

[關 鍵 詞] 單片機；一體化教學設備；實踐

[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）27-0048-01

隨著計算機、微電子技術的發展，單片機技術在智能儀器儀表、傳感器、數據采集與處理、家電和計算機控制系統等領域被廣泛應用，掌握單片機控制技術已經成為技工院校電氣自動化、機電一體化、通信與信息等專業學生必備的能力之一。單片機基礎及應用是技工院校電類的一門核心課程，也是多年來公認的“問題課程”。大部分學生在學習單片機時都是第一次接觸到這種器件，對其沒有任何感性的認識。因此，在學習過程中，對于許多新的概念無法產生相應的實物映像，學習中存在非常大的困難。為了改變傳統教學中按照理論教材照本宣科，教師教得費力，學生學得辛苦的現象，我們從技工院校單片機一體化教學特點出發，采用模塊化設計開發了“單片機一體化教學設備”。

一、設備組成

“單片機一體化教學設備”由MCS-51系列單片機I/O接口應用、數據采集、數據顯示、按鍵控制、在線仿真器、交直流電源等部分組成，包括支撐架、試驗操作臺、電源控制面板、主控板和儲備箱，其中主控板由8只彩燈顯示、8位數碼管實時時鐘顯示、模擬倒計時交通燈控制、16×16點陣顯示、單片機電子琴五個基本教學模塊和1602液晶字符顯示、12864液晶圖文漢字顯示、語音控制器、溫度濕度顯示控制器、超聲波測距儀、在線仿真器六個應用模塊組成。顯示部分使用十米之外都能清晰看得見的超大超亮元器件。

二、設備特色

“單片機一體化教學設備”以單片機應用系統為主線，以培養學生應用能力為目標，將具有生活性、趣味性的典型單片機產品按照獨立模塊集中呈現。模塊內容由淺入深，循序漸進，還可以不斷擴展。在單片機一體化教學中，可單獨使用某一模塊，進行教學、演示、實訓和考核，也可將若干個模塊組合起來，形成課程設計、畢業論文設計的多個課題，是一種靈活性、實用性較強的新型51單片機一體化教學設備。“單片機一體化教學設備” 把單片機的實際應用與理論教學、技能實訓、能力測評和課題設計等有機地融合在一起，既兼顧了教學演示驗證性實驗，又考慮到了綜合能力實訓和課題研究設計。在教學中使用“單片機一體化教學設備”，可以開展多樣性、啟發性、創新性教學，使學生清楚地了解單片機的結構與工作流程，建立單片機系統的概念，掌握現代科學技術領域中單片機應用的基本方法、基本技能，能夠用單片機控制各種常見的執行機構，完成產品硬件電路的設計及軟件程序的編制。

三、教學實踐

將“單片機一體化教學設備”應用于教學實踐中，可以采用“基礎教學—課程設計—畢業設計”三步驟進行分階段實施。在基礎教學中使用基本教學模塊，學習單片機I/O接口應用、數據采集、數據顯示、按鍵控制、在線仿真器和Proteus仿真軟件的使用。設計制作流水燈、模擬交通燈等項目。在課程設計中，學生仿照應用模塊，完成“0～99分倒計時定時器”單片機控制系統的設計、仿真、制作、調試，學習撰寫課程設計報告。在技師畢業設計中，以真實的產品“8路搶答器”“單片機萬年歷”“超聲波測距”和“單片機溫度控制系統”等作為載體，以產品功能開發的流程作為主線，將單片機技術的學習融合到小型產品的開發與制作的工作中，完成技師論文寫作，實現理論與實際應用的緊密結合。

四、應用價值

“單片機一體化教學設備”的開發和實踐，全面提升了技工院校單片機一體化教學的內涵，帶動了日常化、多方位的單片機教學研究活動的開展，提高了教師單片機課程改革的教學實施能力。通過形象化的模擬仿真，理性內容動態表述，實現了原理可視化，理念概念可視化，理論闡述和動態演示無縫結合。“單片機一體化教學設備”把握住了單片機的核心內涵，將抽象變成直觀、枯燥變為有趣，促進了課堂上師生的互動性，真正實現了“教”“學”“做”“評”一體化，解決了學生在理論教學與實訓中不可視、不可摸、不可入的難題，激發了學生學習單片機的興趣，增強了單片機教學的有效性。通過“單片機一體化教學設備”的開發和實踐，實現了從理論到實踐，從實踐再到理論的螺旋式發展，為解決學生課前帶來的問題和課后帶去新的更深刻問題的遞進學習提供了全程的跟進服務。

參考文獻：

[1]何立民.單片機實驗與實踐教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.

[2]蔡朝洋.單片機控制實習與專題制作[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.