單片機課程實踐教學探討

于進杰 劉長江 劉會英

[摘 要] 結合非計算機類專業的學生單片機課程教育，針對單片機課程的教學方法、手段進行探討。一改以往側重匯編語言教學的側重點，運用現代工業技術開發常用的C語言作為單片機編程重點，提出一種側重實際應用的學習，從實際入手，注重掌握其應用方法和技能的教學方法。

[關 鍵 詞] 實踐教學；教學手段；單片機

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）27-0090-02

單片機的發展是從微處理器開始的，從1976年Intel公司推出第一個單片機芯片MCS-48以來，至今已有24年的歷史。在這二十多年中，人類社會完成了從工業社會到信息社會的轉變。在這個轉變過程中，在信息處理領域也發生了深刻的變化，單片機把計算機技術及信息處理技術引入我們日常生活的每個角落。由單片機技術所推動的信息處理領域的巨變被稱為“嵌入式信息處理革命”，又叫“嵌入式智能”?！扒度搿币馕吨半[藏”或“埋藏”?！扒度胧叫畔⑻幚砀锩睂⑿畔⑻幚砺癫卦谖覀兠刻焓褂玫漠a品中。根據1999年的統計，基于臺式機的通用微處理器（MPU），其年用量約為7500萬片，而單片機的年用量為25億片，是通用微處理器年用量的30倍。可見，單片機的應用是非常廣泛的。

單片機開發技術已成為通信專業、信息處理專業、自動控制專業等電子學相關專業的技術人員必須掌握的技術。

一、微機原理與單片機課程的教學特點

（一）課程內容簡介

單片機原理與接口技術課程內容主要包括：MCS-51系列單片機的系統結構組成、尋址方式、指令系統、外擴設備、中斷系統機制、定時器、計數器、串行通信接口技術等。課程詳細地講述了MCS-51系列單片機C語言的編程技巧，重點闡明單片機外設的擴展方法及組成單片機應用系統的設計技術。

（二）課程內容的教學特點

從單片機原理與接口技術課程內容可以看出有以下幾個方面特點：

1.單片機課程為技術基礎類課程，其先修課為電子技術基礎課、C語言編程基礎課，可以說是同步時序邏輯電路的應用，應歸屬于電子技術應用范疇，所以學好電子技術基礎、C語言編程基礎兩門課程將有助于這門課程的學習。一個為硬件設計打下基礎，一個為軟件編程打下基礎，缺一不可。

2.單片機課程體現著強烈的概念性、抽象性和原理性，強調硬件結構與軟件執行構成的整體。

3.單片機課程同時也是實踐性很強的課程，有一定的實用性，在學習運用過程中應充分注重理論與實踐相結合，軟件與硬件相結合，接口與外設相結合，只有這樣才能真正學到知識。為以后的系統開發技術打下扎實的基礎。

二、微機原理與單片機課程的教學方法、手段探討

（一）合理取舍與實際運用相關的教學內容、注重培養學生學習開發的能力

單片機原理與接口技術課程內容很多，應合理取舍與實際運用相關的教學內容、注重培養學生學習開發的能力，以彌補技術基礎課學習時間短、相關內容多，學生難以在課堂內準確理解、全面接受教學內容之不足。課程講授的內容要分清主次、重點、難點，哪些內容是目前暫時可以不學而留待以后自行學習的，哪些內容是核心必須學習的，哪些內容是非核心不必要學習的。決不能“眉毛胡子一把抓”，不加分析、不分主次、不分重難點，使學生學習單片機入門困難。

（二）建設課程的理論教學環節，增加課程的實踐教學環節

對于單片機課程相關知識的學習有兩種不同的學習方法：一種是側重理論知識的學習，從原理入手，注重理論和概念的學習；另一種是側重實際應用的學習，從實際入手，注重掌握其應用方法和技能的學習。不同的教學對象要根據其具體情況選擇不同的教學方法。對于非計算機專業的學生顯然應當采用后一種學習方法。為了提高學生的實際應用能力，課程教學應盡量增加實踐教學環節的教學課時。有一些問題，在黑板上寫半天，講半天學生也是一知半解，而讓其自己上機練習，親自做個實驗，結果顯示出來就清楚了。這也就是增加實踐教學環節教學課時的目的所在。

（三）增加實例、案例教學課時以拓寬學生的知識面

在機電一體化系統課程，以及機電方向學生的畢業設計等教學環節中，需要大量典型的微機知識、接口以及編程技術。為此在以下幾個方面進行改進：

1.改革單片機原理及接口技術課程的教學，開設電子CAD設計教學，針對單片機接口外設連接繪制電路圖，同時生成PCB圖。

2.加強單片機原理及接口技術課程的實踐教學環節，完善和開放單片機實驗室，注重培養學生自己動手的能力，同時培養學生舉一反三的意識。

3.針對單片機教學內容的各個模塊，設計制作單片機應用系統的典型實驗，如A/D、D/A、鍵盤、數碼管和LCD顯示、通信、步進電機控制及通用I/O口設計等模塊，讓學生體驗單片機實際軟件與硬件相結合的運行情況。

4.力爭多開設單片機原理及接口技術課程的綜合實驗課，例如搞一個綜合設計，同時用到單片機的各個接口，運行相關軟件來控制設備，為后續的課程設計與畢業設計以及機電方面的學生就業打下堅實的基礎。

（四）單片機原理及接口技術的具體教學方案改革探討

單片機課程的教學不能生搬硬套照本宣科地按照內容順序講解，現在硬件的集成度很高，使硬件設計變得簡單化、模塊化。而相應的軟件配套要跟上才能發揮其高性價比的特點。

1.教學方法改革：任務驅動式教學。教學中以前多采取生搬硬套照本宣科的教學：第一部分介紹單片機的內部資源；第二部分是指令學習；第三部分是編程；第四部分是中斷系統等內容。整個教學過程下來，大多數學生都只是對匯編語言有一定的理解，而對單片機的實際應用操作卻非常生疏。

鑒于以上這些教學情況，只有轉變教學方式才能改變現狀，可以嘗試運用任務驅動法來進行教學。它以任務為核心，每個任務都不是以單一內容存在的，而是與單片機課程內容多個相互聯系存在的。其都需要單片機相關接口知識的運用以及與外設連接和配套的軟件等。第一部分就簡單介紹單片機中最小的應用系統，并通過一些簡單的接口實驗，讓學生了解單片機的工作環境、工作方式以及部分引腳功能，特別是一些特殊的復用引腳具有兩個功能的重點講解，還有就是單片機內部的特殊寄存器的功能控制，以及其內部所存的數據位所代表的含義也要重點介紹，這為以后用軟件編程寄存器賦值打下基礎。同時還要介紹一些經常使用的外圍設備：例如鍵盤、顯示屏、數據采集模塊、內存擴展模塊等；第二部分則重點進行實例操作教學。通過完成具體的任務設計，這樣既鞏固了第一部分所學的理論知識，又在此基礎上介紹了與任務相關的單片機的內部資源、接口功能、指令和編程。這里的編程重點運用C語言進行編程而非匯編語言。針對匯編語言只需簡單介紹其幾類指令集即可，不需要詳細講解和舉例說明，重點講解C語言編程，這樣學生對單片機編程會很容易上手，而以后走上相關工作崗位也大多用的是C語言編程。許多時候多條匯編語言語句表達的功能其實就一條C語言語句就完成了，而且程序的可讀性特別強。

2.加強實踐操作教學：強調自己的動手能力。單片機是一門實踐操作很強的課程，書上的實驗內容多圍繞相關的匯編語言指令和程序設計而開設，而且僅僅是在單片機的實驗箱上進行操作，所有的實驗都是固定死的，就那么幾個實驗，不能體現單片機靈活多樣的設計理念。由于平時的理論教學搬硬套照本宣科，且實驗教學的實用性不強，造成了學生對單片機實驗興趣不高而無法達到實際教學目的的局面。建議從以下幾個方面進行改革：

（1）使實踐操作與理論學習緊密結合，并由淺入深、由簡入難，循序漸進地完成教學任務。如講授第一部分時，就可以先做一個簡單的應用系統的電路板，并以此電路板為基礎做幾個LED燈和按鍵與單片機的I/O口連接上，實現簡單的應用單片機控制按鍵輸入與LED燈的亮滅。而且用C語言編程幾條語句就可以實現，簡單方便且效果直觀，既容易上手學習實操，還能引起學生對單片機實驗的興趣。同樣的硬件電路，通過不同的要求，讓學生思考，可以簡單修改或添加相應的C語言語句來實現不同的效果，培養學生舉一反三的能力。例如：先簡單講解C語言程序讓每個按鍵按下去，相對應的LED燈點亮，按鍵松開LED燈熄滅。做完實驗后，同樣的電路連接，改變程序來控制第一個按鍵按下所有LED燈點亮，第二個按鍵按下所有LED燈每隔一秒閃爍一次，第三個按鍵按下奇數LED燈點點亮偶數LED燈點熄滅每隔一秒交互一次閃爍。這樣就可以讓學生通過實際實驗操作了解到同樣的電路，可以通過軟件來實現不同的功能需求，為以后設計打下基礎。

（2）由于單片機是一門實踐性較強的課程，所以必須強調“動手”能力。只有自己動手去做，才會印象深刻，對單片機的應用才會有一個感性的認識。例如，在做簡單的LED燈與按鍵實驗時，可以讓學生自己動手操作硬件的連接，培養學生的動手能力，提高學生的積極性。

（3）培養學生的系統設計能力。課程教學應把這個理念貫穿在平時的講授課程中。在理論授課環節就以任務設計的理念步驟講授，針對不同的功能，先設計需求，再根據需求設計接口與外設連接，最后通過C語言軟件編程來實現。盡量各個功能模塊化設計，好調試、好修改、好移植。

在單片機原理與接口技術課程教學中，使學生側重實際應用操作的學習，不能只注重理論學習，要理論與實際相結合，從實際入手，注重掌握其設計方法與技能。設計制作單片機應用系統與外設的連接時，如：A/D、D/A、鍵盤、數碼和LCD顯示、通信、步進電機控制等模塊，注重培養學生運用軟件編程結合硬件工具實現具體系統功能的技能，為今后走上相關工作崗位打下良好的基礎。

參考文獻：

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[2]李文英.微機原理與接口技術[D].清華大學，2001.

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