微機原理與單片機技術課程一體化教學改革研究

　陳雙燕，湯巧治

（閩南理工學院電子與電氣工程學院，福建石獅362700）

微機原理與單片機技術課程一體化教學改革研究

陳雙燕，湯巧治

（閩南理工學院電子與電氣工程學院，福建石獅362700）

在電子技術高速發(fā)展的今天，微機和單片機技術在各行各業(yè)得到了廣泛應用。結合教學實踐經驗，針對目前微機原理與單片機技術這兩門課程在教學中存在的問題，提出了將兩門課程進行一體化整合的教學改革方案。在理解微機原理的基礎上，引入Keil和Proteus平臺深入進行單片機C語言的教學，以任務為主導，將理論與實踐緊密聯系，以提高教學質量，以及應用型本科學生的動手能力和創(chuàng)新能力。

微機原理；單片機技術；人才培養(yǎng)；課程教學

目前，微機原理與單片機技術這兩門課程基本上是國內工科大學電類專業(yè)的必修課以及專業(yè)基礎課［1］。微機和單片機的技術在電子技術高速發(fā)展的今天，在各行各業(yè)得到了廣泛的應用，如儀器儀表、數據采集與處理、家用電器、工業(yè)控制等領域。微機原理及單片機技術課程主要培養(yǎng)學生的邏輯思維、編程思想以及模塊化設計能力［2］，在動手實踐中，對開拓學生的創(chuàng)新意識、提高學生分析和解決問題的能力以及工程實踐能力有著重要的作用。

1　微機與單片機教學現狀分析

目前，微機原理一般作為單片機技術課程的先導課程［3］，很多大學都是在開設微機原理課程后的下學期開設單片機課程。

1.1微機原理與單片機教學的特點

微機原理與單片機技術這兩門課程既有相似之處，又有不同的地方。

（1）微機和單片機這兩門課程的概念很多，既抽象又復雜，專用名詞很多［4］，比如匯編語言的操作指令、各個寄存器的名稱等。對于學生來說，不容易記住，覺得入門很難。

（2）微機原理這門課的邏輯性很強，前后關聯比較多。如果學生在學習微機原理這門課的開始，沒有掌握好微處理器的編程機構與存儲器組織，那么后續(xù)學習指令系統和尋址方式就會比較吃力。而單片機這門課程也是這樣，如果開頭的基礎知識沒有掌握好，學生將會失去學習的興趣。

（3）微機和單片機的編程語言都有匯編語言，指令很多，比較復雜，也有很多正確使用指令需要注意的問題。

1.2微機和單片機教學中存在的問題

在微機原理和單片機技術這兩門課程的教學過程中存在以下問題。

（1）微機原理課程所研究的是8086、8088等比較陳舊的微處理器型號，而單片機課程所研究的是經典的51單片機。微機原理這門課程可以幫助學生理解最基礎的微型計算機各個模塊的概念，微型計算機的工作原理以及接口電路的連接原理。但是微機原理這門課程應用很少，在日常生活中，幾乎不會使用8086去做設計，而相對來說，單片機在日常生活中應用廣泛。

（2）教學手段比較單一。由于實驗設備、硬件條件的限制，微機和單片機這兩門課程主要是在課堂進行理論教學。由于寄存器、總線、尋址方式、匯編語言指令等概念比較抽象，因此，比較難被學生消化和吸收。而實驗課的內容通常是驗證理論的結果，很少能引發(fā)學生對理論本身更深層的思考。

（3）教學內容重復。微機和單片機這兩門課程，在接口技術中，有一些可編程接口芯片是重復介紹的，比如可編程并行接口芯片8255A，可編程計數器/定時器8253，另外，關于中斷系統、串行通信、模數轉換、數模轉換等模塊也是兩門課程都有涉及的。

（4）編程語言重復學習。微機和單片機技術在應用編程時所使用的匯編語言有一定的相似之處，但也有一些不同的地方，容易發(fā)生混淆，沒有必要要求學生同時掌握這兩種匯編語言。

（5）匯編語言與后續(xù)課程聯系欠缺。只學習微機或者單片機匯編語言，對學生的后續(xù)課程嵌入式系統、DSP處理器、C++等課程沒有打基礎的作用，如果學習了單片機C語言，那么后續(xù)這些課程會學習得更好。

2　微機與單片機課程改革思路

筆者在福建省閩南理工學院教過兩輪的單片機技術，也教過兩輪的微機原理，發(fā)現對于學生來說，單片機比微機有意思，因為單片機有更多的應用，學生學習單片機的熱情也比較高。因此，筆者建議將微機和單片機兩門課程整合在一起，課程結構如圖1所示。

圖1　微機原理和單片機技術課程一體化結構

2.1以微機原理為基礎

微機原理這部分的內容主要講述微型計算機的基本結構以及基本工作原理，學生通過對這門課程的學習，可以掌握微機的基本理論，為后續(xù)的單片機課程打下比較扎實的理論基礎。但是，涉及到微機原理的指令尋址方式以及匯編語言指令系統則不做系統介紹。另外，與微機原理相關的接口技術也盡可能簡單介紹。

2.2以單片機的原理及接口技術為核心

在學生理解微型計算機基本工作原理的基礎上，深入講解單片機的CPU的功能單元、時鐘與時序以及存儲器組織和并行口。在這個基礎上，簡單介紹單片機的匯編語言指令系統，接著延伸到單片機的中斷系統、定時/計數器，最后介紹單片機與外圍芯片的接口，包括串行通信，存儲器等片外資源的擴展，模數、數模接口擴展等。

2.3以單片機C語言教學為主

單片機應用系統的程序設計，不僅可用匯編語言完成，也可采用C語言來完成［5］，還可以用匯編語言和C語言進行聯合編譯。匯編語言對單片機的內部資源的操作直接，代碼簡潔且緊湊。但是，當系統的規(guī)模比較大時，匯編語言就顯得繁瑣、可讀性差，很難進行調試。由于C語言具有良好的可讀性、可移植性和基本的硬件操作能力，所以，設計人員一般會采用C語言進行比較大型的系統程序設計。

在筆者講授這兩門課程的時候，發(fā)現學生對于匯編語言接受得比較差，比如講到矩陣鍵盤的程序設計時，要花很大的精力和時間讓學生理解匯編語言程序。大部分學生對C語言更感興趣，因為C語言更容易懂，指令也更好記，更直觀。而且，如果只學習匯編語言的話，那么后續(xù)的嵌入式系統、DSP、VC++等課程的學習就會有比較大的困難。單片機C語言會是一個很好的過渡。

再者，大部分電類專業(yè)學生的畢業(yè)設計會和單片機有關，單靠學生在畢業(yè)設計的那幾個月自學單片機C語言，可能無法保證畢業(yè)設計的質量。若是在課堂教學上，學習了單片機C語言，就能夠提高學生畢業(yè)設計的積極性和質量。

2.4以Keil和Proteus為實踐平臺

Proteus軟件是一款嵌入式系統仿真與開發(fā)平臺，來自英國Labcenter公司，是一種可視化的軟、硬件系統協同仿真軟件，做到了一體化和互動效果，是目前電子設計愛好者廣泛使用的電子線路設計平臺［6］。Proteus軟件支持許多通用的微控制器，如PIC、AVR、HC11以及8086、8051等；包含強大的調試工具，可對寄存器、存儲器實時監(jiān)測；可對KeilμVision2、IAR C-SPY等開發(fā)工具的源程序進行調試，可與Keil實現聯調。

Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。

筆者試過在單片機課程教學的第一次課演示了Proteus軟件的仿真，將幾個簡單的系統演示給學生看，如簡易電子琴、雙步進電機、電子時鐘等。筆者發(fā)現，可以激發(fā)學生的學習興趣，也為后續(xù)的課堂教學起到一定的促進作用。在與教授同一門課程的教師們交流單片機教學心得的過程中，筆者發(fā)現，每堂課都給學生演示一些與這次課教學內容相關的仿真，效果比較好。

在學生的實驗課上引進Keil軟件進行編程，并且通過Proteus軟件進行硬件設計，最終實現軟硬件調試，這樣比單純地驗證實驗程序，收效更好。另外，在教學過程中，教師可以布置仿真及程序設計的任務給學生，讓他們課后去完成，交電子版的作業(yè)，這樣可以培養(yǎng)學生的自學能力，也可以激發(fā)他們的學習熱情，熟練地掌握這兩款學習單片機的重要軟件，也為后續(xù)課程做鋪墊。

2.5以任務為核心進行教學

將單片機的課程教學分為幾個任務，按照任務的難易程度，由簡單到復雜循序漸進。比如最初是比較簡單的彩燈循環(huán)亮系統，接著到簡易電子琴系統，再到比較復雜的電子萬年歷系統。將單片機的相關的教學內容融合在這幾個系統設計中，及時應用課堂上學到的理論知識，在老師的指導下進行這幾個系統的設計，可以有效地提高教學水平，也提高學生的實踐能力和動手能力。

3　結束語

電子信息技術以及計算機技術的飛速變革使得電類專業(yè)的人才培養(yǎng)及教學過程落入一種隨時待改且需長期探索的嚴峻處境。微機原理和單片機技術的課程教學是相輔相成的，本文在深入學習和思考這兩門課程教學過程的特點和不足之處的基礎上，提出將兩門課程整合在一起進行教學，并且以微機原理為基礎，深入學習單片機，在Proteus和Keil平臺上，以任務為核心進行單片機C語言的教學改革方案，為應用型本科高校電類專業(yè)的人才培養(yǎng)和課程教學提供了有益的思路和方法。

［1］任斌.微機原理與單片機技術課程建設與改革實踐［J］.新課程:教育學術，2012，（4）：42-43.

［2］武英，李鋼生，李秀娟.單片機課程體系教學改革初探［J］.中國電力教育，2010，（4）：74-75.

［3］蔡述庭，劉銀萍，謝云，等.微機原理及單片機技術課程教學改革研究［J］.實驗科學與技術，2011，9（5）：70-72.

［4］周玉庭，陳靜，郝培華.微機原理與接口技術課程的改革與實踐［J］.重慶工學院學報，2006，20（5）：191-193.

［5］李全利.單片機原理及接口技術［M］.第2版.北京:高等教育出版社，2009:259-260.

［6］周潤景，張麗娜，丁莉.基于PROTEUS的電路及單片機設計與仿真［M］.第2版.北京:北京航空航天大學出版社，2010：1-5.

Research of Integrated Teaching Reform of Princip le ofMicro-controller and MCU

CHEN Shuang-yan，TANG Qiao-zhi
（School of Electrical and Electronic Engineering，Minnan University of Science and Technology，Shishi，Fujian 362700，China）

Nowadays，with the rapid development of electronic technology，micro-controller and MCU was widely used in various industries.In order to solve the problems in the teaching ofmicro-controller principle and MCU，the teaching reform plan of the integration of the two courses was proposed which based on the teaching practice experience.On the basis of understanding the principle of micro-controller，the C language of MCU was introduced thoroughly on the platform of Keil and Proteus software.The teaching reform was task oriented and closely linked to the theory and practice，so as to improve the quality of teaching，aswell as hands-on skills and innovation capacity of applied undergraduate students.

micro-controller principle；MCU；training program；professional teaching

G 642

A

1672-545X（2016）06-0260-03

2016-03-04

陳雙燕（1986-），女，福建福清人，講師，碩士，從事的工作：電子信息技術領域的教學與研究。