關(guān)于單片機(jī)課程教學(xué)的探討

摘 要:本文針對(duì)當(dāng)前單片機(jī)教學(xué)過(guò)程中現(xiàn)狀，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，提出了單片機(jī)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方案和措施，以更好地培養(yǎng)學(xué)生的硬件設(shè)計(jì)能力，適應(yīng)創(chuàng)新型人才教育體系的需要。

關(guān)鍵詞:單片機(jī) 理論教學(xué) 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 良性互動(dòng) 人才培養(yǎng)

從上個(gè)世紀(jì)70年代第一只單片機(jī)面世，短短二三十年的時(shí)間，單片機(jī)技術(shù)已成為自動(dòng)控制技術(shù)的一個(gè)重要分支，廣泛應(yīng)用到工業(yè)控制、儀器儀表、消費(fèi)產(chǎn)品、汽車(chē)、辦公自動(dòng)化、通信等領(lǐng)域。因此，是否具有單片機(jī)開(kāi)發(fā)能力就成為許多公司招聘工科專(zhuān)業(yè)學(xué)生的衡量標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也成為許多學(xué)生尋找理想工作的必備技能之一。筆者根據(jù)多年的學(xué)習(xí)、教學(xué)及科研實(shí)踐和當(dāng)前大學(xué)生的就業(yè)狀況，在此淺談自己的幾點(diǎn)拙見(jiàn)。

單片機(jī)課程的教學(xué)是一門(mén)理論性、實(shí)踐性都很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。目前，在我國(guó)的各大工科院校都開(kāi)設(shè)有《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程，且大多采用傳統(tǒng)的先基礎(chǔ)后應(yīng)用的教學(xué)模式，即:單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)→匯編指令系統(tǒng)→系統(tǒng)擴(kuò)展→接口技術(shù)→應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般在“匯編指令系統(tǒng)”講完之后才開(kāi)始進(jìn)行，理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的時(shí)間不對(duì)應(yīng)，且多為教師規(guī)定幾個(gè)實(shí)驗(yàn)做完即可，很少進(jìn)行開(kāi)放性和設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)，這是最粗糙的教學(xué)過(guò)程，這種教學(xué)過(guò)程直接導(dǎo)致學(xué)生對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)提不起興趣、知識(shí)脫節(jié)，筆者經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出：理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)絕不能單純地割裂開(kāi)，并且二者應(yīng)相互滲透，相輔相成。只有這樣才能達(dá)到好的教學(xué)效果，以更好地培

養(yǎng)學(xué)生的硬件設(shè)計(jì)能力，適應(yīng)創(chuàng)新型人才教育體系的需要。

一、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和求知欲

單片機(jī)課程課時(shí)少，任務(wù)重，學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)就顯得尤為重要。興趣是最好的老師，在課程學(xué)習(xí)的開(kāi)始，不要進(jìn)行理論開(kāi)場(chǎng)白，而要給學(xué)生展示一些單片機(jī)的產(chǎn)品如電腦時(shí)鐘、數(shù)字溫度計(jì)、電子密碼鎖、公共汽車(chē)報(bào)站系統(tǒng)、電子飯卡等，帶他們到系電子設(shè)計(jì)室，讓他們看到上屆學(xué)生的實(shí)習(xí)作品，在大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中獲獎(jiǎng)的作品，并且從中選取一簡(jiǎn)單產(chǎn)品引申到理論教學(xué)中涉及的主要內(nèi)容，從而激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)在頭腦中形成理論知識(shí)大框。

二、改進(jìn)理論教學(xué)方法

1.引用先進(jìn)的教學(xué)儀器和課件，加強(qiáng)學(xué)生理解。

教學(xué)中使用電腦，用幻燈顯示教學(xué)內(nèi)容，將PPT和黑板板述相結(jié)合。演示的信息量比較多，PPT省去了畫(huà)電路圖和表格的時(shí)間，還可以動(dòng)態(tài)形象直觀地演示電路中信號(hào)的變化，能加強(qiáng)學(xué)生的理解。

2.增刪教學(xué)內(nèi)容和改善教學(xué)方法。

詳細(xì)講解常用指令的時(shí)序，結(jié)合帶外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的51單片機(jī)電路，分析時(shí)序中各種信號(hào)如PSEN、WR、RD、PC、AB總線、DB總線的變化，以及不同時(shí)刻總線上的數(shù)值，讓學(xué)生理解指令產(chǎn)生信號(hào)，信號(hào)驅(qū)動(dòng)單片機(jī)和外設(shè)運(yùn)行。

教學(xué)中應(yīng)注意原理的講述，多用邏輯圖來(lái)描述外設(shè)的工作原理，多一些理解，少一些死記硬背。匯編語(yǔ)言結(jié)合電路對(duì)于理解單片機(jī)的原理很重要，所以對(duì)于常用的匯編語(yǔ)句要做講解。但是由于C語(yǔ)言在單片機(jī)中的廣泛使用，故沒(méi)有必要讓學(xué)生去用匯編讀寫(xiě)大程序。對(duì)于常用的算法，全部采用C語(yǔ)言來(lái)描述。對(duì)于復(fù)雜的算法，則不在單片機(jī)課中講述，留在C語(yǔ)言和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中講述，這從很大程度上降低了單片機(jī)的學(xué)習(xí)難度，減少了學(xué)習(xí)量。

3.用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序，用Proteus軟件仿真。

相對(duì)于匯編語(yǔ)言，C語(yǔ)言存在如下優(yōu)點(diǎn)：①只要掌握單片機(jī)的存貯器結(jié)構(gòu)即可編程；②寄存器分配、不同存貯器的尋址及數(shù)據(jù)類(lèi)型等細(xì)節(jié)可由編譯器管理；③C語(yǔ)言程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)；④可使程序結(jié)構(gòu)化、可改善程序的可讀性；⑤關(guān)鍵字及運(yùn)算函數(shù)可用近似人的思維過(guò)程方式使用編程及程序調(diào)試時(shí)間顯著縮短，從而提高效率；⑥提供的庫(kù)函數(shù)包含許多標(biāo)準(zhǔn)子程序，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，因?yàn)椴捎媚K化編程技術(shù)，所以C語(yǔ)言的移植性好。在這里我們選用了KeilC5公司的C51編譯器。這個(gè)編譯器具有使用方便、編譯效率高的特點(diǎn)。使用它學(xué)生既學(xué)會(huì)了單片機(jī)原理，又學(xué)到了一種實(shí)用的技能。

在講課中引入了軟件模擬的方法，在模擬軟件中畫(huà)出電路圖，在編譯軟件中寫(xiě)出C程序，就可以動(dòng)態(tài)調(diào)試程序的運(yùn)行，讓學(xué)生看到各寄存器和變量的值的變化，以及電路中由程序驅(qū)動(dòng)的聲光等的變化，既增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)原理的理解，又增加了學(xué)習(xí)的興趣。

這里選用的模擬軟件是Proteus，能方便地畫(huà)出各種CPU、存儲(chǔ)器和外設(shè)電路，能容易地和KeilC51軟件聯(lián)合調(diào)試程序，看到程序單步和多步執(zhí)行后單片機(jī)寄存器和外部電路的變化。

三、加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)

1.進(jìn)行常規(guī)實(shí)驗(yàn)時(shí)，注意基礎(chǔ)理論的鞏固。

例如數(shù)據(jù)排序?qū)嶒?yàn)，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)給出的程序鍵入PC機(jī)中，經(jīng)過(guò)編譯后，通過(guò)串口下載到仿真器中運(yùn)行此程序，只要輸入和操作無(wú)誤，則必定會(huì)得到正確的結(jié)果，即實(shí)現(xiàn)8031內(nèi)部RAM單元中N個(gè)數(shù)據(jù)的排序。做這種實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生往往只注重于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確與否，而不注重程序是怎樣編出來(lái)的，也無(wú)需關(guān)心什么情況下要用哪條指令，每條指令的功能是什么等問(wèn)題。所以這類(lèi)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單，做完后應(yīng)進(jìn)行總結(jié)所涉及的理論知識(shí)并注意引申下一階段理論學(xué)習(xí)及所配合的實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前還要布置有關(guān)知識(shí)的預(yù)習(xí)及有關(guān)理論知識(shí)的復(fù)習(xí)。

2.增加設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)。

設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行可以使學(xué)生更好地掌握實(shí)驗(yàn)原理、操作方法、步驟，全面了解儀器設(shè)備的性能并正確地使用儀器，課程內(nèi)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置；可以根據(jù)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件，適當(dāng)增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例，如將單片機(jī)端口應(yīng)用、擴(kuò)展并行接口8155等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置成設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)。

3.加強(qiáng)集中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

單片機(jī)集中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)通常有2—3周的時(shí)間，學(xué)生可以在一個(gè)時(shí)間集中的環(huán)境下進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容除了與單片機(jī)直接相關(guān)的系統(tǒng)擴(kuò)展和接口技術(shù)以外，還應(yīng)根據(jù)單片機(jī)人才的市場(chǎng)需求和就業(yè)形勢(shì)，相應(yīng)地增加新知識(shí)、新技術(shù)的應(yīng)用，如I2C1總線、SPI總線、點(diǎn)陣LED、點(diǎn)陣液晶、CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)等技術(shù)的應(yīng)用。每個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目都要求學(xué)生用PROTEL畫(huà)出電路原理圖，并使用C語(yǔ)言進(jìn)行軟件編程，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，且在設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)內(nèi)要求附有軟件流程圖、程序清單和電路原理圖等資料，使學(xué)生了解單片機(jī)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)流程和方法，提高學(xué)生工程實(shí)踐能力。

以上有關(guān)單片機(jī)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)在實(shí)踐中應(yīng)該遵從循序漸進(jìn)的思路，多和學(xué)生進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的溝通，多和工業(yè)實(shí)踐相聯(lián)系，形成理論和實(shí)踐的良性互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的最佳統(tǒng)一。

參考文獻(xiàn):

[1]譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)[M].清華大學(xué)出版社.

[2]周航慈編著.單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京航空航天出版社.

[3]馬忠梅，劉濱.單片機(jī)C語(yǔ)言Windows環(huán)境編程寶典[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

[4]Keil.公司.KeilC15.幫助文檔.