Arduino在單片機教學中的優勢剖析

王文軍

摘 要： 高職電類專業教學中傳統單片機的教與學存在著諸多不足，而Arduino函數庫模塊化，程序代碼簡單易學，代碼開放源，成本低廉的特點，使其應用于高職電類專業教學更符合高職生知識和心理結構，有利于高職生掌握單片機的應用技術和創新創業要求。

關鍵詞：傳統單片機教學 Arduino特點 教學優勢

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）09-0236-01

一、Arduino產生背景

Arduino是由意大利米蘭交互設計學院的兩位教師 David Cuartielles 和 Massimo Banzi 聯合創建，是一款便捷靈活、方便使用的開源電子原型平臺，它構建于開放原始碼simple I/O介面版，并且具有使用類似Java、C語言的Processing/Wiring開發環境。它包含兩個主要的部分：硬件部分是可以用來做電路連接的Arduino電路板；另外一個則是Arduino IDE，即計算機的程序開發環境。Arduino能通過各種各樣的傳感器來感知環境，通過控制燈光、電機和其他裝置來反饋、影響環境，支持多樣的互動程序，如 Flash，Max/MSP，VVVV，PureData，C，Processin 等。

二、傳統單片機課程教學中的困境

目前高職電類專業的課程設置中，單片機技術與應用是專業基礎課程，是每個學生的必修課程，要求學生完成該課程后熟練掌握單片機相關知識，利用所學知識設計智能控制系統。傳統的單片機課程理論內容多、難度大，超越了絕大多數高職學生的認知水平，使得人才培養目標常常不能實現。

傳統單片機教學中編程語言一般是匯編語言或C51語言，其中匯編語言由于涉及到單片機硬件的底層結構，需要熟悉掌握各類寄存器的讀寫等；C51語言相對匯編語言不需過多涉及單片機底層結構，通過C51語言的學習能夠完成一般接口的控制和應用，但是學習中涉及到專用傳感器、顯示器等器件時，復雜的代碼和高要求的時序就大大增加了學習的難度，但因為必須要掌握各種傳感器、顯示器實際應用，學生需要花費大量時間學習各種協議和時序，客觀上影響了應用和開發層面的學習，而且學習過程復雜且枯燥，也容易使學生失去單片機學習的興趣。實際上，從人才培養目標來看，單片機技術應該以應用為主，學生掌握較深的單片機理論知識沒有必要。

三、Arduino在單片機教學中的優勢

高職教學應該符合“實用、夠用，能用”的原則。簡化單片機學習中復雜、繁雜的中間過程——硬件的制作和軟件的編程，掌握系統整合能力，實現較復雜的電路功能，急需一種簡單實用的開放式學習模式，而Arduino的出現，并且在高職教學中推廣應用是一種較好的解決目前單片機教學困境的有效辦法，它相對傳統的單片機教學有不少優勢。

1.程序代碼簡單易用

Arduino發明之初就是為了解決電子技術難學、程序代碼難編程的不足。Arduino IDE是基于processing IDE開發的，極易掌握，同時它又有著足夠的靈活性。Arduino語言基于wiring語言開發，是對 AVRGCC庫的二次封裝，不需要太多的單片機知識，Arduino的程序語言類似于C/C++的語法，隨著IDE的更新，它包含了許多基本常用的函數庫，如EEPROM、網絡通信（Ethernet）、舵機控制（Servo）、步進電機控制（Stepper）等。有了這些函數庫，可以節省大量的單片機繁瑣的底層知識學習和編程時間。只要了解函數的應用及對參數設定，就可以輕松完成電路的設計。比如在智能機器人設計中，需要用到舵機控制，如果采用傳統單片機方式來設計，因舵機的控制需要產生PWM信號，編寫的代碼相當復雜。而應用Arduino時，只需直接調用頭文件，利用函數“**servo.write（i）”即完成舵機旋轉動作，代碼簡潔明了。

2.資源開放易于獲取

Arduino IDE可以在Windows、Macintosh OSX、Linux三大主流操作系統上運行，而大多數控制器只能在Windows上開發。所有軟硬件資源放在網絡上，有任何需要都可以在網絡上找到解答。在Arduino的發展中，由于源代碼的開放性，世界各地的電子愛好者或者電子積木創意者緊隨電子科技的發展，不斷開發出應用程序，更新、添加Arduino庫函數，拓展了實踐應用范圍。網上有許多社交網站供愛好者討論和學習，這種“互聯網+”的學習模式符合高職主流教學模式。對于高職院校電類專業學生，掌握Arduino編程，僅需掌握 C語言基礎，簡單學習后，就可以利用各種資源快速的進行電路開發。

3.成本低廉方便推廣

Arduino應用系統具備電子積木式特點，通過以Arduino開發板為核心，配合各種傳感器、電機等積木式外設，容易搭建出智能控制系統。由于代碼的開放性，同時Arduino硬件是基于AVR芯片發展而來，如網絡平臺淘寶等電子P2P平臺有極其豐富的產品且發展迅速。根據不同應用方向Arduino開發板有十幾種，各種積木式應用模塊也是應有盡有且價格低廉； Arduino的代碼開放性及發明人基本不收取專利費，可以快速建設Arduino實訓室；普通學生也購得起，玩得起，課余時間也能夠自主學習，使得利用Arduino進行學習、創意成本低廉、成效顯著，可以更好地提升單片機理論和實踐水平。

四、結束語

Arduino發展十年，隨著電子技術的迅猛發展及眾多電子設計人員的努力，Arduino作為互動電子創意設計與制作的平臺，越來越得到廣泛應用。許多高職院校不斷地探索將Arduino應用于教學中，也取得了一定的效果。由于易學易懂，成本低廉，高職院校電類專業學生甚至其他專業的學生，通過模塊化電子積木方式，自己創意創新完成設計的產品，可以增加單片機技術學習樂趣，提高單片機技術水平，為就業打下良好的基礎。

參考文獻

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