單片機原理與接口技術及其課程設計的教學改革研究①

王蘇彧

摘? ?要：通過分析測控技術及儀器專業單片機教學中存在的問題，從課堂教學、實驗教學以及課程設計改革方面，探討了單片機原理與接口技術優化理論教學和實踐教學的方法，使課程與相應課程設計成一套體系，為單片機課程建設及培養符合專業特色的創新型優秀人才提供一套改革方案。

關鍵詞：單片機原理與接口技術? 課程設計? 測控技術與儀器

中圖分類號：TP368? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）05（b）-0198-02

《單片機原理與接口技術》是高校電子信息及控制類專業的一門重要基礎必修課，該課程以C語言程序設計、模擬電子技術、數字電子技術為基礎，重點講解單片機的CPU的結構、存儲器配置及其他硬件系統，指令系統、程序設計方法、系統的擴展和基本接口技術等內容，培養學生在工業控制方面運用單片機技術解決實際問題的能力[1]。由于專業特色的不同，各高校、各專業對本課程的教學提出了不同的要求。本文面向測控技術與儀器專業，提出單片機原理與接口技術及其課程設計的教學改革方案，通過理論與教學實踐相結合，使學生能夠在有限學時內最大程度掌握單片機的原理及使用發法。

1? 單片機及其課設存在的問題

目前，針對測控技術與儀器專業的《單片機原理與接口技術》課程，采用“32+8”學時的模式進行授課，以STC15系列中的STC15F2K60S2單片機為教學機型，介紹51單片機組成、接口技術和應用設計等內容。

經過長期授課并進行總結，結合學生的反饋，存在的問題如下。

1.1 理論學時不足，學生掌握效果欠佳

按照教學大綱，32學時的分配為緒論2學時、STC單片機內核4學時、指令系統2學時、程序設計2學時、存儲器的應用3學時、中斷系統3學時、定時/計數器3學時、串行口2學時、A/D轉換3學時、CCP/PCA/PWM模塊2學時、系統設計與接口技術4學時、抗干擾設計2學時。

但實際情況是，從存儲器的應用這一章開始，大部分時間都在講解基本原理，若將例程都講完，就造成拖延學時的現象，導致接口技術等重要知識點沒時間講解;若將全部知識點都講解完畢，則從串行口開始就完全跟不上，授課效果欠佳。

1.2 實驗環節只是單純的知識點驗證，缺少創新性

目前，課內實驗設置的模式比較固定，前兩個實驗內容主要對單片機程序設計、中斷系統、定時/計數器等進行原理性驗證，后面兩個實驗為綜合性實驗，分別是NTC溫度檢測及數碼管顯示，以及紅外發射-同時接收數碼管顯示用戶碼鍵值。功能性差一些的實驗枯燥乏味，綜合性實驗又無從下手，并不能達到理論支撐實驗、實驗充實理論的目的。

2? 教學改革探討

本文從課堂教學、實驗教學，以及課程設計三個方面對單片機課程的教學改革進行探討，具體方案如下。

2.1 課堂教學改革

（1）采用案例式教學[2]，理論與實踐相結合[3]，增強學生對課程的理解及興趣。

在控制系統中，常常要求有定時或延時控制，也要求有計數功能，能對外部事件進行計數。因此，定時/計數功能對于學習單片機及其在測控系統中的應用都尤為重要，那么，這一章節即可引入具體兩個實例并進行演示后再詳細講解其原理及使用方法。

以同學們非常熟悉的十字路口的交通燈為例，首先介紹使用單片機簡單模擬交通燈的工作原理。圖1為交通燈擴展板正面圖，縱向的R、Y、G表示上下方向道路上的兩組紅黃綠燈，橫向的R、Y、G表示左右方向道路上的兩組紅黃綠燈。將縱向的R、Y、G依次接到單片機的P0.6、P0.7、P0.4端口，橫向的R、Y、G依次接到單片機的P0.5、P0.2、P0.3端口，如圖2所示，單片機的I/O口可以控制交通燈的亮、滅變化。

這一實例涉及到兩個知識點：①如何正確分配單片機的I/O;②學習如何編寫延時小程序。

第一個知識點在前面章節已經介紹過了，這里再結合實例的原理圖進行鞏固。第二個知識點即為要學習的定時/計數功能。

可以看出，以案例式為主線，貫穿理論與實驗教學的手段，可以在激發學生興趣的同時，加深對基本原理的理解，并促發主動思考能力，動手實驗驗證改進的方法，提高課堂學習的質量。

（2）針對專業特色，增加工程案例講解。

結合專業特色甚至學校特色，增加典型工程應用案例的講解，拓展思路，使學生對單片機的應用有更廣泛了解的同時，也對今后的就業起到引導過渡的作用。

2.2 實驗教學改革

目前教學實驗設備從最初的注重驗證性，已逐步發展到現在的強調創新性，但是單片機課內實驗大部分還是基于教學實驗箱，沒有實質性的變化，造成學生在基礎實驗時用一種教學設備，到課程設計時，又換成另外一種實驗設備，沒有將課程與課設綜合考慮為一體。實驗與實踐課時有限，讓學生很難真正去理解和消化吸收，往往都是走過場，僅僅看看實驗現象，并沒有真正達到工程性人才的培養標準。

同時，可對實驗進行創新性設計：提供給學生一些框架代碼，學生只編寫一部分核心代碼，即可實現相應的功能，激發動手的潛力。

2.3 課程設計改革

課程設計即進行綜合實踐的過程，可以通過控制實體對象，如無線智能小車，結合新型傳感器進行智能硬件系統的設計，并可利用智能行車、圖像識別等演示和操作來激發學習興趣，加深對單片機的理解能力。

3? 結語

通過分析測控技術及儀器專業特色，根據單片機教學中存在的問題，從課堂教學、實驗教學，以及課程設計改革方面，探討了優化理論教學和實踐教學的方法，使課程與課程設計成一套體系，系統并完整地提高學生單片機的理解及應用能力，并通過增加專業特色工程案例的講解，培養符合專業特色要求的優秀創新型人才。今后，將逐步按照上述改進方案進行具體改革，在具體實踐的過程中不斷改進完善，期待得到滿意的效果。

參考文獻

[1] 劉寅東.“單片機原理及接口技術”課程建設與改革探討[J].科教文匯（中旬刊），2015（1）：58-59.

[2] 金琦淳，倪月，劉清翔，等.案例式教學在《單片機原理及接口技術》課程中的應用[J].裝備制造技術，2015（1）：216-218.

[3] 魏建崇.基于理論與實踐相結合的單片機原理與接口技術課程教學改革研究[J].中國現代教育裝備，2018（19）：27-29.