嵌入式單片機教學與電子工藝實習相結合的課程改革與實踐

李雪

摘 要：本文分析了大學嵌入式單片機應用教學的學習實踐情況和電子工藝實習的課程實施狀況，對嵌入式單片機應用的實驗教學環節和電子工藝的教學內容進行的改革與實踐，課程實踐中著重培養學生的應用能力，從制作硬件外設開始到對外設的使用，了解參與產品設計的全過程，提高學生對學習知識的設計實踐的綜合能力。

關鍵詞：嵌入式單片機;綜合能力;電子工藝

目前電氣工程系的各個專業大都開設了嵌入式單片機原理及應用實踐、嵌入式單片機原理及應用、嵌入式系統原理及應用等單片機課程，在老師的系統教學過程中要進行相關的實驗教學，使學生充分理解課堂相關知識。實驗課程主要針對相關的知識點的設計，比如GPIO的跑馬燈、DMA的應用等，這些實驗設計都很片面，缺乏綜合能力的培養，缺乏對產品設計過程的了解和設計的全面認識。原有電子工藝實習教學的內容主要為焊接充電器和組裝半導體收音機，購買成品器件，且大多數是插件形式，實習中用于學生手工焊接，這種的實習模式已經不能適應社會對單片機人才的要求。針對這一狀況我們對這么課程進行了課程的改革，申請了新的實踐環節，融入了電子工藝實習的相關內容，與電裝課程相結合，為學生打造了設計、制作、應用實踐一條龍的產品生產設計過程。

一、教具制作

硬件設備是單片機教學的基礎，包括開發板和外設，要滿足學生課堂的需要。在實驗過程中，學生要了解硬件如何使用，但目前很多實驗課的硬件都用成品，學生不能直觀的看到該設備的內部結構，對應用理解上也相對困難一些，我們將其實習內容改為焊接單片機外圍功能模塊。學生使用已經篩選選定的合適的電阻、電容、數碼管、按鍵、三極管、發光二極管等各種元器件，對其組裝焊接。因此需要設計直觀的更能幫助學生學習實踐的教具。

（一）電子時鐘電路板

電子時鐘模塊主要包含以下器件：2位八段數碼管、獨立按鍵、一個無源蜂鳴器，具體如下圖所示。學生通過對器件的焊接，了解數碼管的構造，位選、段選的設計等。電子時鐘電路板滿足很多相關實驗的需要，為了提高學生的興趣，還設計了一款軟件相匹配，讓學生下載使用研究，該軟件，可以設置時分秒、正計時、倒計時、蜂鳴閃爍報警。這些都為后續的程序設計實踐環節提供堅實的硬件知識儲備，也讓學生對課程的學習更感興趣，充分調動了學生參加度。

（二）密碼鎖電路板

密碼鎖電路板，包含16按鍵的矩陣鍵盤外設的焊接、6個LED跑馬燈的焊接、3個獨立按鍵、六個電阻及若干排針的焊接組裝。學生在焊接過程中了解相關原件的原理，電路設計，為后續的矩陣鍵盤和跑馬燈等實驗設計打下基礎。

學生最后留存所有焊接及設計設備成果，平時可以在用在學生的個人愛好設計和《嵌入式單片機原理及應用》的后續課程中，能夠做好與后續相關課程的無縫銜接，有利于提高學生的嵌入式單片機技能以適應社會的發展。

二、教學實施過程

在實習過程中，我們采取硬件焊接與軟件設計相結合的方法。學生焊接完成一個教具后進行相關的程序設計。這樣的軟硬結合設計過程使學生一直處于興奮的學習狀態，即不會對一直焊接感到疲憊也不會對長時間的程序設計感到厭煩，創造了快樂輕松的學習氛圍，大大提高了兩個課程的學習效果。

課程設計整體包含兩部分，第一部分為：電子時鐘電路板焊接及評價、簡單數碼管程序設計與評價、電子時鐘綜合程序設計講解;第二部分為：密碼鎖電路板焊接與評價、簡單小燈程序設計、密碼鎖綜合代碼講解。

其中密碼鎖相關的設計具體包含內容為：STM32開發板基礎、熟悉相關電子元件、手工焊接練習、練習直插元件焊接、密碼鎖外圍設備焊接、密碼鎖外圍設備焊接質量檢查與評價、密碼鎖外圍設備焊接程序調試與評價。在這個過程中學生了解相關軟件的基本知識和焊接技巧，焊接的板子質量有老師逐一檢查，并學電子工藝課程中會相關的驗證原理來檢驗按鍵是否焊接牢固、LED電路是否焊接正確。然后使用老師設計的密碼鎖綜合程序觀察運行效果，進一步檢驗自己的焊接成果。

軟件的程序設計具體包含以下環節：嵌入式基礎知識及模板使用、簡單程序實例設計與評價、了解密碼鎖外圍設備原理、按鍵控制LED實例與評價、講解密碼鎖綜合實驗設計原理。在這個過程中學生在老師的引導下編寫程序，為了能夠使用好自己焊接好的硬件設備學生積極學習提問，每個人都能認真有效的完成。最后，老師講解了綜合的實例應用，即用來驗證開發板焊接質量的綜合程序，讓他們了解綜合設計的過程，對未來軟件產品的開發有了整體的了解，實踐的過程也讓同學們躍躍欲試想去設計一款屬于自己的產品。

三、教學評價

課程成績包括上課考勤、課堂紀律、硬件過程成績、軟件設計成績、實習報告成績。考核的標準不在只是對錯的題目評價，包含了課堂的表現，產品的質量等。并且硬件軟件的產品并不局限在題目上，允許學生進行創新，比如硬件外觀上或者軟件的功能上，小組的團結協作上等，這些都是學生的加分點。能夠對學生的實踐進行綜合性的評價，更加符合社會學生的要求。

四、結論

通過對嵌入式單片機實驗與電子工藝實習相結合的課程改革，我們發現，這種硬件焊接與軟件設計相結合的課程設計提高了教學的質量，充分滿足了學生的需要，使他們參與到了產品設計的整體過程，能夠培養綜合性的具有實踐能力的人才，能夠滿足社會發展對應用型人才培養的需要。

參考文獻：

[1]謝光前.卓越工程師背景下的單片機課程教學改革與探索[J].電腦知識與技術，2012，（11）：2563-2564.

[2]周立功，等.A R M微控制器基礎與實踐.北京：北京航空航天大學出版社，2003：1-3.

[3]潘登，陳啟軍.面向卓越人才培養的嵌入式系統教學改革[J].計算機教育，2013（7）：1-5.