序論：寫(xiě)作是一種深度的自我表達(dá)。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來(lái)了七篇單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)范文，愿它們成為您寫(xiě)作過(guò)程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

論文關(guān)鍵詞：單片機(jī)；教學(xué)；仿真實(shí)驗(yàn)

“單片機(jī)原理”是一門(mén)理論性、邏輯性、實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，是電類專業(yè)一門(mén)非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，把微機(jī)接口部分、匯編語(yǔ)言部分、通信技術(shù)部分的知識(shí)點(diǎn)等綜合在一起，屬于邏輯性、工程性、技術(shù)性、實(shí)踐性很強(qiáng)的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程作為電類專業(yè)最重要的核心課程之一，它是電類專業(yè)高素質(zhì)技能型人才所需全部自動(dòng)控制類知識(shí)結(jié)構(gòu)的載體，占據(jù)著非常重要的位置。

然而，傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)一般注重課程本身的體系結(jié)構(gòu)和前后的邏輯聯(lián)系，均以學(xué)科體系為出發(fā)點(diǎn)，忽略了“可學(xué)性”，致使學(xué)生學(xué)得吃力，老師教得辛苦，教學(xué)效果卻沒(méi)有顯現(xiàn)出來(lái)。

一、研究背景及意義

目前，全國(guó)將單片機(jī)列入單獨(dú)的比賽項(xiàng)目，在考查中注重學(xué)生的能力培養(yǎng)，學(xué)生的技能素養(yǎng)教育成為重中之重，加之社會(huì)需求高技能人才，許多學(xué)校為了適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展和市場(chǎng)需求在不同的專業(yè)開(kāi)設(shè)了單片機(jī)課程，然而單片機(jī)課程是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，要想在教學(xué)過(guò)程中取得很好的效果，就必須要求學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中多動(dòng)手實(shí)踐，但有的學(xué)校教學(xué)設(shè)備有限，怎樣解決這個(gè)問(wèn)題。仿真實(shí)驗(yàn)課可以讓學(xué)生在單片機(jī)工作室里做中學(xué)，真正玩轉(zhuǎn)單片機(jī)，也同時(shí)解決了學(xué)生學(xué)起來(lái)枯燥，老師教起來(lái)吃力的尷尬局面。

目前單片機(jī)教學(xué)中存在諸多問(wèn)題。如單片機(jī)課程理論為主，實(shí)驗(yàn)教學(xué)多是進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室存在場(chǎng)地和時(shí)間限制，學(xué)生除了課上，很難有機(jī)會(huì)接觸到所需要的設(shè)備，如仿真器、實(shí)驗(yàn)板等，個(gè)人配備成本太高，個(gè)體無(wú)法承擔(dān)。而且實(shí)驗(yàn)箱只能驗(yàn)證試驗(yàn)的基本作用和意義，就無(wú)從談起學(xué)生動(dòng)手能力的訓(xùn)練和提升。單片機(jī)在當(dāng)今社會(huì)中的應(yīng)用速度發(fā)展迅速，然而單片機(jī)教材陳舊，實(shí)驗(yàn)設(shè)備很容易落后、老化等問(wèn)題，必然會(huì)帶來(lái)耗資等問(wèn)題。由此可見(jiàn)，構(gòu)建成本低廉的單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)于單片機(jī)教學(xué)意義重大。它不僅可以降低實(shí)驗(yàn)設(shè)備投資，而且能培提高學(xué)生的工程素質(zhì)，養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。在單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們不單要突出設(shè)備的自動(dòng)化程度及智能性，另一方面也要重視控制系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，否則就無(wú)法體現(xiàn)控制系統(tǒng)的優(yōu)越性。

由于單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境往往是比較惡劣和復(fù)雜的，其應(yīng)用的可靠性、安全性就成為一個(gè)非常突出的問(wèn)題。單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用必須長(zhǎng)期穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，否則將導(dǎo)致控制誤差加大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使系統(tǒng)失靈，甚至造成巨大的損失。

影響單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用的可靠、安全運(yùn)行的主要因素是來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種電氣干擾，以及系統(tǒng)結(jié)果設(shè)計(jì)、元器件選擇、安裝、制造工藝和外部環(huán)境條件等。這些因素對(duì)控制系統(tǒng)造成的干擾后果主要表現(xiàn)在下述幾個(gè)方面。（1）數(shù)據(jù)采集誤差加大。（2）控制狀態(tài)失靈。（3）數(shù)據(jù)受干擾發(fā)生變化。（4）程序運(yùn)行失常。

由于受到干擾后計(jì)數(shù)器的值是隨機(jī)的，因而導(dǎo)致程序混亂。通常的情況是程序?qū)?zhí)行一系列毫無(wú)意義的指令，最后進(jìn)入“死循環(huán)”，這將使輸出嚴(yán)重混亂或系統(tǒng)失靈。

隨著單片機(jī)及其接口技術(shù)的飛速發(fā)展，目前面對(duì)職業(yè)教育存在的突出問(wèn)題：質(zhì)量能力與規(guī)模能力不相適應(yīng)，教學(xué)信息化程度低，古老的填鴨式課堂教學(xué)模式仍應(yīng)用普遍，“雙師型”教師隊(duì)伍建設(shè)機(jī)制缺乏完善性，科學(xué)管理水平和改革創(chuàng)新能力就提到了日程，管理制度不健全，學(xué)校基本辦學(xué)規(guī)范不健全，科學(xué)的職業(yè)教育評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)機(jī)制達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生成長(zhǎng)的“通道”不暢通。

從新的教學(xué)要求來(lái)看，這類課程僅在課堂上講授基本原理是不夠的，必須在教學(xué)中加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，開(kāi)出一定數(shù)量的高質(zhì)量的配套實(shí)驗(yàn)課活獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)課程，讓學(xué)生有足夠的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)。那么對(duì)于單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境建設(shè)就相應(yīng)提出了高要求。怎樣解決這個(gè)問(wèn)題，單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)運(yùn)而生。

二、“單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)”初探

伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，在各個(gè)領(lǐng)域都出現(xiàn)了各種仿真系統(tǒng)，為各種實(shí)際系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供了準(zhǔn)確可靠的保證，同時(shí)為很多學(xué)校、企業(yè)等節(jié)約了大量的人力和物力。在電子信息技術(shù)領(lǐng)域也同樣出現(xiàn)了大量的仿真工具，如課堂上用到的各種EDA工具；模數(shù)混合仿真的Protel、Multisim等常見(jiàn)的電子應(yīng)用仿真軟件，數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的Fundation、Maxplus II、Expert等。

所謂“仿真”，就是通過(guò)開(kāi)發(fā)工具真實(shí)地模擬用戶系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，使用戶能夠在透明和可控的條件下觀察系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的狀態(tài)和結(jié)果，仿真實(shí)際上也是一種軟件和硬件的綜合調(diào)試手段，它能提高應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的效率。

用通俗的話來(lái)描述“單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)”就是在一塊虛擬電路板上按照真實(shí)電路的設(shè)計(jì)構(gòu)想放置一些虛擬的元器件，并模擬實(shí)際燒ROM的過(guò)程鏈接上程序代碼，“接通”電路觀察效果，如果不理想的話可以反復(fù)修改電路或程序代碼，直至符合設(shè)計(jì)要求為止。

仿真實(shí)驗(yàn)的好處是顯而易見(jiàn)的。在沒(méi)有仿真實(shí)驗(yàn)的年代，每架構(gòu)一個(gè)真實(shí)的電路都需要費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)錢(qián)，稍有不慎還有可能前功盡棄，再加上單片機(jī)中的ROM芯片是有擦寫(xiě)次數(shù)的，而一段程序可能需要修改擦寫(xiě)多次，無(wú)形中減少了ROM芯片的使用壽命。仿真實(shí)驗(yàn)是在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的（可能會(huì)費(fèi)點(diǎn)兒電），以上問(wèn)題都不存在，而且就現(xiàn)在的仿真軟件來(lái)說(shuō)，仿真出來(lái)的電路效果與真實(shí)電路一模一樣，毫不夸張地說(shuō)，只要仿真是成功的，就可以直接下工廠的流水線生產(chǎn)了。

三、單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)效果

新課程的核心理念是：“關(guān)注每位學(xué)生的進(jìn)步與發(fā)展，使每位學(xué)生在課堂上都能積極主動(dòng)地參與交流、參與探索、參與匯報(bào)，都能動(dòng)起來(lái)，使每位學(xué)生都能進(jìn)入最近發(fā)展區(qū)，都能有所收獲，具有成功感。”為使這一核心理念能得到有效落實(shí)，經(jīng)過(guò)近一段時(shí)間的教學(xué)實(shí)踐，逐漸發(fā)現(xiàn)單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)是一種較為有效的教學(xué)手段。不僅解決了學(xué)生的只學(xué)不練的矛盾，也緩解了部分學(xué)校的設(shè)備建設(shè)壓力。

首先，學(xué)生有濃厚的興趣。職業(yè)學(xué)校專業(yè)不一樣，男女比例天差地別，在上課過(guò)程中的反應(yīng)也不盡相同，但是，由于在仿真實(shí)驗(yàn)里所見(jiàn)即所得，同學(xué)們學(xué)習(xí)的熱情高漲。仿真實(shí)驗(yàn)中減少了實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)板，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不能更改的局限性，可以擴(kuò)展學(xué)生的思路和為不同層次的學(xué)生提供良好的實(shí)驗(yàn)虛擬基地。在教學(xué)中，要努力創(chuàng)造適合學(xué)生發(fā)展的情境，讓學(xué)生主動(dòng)發(fā)展，關(guān)注學(xué)生的獨(dú)特感受，以此培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維。其次，學(xué)生可以自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，鍛煉了解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力。實(shí)驗(yàn)?zāi)芰驮O(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，也是職業(yè)學(xué)校學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力中較為重要的。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中往往忽略學(xué)生的設(shè)計(jì)能力，只是一個(gè)驗(yàn)證的過(guò)程，學(xué)生學(xué)習(xí)的理論無(wú)法真正應(yīng)用到實(shí)際的工作實(shí)踐中，有一些學(xué)生有些許的遺憾。采用仿真后，采用建設(shè)工程的形式將設(shè)計(jì)理念融合到軟件中，投入少，實(shí)際問(wèn)題卻能得到驗(yàn)證和推敲，節(jié)省了硬件的損耗。再次，硬件投入少，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯。單片機(jī)的課程除了開(kāi)設(shè)8051系列單片機(jī)課程之外，還開(kāi)設(shè)AVR系列與MCS51等系列的課程，三菱、西門(mén)子等不同系列和型號(hào)的單片機(jī)。要想保證相應(yīng)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)，必須要有配套的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)而且要保證一定的實(shí)驗(yàn)硬件設(shè)備套數(shù)，那么這將是一筆非常大的經(jīng)濟(jì)支出。所以這將使單位和企業(yè)面臨著很大的經(jīng)濟(jì)壓力，硬件設(shè)備的更新和硬件設(shè)備的維護(hù)等工作。考慮經(jīng)濟(jì)和其他方面的種種因素，引入單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)，就可以大大降低經(jīng)濟(jì)的支出，減少硬件設(shè)備的購(gòu)置，同時(shí)也大大降低了對(duì)硬件設(shè)備維護(hù)的工作量。為單位和企業(yè)減少了不必要的麻煩和經(jīng)費(fèi)，緩解了很大的壓力。

先通過(guò)軟件模擬成功后再投入硬件，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯改善，在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)板的投入，接口的投入，系列的不同，儀器的投入等，僅儀器的維護(hù)也是非常繁瑣的，更何況資金的投入了。因此采用軟件仿真，其經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)很明顯。

單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)的瓶頸之痛。長(zhǎng)時(shí)間的課程教學(xué)之余，總覺(jué)得留下了許多遺憾。雖然單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)讓筆者和學(xué)生們獲得了一些成功的體驗(yàn)，但久而久之，也產(chǎn)生了一絲厭倦，畢竟假的成不了真的，整天面對(duì)著這些毫無(wú)生氣的電路圖，無(wú)法接觸電路實(shí)物的痛苦與日俱增。

有鑒于此，兼顧教學(xué)設(shè)備的投資現(xiàn)實(shí)，儀器老化問(wèn)題及國(guó)家對(duì)職業(yè)教育的投入，在下面兩個(gè)方面學(xué)校可以參考改革。

一是改革辦學(xué)形式。通過(guò)“聯(lián)合辦學(xué)、合并小的機(jī)構(gòu)、多校共建”等方式推動(dòng)規(guī)模化辦學(xué)，加強(qiáng)建設(shè)，建成規(guī)模大、實(shí)力強(qiáng)、聲譽(yù)好的示范學(xué)校；組建職教集團(tuán)，發(fā)揮對(duì)農(nóng)村和民族地區(qū)薄弱學(xué)校及西部的幫扶作用。

改革教學(xué)形式，積極采取場(chǎng)景教學(xué)、案例教學(xué)、項(xiàng)目教學(xué)、模擬教學(xué)等多種教育教學(xué)方式，增強(qiáng)教育教學(xué)的實(shí)效性和教學(xué)形式的針對(duì)性。

改革培養(yǎng)形式，深入推行校企一體、頂崗實(shí)習(xí)、工學(xué)結(jié)合；改變單一，強(qiáng)調(diào)連續(xù)學(xué)習(xí)，為連續(xù)學(xué)習(xí)和分階段培養(yǎng)相結(jié)合，探索以就業(yè)為導(dǎo)向的職業(yè)人繼續(xù)學(xué)習(xí)模式。

創(chuàng)新專業(yè)設(shè)置。建立專業(yè)設(shè)置動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制，重點(diǎn)建設(shè)面向先進(jìn)制造業(yè)特別是裝備制造業(yè)、現(xiàn)代服務(wù)業(yè)、新興產(chǎn)業(yè)的精品專業(yè)；加強(qiáng)貼近區(qū)域產(chǎn)業(yè)、民族藝術(shù)、民間工藝等領(lǐng)域的特色專業(yè)。

二是創(chuàng)新教學(xué)環(huán)境。重點(diǎn)建設(shè)現(xiàn)代化的專業(yè)技能性教室，創(chuàng)設(shè)功能齊全、校園文化和企業(yè)文化都并存的，緊密結(jié)合的教學(xué)環(huán)境，使學(xué)生感受到課堂和企業(yè)的文化和專業(yè)的融合。改革教學(xué)形式，建立導(dǎo)向性的學(xué)校評(píng)價(jià)模式和能力性的學(xué)生評(píng)價(jià)模式；努力探索職業(yè)教育質(zhì)量評(píng)價(jià)的新措施、新途徑，引導(dǎo)學(xué)生向更高的目標(biāo)全面發(fā)展。

創(chuàng)新教學(xué)方法，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)的導(dǎo)向性；更新教學(xué)手段，構(gòu)建自己的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)，能夠支撐隨時(shí)學(xué)習(xí)；創(chuàng)設(shè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)的模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置，特別是通過(guò)模擬流程、虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)字仿真等方式生動(dòng)直觀地展示知識(shí)性、技術(shù)性和生產(chǎn)服務(wù)崗位的可行性。

創(chuàng)新教材的應(yīng)用能力，開(kāi)發(fā)延伸性、補(bǔ)充性的教輔資料；依托企業(yè)研發(fā)適應(yīng)新興產(chǎn)業(yè)、新職業(yè)和崗位的校本教材；實(shí)現(xiàn)多種教材的立體化融合，使學(xué)生用發(fā)散的思維去思考問(wèn)題。

改革隊(duì)伍建設(shè)，聘用企業(yè)工程技術(shù)人員、有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的行業(yè)專家和社會(huì)中的能工巧匠等擔(dān)任兼職教師；落實(shí)教師在職進(jìn)修和企業(yè)實(shí)踐制度的可行性和有效性，加強(qiáng)專業(yè)帶頭人和骨干教師的培養(yǎng)方向和多元化。

改革管理制度，建立多方參與的決策機(jī)制和教育教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)；創(chuàng)新人事分配制度；完善招生、教學(xué)、資助、免費(fèi)、就業(yè)、財(cái)務(wù)和資產(chǎn)等學(xué)校業(yè)務(wù)管理辦法。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是單片機(jī)教學(xué)的優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，很好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)的不足，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與主動(dòng)性，提高了教學(xué)效果，降低了實(shí)驗(yàn)成本，是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)與先進(jìn)的教學(xué)理論在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用，有著廣泛的應(yīng)用前景。

篇(2)

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái);改進(jìn)設(shè)計(jì);實(shí)現(xiàn)

1.現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)存在的不足及改進(jìn)設(shè)計(jì)方案

現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)中，單片機(jī)芯片各引腳在印制電路板上已經(jīng)和對(duì)應(yīng)的模塊固定好了，在這種固定模式下，學(xué)生設(shè)計(jì)邏輯電路的空間很小，不利于學(xué)生深入思考和創(chuàng)新。學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)，只要按照商家定義好的電路連接，在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的指導(dǎo)下，正確輸入和操作，便能得到正確的結(jié)果。這樣的實(shí)驗(yàn)過(guò)程很難激發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的熱情和興趣，往往會(huì)出現(xiàn)應(yīng)付實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，達(dá)不到開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)的目的。會(huì)做實(shí)驗(yàn)和會(huì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)之間的差距很大。為了提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，針對(duì)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的不足之處，本實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)在以下兩個(gè)方面做了相應(yīng)的改進(jìn)：

（1）本實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)采用開(kāi)放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各個(gè)模塊在平臺(tái)上是相互獨(dú)立的。在改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，每個(gè)模塊都有獨(dú)立的輸入和輸出接口，學(xué)生需要哪個(gè)模塊就可以通過(guò)連接線和轉(zhuǎn)換板搭接起來(lái)，暫時(shí)用不上的模塊可以斷開(kāi)。這樣既可以避免模塊之間的相互干擾，也方便學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)際需求來(lái)搭建電路，為學(xué)生提供了自主設(shè)計(jì)的空間。

（2）考慮到單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)容的完整性和趣味性，本章在原有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了模塊的添加與改進(jìn)，主要包括步進(jìn)電機(jī)和繼電器驅(qū)動(dòng)模塊、16*16點(diǎn)陣模塊等。下面將詳細(xì)闡述各模塊的改進(jìn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

圖1 單片機(jī)端口連接圖

2.改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)各模塊設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)要求系統(tǒng)具有開(kāi)放性，單片機(jī)的I/O資源要得到充分的利用。因此，AT89C51單片機(jī)芯片的各端口沒(méi)有固定在印制電路板上，而是與相應(yīng)的輸入和輸出接口相連。做實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生可通過(guò)連接線和轉(zhuǎn)換板靈活的選擇單片機(jī)端口搭建電路，實(shí)現(xiàn)了資源的充分利用。單片機(jī)端口的連接如圖1所示。

2.1 步進(jìn)電機(jī)和繼電器驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

單片機(jī)各引腳提供的電平是無(wú)法驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)和繼電器的，故本課題增設(shè)了步進(jìn)電機(jī)和繼電器的驅(qū)動(dòng)電路模塊，該模塊選用了ULN2003芯片驅(qū)動(dòng)。ULN2003由一組達(dá)林頓管組成，有16個(gè)腳共7路驅(qū)動(dòng)。引腳功能是：1～7腳為單片機(jī)脈沖輸入端;8腳為接地端;9腳為內(nèi)部7個(gè)續(xù)流二極管負(fù)極的公共端;16～10腳為脈沖信號(hào)輸出端，與1～7腳的輸入端一一對(duì)應(yīng)。該模塊用P0.0驅(qū)動(dòng)一個(gè)繼電器，P0.0接ULN2003的1腳，ULN2003的16腳接繼電器線圈的一端， 繼電器線圈的另一端接+5V電源。當(dāng)P0.0為高電平時(shí)，繼電器吸合;當(dāng)P0.0為低電平時(shí)， 繼電器釋放。電路原理圖如圖2所示。

圖2 步進(jìn)電機(jī)和繼電器驅(qū)動(dòng)模塊電路

2.2 16*16點(diǎn)陣模塊設(shè)計(jì)

LED顯示屏是一種新型的顯示媒體，是當(dāng)今大屏幕顯示的主流產(chǎn)品，它具有亮度高、使用壽命長(zhǎng)、顯示內(nèi)容多樣、色彩豐富、對(duì)室內(nèi)外環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在各行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。因此，為了讓學(xué)生能夠很好的掌握用單片機(jī)控制LED顯示屏的能力，本實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)增加了16*16點(diǎn)陣電路模塊。該模塊采用RS232接口的第3腳（TXD）由計(jì)算機(jī)向控制電路發(fā)送字符或漢字內(nèi)碼;該內(nèi)碼被存儲(chǔ)在控制電路中，控制電路找出對(duì)應(yīng)該內(nèi)碼的點(diǎn)陣，然后向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送行列選通信號(hào);根據(jù)行列選通信號(hào)，顯示驅(qū)動(dòng)電路負(fù)責(zé)向指定LED提供驅(qū)動(dòng)電流。采用串行的方法，控制電路可以是一根信號(hào)線，將列數(shù)據(jù)一位一位地傳到列驅(qū)動(dòng)器，在硬件方面是十分經(jīng)濟(jì)的。解決串行傳輸中數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示的時(shí)間問(wèn)題，可以采用重疊處理的方法。這種方法需要列數(shù)據(jù)的顯示具有鎖存的功能。因此，該模塊選用帶鎖存輸出的8位移位寄存器74HC595作為L(zhǎng)ED顯示屏的列線驅(qū)動(dòng)輸入。它是由各自獨(dú)立控制的一個(gè)8位串入并出的移位寄存器和一個(gè)8位輸出鎖存器構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一行的列數(shù)據(jù)。

圖3 16*16點(diǎn)陣模塊電路

該模塊使用了4塊74HC595和4塊8*8點(diǎn)陣構(gòu)成一個(gè)16*16點(diǎn)陣，可以完整的顯示一個(gè)漢字。P1.0與74HC595的DS端相連，輸入串行數(shù)據(jù);P1.1與SH_CP端相連，提供移位時(shí)鐘信號(hào);P1.2與ST _CP端相連，提供鎖存時(shí)鐘信號(hào)。上一級(jí)74HC595芯片的Q7’端與下一級(jí)74HC595芯片的DS端相連，實(shí)現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一行的列數(shù)據(jù)（即達(dá)到重疊處理的目的）。U16、U17、U18、U19芯片的Q0～Q7端用來(lái)驅(qū)動(dòng)16*16點(diǎn)陣對(duì)應(yīng)的行和列。電路如圖3所示。

參考文獻(xiàn)

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篇(3)

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；改革；機(jī)械

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）43-0246-02

單片機(jī)已經(jīng)在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀表、機(jī)電一體化等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，極大地提高了這些領(lǐng)域的技術(shù)水平，各大高校都將單片機(jī)原理與應(yīng)用課程作為工科類重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。隨著學(xué)科的交叉融合，機(jī)械類本科專業(yè)不僅要求具備一般的機(jī)械設(shè)計(jì)與制造的能力，還必須具備電子、控制的基本知識(shí)，因?yàn)槟壳暗臋C(jī)械裝備已不再是單純的機(jī)械集合體，而是集機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)、控制等為一體的機(jī)電一體化裝置。機(jī)械裝備的設(shè)計(jì)也不再僅專注于機(jī)構(gòu)與簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用，而是集伺服驅(qū)動(dòng)、高精度檢測(cè)、PLC/單片機(jī)等控制為一體的復(fù)雜閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。單片機(jī)課程綜合了硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程等技術(shù)。單片機(jī)原理也是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要，現(xiàn)工科院校和高職院校都開(kāi)設(shè)了相關(guān)課程。但是，單片機(jī)技術(shù)日新月異，而大部分高校的單片機(jī)課程教學(xué)模式卻一直延續(xù)至今，沒(méi)有針對(duì)技術(shù)發(fā)展、社會(huì)需求做出相應(yīng)調(diào)整，使學(xué)生處于被動(dòng)接受而不是主動(dòng)求知；傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中未引入工程實(shí)踐設(shè)計(jì)，導(dǎo)致學(xué)生缺乏整體設(shè)計(jì)能力，動(dòng)手能力普遍較差。因此，單片機(jī)課程改革勢(shì)在必行。

一、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例研究

單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，課堂教學(xué)主要以案例為主，通過(guò)案例來(lái)分析與講解單片機(jī)原理、應(yīng)用特點(diǎn)與方法。下面通過(guò)單元案例與綜合案例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明。

1.單元案例。單元案例就是結(jié)合單片機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)，對(duì)單片機(jī)中常用的功能單元進(jìn)行案例研究及講解，目的是使得學(xué)生盡快認(rèn)識(shí)和掌握單片機(jī)的各個(gè)功能單元。（1）最小系統(tǒng)，最小系統(tǒng)是單片機(jī)運(yùn)行工作起來(lái)，所必需的最基本電路組成。在接觸單片機(jī)之前，需反復(fù)強(qiáng)調(diào)最小系統(tǒng)的各部分組成，對(duì)于8051單片機(jī)來(lái)說(shuō)，即電源、晶振、復(fù)位、片內(nèi)片外存儲(chǔ)器選擇的EA引腳。首先在Proteus里搭建最小系統(tǒng)電路，這有利于學(xué)生接觸Proteus仿真環(huán)境，熟悉基本元器件的選取和參數(shù)定義。然后在最小電路的基礎(chǔ)上，進(jìn)行單片機(jī)控制一盞燈的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)，這部分內(nèi)容可結(jié)合51單片機(jī)的IO口同時(shí)講解。再次，在51單片機(jī)開(kāi)發(fā)板上，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)單片機(jī)及最小系統(tǒng)，對(duì)一些元器件有基本認(rèn)識(shí)。（2）流水燈，在做流水燈實(shí)例時(shí)，要考慮LED點(diǎn)亮的時(shí)間，亮的時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)影響整個(gè)過(guò)程的速度，亮的時(shí)間過(guò)短，我們無(wú)法觀測(cè)到。因此，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到點(diǎn)亮LED的時(shí)間是關(guān)鍵，逐步引申到延時(shí)的概念，詳細(xì)講解程序延時(shí)及定時(shí)中斷延時(shí)這兩種延時(shí)方法及各自的優(yōu)缺點(diǎn)。程序延時(shí)的概念學(xué)生較容易接受，定時(shí)中斷的學(xué)習(xí)要結(jié)合定時(shí)/計(jì)數(shù)器及中斷的知識(shí)點(diǎn)，重點(diǎn)講解定時(shí)器工作原理、定時(shí)中斷方法以及程序等。（3）按鍵和LED數(shù)碼管顯示，按鍵和LED數(shù)碼管顯示是51單片機(jī)常見(jiàn)的輸入輸出設(shè)備。首先，Proteus仿真環(huán)境里構(gòu)建的是獨(dú)立式按鍵，利用按鍵來(lái)控制發(fā)光二極管的點(diǎn)亮或熄滅；然后，構(gòu)建4*4的矩陣式鍵盤(pán)，并分析比較獨(dú)立式按鍵和矩陣式按鍵；再次，介紹七段式LED的組成原理，分為共陰和共陽(yáng)兩種，讓學(xué)生來(lái)分析顯示不同字符時(shí)的代碼指令；最后，將4*4矩陣鍵盤(pán)和LED顯示結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)按下鍵盤(pán)中的某個(gè)按鍵時(shí)，LED上將顯示該鍵的鍵值（0-F）。（4）LCD顯示，無(wú)論是單個(gè)LED（發(fā)光二極管）還是LED數(shù)碼管，都不能顯示字符及更為復(fù)雜的圖形信息，這是因?yàn)樗鼈儧](méi)有足夠的信息顯示單元。很自然地引申出LCD來(lái)，轉(zhuǎn)而介紹常見(jiàn)的字符型LCD 1602。首先，在Proteus里構(gòu)建1602固定顯示的實(shí)例，可以顯示學(xué)校名稱、課程名稱等等；然后，演示動(dòng)態(tài)顯示效果，讓字符自右向左滾動(dòng)顯示；在演示的基礎(chǔ)上，講解1602顯示的原理，固定顯示和滾動(dòng)顯示的方法，然后讓學(xué)生自己實(shí)踐。（5）AD和DA，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，只要涉及到測(cè)試與控制，都離不開(kāi)傳感器的檢測(cè)。而大部分傳感器是模擬傳感器，檢測(cè)信號(hào)為模擬信號(hào)，在送入單片機(jī)處理之前需要利用AD轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。此時(shí)，如果傳感器輸出的信號(hào)為大信號(hào)的模擬電壓，直接滿足轉(zhuǎn)換要求，則可直接送入AD轉(zhuǎn)換器，否則要將信號(hào)進(jìn)行處理，一般是將信號(hào)進(jìn)行放大。讓學(xué)生回顧理想集成電路的放大原理，構(gòu)建檢測(cè)信號(hào)的放大電路。可以采用溫度檢測(cè)的實(shí)例，在Proteus里構(gòu)建模擬溫度傳感器檢測(cè)溫度的模型，利用51單片機(jī)常用的ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。DA轉(zhuǎn)換與AD剛好相反，是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，單片機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)必須經(jīng)過(guò)DA轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)后，才能對(duì)一些控制對(duì)象進(jìn)行控制。對(duì)于DA轉(zhuǎn)換器的實(shí)驗(yàn)案例，采用基于DA方式的波形發(fā)生器，通過(guò)按鍵控制，可輸出方波、鋸齒波、三角波、正弦波等波形，并在Proteus里利用模擬示波器進(jìn)行觀測(cè)。（6）串口通信，在數(shù)據(jù)處理和過(guò)程控制領(lǐng)域，通常需要一臺(tái)PC機(jī)，由它來(lái)管理一臺(tái)或多臺(tái)以單片機(jī)為核心的智能測(cè)量控制儀表。這時(shí)要使每個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)時(shí)的檢測(cè)數(shù)據(jù)能在PC機(jī)上顯示出來(lái)，或者通過(guò)PC機(jī)來(lái)調(diào)整這些測(cè)量?jī)x表的工作狀態(tài)，就必須實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)之間的通信。串口通信是單片機(jī)中常見(jiàn)的通信方式，以串口通信為例向?qū)W生講解通信的基本概念，包括并行通信、串行通信以及常見(jiàn)的串行通信方式。在Proteus里構(gòu)建PC機(jī)與單片機(jī)之間串口通信的實(shí)例，進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送與回傳接收。

2.綜合案例。在學(xué)生基本掌握單片機(jī)的上述單元案例后，結(jié)合機(jī)械類專業(yè)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)兩個(gè)綜合案例，分別為：（1）溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。利用溫濕度傳感器定時(shí)檢測(cè)環(huán)境的溫度和濕度，將檢測(cè)信號(hào)AD轉(zhuǎn)換后輸入到單片機(jī)，一方面進(jìn)行1602 LCD的實(shí)時(shí)顯示，另一方面將檢測(cè)溫濕度數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送至上位PC機(jī)。這個(gè)綜合案例考察到了定時(shí)器、AD轉(zhuǎn)換、LCD顯示、串口通信等知識(shí)點(diǎn)。（2）PWM控制電機(jī)調(diào)速。要求產(chǎn)生脈沖頻率為1Hz，占空比0-100%可調(diào)。這個(gè)綜合案例考察到了PWM波形生成方法、步進(jìn)電機(jī)調(diào)速等。

二、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核方式

由于單片機(jī)課程的教學(xué)方式基本以案例和實(shí)踐為主，也須對(duì)原有的考核主要以考試為主進(jìn)行改革。采取的考核方式主要為綜合實(shí)踐，即2-3名同學(xué)組成一組的形式，自定一個(gè)綜合實(shí)踐題目，就題目展開(kāi)分析和討論，并展開(kāi)單片機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)，然后確定并繪制單片機(jī)綜合實(shí)踐系統(tǒng)的硬件圖（在Proteus中完成），并編寫(xiě)單片機(jī)綜合實(shí)踐系統(tǒng)的軟件。最后每個(gè)項(xiàng)目組指派一位同學(xué)，在課堂上通過(guò)ppt方式闡述設(shè)計(jì)理念及具體的設(shè)計(jì)流程，并接受老師及臺(tái)下同學(xué)的提問(wèn)。本次綜合實(shí)踐占單片機(jī)原理課程總成績(jī)的50%，對(duì)于設(shè)計(jì)選題及設(shè)計(jì)、答辯完成得較好的項(xiàng)目組，給予期末成績(jī)加分的獎(jiǎng)勵(lì)。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

通過(guò)單元案例和綜合案例相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，以模塊化、系統(tǒng)化的結(jié)構(gòu)進(jìn)行單片機(jī)原理課程的授課，能夠讓理工科學(xué)生特別是機(jī)械類學(xué)生在認(rèn)識(shí)到單片機(jī)應(yīng)用特點(diǎn)時(shí)，能夠綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，實(shí)際開(kāi)發(fā)一些單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。以上具體方案，經(jīng)過(guò)三年的教學(xué)實(shí)踐及效果反饋，效果良好。

參考文獻(xiàn)：

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篇(4)

論文摘要：介紹了單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的必要性和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的多個(gè)措施，探討了如何通過(guò)強(qiáng)化單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生面向工程的應(yīng)用能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力。

單片機(jī)技術(shù)是現(xiàn)代電子工程領(lǐng)域一門(mén)迅速發(fā)展的技術(shù)，應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)中。單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展極大地推動(dòng)了電子工業(yè)的發(fā)展，無(wú)論在教育界還是在產(chǎn)業(yè)界，單片機(jī)技術(shù)的推廣仍然是一個(gè)熱點(diǎn)。目前，各個(gè)高校都建立了單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室，但是很多學(xué)校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀卻不容樂(lè)觀。就我院而言，主要存在以下問(wèn)題：（1）實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和時(shí)間不足。學(xué)生除了上實(shí)驗(yàn)課外，平時(shí)難得有機(jī)會(huì)實(shí)踐。（2）以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主。實(shí)驗(yàn)室所配備的實(shí)驗(yàn)箱只能滿足驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的要求。由于實(shí)驗(yàn)箱是成品，學(xué)生很難參與到其中的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)中去，學(xué)生的實(shí)踐能力很難得到鍛煉和提高，學(xué)生也很難建立起單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的整體概念。并且，這種實(shí)驗(yàn)設(shè)備的配置方式局限了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量，還存在設(shè)備維護(hù)工作量大的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。（3）由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備僅適用于某一系列的單片機(jī)，若開(kāi)設(shè)新的單片機(jī)課程，則需要重新配置實(shí)驗(yàn)設(shè)備，增加了學(xué)校的投入。

為此，筆者進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的探索，提出了一些解決辦法。

建立開(kāi)放式的實(shí)驗(yàn)室管理模式單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)實(shí)行開(kāi)放式管理，在不影響正常實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)的前提下，面向全校學(xué)生，在課余時(shí)間向?qū)W生提供實(shí)驗(yàn)所需要的場(chǎng)所、儀器設(shè)備等。開(kāi)放范圍除了實(shí)驗(yàn)開(kāi)放項(xiàng)目、課程設(shè)計(jì)外，也包括學(xué)生興趣愛(ài)好、第二課堂活動(dòng)、創(chuàng)新活動(dòng)等。開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)管理模式是在注重知識(shí)、能力和素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的同時(shí)，貫徹因材施教、注重個(gè)性培養(yǎng)的教學(xué)原則，目的是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。在實(shí)施過(guò)程中，要注意實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不應(yīng)與教學(xué)計(jì)劃及教學(xué)大綱所規(guī)定的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容相重復(fù)，應(yīng)屬于課程教學(xué)內(nèi)容的拓展性實(shí)驗(yàn)；還要注意綜合性和針對(duì)性，強(qiáng)化基礎(chǔ)，拓寬知識(shí)覆蓋面，注重培養(yǎng)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。此外，還要根據(jù)科技的發(fā)展及其實(shí)際應(yīng)用，結(jié)合實(shí)際工作，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生科學(xué)研究思維和建立工程概念的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力。開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的組織中要突出學(xué)生的自主性，要全方位體現(xiàn)以學(xué)生為主體的自主式學(xué)習(xí)方式。在實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析處理等方面最大限度地發(fā)揮學(xué)生的主體作用，教師布置任務(wù)、講解及指導(dǎo)等要點(diǎn)到為止，留有余地，給學(xué)生獨(dú)立思考、獨(dú)立操作、獨(dú)立分析、獨(dú)立解決問(wèn)題的空間，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。

利用Proteus與Keil整合構(gòu)建單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室Proteus是Labcenter公司推出的一款基于標(biāo)準(zhǔn)仿真引擎SPICE3F5的電路分析、實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)。該軟件有交互式動(dòng)畫(huà)仿真、基于圖形的仿真和基于微控制器的仿真等三種模式，其最大的特點(diǎn)就在于它能夠仿真單片機(jī)及其外圍芯片。Proteus軟件支持MCS-51及其派生系列、Motorola68HC11系列，以及AVR系列和PIC12、PIC16、PIC18系列的單片機(jī)。Proteus軟件支持的外圍器件有74LS373、8255、矩陣式鍵盤(pán)、LCD及多種A/D、D/A轉(zhuǎn)換器等。另外，用戶還可以建立新的元器件模型。對(duì)于MCS-51系列單片機(jī)而言，Proteus還能夠與Keilc51集成環(huán)境實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)同步調(diào)試。而Keil是德國(guó)開(kāi)發(fā)的一個(gè)51單片機(jī)開(kāi)發(fā)軟件平臺(tái)，是目前應(yīng)用最廣泛的、最重要的單片機(jī)開(kāi)發(fā)平臺(tái)。它的界面簡(jiǎn)單，操作容易。Keil的uVision2可以進(jìn)行純粹的軟件仿真，也可以利用硬件仿真器，搭接上單片機(jī)硬件電路，在仿真器中載入項(xiàng)目程序后進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真。此外，還可以使用Keil Monitor-51在不需要額外硬件仿真器的條件下，搭接單片機(jī)硬件系統(tǒng)對(duì)項(xiàng)目程序進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真。uVision調(diào)試器的調(diào)試功能也很豐富，具有常規(guī)源極調(diào)試、符號(hào)特性調(diào)試、歷史跟蹤，代碼覆蓋，復(fù)雜斷點(diǎn)等功能。構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室主要是利用Proteus進(jìn)行硬件電路的設(shè)計(jì)，用Keil進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。硬件電路的設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)方面：系統(tǒng)擴(kuò)展（包括ROM、RAM、I/O口、定時(shí)器等功能單元的擴(kuò)展）和系統(tǒng)的配置（即根據(jù)系統(tǒng)的要求進(jìn)行外圍設(shè)備的配置，如鍵盤(pán)、顯示器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、打印機(jī)等的接口電路的設(shè)計(jì)），通過(guò)該軟件的使用，可以使學(xué)生掌握硬件電路的設(shè)計(jì)方法。軟件設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用程序的編制、調(diào)試，使學(xué)生掌握軟件開(kāi)發(fā)的步驟、方法和技巧。而軟硬件的設(shè)計(jì)完成之后，還需要進(jìn)行系統(tǒng)的總調(diào)，將這兩大執(zhí)行環(huán)境組合起來(lái)構(gòu)成聯(lián)合的仿真系統(tǒng)，其中，KEIL作為軟件的調(diào)試界面，而Proteus作為硬件的仿真和調(diào)試界面。這樣，就可以像仿真器一樣調(diào)試程序了。

開(kāi)設(shè)大型綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力大型綜合的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)需要在學(xué)生完成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之后視學(xué)生掌握程度而開(kāi)設(shè)，這個(gè)環(huán)節(jié)在整個(gè)單片機(jī)教學(xué)中非常重要，只有經(jīng)過(guò)完整的項(xiàng)目訓(xùn)練，學(xué)生才會(huì)建立起完整的系統(tǒng)的概念。學(xué)生需要根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)上的要求（包括軟硬件的資源配置、實(shí)驗(yàn)要求達(dá)到的效果）進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。這樣的訓(xùn)練可以將科技方法的訓(xùn)練、機(jī)電綜合設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐內(nèi)容融合到大型綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，使原來(lái)分散的小規(guī)模設(shè)計(jì)和訓(xùn)練集成為一個(gè)大型的系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。此外，在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上，在學(xué)生參與下開(kāi)發(fā)一些應(yīng)用板，組成機(jī)電一體化的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如我院已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。這些訓(xùn)練可以使學(xué)生更加熟悉單片機(jī)的組成、工作原理、程序開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)的擴(kuò)展。更重要的是，學(xué)生可以積累自己實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)工程意識(shí)，為將來(lái)順利進(jìn)入實(shí)際的工程環(huán)境打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

建立單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的補(bǔ)充傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是近距離的，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備緊缺，設(shè)備普遍比較昂貴，加之時(shí)間和空間上的限制，已成為制約教學(xué)質(zhì)量的一個(gè)重要因素。為滿足培養(yǎng)具有高素質(zhì)創(chuàng)新人才的要求，實(shí)驗(yàn)教學(xué)要不斷地進(jìn)行改革，實(shí)驗(yàn)要向綜合型、設(shè)計(jì)型轉(zhuǎn)變，但這種新型教學(xué)模式的實(shí)現(xiàn)必須有高技術(shù)化的手段和條件支持，因而網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為現(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用的大趨勢(shì)。單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)是針對(duì)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)而開(kāi)發(fā)的內(nèi)容全面、結(jié)構(gòu)完整的單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)。單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建基于Internet遠(yuǎn)程智能化虛擬系統(tǒng)，充分發(fā)揮了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的特有優(yōu)勢(shì)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)與交流不受時(shí)間、地點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的限制，甚至可以聯(lián)機(jī)協(xié)作完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以圖形、文字、動(dòng)畫(huà)等方式呈現(xiàn)在客戶端的瀏覽器上，具有較強(qiáng)的交互性和真實(shí)性。同時(shí)，也提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的伸縮性和適應(yīng)性，有助于提高分散教學(xué)資源的利用率，形成科學(xué)的實(shí)驗(yàn)管理體系。單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室可作為傳統(tǒng)理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的補(bǔ)充模式。我院在設(shè)計(jì)中采用服務(wù)器和客戶端模式，可以實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)器的交互通訊。我院自主開(kāi)發(fā)了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，學(xué)生只需到我院的網(wǎng)站注冊(cè)一個(gè)用戶名并下載客戶端，便可以在自己的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行單片機(jī)實(shí)驗(yàn)。

以電子技術(shù)競(jìng)賽為契機(jī)，深化單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革課程與教學(xué)改革一直是高職院校所關(guān)注的熱門(mén)話題，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的效果直接影響著應(yīng)用型人才培養(yǎng)的質(zhì)量。目前，以單片機(jī)控制技術(shù)為核心的電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域之廣是其他技術(shù)無(wú)法比擬的。但是學(xué)校教學(xué)內(nèi)容卻滯后于科技的高速發(fā)展。在高職院校開(kāi)展電子技術(shù)競(jìng)賽正是解決這一問(wèn)題的有效途徑。競(jìng)賽有力地促進(jìn)了專業(yè)課程內(nèi)容的整合和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的更新。一方面，所有參加競(jìng)賽的學(xué)生都要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的賽前培訓(xùn)和賽中訓(xùn)練，學(xué)生普遍反映受益匪淺。實(shí)踐證明，這樣的學(xué)生在就業(yè)時(shí)也普遍受到企業(yè)青睞。此外，為了能夠使沒(méi)有參賽的學(xué)生也得到同樣的訓(xùn)練，我院還開(kāi)設(shè)了電子專業(yè)課程的設(shè)計(jì)訓(xùn)練課程，作為傳統(tǒng)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的補(bǔ)充。課程完全按照電子競(jìng)賽的要求進(jìn)行。這樣的訓(xùn)練有效地提高了學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力和綜合素質(zhì)。另一方面，以競(jìng)賽為契機(jī)，改革單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方法。由于競(jìng)賽中涉及的單片機(jī)內(nèi)容能夠跟隨科技發(fā)展的步伐，競(jìng)賽的題目具有實(shí)際意義，所以對(duì)目前的單片機(jī)理論教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革起了一定的引導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉映群. Proteus與Keil整合構(gòu)建單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2005，（8）:26-28.

篇(5)

關(guān)鍵詞：任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法；單片機(jī)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G434文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-7800（2012）012-0205-02

0引言

《單片機(jī)原理及應(yīng)用》是高校工科計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門(mén)重要專業(yè)基礎(chǔ)課。在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，由于單片機(jī)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)多，既要學(xué)習(xí)硬件組成和功能，又要學(xué)習(xí)指令系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言、內(nèi)部資源、接口技術(shù)和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，加之匯編語(yǔ)言和硬件的配置情況有關(guān)，不同的機(jī)種有不同的指令系統(tǒng)，可移植性較差。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)難度比一般課程要大，所花的學(xué)習(xí)時(shí)間也較多，很多學(xué)生感到非常吃力 。計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生對(duì)各種軟件編程類課程感興趣，而對(duì)于單片機(jī)原理及應(yīng)用等硬件相關(guān)課程的學(xué)習(xí)積極性不高，導(dǎo)致該課程學(xué)習(xí)效果差。

通過(guò)單片機(jī)理論的學(xué)習(xí)和實(shí)踐過(guò)程，旨在使學(xué)生真正掌握單片機(jī)軟、硬件的開(kāi)發(fā)過(guò)程和技能，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、綜合思維能力。單片機(jī)課程是學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程如嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用、嵌入式操作系統(tǒng)的必修基礎(chǔ)課，從往屆畢業(yè)生反饋的就業(yè)信息看，硬件知識(shí)扎實(shí)對(duì)學(xué)生畢業(yè)后不論是從事硬件方面或者軟件方面的工作都有很大幫助。因此，在總結(jié)自己教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)法，從引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣為突破口，突出實(shí)踐能力培養(yǎng)在教學(xué)中的地位，建立以學(xué)生為中心的實(shí)踐性教學(xué)模式，激發(fā)了學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)積極性，有效地提高了教學(xué)效果。

1任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的一個(gè)顯著特征是：教師的教與學(xué)生的學(xué)都是圍繞著同一個(gè)目標(biāo)、基于幾項(xiàng)任務(wù)來(lái)完成的。基本思路是：把課程學(xué)習(xí)的目標(biāo)和內(nèi)容轉(zhuǎn)化為學(xué)生探究學(xué)習(xí)的任務(wù)，然后把一個(gè)大的任務(wù)再分解成一個(gè)或多個(gè)更小的任務(wù)，在教學(xué)過(guò)程中，教師根據(jù)具體任務(wù)讓學(xué)生提出問(wèn)題，并通過(guò)教師的點(diǎn)撥由學(xué)生自己去解決問(wèn)題。這樣在學(xué)生完成任務(wù)的同時(shí)既培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和自主學(xué)習(xí)能力，又使學(xué)生掌握了獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。因此，這種教學(xué)方法適合于培養(yǎng)學(xué)生解決具體問(wèn)題和獨(dú)立分析問(wèn)題的能力，適用于設(shè)計(jì)應(yīng)用性很強(qiáng)的單片機(jī)課程教學(xué)。

2實(shí)驗(yàn)任務(wù)設(shè)計(jì)

任務(wù)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)任務(wù)設(shè)計(jì)與編排非常關(guān)鍵，直接影響教學(xué)效果。在分析教學(xué)大綱和培養(yǎng)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，針對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)課程的特點(diǎn)及要求，共編排了8個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)（如表1）。每個(gè)設(shè)計(jì)的任務(wù)包含了學(xué)生要掌握的基本理論知識(shí)和操作技能，例如把指令和匯編語(yǔ)言3種程序結(jié)構(gòu)（順序程序、分支程序和循環(huán)程序）分解到流水燈控制（2）實(shí)驗(yàn)任務(wù)中，通過(guò)使用不同的指令和程序結(jié)構(gòu)控制流水燈按照不同規(guī)律變化，掌握單片機(jī)指令系統(tǒng)和匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)方法。通過(guò)控制數(shù)碼管動(dòng)態(tài)及靜態(tài)顯示的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，學(xué)習(xí)單片機(jī)定時(shí)器、中斷的使用方法。實(shí)驗(yàn)任務(wù)遵循由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由基礎(chǔ)到綜合的循序漸進(jìn)的規(guī)律，并且具有可操作性和層次性等特點(diǎn)。

2.1可操作性

單片機(jī)的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)是流水燈亮滅，直接運(yùn)行不同的控制程序。看到流水燈在不同控制程序下變化閃爍亮滅的效果，學(xué)生表現(xiàn)出很大的興趣，就會(huì)帶著興趣和問(wèn)題進(jìn)行后續(xù)理論課程的學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)的控制程序，控制流水燈按照自己的設(shè)計(jì)而變化。后續(xù)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)也都跟流水燈或數(shù)碼管相關(guān)，程序運(yùn)行后在實(shí)驗(yàn)板上都可以立即看到結(jié)果，學(xué)生學(xué)習(xí)非常主動(dòng)積極，也很有成就感。由于許多理論知識(shí)都是學(xué)生帶著問(wèn)題自己主動(dòng)學(xué)到的，程序也是自己編寫(xiě)和反復(fù)調(diào)試才成功的，因此，知識(shí)點(diǎn)記得牢、用得活。

2.2層次性

8個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)屬于驗(yàn)證、設(shè)計(jì)、綜合等不同的層次，學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)加深對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握，通過(guò)綜合性實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)他們學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)、思考尋找解決問(wèn)題的方法。

根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)與接受能力的不同，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)精心設(shè)計(jì)分層制定。對(duì)于優(yōu)秀學(xué)生，要求能順利達(dá)到教學(xué)要求，完成難度較大的綜合性程序設(shè)計(jì)，且能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)創(chuàng)造性地解決一些實(shí)際問(wèn)題；對(duì)于中等學(xué)生，能獨(dú)立完成中等難度的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決程度相當(dāng)?shù)膶?shí)際問(wèn)題，能保持對(duì)程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的興趣；對(duì)于較差學(xué)生，首先完成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，然后能在教師和其他學(xué)生的幫助下，完成一些較為簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

比如實(shí)驗(yàn)任務(wù)4和5中，輸出顯示可采用流水燈、八段數(shù)碼管和LCD 3種方式來(lái)進(jìn)行，學(xué)生可根據(jù)自身的實(shí)際情況選擇最適合自己的設(shè)計(jì)難度。基礎(chǔ)較好的學(xué)生可以選擇用數(shù)碼管和LCD顯示輸出；基礎(chǔ)一般的學(xué)生則可以用流水燈和數(shù)碼管顯示輸出；基礎(chǔ)較差的學(xué)生可以編寫(xiě)簡(jiǎn)單的流水燈控制程序，這樣讓每一個(gè)學(xué)生每一次實(shí)驗(yàn)都能有所收獲，也體現(xiàn)了因材施教的教學(xué)原則。

3實(shí)驗(yàn)任務(wù)實(shí)施

3.1充分發(fā)揮教師引導(dǎo)作用和學(xué)生主體作用

基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中，教師不再是演講者、知識(shí)灌輸者，而是整個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的引導(dǎo)者、組織者和監(jiān)督者。在創(chuàng)設(shè)情境形成任務(wù)之后，教師要引導(dǎo)學(xué)生分析任務(wù)、討論任務(wù)的方案、明確任務(wù)的方向，為學(xué)生搭起支架，并提供指導(dǎo)和幫助。

編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)是幫助學(xué)生順利完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是指導(dǎo)學(xué)生如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的一個(gè)指導(dǎo)性文件。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)包括兩方面的內(nèi)容： 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)硬件、軟件使用說(shuō)明和實(shí)驗(yàn)任務(wù)指導(dǎo)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的幫助下準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，遇到問(wèn)題時(shí)，不急于給出答案，而是和學(xué)生一起分析找出原因，這樣學(xué)生在任務(wù)驅(qū)動(dòng)下探索運(yùn)用理論知識(shí)創(chuàng)造性地解決任務(wù)，通過(guò)完成“任務(wù)”培養(yǎng)他們的動(dòng)手能力，提高他們解決實(shí)際困難的能力和素質(zhì)。

3.2使用Proteus虛擬平臺(tái)

為了讓學(xué)生隨時(shí)可以自己進(jìn)行單片機(jī)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)還能不增加實(shí)驗(yàn)成本，在教學(xué)中引入Proteus虛擬硬件技術(shù)，單片機(jī)仿真工具Proteus軟件可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU及其電路，可以像使用仿真器一樣調(diào)試程序。學(xué)生只要在自己的電腦上裝上Proteus仿真軟件，就能在課余時(shí)間直接對(duì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)進(jìn)行預(yù)先準(zhǔn)備，并自己設(shè)計(jì)仿真電路圖，再調(diào)試程序，利用課余時(shí)間自己動(dòng)手做流水燈、數(shù)碼顯示、定時(shí)中斷等設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

4任務(wù)考核評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)的成功與否不是以能否正確得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，而是要看通過(guò)實(shí)驗(yàn)是否真正使學(xué)生掌握了整個(gè)設(shè)計(jì)流程，按逐級(jí)達(dá)標(biāo)要求，建立多元實(shí)驗(yàn)考核方法，統(tǒng)籌考核實(shí)驗(yàn)過(guò)程與實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)理論、基本技能、設(shè)計(jì)能力及創(chuàng)新能力進(jìn)行更為客觀的評(píng)價(jià)。學(xué)生每獨(dú)立完成一項(xiàng)任務(wù)，都會(huì)獲得一定的成就感，這時(shí)教師的及時(shí)表?yè)P(yáng)與鼓勵(lì)，可以刺激學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生自信，并依據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況和實(shí)驗(yàn)成果進(jìn)行總結(jié)和反思，使其在不斷地建構(gòu)與完善自己知識(shí)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，提高自我認(rèn)識(shí)與對(duì)自身的評(píng)價(jià)，讓學(xué)生在一種良好的心理狀態(tài)下不斷學(xué)習(xí)、進(jìn)步。

5結(jié)語(yǔ)

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式，將理論教學(xué)與工程應(yīng)用緊密地聯(lián)系起來(lái)，達(dá)到了應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)。實(shí)踐證明，這種教學(xué)方法有利于提高計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，有利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力、綜合應(yīng)用能力及創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐煒.基于“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”的單片機(jī)類課程實(shí)踐教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010（5）.

篇(6)

關(guān)鍵詞:單片機(jī) 軟件仿真 中斷

中圖分類號(hào):TP38 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)06(c)-0182-03

單片機(jī),又稱單片微控制器,是將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上的電子系統(tǒng),應(yīng)用范圍十分廣泛。目前,各高校電子信息和自動(dòng)化等專業(yè)均開(kāi)設(shè)了單片機(jī)課程,注重對(duì)學(xué)生進(jìn)行單片機(jī)知識(shí)的普及和單片機(jī)使用技能的培養(yǎng)[1]。

單片機(jī)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,從某種意義上講,學(xué)生上機(jī)體驗(yàn)豐富與否,將直接影響教學(xué)效果。然而,受到實(shí)驗(yàn)課時(shí)和實(shí)驗(yàn)資源的限制,僅憑課堂有限的學(xué)時(shí)是無(wú)法大幅度提升學(xué)生的單片機(jī)應(yīng)用能力的,他們不得不在課下缺少單片機(jī)資源的條件下進(jìn)行學(xué)習(xí)。因此,使用單片機(jī)的軟件仿真環(huán)境,也成為了他們的必備技能之一。除了滿足脫機(jī)環(huán)境下的學(xué)習(xí)需求之外,軟件仿真在控制程序的精確耗時(shí)方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。所以,注意在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用軟件仿真分析問(wèn)題的能力是十分必要的[2]。

1 單片機(jī)軟件仿真在高校教學(xué)中的應(yīng)用

1.1 單片機(jī)軟件仿真環(huán)境

單片機(jī)軟件仿真是指在沒(méi)有或尚未連接單片機(jī)的情況下,采用上位PC機(jī)軟件模擬單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的輔助開(kāi)發(fā)手段。本文以天津科技大學(xué)PIC單片機(jī)授課所使用的microchip公司18F4520單片機(jī)為研究對(duì)象,具體介紹軟件仿真在高校單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用。

1.2 定時(shí)器中斷程序設(shè)計(jì)的代表性

眾所周知,中斷是單片機(jī)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn),這是因?yàn)樗婕俺绦虻臅和！⒅袛嗟拈_(kāi)啟、數(shù)據(jù)的暫存、中斷的終止、數(shù)據(jù)的恢復(fù)和主程序的執(zhí)行等內(nèi)容,涉及知識(shí)點(diǎn)多,學(xué)生理解起來(lái)較為抽象,所以一般的短時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果并不理想,需要學(xué)生在課下通過(guò)軟件仿真來(lái)慢慢消化理解。教學(xué)中常用的中斷有兩種:一種是如由諸如按鍵按下等外部事件引發(fā)的中斷;另一種則是由定時(shí)器所產(chǎn)生的中斷。對(duì)于前者,由于有外部行為的發(fā)生作為標(biāo)志,理解起來(lái)相對(duì)容易;對(duì)于后者,由于單片機(jī)的指令周期很短,通常都在微秒級(jí)別,人的生理器官無(wú)法體察如此短的時(shí)間變化,而中斷的一系列過(guò)程又恰恰在這期間漸次發(fā)生。所以,如果能讓這些微秒級(jí)別的程序流程變得直觀可測(cè),無(wú)疑將有助于提高教學(xué)效果[3]。

軟件仿真的應(yīng)用,可以使上述要求得到滿足,這也是本文選擇定時(shí)器中斷程序進(jìn)行軟件仿真的原因。

1.3 應(yīng)用軟件仿真進(jìn)行定時(shí)器中斷程序的教學(xué)

(1)教學(xué)要求。

要求學(xué)生完成如下設(shè)計(jì):使用外接10MHz時(shí)鐘的18F4520的TMR0定時(shí)器,每隔100μs發(fā)出中斷指令并進(jìn)行往復(fù)取反操作,以產(chǎn)生一個(gè)5kHz的方波并驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲。程序較為簡(jiǎn)單,其原理見(jiàn)圖1。可以看出,程序的關(guān)鍵在于如何精確發(fā)出中斷指令。

學(xué)生的困惑集中在下面兩個(gè)方面:(1)如何發(fā)出中斷,中斷的流程如何;(2)如何精確確定定時(shí)器的觸發(fā)時(shí)間。這兩點(diǎn),均可通過(guò)軟件仿真解決。

(2)使用軟件仿真幫助學(xué)生完成設(shè)計(jì)。

18F4520單片機(jī)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境Mplab自帶了Mplab SIM軟件仿真器,可以用設(shè)置斷點(diǎn)的方法,跟蹤軟件的流程和各數(shù)據(jù)項(xiàng)的數(shù)值變化。由于外部時(shí)鐘的周期為0.1μs,因此18F4520的指令周期為0.4μs,要滿足100μs的間隔,TMR0這個(gè)8位計(jì)時(shí)器應(yīng)該每計(jì)時(shí)250個(gè)指令周期發(fā)出一條中斷指令。

大多數(shù)學(xué)生的編程思路如下:首先,為中斷程序進(jìn)行必要的環(huán)境標(biāo)志位設(shè)置;之后,將TMR0計(jì)時(shí)器的初始值設(shè)為6。這是因?yàn)門(mén)MR0是8位計(jì)數(shù)器,每個(gè)指令周期,即0.4s計(jì)數(shù)一次,增加到255后的下一個(gè)指令會(huì)使TMR0溢出,產(chǎn)生中斷指令。學(xué)生認(rèn)為應(yīng)給計(jì)數(shù)器賦初值6,使其在溢出時(shí)計(jì)數(shù)250并產(chǎn)生100μs延時(shí)。這種方法乍看起來(lái)沒(méi)有紕漏,但卻無(wú)法得到正確結(jié)果。這是因?yàn)閷W(xué)生沒(méi)有明白中斷的具體流程,不清楚除了計(jì)數(shù)的時(shí)間消耗之外,還有諸如中斷跳轉(zhuǎn)語(yǔ)句之類的其他隱性消耗,如不加以考慮,是不可能得出理想結(jié)果的。

為了幫助學(xué)生熟悉程序流程,提示學(xué)生使用軟件仿真器跟蹤程序的主要步驟并觀察TMR0中斷計(jì)時(shí)器的低字節(jié)TMR0L(用來(lái)存放計(jì)數(shù)初值)的數(shù)值變化。在設(shè)置定時(shí)器初值的語(yǔ)句TMR0L=6處設(shè)置斷點(diǎn),讓程序調(diào)試運(yùn)行到此處,然后開(kāi)始單步運(yùn)行,很容易發(fā)現(xiàn)在語(yǔ)句執(zhí)行到T0CONbits.TMR0ON=1處初值開(kāi)始增加,說(shuō)明計(jì)數(shù)器已經(jīng)開(kāi)始計(jì)數(shù),當(dāng)計(jì)數(shù)器增加到255(二進(jìn)制11111111)時(shí),TMR0L計(jì)數(shù)溢出,程序跳轉(zhuǎn)并開(kāi)始執(zhí)行新的中斷程序,說(shuō)明中斷指令是在溢出之后自動(dòng)發(fā)出的,如圖2所示,此過(guò)程不斷往返重復(fù)。

通過(guò)軟件仿真,程序的流程、中斷從哪里發(fā)出、計(jì)時(shí)從哪里開(kāi)始等關(guān)鍵問(wèn)題一目了然。而中斷計(jì)時(shí)是否符合要求,也可以得到驗(yàn)證。在執(zhí)行中斷的語(yǔ)句部分設(shè)定斷點(diǎn),然后應(yīng)用Mplab軟件仿真器的stopwatch功能觀察每個(gè)中斷周期的具體耗時(shí),可以發(fā)現(xiàn)結(jié)果是105.6ms,與設(shè)計(jì)要求的100ms存在較大差距,如圖3所示。造成這一狀況的原因是程序在跳轉(zhuǎn)至中斷語(yǔ)句的過(guò)程中還要產(chǎn)生額外延時(shí)5.6ms,即14個(gè)計(jì)數(shù)周期,若不使用軟件仿真,這樣的癥結(jié)所在很難被察覺(jué)。排除此干擾的方法是在TMR0計(jì)時(shí)器的理論初始值6的基礎(chǔ)上加14,將計(jì)數(shù)初值設(shè)為20。具體情形如圖3所示。

可以看到,使用軟件仿真后,迅速執(zhí)行的程序內(nèi)部流程變得清晰可見(jiàn),各步驟的耗時(shí)情況也變得量化可查,學(xué)習(xí)過(guò)程由抽象變得具體,理解難度也隨之大大降低,因而學(xué)生在課上和課下的學(xué)習(xí)效率得到了很大的提升。

2 結(jié)語(yǔ)

單片機(jī)軟件仿真技術(shù)特別適合初學(xué)單片機(jī)的本科生,結(jié)合課堂的講授,他們可以在課下沒(méi)有單片機(jī)的大量時(shí)間中利用該技術(shù)熟悉環(huán)境、編制和調(diào)試程序,鞏固所學(xué)知識(shí),無(wú)形中大大提高了課堂的教學(xué)效果和上機(jī)操作水平。

當(dāng)然,軟件仿真只能作為一種輔助教學(xué)手段,無(wú)法代替實(shí)際操作環(huán)節(jié)。只有將軟件仿真和課堂上機(jī)實(shí)踐有機(jī)結(jié)合起來(lái),才能最大限度地利用好現(xiàn)有的教學(xué)資源,達(dá)到最佳的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果[4]。

參考文獻(xiàn)

[1] 姜寧,樊延虎.單片機(jī)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].延安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,30(1).

[2] 喬吉新.淺談單片機(jī)的教學(xué)方法與教學(xué)手段[J].中國(guó)校外教育,2011,4.

篇(7)

關(guān)鍵詞:單片機(jī)實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)教學(xué);技能培養(yǎng)

中圖分類號(hào):G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-3044(2009)24-6830-02

Exploring the Ability Training of Students bySingle-chip Experiments

XU De-yong

(Jiandong College, Changzhou 213022, China)

Abstract: This paper analyzes the importance of experimental teaching in the course of"Principle and Application of single-chip", it puts forward a new experimental teaching program,which is aimed to stimulate students to active learning, train students the skills of analyzing problems and solving problems, improve their innovation capability and overall quality.

Key words: single-chip experiments; experimental teaching; skills training

高職院校主要培養(yǎng)的目標(biāo)是具有一定技能的專門(mén)人才,其能力主要體現(xiàn)在實(shí)踐技能的把握和運(yùn)用上,這方面也往往是學(xué)校和學(xué)生關(guān)注的重點(diǎn),各類高職院校也通過(guò)各個(gè)方面的改革以培養(yǎng)學(xué)生的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。從學(xué)生的就業(yè)前景看。高職院校應(yīng)以培養(yǎng)應(yīng)用型的專門(mén)人才為主,而我們?cè)诮虒W(xué)目標(biāo)設(shè)置上,還是采用了傳統(tǒng)的模式,理論課程占據(jù)比重過(guò)太,而動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)相對(duì)缺乏,許多課程的設(shè)置與市場(chǎng)的實(shí)際需要之間存在嚴(yán)重脫節(jié)現(xiàn)象,這直接的后果就是畢業(yè)生在就業(yè)時(shí)競(jìng)爭(zhēng)力普遍不足,不能適應(yīng)用人單位的需求,這一現(xiàn)象如不盡快加以改變,將更為嚴(yán)重地影響學(xué)生的就業(yè)形勢(shì)。

單片機(jī)推動(dòng)了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展,成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中重要的智能化工具。單片機(jī)系統(tǒng)都是應(yīng)用最廣泛的手段之一,應(yīng)用于幾乎所有的領(lǐng)域。因此“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程也在高校的計(jì)算機(jī)類、電子類、電氣類、機(jī)電類等專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃中不可缺少的課程。這些專業(yè)除了單獨(dú)設(shè)課程外,在涉及的許多實(shí)踐環(huán)節(jié),如課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)課題中。近年來(lái),在高校中大力推行的各種電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中,單片機(jī)已成為主要競(jìng)賽手段。

1 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀

單片機(jī)課程傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式單一、方法呆板,實(shí)驗(yàn)課一般都是教師將理論課上的知識(shí)重新講解一遍,然后學(xué)生在統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)箱上,按照指導(dǎo)書(shū)上規(guī)定的步驟做相同的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)技術(shù)、手段相對(duì)較落后。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法不能夠培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力,雖然花費(fèi)了大量的實(shí)驗(yàn)時(shí)間,但是大部分學(xué)生根本無(wú)法從實(shí)驗(yàn)中獲取知識(shí),更加不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀能動(dòng)性,學(xué)生在枯燥的學(xué)習(xí)中對(duì)單片機(jī)失去了興趣。

2 新的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索

要使學(xué)生真正掌握知識(shí),學(xué)會(huì)運(yùn)用知識(shí),必須通過(guò)學(xué)生的親身實(shí)踐。如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生進(jìn)一步鞏固和消化課堂上所學(xué)知識(shí),掌握單片機(jī)應(yīng)用技術(shù),同時(shí)又培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力,造就綜合型、創(chuàng)新型、復(fù)合型人才,具有重要的意義。

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的變化

實(shí)踐環(huán)節(jié)應(yīng)充分發(fā)揮學(xué)生的自主性。傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)中,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通常是理論知識(shí)的驗(yàn)證,很少有應(yīng)用理論知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。因此在新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排時(shí),只做一個(gè)活著兩個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),而這種實(shí)驗(yàn)主要是為了使學(xué)生能夠較好地掌握單片機(jī)編程軟件的使用和熟練編程語(yǔ)言。余下的實(shí)驗(yàn)要與實(shí)際工作中能夠用到的實(shí)例相結(jié)合,旨在幫助學(xué)生全面掌握所學(xué)內(nèi)容,提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。安排的內(nèi)容從簡(jiǎn)單電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)始,學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的和要求,完成硬件設(shè)計(jì),然后通過(guò)自己制作的電路板進(jìn)行軟件的調(diào)試。學(xué)生要自己分析解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題,在解決問(wèn)題的過(guò)程中進(jìn)一步加深對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)的理解。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.2 實(shí)驗(yàn)時(shí)間的變化

傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)中通常實(shí)驗(yàn)時(shí)間都是以2課時(shí)為一個(gè)單位,一般十二個(gè)實(shí)驗(yàn)需要二十四課時(shí),根據(jù)新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,一次實(shí)驗(yàn)2課時(shí)顯然無(wú)法滿足要求,因此在安排實(shí)驗(yàn)課的時(shí)候就需要4課時(shí)甚至6課時(shí)連上,才能給學(xué)生充分的時(shí)間來(lái)分析問(wèn)題,解決問(wèn)題。

2.3 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法

2.3.1 教師要提前將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行初步分析,學(xué)生要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)

根據(jù)新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,如果學(xué)生什么都不做就進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室,那么大量的時(shí)間都會(huì)花費(fèi)在理論知識(shí)的復(fù)習(xí)中,因此實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)是提高實(shí)驗(yàn)效果的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在每次實(shí)驗(yàn)前,教師就需要布置實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容,并在上理論課時(shí)結(jié)合課堂上講解的內(nèi)容對(duì)實(shí)驗(yàn)的課題進(jìn)行初步的分析,學(xué)生通過(guò)教師的講授之后,在對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)習(xí),就能夠能做到心中有數(shù),實(shí)驗(yàn)操作的過(guò)程也比較容易實(shí)現(xiàn),還能提出一些問(wèn)題與指導(dǎo)教師探討,實(shí)驗(yàn)的效果能夠更好地體現(xiàn)。

2.3.2 培養(yǎng)獨(dú)立工作能力的教學(xué)方法

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,教師對(duì)學(xué)生應(yīng)該是進(jìn)行引導(dǎo),最大限度地調(diào)動(dòng)和發(fā)揮學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的主體作用。對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中提出的問(wèn)題,盡量不做正面的回答,而是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生尋找解決方法,并讓學(xué)生自己動(dòng)手獨(dú)立解決問(wèn)題。這樣就能培養(yǎng)出學(xué)生獨(dú)立的提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的工作能力,使實(shí)驗(yàn)更具有實(shí)踐性和實(shí)用性。通過(guò)新的實(shí)驗(yàn)方法將傳統(tǒng)的以教師和課堂教學(xué)為主的教學(xué)模式,逐步演變成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)以教師為主導(dǎo),其他實(shí)驗(yàn)以學(xué)生為主,教師引導(dǎo)學(xué)生分析解決問(wèn)題,

2.3.3 更廣泛的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

我們不能夠?qū)?shí)驗(yàn)教學(xué)局限在課堂之上,在單片機(jī)的理論教學(xué)過(guò)程中要與學(xué)生的實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合,并通過(guò)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課外科研訓(xùn)練、大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽等多種實(shí)踐方式相結(jié)合。利用課程設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)級(jí)綜合實(shí)驗(yàn),使學(xué)生將各章學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行綜合歸納,提高學(xué)生對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用水平。

2.3.4 鼓勵(lì)學(xué)生利用課外時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

課外時(shí)間實(shí)驗(yàn)室可以由教師組織學(xué)生開(kāi)展學(xué)生有興趣的教學(xué)活動(dòng),它是對(duì)課堂教學(xué)的補(bǔ)充和完善,是學(xué)生獨(dú)立思考、親自動(dòng)手的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),也是解決學(xué)時(shí)少與內(nèi)容多這一矛盾的重要手段。指導(dǎo)教師可以結(jié)合課堂上的內(nèi)容,提出一些設(shè)計(jì)性題目或?qū)W生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)題目與方案,由學(xué)生獨(dú)立操作調(diào)試,最后寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告及收獲。基礎(chǔ)好的同學(xué)得到了施展才能的機(jī)會(huì),可以設(shè)計(jì)出頗有特色的實(shí)驗(yàn)方案。

2.4 改革考核模式

改革考核模式,從理論和實(shí)踐兩方面進(jìn)行,重點(diǎn)考核和評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用和創(chuàng)新能力。考試成績(jī)采用百分制:取消試卷式考試,改為答辯式考核(通過(guò)提問(wèn)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題的解決方法,視問(wèn)題的回答情況給出成績(jī))占60%、平時(shí)成績(jī)(作業(yè)、答疑、課堂提問(wèn))占10%、實(shí)驗(yàn)占30%,若實(shí)驗(yàn)成績(jī)不合格,則取消其筆試資格。實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定方法為:預(yù)習(xí)報(bào)告占10%,硬件電路設(shè)計(jì)占15%,軟件設(shè)計(jì)占15%,實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)(獨(dú)立解決問(wèn)題的能力、實(shí)驗(yàn)時(shí)的態(tài)度)占30%、實(shí)驗(yàn)報(bào)告占30%、。另外,對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題,根據(jù)解決的情況可獎(jiǎng)勵(lì)0～50分(百分制)。

為了充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性、創(chuàng)造性,全天開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室。保證學(xué)生能順利完成相關(guān)實(shí)驗(yàn),并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果當(dāng)面考核。

2.5 注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍的培養(yǎng),提高教師素質(zhì)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)教師,由于加強(qiáng)了實(shí)際應(yīng)用型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,使得學(xué)生進(jìn)行同一項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)時(shí),可能實(shí)驗(yàn)程序和實(shí)驗(yàn)電路會(huì)有所不同,這就對(duì)實(shí)驗(yàn)教師提出了更高的要求。因此,教師要對(duì)實(shí)驗(yàn)的題目理解更加深入,每一輪教學(xué)結(jié)束后要不斷的總結(jié),這樣才能造就一支穩(wěn)定的、高素質(zhì)的實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)單片機(jī)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革,歸根結(jié)底是為了培養(yǎng)學(xué)生技能,提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì),激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性,使學(xué)生能夠?qū)W到更多的知識(shí)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革是一項(xiàng)長(zhǎng)期而復(fù)雜的任務(wù)。我們只有立足單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際,逐步深入,取長(zhǎng)補(bǔ)短,推陳出新,才能建立起一套完整的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系,新的教學(xué)方法才能日趨完善,也才能更好地適應(yīng)時(shí)展的需要。

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