單片機原理及接口技術范文

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【關鍵詞】單片機；教學目標；教學方法

現代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等電腦配件中都配有1-2部單片機。復雜的工業控制系統上甚至可能有數百臺單片機在同時工作。單片機的數量不僅遠超過PC機和其他計算的總和，甚至比人類的數量還要多。由此可見，《單片機原理及接口技術》是電子類專業本、?？茖W生的一門核心課程。通過本門課程的學習，使學生具有單片機應用系統硬件設計及軟件編程的能力，為將來學習DSP、嵌入式系統、畢業設計及參加工作打下良好的基礎。因此做好該課程的教學，對提高教學質量和培養學生的創新能力具有重要的意義。因此，如何提高教學效果，激發學生們的學習興趣，培養學生們分析解決問題的能力，是教學過程中必須要解決的問題。下面結合作者多年的教學實踐，從幾個方面進行探討。

1.根據教學目標確定教學內容

《單片機原理及接口技術》的教學目的是使學生初步掌握單片機工作的基本原理和接口技術，熟悉匯編語言，能夠將軟硬件結合起來進行開發應用等，為后續課程的學習以及未來從事微機系統設計開發工作打下良好的基礎。因此，必須根據教學目標選擇教學內容。

早期的單片機都是8位或4位的。隨著工業控制領域要求的提高，開始出現了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應用。90年代后隨著消費電子產品大發展，單片機技術得到了巨大提高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進入主流市場。按常理，我們應該講授最新最先進單片機，不僅速度快而且功能十分豐富強大，但在教學中我們仍選用的51系列的8位單片機為主，16位的單片機為輔。8位機始終是嵌入式低端應用主要機型，而且在未來相當長的時間里，仍會保持這個勢頭。16位機是電子設計競賽中經常出現的機型，所以也要根據課時安排，加以補充。

匯編語言最接近機器碼的一種語言，其主要優點是占用資源少，程序執行效率高，但是不同的CPU，其匯編語言可能有所差異，所以不易移植。C語言是一種結構化的高級語言，其優點是可讀性好，移植容易，是普遍使用的一種計算機語言，缺點是占用資源較多，執行效率沒有匯編高。在教學過程中，我們該選擇匯編語言還是C語言呢？匯編語言有利于我們理解單片機的工作原理，所以在介紹其工作原理部分，應該適當介紹。而在歷年的電子競賽中，學生采用匯編編程的很少，所以在接口與應用部分，要詳細講解C語言。

單片機教材中的原理圖，是反映出各個部件的組成，及其工作原理。在課堂教學中，經常被重視。還有一種時序圖，可能講解的并不細致。在單片機教材中出現過讀取內外部數據的時序圖，幫助學生理解數據讀取的整個過程。這些內容還應該做些擴展，要求學生掌握在該過程中，需要哪些引腳參與，什么時候這些引腳信號起作用。這樣做的目的在于學生掌握以后，在比賽中出現其他的時序圖，就可以理解。例如，今年四川省的電子設計大賽E題-激光槍自動射擊裝置，該題中需要使用攝像頭進行控制。很多學生對于攝像頭和FIFO芯片的工作時序理解不太清楚。如果這個環節不了解，后面的設計就很可能做不出來。

2.應用多種教學方法和手段

該課程內容多、知識點零散，很多學生在學習后，不知道如何掌握其主要內容。該課程理論性和實踐性很強，學生在理解和掌握時很困難。針對這些問題，只能在教學過程中采用多種教學方法和手段，才能激發學生的學習積極性，提高教學質量。

2.1 教學內容詳略得當

《單片機原理及接口技術》在全國高校開設相當普遍，大部分院校培養的學生主要以實際應用為主。在這樣的教學目標指導下，在安排教學內容上就應該以原理與應用為主來組織教學，根據學生專業情況適當增減教學內容。

本該課程內容多，在教學過程中需要把握重點難點。例如，在介紹單片機內部結構這章時，本章的重點應該是CPU的內部邏輯結構、總線結構、內外存儲器結構。對于它的外部結構，只需要了解它引腳的功能和作用就可以了。本章的難點在于存儲器的管理。

2.2 采用實例教學法

實例教學就是以真實的事件為基礎進行教學的過程。具體來說就是在講到某個知識點時，不拘泥于教材的內容，而用較為實際的例子進行說明，這樣往往比單純的說教更具說服力。在課堂上，教師借助于多媒體手段和單片機仿真軟件Proteus及Keil uVision2軟件對所講解的實例進行演示，讓程序單步運行，并察看每一步所產生的變化，有利于學生理解。仿真軟件操作簡單，仿真效果和實際硬件十分接近，非常適合課堂演示。

對于一些難于理解的教學內容，如數碼管的動態掃描工作過程、鍵盤的處理、中斷過程、A/D及D/A轉換過程等內容，可結合多媒體課件和Proteus仿真軟件的演示操作模擬實際的運行情況，提高學生的學習興趣，把原本枯燥的知識變得生動，加深對相關內容的理解。例如D/A轉換的內容，用單片機控制小電機正轉、停止、反轉，這個例子用傳統的教學方法學生很難理解，現在有了Proteus仿真軟件的演示，當單片機輸出一定數字量時，D/A轉換器的輸出電壓值通過電壓探頭一目了然，仿真電機的運轉情況與真實的系統一致。

2.3 采用類比教學法

由于概念多、內容抽象、不易理解，因此，深入淺出地講解課程內容可以減少學生對課程的畏難情緒。對于一些比較抽象的內容，若能將其與學生熟悉的生活實踐相聯系，就能收到事半功倍的效果，通過類比，往往能取得很好的教學效果。

例如，我們在講解內存地址的時候，我們可以以學生的宿舍做類比。每個學生宿舍它都有一個編號，對應的是內存單元應該也有編號，這個編號就是它的地址。

2.4 任務驅動教學法

任務驅動的教學的方式，能為學生提供體驗實踐的情境和感悟問題的情境，圍繞任務展開學習，以任務的完成結果檢驗和總結學習過程等，改變學生的學習狀態，使學生主動建構探究、實踐、思考、運用、解決、高智慧的學習體系。

學習單片機的主要目的是為了應用，為了提高學生的學習興趣，可以采用任務驅動教學法。例如，在學習了并行口之后，可以給學生布置一個任務，要求他們用并行口完成對LED燈的控制。這個任務完成后，可以讓他們實現流水燈和交通燈的控制。這樣，由淺入深，大大提高了學習的效率和興趣，培養他們獨立探索、勇于開拓進取的自學能力。一個“任務”完成了，學生就會獲得滿足感、成就感，從而激發了他們的求知欲望，逐步形成一個感知心智活動的良性循環。

3.加強實踐環節教學

對于理論知識的學習，如果不將這些理論付諸實踐，那對于學生來說永遠只是霧里看花，無法深入。因此，加強實踐教學環節顯得尤其重要。重視實驗教學，精選實驗內容，根據教學進度，及時安排實驗，使學生能夠理論和實踐相結合。每次實驗，都安排驗證性實驗和設計性實驗，通過驗證性實驗使學生加深對所學內容的理解，通過設計性實驗培養學生分析解決問題能力。

在實驗設備的選擇上，可以采用以51單片機為主，并且提供MSP430芯片的實驗箱。

對于實踐環節，除了利用實驗設備以外，還應該鼓勵學生參加一些相關的比賽。比如，全國的電子設計大賽、工信部的電子設計大賽。通過參加這類比賽，增擴展加學生的知識面，鍛煉學生的實踐能力。

4.結束語

《單片機原理與接口技術》是一門理論性和實踐性都很強的課程。本文中針對教學過程中，存在的一些問題，提出了自己的解決方法和策略。教學也是一個不斷學習和探索的過程。我們應該不斷完善教學體系，更新教學內容、探索新的教學方法，調動學生的學習積極性和主動性，提高學生的綜合能力。

參考文獻

[1]高惠芳，張海峰，胡冀.單片機原理與應用技術[M].北京：科學出版社，2010.

[2]董普松，Proteus在單片機系統設計中的應用[J].現代電子技術，2008（14）.

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【關鍵詞】單片機；接口技術；教學實驗

單片機實驗在單片機理論教學中，具有非常重要的實踐作用。我們通過單片機教學實驗，可以很好的提升學生動手能力，讓學生在動手的過程中認識到其工作的特性和原理，對理論知識有一個非常直觀、系統的認識和了解；除此之外，還可以加深學生對理論知識的印象和解讀能力，使得學生在實踐的過程中掌握單片機的關鍵理論知識和相關技術。

一、現有實驗教學方式的不足

1、內容的系統性存在缺陷。實驗課程的學時在課程總學時當中受到非常明顯的遏制，假如說在原有的計劃上安排了10個學時的實驗課程，但是這些實驗學時對單片機實驗教學的實踐需求是遠遠不夠的。為了在有限的時間內把單片機的實驗內容最大化講解，實驗課程的環節中穿插了非常多的論證性實驗，并且教師會給出一定的程序步驟。在實驗的時候，學生都是被動跟著教師進行，對于實驗內容的認識依然停留在書本知識方面，缺少新器件和電路應用方面的實際操作訓練。雖然說這么做加快了實驗的周期時間，但是本著實驗課程鍛煉學生的實踐操作能力和思維能力的目標依然沒有實現。雖然說部分學生對于知識是一知半解，但是完全依照書本操作步驟進行，也可以完成相關的實驗，但是這樣的情況依然無法滿足學生訓練單片機內容的實踐操作要求。

2、時間的靈活性非常古板。因為實驗成績是課程總成績的少部分，因此當課堂教學內容全部結束的時候，所有的實驗教學課程都要結束，要不然會影響到學校安排考試和成績測評的安排，鑒于這樣的原因，實驗周期時間短和相對集中就成為了主要問題。在這部分時間內，實驗室出現高負荷情況，每個班級的實驗時間都安排的很集中，經常會出現下組學生等待上組學生做完實驗等實驗設備的情況，靈活的時間因此受到非常大的限制，并且影響到學生實驗課程的教學質量。

3、綜合性實驗無法開展。因為單片機的價格非常低廉，體積還很小，相應的功能也在不斷的完善，成為現代工業技術中非常理想的一種微控單元核心構件，尤其實在工業過程控制和智能儀器儀表方面應用非常廣泛。單片機實例應用是非常容易就可以被利用在實驗教學過程中的，因為這樣不單單可以讓學生建立一個非常系統的單片機知識系統，還能夠讓學生體驗到單片機在實際應用中的價值。但是因為現實教學情況的限制，如此綜合性的教學實驗并沒有被安排實驗教學中，只是作為小部分的選修內容。

二、單片機實驗教學的有效改革

1、專門開設單片機實驗教學課程。真正意義上掌握單片機的理論知識，必要的實踐操作是不能缺少的?，F在的學生普遍感覺到單片機的理論知識很難把握，最主要的一個原因就是實踐操作程度的不深刻，所以在改革單片機原理和接口技術實驗課程的時候，必須把理論教育和實踐操作一分為二。把傳統課本知識中的實驗內容全部分離開來，重新進行規劃和分類，并且為此專門編纂特定的實驗教材，從根本地位方面改變實驗教學的存在價值。如此一來，實驗課時得到了充分的保證，并且在實驗內容的安排方面更加全面和具體，可以讓學生在程序編寫、通訊方式、存儲器結構和系統綜合應用方面得到全方位的訓練和提升。目的是培養學生正確地思維方法和健康的學習態度。

2、柔和化的實驗教學時間。單片機課程被設置為單獨的實驗課程之后，就不會依附于傳統的理論知識教育，所以說在時間的安排方面非常充裕，基本上實現了實驗時間的真正開放。實驗時間貫穿于整個學期，每個小組之間可以進行不同類別的實驗，隨后進行對比和交流。實驗時間不再依照傳統理論課程時間的安排，而是全天都在實驗，目的是確保不同層次的學生有充分的消化知識時間。實驗課程的時間占據總課時的50%，學生可以自身學習的需要選擇實驗的類型。對于選修課程，不再要求學生在一個單元課時內完成，一個實驗可以分成若干個小實驗進行，留給學生充分思考的時間。

3、層次分明的實驗內容。單片機實驗教學的內容可以大致分為三部分，就是①基礎實驗部分，②設計實驗部分，③系統試驗部分?；A實驗就是說對單片機基本知識的理解和學習，讓學生根據指導書中的步驟設計進行，教師編寫非常系統的實驗步驟，使得學生在完成基礎實驗之后，具備一定的總結和編程能力。設計實驗就是說對某一個單獨的方面進行深入化的研究分析，只是針對一個知識點進行認真討論，要求學生自己動手設計路線、編寫程序、自行調試、發現問題和修改等。系統試驗就是對畢業設計內容和專業領域設計內容，采用應用系統設計方式。

4、虛擬仿真技術和實踐操作技術的完美結合。Proteus是現在最好的電路仿真實驗軟件，其中具備非常優秀的數字電路、模擬電路和電路系統，支持AVR和51系列等主流單片機系統和不同樣的調試環境。比如說Keil C51 uVision2 軟件，就是一款很好的單片機仿真實驗軟件。所以說在單片機實驗課程改革過程中，我們將Proteus融入到單片機實驗教學當中，要求學生在掌握基礎知識之上，對于一些綜合性的實驗，學會使用Proteus軟件進行設計和修正，然后再把自己做實驗的內容移植到實驗室硬件電路當中。很好的減小了原材料的損耗，也達到了訓練學生操作能力的目的。

5、改良實驗課程的測評方式。完善測評方式不單單是對學生所掌握知識的一個客觀評價、對學生實踐操作能力的肯定，更是成為激勵學生努力學習的手段。測評的方式要具有一定的公平性和公正性。學生進行的每一項實驗記錄都占據一定的分值，學校不再需要進行單獨的實驗測驗，而是對學生整個實驗過程進行綜合評價，盡可能規避偶然性和片面性情況的出現。

總結：單片機原理和接口技術的實驗教學，最終目的是鍛煉學生的動手解決問題的能力，所以在掌握理論知識的前提下，學習和熟練應用實驗方法是非常關鍵的。因為單片機實驗教育是一項漫長久遠的任務目標，所有我們在只有單片機實驗教學的基礎上，融入科學發展觀的理念，才可以更好的建立一套實驗教學綜合體系，順應時展的要求。

參考文獻：

[1]丁保華、陳軍、張有忠. 單片機原理獨立實驗教學體系的改革與探索[J]. 實驗室科學. 2010，（11）：120-123.

[2]楊金泉、郝志華、張國旭、田紅霞、田麗欣. 單片機原理及應用實驗教學改革研究與實踐[J]. 黑龍江科技信息. 2011，（23）：150-155.

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關鍵詞：教學方法 教學手段 機械類 微機原理和單片機課程

一、引言

計算機基礎教育是面向非計算機類各專業學生的計算機教育。與其它傳統的基礎課如數學、物理、化學、外語等一樣，計算機基礎教育已成為大學本科生基礎教學的重要組成部分。計算機基礎教育大致可分為三個層次：計算機文化基礎、計算機技術基礎和計算機應用基礎。計算機文化基礎課程是為了培養人們的計算機認識，課程不主要講解計算機基礎知識和基本操作技能。計算機技術基礎課程則是為學生后續課程學習、畢業設計以及計算機應用開發打下一個較為全面的基礎，課程主要講解計算機中軟件、硬件的基礎知識。計算機應用基礎課程則是針對當前計算機的主要應用領域，講述一些必要的知識、方法和技能，以解決實際問題。

《微機原理與應用》和《單片機原理與接口技術》課程是機械類各專業所開設的課程，分別屬于計算機技術基礎和計算機應用基礎層次。本文討論了有關機械類《微機原理與應用》和《單片機原理與接口技術》課程的教學方法和教學手段。

二、機械類微機原理與應用和單片機原理及接口技術課程的教學特點

（一） 課程內容簡介 不

《微機原理與應用》課程內容主要包括：計算機的基礎知識（計算機的發展概述、計算機中的數、無符號二進制數的算術運算和邏輯運算、帶符號二進制數的表示及運算、二進制編碼）、8086/8088微型計算機基礎知識（微型計算機基本結構、8086/8088微處理器、8088的外部引腳及其功能、8086/8088的功能結構、8086/8088的存儲器組織、8086/8088的工作時序）、8088/8086的指令系統、匯編語言程序設計、中斷技術等。課程詳細地講述8088/8086微處理器的編程結構及8088/8086的匯編語言編程技巧。微機原理與應用課程為以后從事機電控制技術以及微機的應用打下一個較為全面的基礎。

《單片機原理與接口技術》課程內容主要包括：MCS-51系列單片機的硬件結構、組成原理、尋址方式、指令系統、擴展技術、中斷系統機制、定時器、計數器、串行通信接口技術等。課程詳細地講述MCS-51系列單片機匯編語言的編程技巧，重點闡明單片機的擴展方法及組成單片機應用系統的設計技術。單片機原理及接口技術課程為以后從事自動控制、智能儀器儀表、機電一體化技術以及各類單片機的應用打下一個較為全面的基礎?？梢哉f《單片機原理及接口技術》課程是提高單片機應用設計能力，適應科學技術和經濟發展的重要保證。

（二）課程內容教學特點

隨著21世紀科學技術高速發展，新能源、新技術不斷出現，尤其是信息處理和控制技術的飛速發展，使得傳統的機械產品正逐漸向高度自動化機械產品轉換?？梢哉f純機械產品已逐漸被機電系統所取代，機電系統是機械設備和電氣動力相組合的系統，而目前所有的機電系統都是基于計算機控制技術來實現的，所開發的 機電產品的控制系統都是以計算機控制技術為基礎的，控制系統的發展方向是智能和柔性。由此可知，《微機原理與應用》和《單片機原理與接口技術》課程是掌握高新科學技術的基礎。

從《微機原理與應用》和《單片機原理與接口技術》課程內容可以看出，兩門課程具有很多的共性知識，其重復面較大。這主要表現在以下幾個方面：

第一是兩門課程均為技術基礎類課程，其先修課均為電子技術基礎課，可以說兩門課均為復雜同步時序邏輯電路的應用，應歸屬于電子技術應用范疇，所以學好電子技術基礎課將有助于這兩門課程的學習。

第二是兩門課程體現著強烈的概念性、抽象性和原理性，兩門課程均強調硬件結構加上軟件的執行構成的微機原理。

第三，兩門課程同時也是實踐性很強的課程，有一定的實用技能，在學習過程中應充分注重理論與實踐相結合，軟件與硬件相結合，只有這樣才能學到真正的知識。

鑒于以上的課程內容教學特點，為更好地指導學生理解、領會和掌握《微機原理與應用》和《單片機原理與接口技術》課程內容，以便培養出更多的從事機電控制技術人才。

轉貼于 三、機械類微機原理與應用和單片機原理及接口技術課程的教學方法、手段探討

（一）合理取舍教學內容、注重對學生學習能力的培養

《微機原理與應用》和《單片機原理與接口技術》課程內容具有很多的共性知識，其重復面比較大。為了避免課程內容的重復，應合理取舍教學內容、注重對學生能力的培養，以彌補技術基礎課學時短、內容多，學生難以在課堂內準確理解、全面接受教學內容之不足。

《微機原理與應用》課是機械工程與自動化學院開設的技術基礎平臺課，課程講授要分清哪些內容是目前暫時可以不學而留待以后學習，哪些內容是主要的，哪些內容是次要的。決不能“眉毛胡子一把抓”，不加分析、不分主次，使學生難以入門。例如：本課程針對學生的課程設置情況和所學內容在講解計算機基礎知識的內容時，對于計算機發展概述的內容因在計算機文化基礎課已經講述，所以就不再重復講述。可以利用此學時重點去講解計算機的工作方式有關的內容，使學生了解邏輯處理的三種實現方式（硬件布線邏輯方式、可編程邏輯控制方式和程序存儲式的自動工作方式），這樣就使學生在課程開始就對計算機的認識上，上升了一個層次，從宏觀上了解計算機的用途，達到引人入境之感。再例如，對關于機器數與真值的概念講解，強調“人為約定”的概念，機器數是人為約定的二進制數。再例如，講解補碼時，也決不能籠統說，而是重點講解模的概念，突出模是一個進位數。以上的舉例只是在第一章中的幾個例子，通過教學的實際證明，學生得到很好的效果，重點突出了對學生學習能力的培養。

（二）增加課程的實踐教學環節

對于計算機知識的學習有兩種不同的學習方法：一種是側重知識的學習，從原理入手，注重理論和概念；另一種是側重應用的學習，從實際入手，注重掌握其應用方法和技能。不同的人應根據其具體情況選擇不同的學習方法。對于非計算機專業的學生顯然應當采用后一種學習方法。

為了提高學生的實際應用能力，課程教學盡量增加實踐教學環節。應當指出，檢察學習的好壞的標準，不是“知道不知道”，而是“會不會用”，學習的目的全在于應用。所以，課程多注重實踐環節，在《微機原理與應用》課程的指令系統講解中，首先引導學生多上機練習，使學生不滿足于“上課能聽懂、教材能看懂”。有一些問題，別人講半天也不明白，而自己上機練習就清楚了。這就是增加課程的實踐教學環節的目的。

（三）增加實例以拓寬學生的知識面

在機電一體化系統課程、機電一體化系統課程設計，以及機電方向學生的畢業設計等教學環節中，大量需要典型的微機知識、接口以及編程技術。尤其在畢業設計方面，學生由于此方面的欠缺，對于有關機電課題方面的畢業設計，往往在完成機械設計以后，很難很好的完成機電結合的部分。針對這些情況，機械工程與自動化學院領導以及帶機電畢業設計方面的老師一致認為應加強有關電子設計、應用方面的環節。為此課題在以下幾個方面進行改進：

第一、改革《微型計算機原理與應用》、《單片機原理及接口技術》課程的教學，開設CAI教學；

第二、加強《單片機原理及接口技術》課程的實踐教學環節，完善和開放機電控制實驗室；

第三、設計制作單片機應用系統的典型環節，如A/D、D/A、鍵盤、數碼和LCD顯示、通信、步進電機控制等模塊；

第四、力爭多開設《單片機原理及接口技術》課程的綜合實驗課，為后續的畢業設計以及機電方面的學生就業打下堅實的基礎。

四、結束語

經過兩年來的課程教學實踐改革后，《微機原理與應用》和《單片機原理與接口技術》課程教學可以說取得了較好的效果。使學生側重應用的學習，從實際入手，注重掌握其應用方法與技能。正是課題組的共同努力，設計制作單片機應用系統的典型環節，如：A/D、D/A、鍵盤、數碼和LCD顯示、通信、步進電機控制等模塊，使得機械工程與自動化學院的學生在2005年全國大學生電子設計大賽遼寧賽區獲得二等獎、三等獎各一項。也正是課題組的共同努力，讓得學生自愿走近實驗室，主動利用實驗室的資源設計開發一些綜合性的試驗。

最后，相信只要我們能夠全身心的投入到課程教學改革實踐中，不斷總結教學經驗，那么就一定會在今后的教學實踐中取得豐碩的成果。

參考文獻

馮博琴，《微型計算機原理與接口技術》， 北京，清華大學，2003年2月

李文英，《微機原理與接口技術》，北京，清華大學，2001年9月

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關鍵詞：微機原理；施教對象；講授藝術

中圖分類號：G64文獻標識碼：B

文章編號：1672-5913（2007）04-0016-03

1 引言

“微機原理與接口”課程（以下簡稱“微機原理”）一直作為高等院校電類各專業、計算機專業、機械設計制造及自動化、機電一體化、過程裝備與控制、化工儀器儀表等工科專業必修的課程之一（電類為專業基礎課）。近年，隨著計算機技術、微電子技術的飛速發展，微機及其相關的技術以超常的速度跟進，新技術新設備層出不窮，使得微機原理課程的內容越來越多；另外，計算機及其相關產品越來越多地沖擊著人們的工作方式和生活方式，高等院校中越來越多的理工科專業要求開設微機原理（計算機硬件基礎）課程。然而，正是微機原理課程教學內容量大, 教學對象面廣,各類專業的學生基礎差別較大，使得非計算機、非電專業的學生感到抽象難學；另外，部分學校課程名稱及授課內容較混亂，如同是微機原理課程,有的班級上80X86,有的班上8051（多為機械專業等非電專業，建議課程名稱應統一為“微機原理及接口技術”和“單片機原理及應用”）；第三，在教學時數上課時差別教大，多為:計算機專業: 60―80學時；電類專業：60―75學時；機械類專業：40―50學時；第四，基礎知識差別大：計算機專業有先導課“計算機系統結構”、“計算機組成原理”，還有平行開設的“匯編語言程序設計”；電類專業有模電/數電等先導課程；其他理工類專業（如機械類專業）卻只有僅僅是把電路分析、模擬電路、數字電路、電機學、變流技術等整合為一門課的電工學，以及“計算機應用基礎”?？梢娪邢迣W時下微機原理課程要在不同施教對象中按照“厚基礎、寬口徑、重應用”的宗旨，因材施教并非一件易事。

此外，由于計算機硬軟件技術發展很快，而且硬件新技術、匯編語言新版本大多和原有的基礎技術一脈相承，所以有些老師覺得講授最新的更好，而有些老師則認為還是講授基礎性知識好，兩者難于統一。

本課題研究小組經過大量的研究實踐，在本校教學中大膽進行改革，把“微機原理與接口”課程（“計算機硬件基礎”）分成3~4個授課層次（如A、B、C、D類）分別制定出不同的教學大綱來執行，因材施教，各取所需。

2 在計算機專業中把握好整體與個體、取與舍的辯證關系

微機技術的發展使得微機原理課程包羅了太多的內容：除了指導委員會確定的七個基本知識單元（微處理器、存儲器、指令系統、輸入和輸出、I/O接口技術和微機應用系統）之外，32位、64位CPU內部結構及多級流水線工作原理、虛地址下的尋址過程、高檔CPU新增指令及MASM32匯編語言語法規范（乃至WIN32編程等）、段頁存貯管理及芯片組、總線標準（EISA、PCI、USB等）等新內容也不能不涉及。

如果仍然僅以8086CPU來講授，對計算機軟件、計算機應用專業學生來說，未免過于落后，因為8086CPU和現用的Pentium相比，至少已經淘汰了三代；另外，對計算機專業學生來說，他們已經學習了先導課“計算機系統結構”、“計算機組成原理”，“計算機”和“80X86微機”二者是整體與個體、一般與特殊的關系，并且一般還有與“微機原理”同步開設的“匯編語言程序設計”（一般開設順序多為：匯編語言微機原理接口技術[單片機應用]），因此，在有限學時下，象數制、原碼、補碼加減原理、ALU原理、16位匯編語言等部分完全應從簡處理，而應重點講授80386/80486/Pentium內部結構及工作機理、存貯管理技術（包括段頁式存貯管理、Cache原理與訪問管理、虛擬存貯管理）、I/O接口及外設接口（硬、軟盤驅動器接口、網絡與通信接口、打印機接口等）、芯片組技術，總線標準與接口技術（ISA、PCI、USB等）等，尤其是8086/8088時代的接口芯片多數已淘汰，新的芯片組在結構和功能上已與早期芯片具有本質區別，所以將原來側重芯片的內部結構改為側重芯片應用是必由之路。這樣才符合“厚基礎、寬口徑、重應用”的培養目標。當然，計算機專業的“微機原理”教學大綱的制訂絕對不是孤立的，比如32位匯編語言和Win32編程如果在“匯編語言程序設計”大綱中要求掌握的話，“微機原理”大綱就可另辟重點。

3 在電類各專業中把握好一般到特殊、基礎與應用的辯證關系

“微機原理與接口”是電類各專業處于核心地位的專業基礎課，本專業的學生在此之前有些雖沒有學過“組成原理”、“系統結構”等課，但諸如匯編語言、中斷、定時與計數技術、存貯器擴展、串并口擴展、總線標準等都是后備課如“單片機原理與接口”、“計算機控制”、“可編程控制器PLC”、“DSP數字信號處理”等課（電類專業一般為：微機原理及接口技術 60―80學時單片機原理及應用40―60學時）以及日后從事科研所必需的，尤其是“單片機原理與接口”和“計算機控制技術”的學習必須以“微機原理及接口技術”奠基。

事實上，從“微機原理”到“單片機原理”是一般到特殊的關系，“單片機原理”是“微機原理”的后補課程，兩門課都是實用性很強的課程，學好了微機原理，單片機原理是稍學即會。象微機原理中的地址、寄存器、鎖存器、控制字、堆棧、中斷、定時與計數技術等概念可在單片機原理課程學習中直接應用；但是，工業過程控制中用的更多的是單片機控制和PLC控制（即使象網絡控制、現場總線控制其終端實現也一般用單片機或PLC控制），所以和單片機共有的匯編語言、CPU結構原理，存儲器擴展、并/串行口擴展、總線、LED及鍵盤的接口等內容的講述要不厭其煩，舉一反三，而前述的計算機專業所側重的高檔CPU的段頁式存貯管理、Pentium結構及芯片組、硬、軟驅接口、MASM32及Win32編程技術等雖不能不提，但應適當從簡，不要讓學生感到既多又雜，抽象難學，甚至出現畏難情緒，要知道，基本原理部分如果不理解透徹，單片機應用及計算機控制系統的學習就無所適從，而且直接影響著畢業設計的質量。

4 在非電、非計算機理工類專業中把握好基本原理與一般原理、開與合的辯證關系

由于微機（單片機、PLC）作為智能化機電產品的大腦與心臟，在超精密加工、數控機床、機電一體化、機器人技術中有著日益廣泛的應用，使得微機原理（有的學校開設微機原理課，但實際講授內容為“單片機原理”）也成為機電一體化、過程裝備等機類專業學生必修的一門課程，但是在授課過程中我們明顯感到兩點：第一，學生與微機相關的基礎知識薄弱，因為他們僅僅是把電路、模電、數電、電機學、變流技術等整合成一門電工學去學的，觸發器、譯碼器、計數器、存儲器等知識中的部分，甚至全部內容都是蜻蜓點水、點到為止，沒有深入學習；第二，在機械類專業中“微機原理”課程學時很有限，一般在40-50學時之間；基于上述原因，學過兩周該課的大多數同學反映，該課抽象難懂，神秘莫測。所以一開始應把數制及典型單元電路的原理講清楚以揭開CPU的神秘面紗；要有重點有選擇地講清其原理，如門控電路及控制字，一位ALU的結構、傳統CPU取指令和執行指令的過程、步驟。另外，對機械類專業學生來講，他們掌握單片機原理可能比8086原理更重要，所以在8086原理講完后，最好花幾個課時介紹8051等單片機，8051和80X86同為Intel公司的拳頭產品，匯編語言助記符十分相象，有了80X86作基礎，作比較，學8051很輕松；這也是開與合的關系。開是發散，由8086發散到8051單片機；合是聚集，機類學生計算機原理僅此一門，8051不能不聚到中去講，但8086是基礎，是主要講授對象，8051單片機是應用，要講究適度，開是放的開，聚是收得攏，百變不應離其宗。

5 在文、管、法等文科專業中把握好深入與淺出的辯證關系

學習的目的是為了應用，而計算機是一個工具，對這個工具的原理應該多少懂一些，這是這類學生的目的所在，正是由于匯編語言課深奧枯燥，大家才喜歡使用可視化的高級語言及其編程工具，所以這類專業的“微機原理與接口”一般更名為“計算機硬件技術基礎”。對這類專業學生不要大講特講80X86宏匯編語言程序設計、CRT顯示控制編程等較深內容，只有有的放矢，深淺適度，才能調動學生的積極性，激起學生的求知欲，從而收到相得益彰的效果。淺是表達，深是理解；淺是弄懂，深是探求；淺是深的必要前提，深是淺的必然深化。要按照“培養既精通本專業知識，又能應用計算機知識，解決實際問題的復合型人才”計劃來培養，讓缺乏基礎知識的學生由淺入深，循序漸進地學習和學習計算機原理，掌握基本知識，更要掌握一些實用知識如芯片組技術、USB接口、PCI、AGP總線、EIDE、SCSI標準等，要配合實物與實驗幫助學生從感性知識上升到理性認識。

6 在講授藝術上要把握好雅與俗、莊與諧、形象與抽象的關系

（1）恰當的應用俗語是提高學生理解能力的必要手段，“雅”是指用專業語言，用詞規范，語句縝密，“俗”是口語，具有通俗易懂，親切自然，比如，微機原理中的“總線”就是計算機系統中的“信息高速公路”，CPU總線浮空，就是該段“高速公路”關閉。

（2）工科“微機原理”也要講求“莊”與“諧”，“莊”是莊重、嚴肅，“諧”是詼諧、幽默，莊諧并用，寓莊于諧，讓學生在輕松愉快的氣氛中接受知識，但“莊”與“諧”的應用要適度。比如，“二級控制模塊DMA請求總線使用權”是“中層領導向最高層領導申請”，因為“DMA控制器有總線控制權，所以不是處于最底端；又如 “偽指令和指令相比不產生機器代碼，不占據存儲單元、起管理作用”可說成“偽指令是指令的后勤管理員”。

（3）提高學生形象思維能力也是課堂教學中幫助學生理解的重要手段，形象的比喻及嚴密的邏輯性語言可以觸類旁通，幫助理解。例如，“間接尋址”是寄存器中放的是存貯單元的有效地址，按該地址便能找到操作數，可以這樣理解，“張三要找李四，但只有王五有李四住址”，所以張三找到王五也就找到了李四，這是間接找法。

7 結 語

總之，在有限學時下，對于包羅了太多的內容的“微機原理”課程，我們一定要針對不同的專業對象，把握好幾個辨證關系，合理地制定適合于該專業的教學大綱，而不應把一個相同內容的大綱強加到所有的專業；另外，講課是一門藝術，在語言藝術上，熟能生巧，這是筆者講授“微機原理”多年的深刻體會。

參考文獻：

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[7] 周明德.微型計算機系統原理及應用(第四版)[M].北京：清華大學出版社,2004.

投稿日期：2006-08-07

作者簡介：

篇5

關鍵詞：本科教育；課堂教學；應用能力

作者簡介：陳進（1955-），男，湖南岳陽人，湖南理工學院信息與通信工程學院，教授；郭龍源（1973-），男，福建龍巖人，湖南理工學院信息與通信工程學院，副教授。（湖南 岳陽 414006）

基金項目：本文系2013年湖南理工學院教改基金項目（項目編號：2013B19）的研究成果。

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）09-0085-03

“應用為本”是應用型大學的根本特征，[1]應用型本科教育如何培養學生的應用能力，許多論文針對中國高校實踐教學環節比較薄弱的情況，在如何加強實踐教學環節方面進行了有益的探索和研究。

應用型本科院校培養的應用人才屬于“理論應用型”，其應用能力應該體現為具有運用科學理論知識和方法來綜合分析、解決問題的綜合能力以及將解決方案付諸實施的實踐能力。[2]因此，應當在教學各個環節――不僅僅在實踐教學環節――全面地培養學生的應用能力。

課堂教學是本科教學最重要的部分，是人才培養的主陣地。[3]如何在課堂教學中培養學生的應用能力，筆者根據多年“數字電路”和“單片機原理與接口電路”課程的課堂教學經驗，從課堂教學內容取舍、課堂教學過程中的講授、習題的布置與講解等方面對如何培養學生的應用能力談一些自己的體會。

一、從培養學生應用能力出發對課堂教學內容合理取舍

教學內容是課堂教學的生命，從培養學生應用能力出發，應該合理地對教學內容進行取舍。

1.教學內容要緊跟應用發展

知識的創新和應用日新月異，而教材內容更改往往滯后。面對這種情況，教學內容要緊跟應用發展，盡可能與當前工程實際接軌，使學生走向社會后能夠盡快上手應用。

“單片機原理與接口技術”課程，大多數教材采用匯編語言編程。但是，目前單片機實際應用中，設計與開發多使用C51語言編程。根據這個情況，筆者采用匯編語言編程的教材，補充講C51語言編程，并且在應用編程例題上交替采用兩種編程語言。

隨著半導體技術的發展，單片機串行擴展接口已經普遍應用，在《單片機原理及接口技術》教材[4]中，雖然介紹了單片機串行擴展技術，并指出“單片機串行擴展技術與并行擴展技術相比具有顯著的優點”，但在其他各種接口的章節，仍然是講授并行擴展接口，為此筆者增加了串行接口芯片的內容。例如在A/D接口技術中，除了講一個典型并行接口芯片0809與AT89C51接口電路外，增加了串行接口芯片AD7896與AT89C51接口電路的內容。

2.教學內容要從應用角度出發突出重點

課堂教學要從應用角度出發，突出重點，精簡內容，盡量避免或減少繁雜的理論推導。需要說明的是，應用型本科人才的“應用性”不只是繼承性應用，而且是創造性應用。[5]因此，精簡內容并不是基礎知識不講，而是有些基礎知識還需要重點講授。

邏輯門電路是《數字電子技術》中作為基礎的一章，[6]其內容包括了CMOS、TTL等各系列電路的內部組成與工作原理、傳輸特性、電參數定義、邏輯功能與邏輯符號。由于這一章節內容多，特別是集成邏輯門電路的內部電路比較繁瑣。若教學內容面面俱到，只能走馬觀花式講解，學生分不清主次，也無法弄懂。若對于內部電路不講解，也同樣會使得學生知識欠缺，造成應用能力減弱，這是有過教訓的。[7]非微電子專業應用中只用到與邏輯門的輸入、輸出接口，所以學生關鍵是掌握邏輯門內部電路中的輸入、輸出電路結構和工作原理以及與應用相關知識，這是課堂教學的重點。例如，CMOS邏輯門電路，只需要詳細講解CMO反相器內部電路，其他CMOS門的內部電路可不講。因為各種CMOS門電路在輸入、輸出端都加了反相器作為緩沖電路。CMOS反相器內部電路十分簡單，學生容易懂。

“數字電子技術”課程中，介紹了多種集成電路芯片。從應用角度出發教學，重點應放在器件引腳、邏輯功能及典型應用講解，而對其內部電路，不要過于糾結。例如譯碼器74138，在本課程的存儲器擴展和后續課程中都會出現地址譯碼，因此必須引入地址譯碼的概念，并重點講解地址譯碼的意義和作用。筆者在課堂教學中，通過圖1所示地址譯碼電路課件，重點講解地址譯碼的意義和作用。

3.教學內容要適當增加工具軟件的內容

隨著計算機技術的發展，各種工具軟件應運而生。課堂教學在突出重點精簡內容后，留有時間講授工具軟件。這一部分內容以教師引導，學生自學為主。“數字電子技術”課程引入電子線路仿真軟件Multisim 10，“單片機原理與接口技術”課程引入單片機集成開發環境Keil ?Vision4。引導學生對分析和設計的電路和自己編寫的程序進行仿真，有利于培養學生的應用能力。課堂教學中，講解例題和習題時進行仿真，有利于學生對教學內容的理解。

二、在課堂教學過程中注意培養學生應用能力

認真做好教學課件，讓學生有感性認識。要通過多媒體課件，使學生對學習的知識有一定的直觀感覺，這種感性認識是有利于培養學生應用能力的。

“數字電子技術”課程中顯示譯碼器這一章節，筆者在多媒體課件中使用與實際數碼管類似的圖標，來說明共陰極數碼管的段碼是如何得到的，以及顯示譯碼器的功能。當介紹了共陰極數碼管引腳為高電平時對應LED發光后，用圖2所示課件分別給出顯示“0”，“1”，“2”的abcdefg的值和段碼，對應LED發光和數碼管顯示對應數字。多媒體課件不是靜止的，而是動態的，課件中首先是數碼管顯示“0”，然后要學生考慮哪些LED發光，再使“a，b，c，d，e，f”LED發光，最后出現“0”的段碼“11111100”；“0”，“1”，“2”按照這個過程出現一次，段碼是如何得到的就很清楚了。圖2顯示的是數字“2”的段碼“11011010”的來由。

然后很容易引入七段顯示譯碼器的功能：輸入的十進制數代碼進行譯碼，輸出段碼abcdefg，點亮LED顯示器的各段，顯示對應的數碼。圖3是說明74HC4511的譯碼功能的課件界面。

1.注重從總體思路入手，培養學生的應用能力

課堂教學中比較復雜的問題，教師應該從總體思路合理引導，使學生先明白總體思想，就比較容易理解具體的步驟，這樣也能夠培養學生分析問題和設計電路時從總體思路入手的習慣。

例如，“數字電子技術”講解8位D/A采用雙極性輸出方式所設計的電路的原理，必須先講清楚設計總體思路：利用已有的單極性輸出D/A電路，設計雙極性輸出電路，措施是：數字提升，模擬下降。第一，數字提升，將輸入的帶符號的二進制補碼+128，變成單極性數字量；第二，采用單極性轉換電路得到單極性輸出模擬量；第三，模擬下降，將輸出模擬量-5V，變成雙極性輸出模擬量。這個總體思路清楚了，實現數字提升、模擬下降的具體方法就好理解了。

“單片機原理與接口技術”課程中，串行通信編程，也必須先講清楚程序設計總體思路。以較簡單的雙機通信方式1發送編程為例。首先要強調發送時只要將需要發送的數據送到發送緩沖器，則串行口自動地按照指定的數據格式、波特率從TXD引腳發送。發送完后，TI=1，產生串行口中斷。

編程需要解決什么問題？主程序：編程指定發送數據格式和波特率，中斷設置；需要發送到數據準備好，發送數據指針指向發送第一個數據；將發送的第一個數據，送入發送緩沖區；中斷服務子程序：判斷需要發送的全部數據是否發送完，完了退出，如未完，發送數據指針下移，將下一個發送數據送入發送緩沖區。編程的總體思路清晰了，再講解相關程序就容易理解了。

2.盡量貼近實際，讓學生盡早接觸應用

課堂教學中，相關示例要盡量貼近實際應用，讓學生盡早接觸應用，同時也讓學生容易理解。

《數字電子技術》第9章中，教材采用的一個泛指的工業生產過程控制對象，說明為什么需要D/A和A/D。為了貼近實際應用，筆者采用一個染色鍋溫度控制實例來說明，如圖5所示。

“單片機原理與接口技術”課程中，C51編程一章的例題都是與硬件電路無關的軟件編程，而單片機實際應用主要是根據硬件電路設計程序。因此，筆者講解一個軟件與硬件結合的例題，電路如圖6所示，并且在?Vision_4下進行仿真調試，使學生盡早進入單片機應用的境界，同時在作業中也安排了一個類似習題。

三、通過做習題培養學生的應用能力

學生做習題，其實也是一種應用，雖說只是“紙上談兵”，但如果習題都做不好的話，就更談不上實際應用。因此，布置習題和指導學生做習題也是課堂教學中培養學生應用能力的一個重要環節。要有選擇性地布置習題。布置的習題要少而精，不要太難，但不能都是基礎題。筆者在“單片機原理與接口技術”課程中，除了前3章外，每一章布置一個接近應用的綜合習題。例如第5章中斷，補充了一個習題如圖7所示。這個習題是一個軟件與硬件結合的比較完整的中斷編程，通過這個習題，對單片機中斷編程有一個總體的概念。

要引導學生對習題進行仿真調試，特別是要求有一定能力的學生這樣做。在調試過程中，出現問題盡量自己分析原因并且解決問題，這是對于實際應用能力培養是非常重要的。當學生自己獨立或者在老師指導下解決了問題，甚至學生經過多次調試仍然不能分析出原因，最終由教師分析出原因。只要有這個過程，就培養了學生分析問題和解決問題的能力。

“單片機原理與接口技術”課程中定時器/計數器一章中，習題要求P1.0輸出周期為400?s占空比為10%的矩形脈沖。某學生采用C51編程，進行調試時發現輸出波形如圖所示與要求不符。反復檢查所編程序，沒有找到任何問題。為什么實際輸出結果不對？在教師的指導下，分析其原因是C程序編譯后，中斷服務程序增加了保護現場和恢復現場，造成中斷程序執行時間大于40us，使得輸出波形不對。

要在課堂上認真講解習題。對于錯誤帶普遍性的和重點的習題要詳細講解，要分析學生為什么會錯，癥結在哪？講解習題與講解例題的效果是不一樣的，因為學生做過這個習題，不會做或者做錯了，是經過思考的，再聽教師講解，就知道錯在哪里，為什么會錯，印象深刻。一般說來，講解過的習題絕大多數學生都會做了。

在講解習題的過程中，要有意識地培養學生的應用能力，如仿真調試波形不符的一例，在習題課中引導學生進行仿真，分析C51中斷程序編譯后的匯編語言程序執行時間大于40us，培養學生自主調試能力，并針對部分學生認為匯編語言無用的思想，指出即便采用C語言編程，在分析所出現的問題時，仍然需要用到匯編語言。

四、結束語

要在課堂很好地培養學生的應用能力，首先教師本身就應該具有較好的實際應用經驗，否則就是一句空話。目前高校中一部分教師是從學校到學校，自身缺乏實際應用能力。因此，對于應用型的本科院校，在強調教師高學歷的同時，應該注重教師的實際應用能力。對于在校的年輕教師，應該采用各種方式，進行一定的應用能力培養。

參考文獻：

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篇6

關鍵詞：單片機；教學；工程能力

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）13-0149-02

一、目前單片機教學在工程能力培養上存在的問題

隨著單片機在社會中的應用越來越廣，企業對單片機領域的人才有較大的需求[1]。但在高校人才培養計劃中，與單片機人才培養密切相關的是《單片機原理及接口技術》和《單片機原理與應用》等相關課程，也逐步在探討與開展“理論教學+實踐教學”的單片機教學模式，并已有多個高校為單片機安排了專門的實驗教學學時，該教學方法從一定程度上改善了學生的動手能力，但實驗與工程應用相對脫節，學生并未掌握單片機系統的設計方法[2]，同時在教學過程中缺乏對學生工程概念的培養以及企業項目開發流程的指導，培養出來的學生缺少綜合開發能力，與企業所需要的具有工程能力的人才有很大差距。因此，本文探討了一種基于工程能力培養的單片機課程教學方法，即在教學過程中有步驟有計劃地引入企業項目開發的基本流程，并指導學生如何根據流程來開展項目開發工作，培養學生的工程觀念以及工程能力，與企業的用人需求相一致。

二、單片機教學中工程能力的具體體現

工科學生的工程能力包括知識的學習與應用能力，思維判斷與分析能力，工程設計與實踐能力，表達與交流能力以及創造與創新能力[3]。對于單片機課程而言，注重培養的工程能力主要體現在：一是對單片機理論知識的學習及將其應用到單片機系統設計與開發中的能力；二是可根據單片機系統需求說明書，結合單片機理論知識，設計出符合工程需求的單片機系統的能力；三是在前期積累基礎上的升華，對專業知識的融會貫通，并可在系統的設計與開發中，具有優化系統的能力――創新能力。

三、單片機教學中培養工程能力的具體措施

我校電子信息專業在第五學期開設《單片機原理及接口技術》課程，該課程特點是硬件與軟件并重，理論與應用相結合，同時還涉及多個學科，信息量大且課時少[4]。根據單片機課程的特點，結合我校電子信息專業學生從前期已學習課程而具有的知識儲備（前期學習儲備課程詳見表1），以及單片機的教學與實踐，同時從課堂理論教學環節、實驗室的實踐教學環節以及課后指導環節，采取相應的措施來培養學生工程能力。

1.理論教學環節工程能力的培養。通過改變教學策略―將傳統的以教為主的理論教學模式，轉變為教―學―做一體的教學模式，增強學生知識的學習與應用能力，提升實際工程問題的分析與解決能力。在教學過程中，除了教師對理論知識的講解，并引入相關案例，使學生加深對知識的理解外，還引導學生如何自己著手來設計具有一定功能的單片機系統。促使學生有效融入本課程的學習，提升動手能力以及創新能力。具體實施步驟如下：首先，在課堂教學初始階段，可結合單片機系統在我們實際生活中的一些應用實例，同時通過講解應用實例中的單片機系統的開發步驟，并引入企業單片機應用系統開發的流程。使學生對本課程有一個較為全面的認識，了解本課程的學習方向以及今后的就業方向，減少職業陌生感，提高學生學習興趣。另外，還鼓勵學生將之前在《電子系統仿真技術》中關于protues軟件平臺的使用知識，以及在《電子電路工程實踐》中學習的如何制作與調試PCB板的知識，與在本門課程中學習的單片機系統知識進行融會貫通，積極動手設計單片機硬件系統，并在protues上進行單片機系統的仿真，增強對單片機系統硬件的理解，特別是整個硬件系統的工作機制和如何根據所設計的硬件系統的需求，來設計符合系統硬件性能的單片機系統。其次，在課堂教學時，除了遵循教學大綱教學要求外，將企業單片機項目開發的實際使用的技術，與本課程所學知識進行對比討論，并對在企業工作所需的，但在教學大綱中未涉及或涉及較少的知識，進行有效補充。比如在講到指令系統、匯編語言程序設計時，可補充如何使用keil軟件來開發單片機系統的軟件，以及如何在keil中驗證自己所寫的代碼是否正確，并可通過單片機內部寄存器和單步執行來查看一下執行一些指令過程中，寄存器內部信息的變化，使學生更為深入了解單片機指令系統，指令系統的工作過程以及匯編語言的程序設計與運行過程。另外由于匯編語言本身的局限性，目前企業在開發單片機系統時，普遍采用單片機c語言，為了學生知識可與企業需求同步，在教學中結合學生前期所學的《c語言程序設計》課程，指導學生如何將c語言與單片機系統軟件設計結合起來，引導學生采用單片機c語言來開展單片機系統的軟件設計，并在實踐課上進行運行驗證，實現知識的融會貫通。

2.實踐教學環節工程能力的培養。目前我校單片機實驗教學學時僅為12學時，在后續的實踐環節，考慮到各個學生對課程知識的掌握程度不同，在單片機實踐教學環節采取驗證實驗與自主設計相結合的方式來開展實踐課――實驗教學環節采用驗證性實驗和自主設計性實驗兩個部分來構成，加強學生的工程設計與實踐能力。國內大多數院校的單片機實驗環節都在實驗箱上進行，實驗箱的接線操作比較古板，無法給學生提供足夠的設計空間，學生只能單純地對實驗代碼進行運行，觀察實驗箱對應的硬件。針對這一現狀，我校自行開發了一套實驗系統板可供安排各種綜合性實驗，學生還需要根據教師的要求，對代碼進行相應的修改，并能清晰說明整個代碼的運行流程以及修改依據，有效鍛煉學生分析代碼的能力以及表達能力。自主設計實驗環節仍然是在實驗系統板上進行，但教師在上相應的實踐課之前，需要對該次課所用的源碼進行有效梳理，刪減掉一些功能性代碼，同時對需要學生自行增加的代碼，提供必要的注釋，提前提供給學生，使學生能有較為充裕的時間來復習理論知識，并可充分思考如何解決實踐課的問題。這樣，學生不僅能更深領會該實踐課要實現的系統功能，并能在通讀已經提供的代碼和結合系統功能，對缺少的代碼補充完整。而且在上實踐課時，學生是有備而來，可以盡快地投入到實驗中，如果有深思已久，卻仍然無法解決的問題，可與老師一起探討如何解決問題，直到問題解決，增加學生成就感的同時，還可以提高學生分析與解決問題的能力，促進師生的溝通與交流，提高學生的表達與交流能力。

3.課后指導環節中工程能力的培養。通過加強《單片機原理及接口技術》與電子信息專業實踐教學環節相結合，可有效彌補單片機課程本身信息量大但課時偏少的問題。本專業第2學期開始，陸續開設了認識實習（第二學期）、電子電路工程實踐（第三學期），對后續的單片機學習提供了相關的知識儲備，并與單片機課程開設的同一學期，開設了智能電子儀器設備設計與實踐，學生可參考單片機課堂上學習的單片機系統設計流程來開展實踐環節的智能電子儀器設備的需求分析與軟硬件的設計，同時，在該實踐中對于具體產片的硬件設計與制作，數據采集過程中的A/D、D/A轉換，以及數據顯示等部分內容，可幫助學生在單片機學習過程中，對單片機硬件系統，A/D、D/A轉換接口、顯示接口的理解，并通過該實踐，學生可根據產品的需求，對產品功能以及性能的實現方式有極大的自由，學生可根據自己的想法以及對當前產品資料的查閱，然后對需要設計的產品進行自主創新，提高學生的創新能力。同時第五學期學習的單片機課程知識以及工程能力，可很好地服務于第六、第七學期開設的電子系統設計創新與實踐、先進電子制造實踐與生產實習，乃至學生最終的本科畢業設計。

通過在《單片機原理及接口技術》理論教學、實驗教學以及課后指導三個環節加強學生工程能力的培養，學生不僅可以更好地掌握理論知識，還可以將理論知識有效地運用到具體的單片機系統的分析中，同時在設計具體的單片機系統時，不再忙亂無章，而是有意識地根據單片機系統開發的基本流程，來逐步開展系統的分析與設計。學生的工程觀念以及實際工程項目開發能力顯著提高，同時增強學生對未來就業的信心，為將來的就業打下一定基礎。

參考文獻：

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篇7

關鍵詞：單片機；開發板；ISP

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A文章編號：1007-9599 (2011) 08-0000-02

MCU Development Borad Design of Multi-function MCS-51

Zhang Daode

(Hubei University of Technology Mechanical Engineering,Wuhan430068,China)

Abstract:The develop boarddesigned here is of common functions,

such as water lamp,timer,interrupt,singing by buzzer,X5045 watch dog,Real time clock DS1302,digital temperature sensor DS18B20,parallel D/A converter DAC0832,serial A/D converter TLC0832,RS-232 interface,

dynamic display of digital tub,ISP download online,SRAM6264 etc.It is meaningful for single chip machine study and development.

Keywords:MCU;Development board;ISP

一、前言

MCS-51系列單片機是目前主流的8位單片機之一[1]，但由于它的硬件能力有限，本文設計了一種單片機開發板，綜合了當下流行的單片機接口電路，很好地擴充了MCS－51單片機的功能。

二、系統主要組成及開發平臺

該系統的組成部分的核心是AT89S52單片機芯片，同時擴展了一塊RAM6264，并口8155，同時擴充了DAC0832和TLC0832作為AD/DA轉換電路，在此基礎上還擴充有FM12864中文液晶圖形模塊接口電路、DS18B20溫度傳感檢測電路，DS1302時鐘顯示芯片接口，X5045看門狗接口電路，另外將鍵盤和數碼管顯示作為獨立的模塊，方便了使用也使I/O資源空閑，RS-232串口通信電路可實現開發楹和電腦的雙機通信。電源方面設置了USB供電和外接電源供電兩種方式。

AT89S52單片機口具有8KB的FLASH[2]，通過提供的ISP在線下載線可以現場仿真而無須專門的燒寫器即可以將目標程序下載到CPU中，在51 MCU_SYSTEM中就可以觀察到程序的運行情況。本文所使用的開發工具為µVision2集成開發平臺[3]，包含一個高效的編輯器、一個項目管理器和一個MAKE工具。并且支持所有Keil C51工具，包括C編譯器、宏匯編器連接/定位器、目標代碼到HEX轉換器。

三、系統主要硬件設計

（一）單片機部分

CPU采用的是AT89S5X系列的單片機，同時兼容飛利浦P89系列的單片機，在本系統是單片機上的EA接的是高電平，表示對ROM的讀寫從內部程序存儲器開始，并且可以延至外部存儲器。在P0口接有470歐的排組上拉數據口，系統主頻率12MHz。

圖1.單片機部分電路設計

（二）8155部分

在本系統中采用8155實現I/O擴展。8155不僅具有兩個8位的I/O端口A、B口和一個6位的I/O端口C口，而且還可以提供256個字節的靜態RAM存儲器和一個14位的定時/計數器。8155和單片機的接口非常簡單，目前被廣泛應用。系統用一片73LS138實現8155、6264等芯片的片選。

圖2.8155接口電路設計

（三）DAC0832部分

DAC0832是8位D/A轉換器，，轉換結果為一對差動電流輸出，轉換時間大約為1us。使用單電源+5VD+15V供電[1]。參考電壓為-10V－+10V。在此我們直接選擇+5V作為參考電壓。DAC0832有三種工作方式：直通方式，單緩沖方式，雙緩沖方式；在此我們選擇直通的工作方式，將XFER、WR2、CS管腳全部接數字地。管腳8接參考電壓，在此我們接的參考電壓是+5V，如圖3所示，可以產生三角波，鋸齒波，梯型波等波形。CE2接在74LS138上，通過分配地址完成片選。

圖3.DAC0832接口電路

（四）TLC0832

TLC0832是八位串行逐次逼近模數轉換器[4]，它有兩個可選擇的輸入通道。其接口電路如圖所示。TLC0832的通道0外接了電位器，可以模擬不同的電壓輸入。對TLC0832的控制需要3根I/O口線，可以從單片機及8155接入。

圖4.TLC0832接口電路

（五）X5045接口電路

復位電路采用了帶I2C的監控芯片X5045，上電即可復位[5]，電路如圖5所示。另外8155設置了獨立的復位方式以彌補和51單片機的復位不同步缺點。

圖5.看門狗接口電路

（六）鍵盤接口電路

在單片機應用系統中通常應具有人機對話功能能隨時發出各種控制指令和數據輸入以及報告應用系統的運行狀態與運行結果。本文所采用的是獨立式鍵盤，其中key代表阻值為1kΩ的排阻。

（七）數碼管顯示接口電路

系統數碼管顯示及鍵盤顯示均比較靈活，提供了專門的I/O接口，可以用8155來控制，也可以用單片機來控制。開發板支持4位七段示LED數碼顯示器。

四、結束語

限于篇幅，本文關于DS1302、LCD顯示接口以及系統軟件設計等方面未能介紹。本文設計的單片機開發板在實際中發揮了重要作用，適合于單片機學習者及簡單的工程應用。

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【關鍵詞】DDS；AD9850；正弦波信號發生

1.引言

隨著數字大規模集成電路技術的發展，采用數字電路的直接數字頻率合成技術(DDS)具有頻率轉換速度快、頻率分辨率高、相位可控、頻率穩定度高等優點。頻率轉換速度快、頻率分辨率高的信號源在現代電子通訊、航空航天、自動控制等領域中是必不可少的，因此DDS信號源在上述領域獲得廣泛的應用。

AD9850是ADI公司生產的低功耗直接數字頻率合成技術典型產品之一，AD9850具有頻率轉換速度快、頻率分辨率高、相位噪聲低、頻率穩定度高等優點。本論文設計的是以直接頻率合成（DDS）器件AD9850和MCS-51單片機為核心，配合必要的接口器件，在單片機軟件控制下，能夠產生給定頻率和起始相位的附加調制信息的正弦波信號發生器。

2.AD9850的基本工作原理

2.1 AD9850的主要性能指標

①最大支持時鐘頻率為125MHz

②頻率分辨率達到0.029Hz

③支持兩種供電電壓：+3.3V or +5V

④低功耗：380mW @ 125MHz(+5V) 155mW @ 110MHz(+3.3V)

⑤頻率轉換時間：10個時鐘周期。比如當fs=125MHz時，頻率轉換時間為：10×1/(125×106)≈0.1μs。

⑥輸出的無雜散動態范圍SFDR大于50dB @ 40MHz

⑦具有相位可控

⑧支持并口和串口輸入控制接口

⑨頻率控制字采用32位二進制碼

2.2 AD9850引腳說明

AD9850采用了先進的CMOS工藝，采用28腳SSOP表面封裝形式，其管腳如圖1所示，引腳功能如表1。

2.3 AD9850內部結構

AD9850的芯片功能框圖如圖2所示。AD9850芯片內包括高速DDS、10位DAC、頻率/相位數據寄存器、數據輸入寄存器、比較器等，在125MHz參考時鐘下，AD9850經過高速的DDS核心芯片能產生一個32位頻率調整控制字可使AD9850的輸出頻率達0.0291Hz；并能提供了5bits的相位控制位，它能使輸出相位以180°、90°、45°、22.5°、11.25°或是它們任意組合的增量改變。AD9850的電路結構允許產生頻率值是參考時鐘的一半的輸出，并且輸出的頻率能用數控方式以每秒產生23000000個新頻率的速度變化。AD9850芯片內的比較器構成能接收經外部低通濾波后的DAC轉換輸出，可以產生一個低抖動的方波輸出的裝置，因此AD9850用作時鐘發生器十分方便。頻率/相位數據寄存器、數據輸入寄存器在外部的頻率更新時鐘和字加載時鐘的控制下進行頻率控制字的輸入和更新，使芯片輸出所要求的頻率和相位。

2.4 AD9850的工作原理

3.系統硬件設計

3.1 系統總體設計

系統以單片機8051為控制核心，通過對AD9805內部的頻率控制字和相位控制字進行軟件編程，然后通過外接低通濾波器達到所需性能指標的正弦波信號。

系統分為2個模塊：單片機最小系統和DDS模塊。單片機最小系統包括8051單片機、2*2中斷鍵盤矩陣、串口通訊、下載接口。DDS模塊包括核心芯片AD9850和低通濾波器。系統總體框圖如圖3所示。

3.2 AD9850與單片機接口

AD9850與單片機接口電路，需要考慮以下幾點：

①AD9850控制字寫入方式選擇。AD9850控制字的寫入方式有串行和并行兩種。并行寫入方式的優點是數據傳輸的速度快，能夠提升整個系統的處理速度，為了充分發揮芯片的高速性能，應在單片機資源允許的情況下盡可能選擇并行方式，所以，本系統采用8051單片機作為控制核心，通過并行寫入控制字的方式控制AD9850芯片。如圖4所示，AD9850的數據線D0～D7與P1口相連。

②FQ UD和W CLK與單片機連接。AD9850的FQ UD控制信號和W CLK控制信號與分別與8051單片機的P3.0（10引腳）和P3.1（11引腳）相連，所有的時序關系均可通過軟件控制實現。

3.3 AD9850應用時需要注意的事項

①AD9850作為時鐘發生器使用時，要避免混疊或諧波信號落入有用輸出頻帶內，并減少外部濾波器的要求，必須要使輸出頻率小于參考時鐘頻率的33%。

②AD9850參考時鐘頻率最低為1MHz，低于此頻率，系統自動進入電源休眠方式；高于此頻率，系統恢復正常。

③印制線路板應采用多層板，要有專門的電源層和接地層，而且不能有引起層面不連續的蝕刻導線條。

④印制線路板的頂層應留有帶一定間隙的接地面，以便為表面安裝器件提供方便。

⑤印制線路板的AD9850器件下面不能走數字信號線，避免把噪聲耦合進芯片；避免數字信號與模擬信號交叉，且它們在電路板相反兩側上的走線應彼此垂直，以減小電路板的饋通影響。

⑥時鐘等快速開關信號應利用數字地屏蔽起來，以免向電路板上的其它器件輻射噪聲，并且絕不應靠近基準輸入或位于封裝之下。

⑦要考慮用良好的去耦電路，分別把高質量的陶瓷去耦電容接到各自的接地引――去耦電容應盡可能靠近器件。

⑧采用獨立的模擬電源和數字電源，AD9850電源線路應采用盡可能寬的走線，以提供低阻抗路徑，并減小電源線路上的毛刺噪聲影響。

4.系統軟件設計

4.1 系統軟件總體設計

要實現對系統的軟件控制，合理安排程序流程尤為重要。系統程序流程圖見圖5。

從低到高的時鐘信號從外部輸入，或者由內部32位的刷新時鐘把I／O緩沖寄存器中的控制字傳送到AD9850的DDS內核，這樣就可以從寫端口寫入AD9850的控制字暫時寄存在I／O緩沖寄存器中；所以，程序設計中要特別注意AD9850的時序要求，正確送出邏輯控制字，注意其刷新時鐘。

4.2 鍵盤掃描及按鍵識別子程序

5.系統測試

系統功能的實現需要CPU與電路的密切配合。為保證系統按照設計意圖正常工作，必須對硬件電路和程序代碼進行仔細調試，因此系統的調試在設計中占據著重要的地位。

5.1 系統上電前的測試

在系統上電前，需要對硬件電路板進行仔細測試，看電源和地之間是否短路，芯片各引腳之間是否短路，芯片各引腳是否與焊盤連接良好，是否有焊接錯誤。主要是采用兩種方法，其一就是利用顯微鏡對電路板的焊接情況進行仔細檢查，看是否有短路，焊接是否可靠；其二就是利用數字萬用表對各引腳和測試點進行檢查，保證電路上沒有短路。

5.2 電源、晶振的測試

電源電路、晶振電路和復位電路是保證整個系統正常工作的基礎，雖然其調試相對比較簡單，但也應首先保證他們的正常工作。單片機和AD9850的供電電源是5V。在接入外部電源前。首先要對外部輸入電壓進行測量，用萬用表測得5v是否符合要求，經測試，電壓值為5V，符合系統供電要求。然后用示波器對兩個電源進行檢測，看其是否干凈，有沒有雜散，實測5V電壓均很穩定。

晶振的調試就比較簡單，單片機使用的是12MHz的溫度補償晶振，用示波器檢測后，發現其工作正常。AD9850使用100MHz的溫度補償晶振，用示波器檢測后，發現其工作正。

5.3 正弦信號的產生

從鍵盤輸入正弦信號的頻率和初始相位值，通過單片機將輸入的頻率和相位值轉換為頻率／相位控制碼，AD9850選擇的是并行數據輸入模式，40位的數據控制字經8位數總據線分5次重復輸入。W CLK端和FQ UD經過5次加載后，輸入了40位的數據控制字，W CLK端信號的上升沿將被忽略，數據將不再被加載，直到下一個復位信號或者下一個FQ UD端信號的上升沿到來為止。在FQ UD端信號的上升沿將40位的控制字加載進入相位累加器，并且將地址指針復位指向第一個數據輸入地址端。每傳輸一次8位的控制碼后，延時3.5ns，置單片機引腳P3.3為l，即產生一個有效的W CLK上升沿信號，將控制碼送入AD9850輸入數據寄存器當中，重復5次后，就可將40位的控制碼全部加載到AD9850的輸入數據寄存器當中，然后再延時lns，置單片機引腳P3.2為l，即產生一個有效的FQ UD上升沿信號，再延時Ins后，將40位的控制碼全部加載到AD9850中的DDS頻率合成部分中，經過13至118個周期后，就可以得到所需要的信號了。圖8為1MHz的正弦信號，圖9為10MHz的正弦信號。

6.結論

本文根據現代電子技術的發展需要以及直接數字頻率合成技術的特點，設計出了一套基于DDS的高精度信號源，該信號源能夠產生正弦波信號波形。經過系統的軟件、硬件調試試驗，所設計的系統能夠產成正弦波形，信號的頻率、相位、幅度的調節精度和抗干擾性等技術性能指標基本上達到了預期的設計目標。通過本文設計以及對DDS的研究表明，DDS技術可以應用在高速寬帶頻率合成領域，特別是在對頻率切換速度、頻率分辨率及相噪、雜散要求較高的場合，DDS技術顯示了特殊的優勢。本文只是DDS技術的初步研究，要達到性能完善，還有很多工作要做。比如電磁兼容的考慮、各種同步信號的設計以及系統穩定性問題等等。

參考文獻

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作者簡介：

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關鍵詞： DS18B20 土壤濕度傳感器 AT89C51單片機

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）07-0000-00

隨著人們生活水平的提高，花卉逐漸收到人們的青睞，陶冶情操，凈化空氣?；ɑ艿脑苑N受到越來越多人的關注，但是由于生活節奏加快，種花容易養花難的問題暴露出來，而如今養花最主要的問題就是人們沒有足夠時間去澆水，研究表明花草的主要死亡原因是由于澆水不及時引起，因此設計自動澆花裝置將會帶來很多便利。

1 系統的總體設計

按照家用自動澆花系統的功能要求，應采用如圖所示的模塊組成系統，即電源電路、單片機控制器、溫度檢測電路、按鍵輸入電路、LCD顯示電路、土壤濕度傳感器和光敏模塊、電機驅動模塊[1]。如圖1所示。

2 硬件電路設計

2.1 直流電源部分設計

本系統的獨立供電電源模塊是由220V電壓通過變壓器變壓后在經過整流橋，然后通過7805來得到+5V電壓提供給51單片機以及各個芯片[2]。

2.2 測溫電路設計

本系統采用的是外接電源的工作方式。利用單片機的P1.6引腳與DS18B20的數據輸入/輸出引腳相連接。無需外加接口電路，結構簡單 [3]。

2.3 土壤濕度傳感器電路

將濕度傳感器看作可調變阻器，當濕度傳感器采集到濕度時，電阻值發生變化，濕度值最小時電阻值為10K，濕度值最大時為0.1Ω。變化的幅度是根據濕度傳感器采集到的濕度大小而定。隨著電阻值的變化，電路的輸出電壓也隨著變化。調節電阻值的大小，可得到想要的電壓值，滿足電路需求[4]。

土壤濕度傳感器特性：

（1）土壤濕度傳感器表面采用鍍鎳處理，有加寬的感應面積，可提高導電性能，防止接觸土壤容易生銹的問題，延長使用壽命。

（2）可以寬范圍的控制土壤濕度，通過電位器調節控制相應閥值，濕度低于設定值時，D0輸出高電平；高于設定值時，D0輸出低電平。

（3）采用三線制，界限簡單，只需把VCC外接3.3V-5V電壓，GND外接地，D0“小板數字量輸出接口（0和1）”接到單片機即可。

（4）比較器采用LM393芯片，工作穩定。

（5）設有固定螺栓孔，方便安裝。

模塊中電位器是用于土壤濕度的閥值調節，順時針調節，控制的濕度會越大，逆時針越?。粩底至枯敵鯠0可以與單片機直接相連，通過單片機來檢測高低電平，由此來檢測土壤濕度。土壤探頭與LM393連接原理圖如圖2所示。

2.4 光照強度采集電路

光照強度采集電路設計上采用光敏電阻與ADC0832芯片連接，將光敏電阻采集的模擬量通過0832轉換后送入單片機中進行處理、分析并與預設參數進行比較，予以判斷。滿足條件時進行澆水。

2.5 電機驅動電路

本設計將采用L298N芯片來驅動電機，L298是SGS公司的產品，內部包含4通道邏輯驅動電路，可以方便的驅動兩個直流電機，或一個兩相步進電機。L298N可接受標準的TTL邏輯電平信號VSS，VSS可接4.5～7V電壓。4腳VS接電源電壓，VS范圍為+2.5～46V，輸出電流可達2.5A。

3 軟件設計

本系統的核心是AT89C51，其監控程序和應用軟件全部固化在EPROM內，其工作過程是：當系統接通電源后，AT89C51單片機進入監控狀態，同時完成對各個端口的初始化工作，當有按鍵按下時，產生申請中斷，進入響應的中斷程序，完成鍵盤處理工作。當沒有外部控制信息的輸入時，系統會自動采集溫濕度及光照傳感器的電壓值，通過與設定值比較來控制澆水。對于定時澆水，單片機會讀取時間并將時間顯示在LCD顯示屏上。主程序流程圖如圖3所示。

4 結語

本設計利用了89C51單片機的強大控制功能，實現了智能澆水與定時澆水。單片機體積小，重量輕，抗干擾能力強，環境要求不高，價格低廉，可靠性高，靈活性好，開發較為容易。本系統所需硬件器件較少，方便，節省資源。具有穩定性高、抗干擾能力強、靈敏度高等優點，滿足了設計要求。

參考文獻

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篇10

關鍵詞：單片機 基礎課程 教學改革 教學效果

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（c）-0118-02

單片機基礎課程涉及計算機原理、電子、感測和控制等多學科技術，要求較高的電子技術、數字邏輯和程序設計能力。課程內容抽象，實踐依賴性強。從經典課程的公式推理演算到單片機的數字邏輯、軟硬件結合，是一種全新的學習方式，傳統的教學方式在這門課中表現出較多的不適應性。以下是在單片機基礎課程教學改革實踐中的若干體會。

1 單片機基礎課程教學改革的核心思想

1.1 從知識點講授到以系統設計為主線的教學改革

我國高校在20世紀80年代初開始在少數高校開設單片機課程，面向電子和計算機專業高年級本科生和研究生，教材內容基本是單片機生產商提供的技術手冊、匯編程序設計和計算機原理與接口技術的綜合體。目前單片機教材雖然較多，但基本延續了這種傳統的教學思路，即以單片機的知識點為主線進行單元技術教學。隨著單片機教學在各層次學校的廣泛普及，這種教學思路顯現了明顯的不適應。系統設計性內容缺失和細節內容深度不夠，使一般學生在實際應用過程中仍然會遇到許多迷茫的問題。

目前單片機基礎課教材的一個普遍性的問題是教學集中在分散的各個點，而對單片機系統整體結構性考慮不夠；重在局部和單元模塊，缺乏組織成項目的考慮。這種問題嚴重地體現在系統軟件設計中，一般學生會做例題和作業，不會設計解決實際任務的系統軟件。因此，單片機基礎課程教學改革的一個重點就是從知識點講授到以系統設計為主線，基于課程整體性并結合項目系統整體性考慮實施單元教學，重點提升學生系統性、綜合性設計能力。

1.2 單片機與其它課程教學形成良性互動

在目前課程體系中，考慮到知識銜接關系，單片機課程在模擬電子技術、數字電路、計算機組成（微機原理與接口）、匯編程序設計等課程之后，一般安排在第6學期。這個安排的問題是學生實際綜合應用及拓展學習的時間較短。這在單片機進入我國高校的早期階段僅高端學生學習的情況下是合理的，在目前單片機普及教學情況下，作為工具和重要的學科基礎課，單片機課程應盡早讓學生掌握，對其熟練和提高系統設計能力、提高學習興趣、結合和促進其它課程學習將產生良好作用。

單片機基礎課程涉及到的模擬電子技術、數字電路等知識，是相對簡單的，在課程中從應用的角度介紹即可，對單片機課程的教學沒有影響。實際上，有些同學從大一就開始自學單片機而且都取得了很好的效果，這對我們教學是一個很好的啟示。

2 單片機理論教學的改革

單片機教材最初源于單片機生產廠家技術手冊、匯編語言程序設計和計算機組成與接口技術的綜合。單片機應用初期面向對象是重點院校電子和控制專業的學生和科研人員。傳統的授課方式是以知識為驅動，知識點之間比較分散，學生學完之后沒有系統的概念，缺乏貫穿所有知識的主線，形成不了體系。這種教學方法亟待改革。

2.1 以項目為主線

系統結構性設計是一個重要的教學內容。從宏觀教學的角度考慮，我們將整個教學內容設計成基本涵蓋了本課程全部教學內容的一個項目，基于課程整體性并結合項目系統整體性考慮實施單元教學。對結構性的適當變化和局部內容的取舍，即可衍生和變化為其它的應用系統。通過這樣的教學設計，學生加大了對課程的興趣，逐漸地積累成就感，并最終能較快地進入系統設計者的角色，能較好地完成實際應用系統的設計。

2.2 整體與局部關系

基于項目為主線的教學設計，在講述局部技術的同時進行系統結構性的教學，使系統整體性的考慮體現在局部中。

例如LED數碼管動態顯示、步進電機驅動等技術，在目前教材中基本都是完成單一這類功能的小程序，而在實際應用系統中，這些功能要與系統核心任務并行執行，是一個“多任務”的概念，不能簡單地將教材示例的單一的小程序搬到應用系統中。其它如結合鍵盤掃描和多級LCD菜單形成多任務下的人機交互通道這些系統性內容的考慮，在單元教學中都要考慮到。

2.3 教學內容和體系調整

調整應用匯編和C語言教學的比例。匯編指令有助于對單片機硬件的學習，程序代碼短、速度快，較多地應用在對時序有嚴格要求的測控系統中。隨著單片機硬件和軟件編譯技術的發展，代碼長度和速度已不是主要問題，重在軟件質量、開發周期和開發維護成本，大多數場合應用匯編的必要性已不存在。因此教學應以C語言為主，匯編只講解指令原理、尋址方式、必要的指令和在C語言中嵌入匯編程序的方法和實例。

調整單元模塊教學順序?，F有教材中一般將人機交互設計的內容放在最后，這不利于學生自主實踐。由于無法實施對運行過程必要的監測，使其在沒有仿真系統情況下調試有相當的難度。因此，將人機交互部分盡可能地提前可達到很好的效果。

單片機基礎課程傳統教學對新機型和新技術介紹較少，應做適當的補充。增加IIC、SPI、PS/2等相關技術和應用的介紹、對其它典型單片機如AVR簡要的介紹，使學生在掌握基本單片機技術基礎上，能更容易地進入到高級層次的應用。

2.4 挖掘基本知識內容的深度

把MCS-51單片機基礎知識講透徹，對后續嵌入式系統深層次學習可打下良好的基礎。以外中斷的重復響應和堆棧的溢出問題為例，學生在實際應用中經常遇到，但在教材中沒有相應的說明。前者是由于外中斷請求信號有毛刺，即使在進入中斷立即屏蔽中斷，且中斷請求信號已經撤銷的情況下，在退出中斷后還將引起此中斷的重復響應。問題在于對中斷請求信號、請求標志和響應過程這些基本知識講述不到位；后者是對堆?？臻g位置、容量及系統對堆棧使用沒有準確概念。類似的因基本知識講述深度不夠，導致學生困惑的問題還有很多。因此要注重研究實際應用中典型問題背后的原因，深化和細化基本知識的講授，這對實際應用和提高可起到至關重要的作用。

2.5 理論課中的實踐內容

單片機是一門實踐性極強的課程，該理論課不講授實驗實際是一個誤區。在理論課應用Proteus做部分仿真實驗，實驗效率高、理論教學效果好，并可達到擴展學習到課外的效果。因此，需協調好理論與實驗課關系，對仿真實驗學時做一定的硬性要求。

另一個問題是系統調試技術的教學。系統調試是初學者開發單片機應用系統的一個難點，特別是在無仿真器情況下進行軟件調試。因此，在理論課中講述初等調試技術是有必要的，例如用示波器、LED顯示測信號、串行通信監測程序流程等。使學生提高系統設計和調試技能的同時，提高了實驗課效率，使實驗課有更多的時間用于綜合性實驗中。

3 實踐教學模式的改革

3.1 基于項目引領的實驗模式

我們許多課程的實驗課教學模式，基本上都出于傳統的公共基礎課實踐教學。其特點是對單一某個理論教學內容進行實驗演示和驗證。由于思維的慣性，這種傳統自然也延續到單片機實驗課中，致使學生綜合性實驗能力較弱，完成課程設計和實際應用設計的難度較大。

作為嵌入式基礎和初級應用的單片機基礎課程，其最大特點是工程性。單片機本身是一個強大的系統集成工具，學生在專業知識基礎上用單片機及相關器件進行綜合分析和設計，最終要制作出滿足用戶要求的產品。因此，單片機實驗課的主體思路是綜合性、工程性。

基于這一點，我們對實驗課在宏觀上調整為基于項目引領的實驗模式。首先是將基礎性實驗以Proteus軟件仿真形式在理論課上實驗和演示；其次是配合理論課將整個學期的實驗課安排成一個應用項目，將整個項目按照內部資源、擴展資源、前向通道、后向通道和人機通道等部分分解成各個模塊作為每次試驗課的內容。學生在完成單次試驗的基礎上，從軟硬件的角度對項目整體架構不斷地加深認識和理解，最后完成一個項目的全過程實驗。在這個過程中，學生不斷地積累系統級分析設計的能力，不斷地積累著成就感。學生增強了對實驗課的興趣，大幅提高了單片機實驗課的效率和效果。

3.2 多種實驗手段的綜合運用

現在高校學生基本上都基于實驗箱做實驗。相對于傳統實驗手段（手工焊接或用面包板），實驗箱在單片機應用系統的軟件實驗方面具有優越性，但在硬件實驗方面，則現出其明顯的弊端。學生按照實驗指導書的指示在實驗箱上連接各端子，學生大多不去了解這種連接后形成的電路；沒有從設計、元器件連接、調試到完成全過程的鍛煉；實驗箱資源有限；不能進行多種硬件方案的試驗、硬件電路的優化設計和創新。

我們根據實驗不同分別采用不同的實驗手段。應用面包板的實驗，側重于自己設計電路實驗方案、創新潛能的開發和硬件系統級調試技術的學習；手工焊接的實驗側重于實際動手技能和模塊及硬件調試方法的學習和鍛煉；應用試驗箱的實驗則重點側重于復雜系統的編程和軟件調試。同時，這些實驗手段的綜合應用，給學生創造了一個寬松的軟硬件實驗環境和發揮創造性的空間，增大了實驗課的吸引力，促進了對理論教學的理解，達到了很好的效果。

3.3 發掘第二課堂的深度和廣度

單片機課外教學活動是可行和必要的。組織成立學生課外活動小組，為學生設計階段性任務。這些任務可以是承擔科研項目的分解部分，也可以是有意義和價值的小題目。學生的任務可以指標化，小組實行優勝劣汰。這對學生提高課程興趣、加深理解、拓展知識和帶動整體學習起到了重要作用。

每年一次由教育部和信息產業部共同舉辦的大學生電子設計競賽，是一次極好的單片機實踐教學活動。要進行規范整理，優化模塊設計，使之成為標準件，進而成為教學資源，進而促進教學教改工作進展和良好學風校風的建設。

4 結語

單片計算機是技術發展快速的IT前沿技術。要改變思路，以特別的眼光研究這門特殊的課程。我們從教學體系、理論教學、實踐教學和自主學習等全方位進行的研究探討，在教學實際中呈現了良好的效果。

參考文獻

[1] 李朝青.單片機原理及接口技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005.