單片機(jī)實訓(xùn)教學(xué)模式的設(shè)計

摘要：單片機(jī)是電子電氣類一門“古老”的學(xué)科，單片機(jī)的發(fā)展往往也被看做人類產(chǎn)品智能化的發(fā)展。隨著時代的進(jìn)步以及人們對產(chǎn)品智能化的可求，單片機(jī)不僅從單一的對機(jī)械控制發(fā)展到了多領(lǐng)域的智能化控制，更從無操作系統(tǒng)時代發(fā)展到了有操作系統(tǒng)時代，從而帶動了新興產(chǎn)業(yè)——嵌入式產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，如今，單片機(jī)及嵌入式產(chǎn)品幾乎深入到了我們工作、生活和學(xué)習(xí)的各個領(lǐng)域。那么，作為嵌入式及電子電氣類相關(guān)學(xué)科的一門重要的基礎(chǔ)課程，單片機(jī)的地位就顯得舉足輕重了。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；實訓(xùn)；教學(xué)

中圖分類號：TP368 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9599 （2012） 21-0000-02

單片機(jī)是電子電氣類一門“古老”的學(xué)科，單片機(jī)的發(fā)展往往也被看做人類產(chǎn)品智能化的發(fā)展。隨著時代的進(jìn)步以及人們對產(chǎn)品智能化的可求，單片機(jī)不僅從單一的對機(jī)械控制發(fā)展到了多領(lǐng)域的智能化控制，更從無操作系統(tǒng)時代發(fā)展到了有操作系統(tǒng)時代，從而帶動了新興產(chǎn)業(yè)——嵌入式產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，如今，單片機(jī)及嵌入式產(chǎn)品幾乎深入到了我們工作、生活和學(xué)習(xí)的各個領(lǐng)域。那么，作為嵌入式及電子電氣類相關(guān)學(xué)科的一門重要的基礎(chǔ)課程，單片機(jī)的地位就顯得舉足輕重了。

在單片機(jī)的教學(xué)中，單片機(jī)的實踐教學(xué)是使學(xué)生真正學(xué)會運用單片機(jī)的必備實訓(xùn)手段，通過這樣的教學(xué)手段，不僅可以讓學(xué)生很好的掌握單片機(jī)知識，還能達(dá)到為后續(xù)課程打基礎(chǔ)、為畢業(yè)設(shè)計做準(zhǔn)備、為單片機(jī)實現(xiàn)直接就業(yè)與企業(yè)工作環(huán)境對接的教學(xué)目的。

在幾年的教學(xué)過程中，我們本著以工作過程為導(dǎo)向，以企業(yè)典型工作任務(wù)為依托的教學(xué)模式，將單片機(jī)的教學(xué)過程按照企業(yè)對產(chǎn)品的開發(fā)流程進(jìn)行設(shè)計，采用分階段分任務(wù)分組合作的教學(xué)模式完成，具體設(shè)計如下：

1 明確工作任務(wù)

工作任務(wù)是實訓(xùn)教學(xué)的起點，它傳遞給學(xué)生的信息是“我們要做什么”。工作任務(wù)明確能夠保證研究方向的準(zhǔn)確性，工作任務(wù)明確能夠有效的了解任務(wù)所需的知識和技能，有利于學(xué)生對知識的搜集和學(xué)習(xí)。在教學(xué)中，我們?yōu)榱俗寣W(xué)生對工作任務(wù)所需掌握的知識點一目了然，往往在確定工作任務(wù)時采用比較直觀的語言表達(dá)方式提出任務(wù)，如“單片機(jī)讓一個LED燈閃爍”、“單片機(jī)讓一個LED燈定時1秒閃爍”、“單片機(jī)讓單數(shù)碼管顯示0～9十個十進(jìn)制數(shù)”等等，這種直觀的語言描述往往可以降低任務(wù)的復(fù)雜性，讓學(xué)生更快更直接的了解知識點，從而有利于后續(xù)工作的開展。

2 確定工作目標(biāo)

工作目標(biāo)指導(dǎo)任務(wù)完成的方向性。工作目標(biāo)明確才能進(jìn)一步分析工作任務(wù)的具體需求和目的；工作目標(biāo)明確才能具體分析和選擇下一步工作該做什么、怎么做、做的目的是什么。通常在這一教學(xué)環(huán)節(jié)中，我們會將學(xué)生組織成若干個開發(fā)工作組，將工作任務(wù)看成招標(biāo)商的招標(biāo)任務(wù)，將工作組定位為若干個投標(biāo)公司，通過一種企業(yè)競爭式的模式，組織學(xué)生完成工作任務(wù)。這一環(huán)節(jié)，主要是各個工作組進(jìn)行組內(nèi)討論，分析工作目標(biāo)；通過工作目標(biāo)，進(jìn)一步確定工作任務(wù)所需的知識點、進(jìn)而通過工作組對資料的查找和搜集，在提出工作任務(wù)的前提下，組織組內(nèi)學(xué)生完成對芯片的選擇、元器件的選擇以及開發(fā)工具的選擇的任務(wù)。

3 完成任務(wù)的系統(tǒng)設(shè)計

在單片機(jī)的企業(yè)開發(fā)流程中，系統(tǒng)設(shè)計是十分重要的階段。單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的目的是在保證工作目標(biāo)實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，以提高系統(tǒng)的簡單性、可行性、可靠性、完整性、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性、安全性以及經(jīng)濟(jì)效益等為出發(fā)點，進(jìn)一步詳細(xì)設(shè)計的實現(xiàn)工作目標(biāo)完成工作任務(wù)的設(shè)備及芯片的參數(shù)選型，如輸入信號的類型和數(shù)量，輸出控制的對象和數(shù)量，接口設(shè)備的種類及類型，環(huán)境配置，工作電源要求以及產(chǎn)品整體成本要求等。

4 電路原理圖設(shè)計

原理圖是硬件組裝的依據(jù)，原理圖的設(shè)計好壞直接關(guān)系到制作產(chǎn)品的可行性，因此，學(xué)會繪制原理圖是學(xué)生走向工作崗位操作的第一步。我們所使用的原理圖設(shè)計工具是PROTEL軟件。PROTEL是個龐大的EDA軟件，它不僅可以繪制電路原理圖繪制，還可以模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真、多層印制電路板設(shè)計等等，目前幾乎所有的電子公司都要用到它，因此這里使用PROTEL軟件的另一個目的是實現(xiàn)能夠最大限度的縮小學(xué)校和企業(yè)的差距，從而做到校企對接。

5 軟件程序設(shè)計

單片機(jī)是靠命令完成工作的，命令是靠軟件編寫的，因此軟件設(shè)計環(huán)節(jié)必不可少。軟件設(shè)計不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生良好的問題分析能力，組織能力、順序協(xié)調(diào)能力等社會必要能力，更重要的是一個好的程序往往決定了產(chǎn)品的興衰和成敗，因此軟件設(shè)計也是單片機(jī)開發(fā)中不容忽視的階段。

軟件設(shè)計的流程一般分為：設(shè)計軟件的功能和實現(xiàn)的算法和方法、軟件的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計和模塊設(shè)計、編程和調(diào)試、程序聯(lián)調(diào)和測試以及編寫、提交程序幾個過程。由于低級的匯編語言過于依賴固定單片機(jī)芯片，往往不便于程序的移植，因此我們在教學(xué)中，使用高級語言——C語言進(jìn)行單片機(jī)的程序設(shè)計，使得程序設(shè)計更易于理解，更有利于系統(tǒng)擴(kuò)展和學(xué)生進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)。

6 電路仿真設(shè)計

仿真是指在計算機(jī)上采用特定的軟件模擬單片機(jī)運行的狀態(tài)，進(jìn)而確定單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的可行性。我們在這一環(huán)節(jié)中使用PROTUES電路仿真軟件模擬電路原理圖的結(jié)構(gòu)，通過導(dǎo)入程序觀察運行結(jié)果來確定設(shè)計的準(zhǔn)確性。對于初學(xué)者來說，如果直接焊接電路不僅可能帶來不必要的經(jīng)濟(jì)損失，更可能在焊接中由于出現(xiàn)不確定的問題而導(dǎo)致無法觀察執(zhí)行效果，無法確定產(chǎn)品的問題來自于軟件還是硬件，因此仿真往往是解決這一問題的一個好辦法，它即節(jié)約了成本又能讓學(xué)生明確看到自己制作的產(chǎn)品的執(zhí)行效果，進(jìn)而能夠是學(xué)生正確分析問題的所在。實際教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)這一環(huán)節(jié)的實施往往給學(xué)生帶來了極大的學(xué)習(xí)樂趣，從而有效的提高的學(xué)習(xí)效果，鼓勵了學(xué)生繼續(xù)專研的信心，為后續(xù)任務(wù)打下更堅實的基礎(chǔ)。

7 繪制電路板

電路板是元器件連接的平臺，電路板的設(shè)計有利于優(yōu)化設(shè)備間的布局，因此電路板設(shè)計也是單片機(jī)設(shè)計中比較嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鳝h(huán)節(jié)，在這一環(huán)節(jié)中我們?nèi)匀唤柚鶳ROTEL軟件來完成。

8 成品焊接

焊接是一種以加熱方式接合金屬或其他熱塑性材料如塑料的制造工藝及技術(shù)。焊接是電裝生產(chǎn)中不可避免的的重要環(huán)節(jié)。這里我們通過焊接技術(shù)完成成品的組裝，到這里為止基本的產(chǎn)品設(shè)計過程就初步設(shè)計完成了。

9 成品調(diào)試

成品制作完畢后，就進(jìn)入成品整體的調(diào)試環(huán)節(jié)了，在這一環(huán)節(jié)的實施中，工作組學(xué)生根據(jù)成品的運行效果，將問題的研究方向確定為軟件和硬件兩種因素，通過組內(nèi)成員的分析及教師的從旁指導(dǎo)，反復(fù)調(diào)試直至問題解決。

10 小組測評

測評是檢驗實訓(xùn)成果的手段，我們在這一環(huán)節(jié)中，將測評分為三種：組內(nèi)測評、組間測評和教師測評。通過組內(nèi)測評，對組內(nèi)成員的學(xué)習(xí)態(tài)度、探索精神、合作意識等做一個合理的評價，以激勵和端正組內(nèi)學(xué)生間的學(xué)習(xí)態(tài)度和合作態(tài)度；通過組間測評，組織各小組互評，通過學(xué)生互評促使組間學(xué)生的學(xué)習(xí)和交流，以此達(dá)到促進(jìn)學(xué)生組間競爭意識，互學(xué)意識。通過教師測評，總結(jié)出各個小組的優(yōu)點及不足，進(jìn)一步督促學(xué)生學(xué)習(xí)，以此達(dá)到教學(xué)相長的目的。

[作者簡介]于薇（1980.3-），籍貫：遼寧莊河，學(xué)歷：碩士，職稱：講師，研究方向：嵌入式方向；張黎明（1978.5-），籍貫：山東，學(xué)歷：碩士，職稱：工程師，研究方向：林業(yè)。