模塊化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要： 本文針對(duì)傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)方法的弊端，提出了基于模塊化的單片機(jī)教學(xué)思路改革，具體介紹了以ATMEGA128單片機(jī)最小系統(tǒng)板作為核心模塊，擴(kuò)展外圍模塊，共同構(gòu)建模塊化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，推動(dòng)單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)的創(chuàng)新改革，以期提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞： 單片機(jī) 模塊化實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 實(shí)例化

1.引言

ATMEGA128是ATMEL公司的8位系列單片機(jī)的最高配置的一款單片機(jī)，穩(wěn)定性極高，應(yīng)用及其廣泛。先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)，133條指令大多數(shù)可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成，指令系統(tǒng)靈活適用，開發(fā)工具成本低，相關(guān)資料書籍也非常多，因此得到了廣泛應(yīng)用。雖然所有工科院校都開設(shè)了單片機(jī)原理與應(yīng)用課程，但是課程教學(xué)的質(zhì)量不容樂觀，特別是在實(shí)踐教學(xué)上，其主要問題是：一直以來(lái)的單片機(jī)教學(xué)采用的都是灌輸式教學(xué)方法，和工程實(shí)際應(yīng)用相脫節(jié)，造成學(xué)生感覺難學(xué)，老師難以講述的困境，因此非常有必要開發(fā)一種新的教學(xué)方法。

2.加強(qiáng)單片機(jī)課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)

單片機(jī)是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，因此，在教學(xué)中，要特別注意讓學(xué)生學(xué)以致用。為了更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)指示的主動(dòng)性，要在單片機(jī)教學(xué)過(guò)程中引進(jìn)一些實(shí)例化教學(xué)環(huán)節(jié)?！皩?shí)例化”教學(xué)是指把單片機(jī)課程中所涉及理論知識(shí)分解到實(shí)際工程項(xiàng)目中，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中按照項(xiàng)目要求進(jìn)行有目的的學(xué)習(xí)，這樣可大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師在安排實(shí)例化內(nèi)容時(shí)要注意循序漸進(jìn)，各部分內(nèi)容既要有差別又要相互聯(lián)系，前面的實(shí)例為后續(xù)的打基礎(chǔ)，后續(xù)的實(shí)例再引入新的內(nèi)容、新概念，這樣形成一個(gè)良性循環(huán)，首尾又相互呼應(yīng)，極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.模塊化單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建

目前單片機(jī)實(shí)驗(yàn)主要是在實(shí)驗(yàn)箱中進(jìn)行，所有的電路和模塊都集中在一塊電路板上，很多同學(xué)在做完實(shí)驗(yàn)后，甚至連單片機(jī)長(zhǎng)什么樣都不知道，極大地降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。而模塊化教學(xué)剛好克服了這個(gè)缺點(diǎn)。所謂模塊化教學(xué)就是把單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)分為N個(gè)子模塊，包括最小系統(tǒng)板、動(dòng)態(tài)靜態(tài)數(shù)碼管顯示管模塊、LED流水燈模塊、LED點(diǎn)陣、獨(dú)立鍵盤、矩陣鍵盤、AD模塊、DA模塊、LCD顯示模塊、232和485通信模塊、繼電器控制模塊、直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)控制模塊等。學(xué)生可以按照學(xué)習(xí)進(jìn)度，把逐個(gè)模塊的電路、程序等相關(guān)知識(shí)弄清楚，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)必須動(dòng)手連線，這樣有利于學(xué)生了解單片機(jī)的I/O端口情況，通過(guò)模塊間的組合涉及，也可以鍛煉動(dòng)手能力。這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的模塊化實(shí)驗(yàn)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)只要導(dǎo)入程序即可完成實(shí)驗(yàn)的不足。

4.配套綜合性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

當(dāng)學(xué)生具備一定的知識(shí)和技能基礎(chǔ)后，可以做一些綜合性實(shí)驗(yàn)。運(yùn)用一門或多門課程中的知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)出一個(gè)功能完整的項(xiàng)目。針對(duì)單片機(jī)課程而言，綜合實(shí)驗(yàn)性實(shí)驗(yàn)通常在課程期末進(jìn)行，此時(shí)學(xué)生已經(jīng)基本掌握了單片機(jī)內(nèi)部資源和外圍擴(kuò)展及相關(guān)課程的應(yīng)用，可以運(yùn)用多個(gè)知識(shí)點(diǎn)完成綜合性實(shí)驗(yàn)。

另外，在此過(guò)程中，還可以在課本的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一些更加深入的針對(duì)性實(shí)驗(yàn)，比如課本通常只有8位AD和DA轉(zhuǎn)化，學(xué)生在學(xué)習(xí)掌握后，教師可以加以引導(dǎo)，提出12位AD及12位DA，精確測(cè)量溫度壓力等信號(hào)，這樣不僅有助于學(xué)生加深所學(xué)的知識(shí)，還可培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，同時(shí)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐能力也得到了充分鍛煉。因課時(shí)的限制，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)可以不要求在課堂內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)。但教師要鼓勵(lì)學(xué)生選擇一兩個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，在課后完成，可以組隊(duì)，形式不限，共同完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，以此調(diào)動(dòng)學(xué)生選做實(shí)驗(yàn)的積極性。

5.結(jié)語(yǔ)

本文敘述了單片機(jī)機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方法，并據(jù)此介紹構(gòu)建模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的特點(diǎn)。模塊化平臺(tái)具有豐富的基本接口實(shí)驗(yàn)?zāi)K、擴(kuò)展接口模塊和單片機(jī)總線擴(kuò)展接口，如485、232、CAN總線等，用于控制功能復(fù)雜的對(duì)象；提供多種通信接口實(shí)驗(yàn)?zāi)K，如串行口，網(wǎng)絡(luò)通信接口，有利于系統(tǒng)擴(kuò)展和組網(wǎng)。大部分實(shí)驗(yàn)電路均應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)，學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)電路并動(dòng)手把各個(gè)模塊連接起來(lái)，組成一個(gè)完成的應(yīng)用系統(tǒng)，這樣便直觀地看到單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)造，又有利于通過(guò)不同模塊的組合設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)，還可以鍛煉動(dòng)手能力。

實(shí)例化的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)通過(guò)模塊化組織起來(lái)，可使學(xué)生盡快了解單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，掌握單片機(jī)開發(fā)工具的使用；平臺(tái)豐富的系統(tǒng)硬件資源及資源的模塊化設(shè)計(jì)可組合出較多的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上發(fā)揮驗(yàn)證性、綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的功能，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求任意組合，提高實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的性價(jià)比；在綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的安排上偏向與自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用，符合本校的辦學(xué)特色。

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