單片機(jī)技能培訓(xùn)對(duì)學(xué)習(xí)單片機(jī)的積極作用

糾智先

（武漢輕工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，湖北 武漢430023）

0 引言

隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到人類(lèi)生活的各個(gè)方面。無(wú)論是尖端科技，如軍事、通信、能源、機(jī)器人、交通、IT，還是現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、儀器儀表、汽車(chē)電子系統(tǒng)、家用電器、玩具及個(gè)人信息終端等各個(gè)領(lǐng)域，都離不開(kāi)單片機(jī)，成為了電子系統(tǒng)智能化的最普遍的應(yīng)用手段。因此“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程也成為各高校工科專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)必修課程。其目的是培養(yǎng)這類(lèi)學(xué)生掌握單片機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理等硬件特性及匯編語(yǔ)言、指令，并做到兩者融會(huì)貫通。通過(guò)對(duì)單片機(jī)理論、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的學(xué)習(xí)，增強(qiáng)工程應(yīng)用實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

目前培養(yǎng)適應(yīng)新世紀(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高素質(zhì)創(chuàng)新人才，已成為高等教育發(fā)展的重要趨勢(shì)。作為高校工科專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)必修課，單片機(jī)教學(xué)就必須以提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力為核心目的。單片機(jī)課程是一門(mén)理論性、技術(shù)性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，對(duì)學(xué)生提出了比較高的要求，不僅要能夠融合電子電路、微型原理及程序設(shè)計(jì)等相關(guān)知識(shí)，還要具有實(shí)際動(dòng)手能力。因此，如何通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)使得學(xué)生更快的掌握單片機(jī)；如何通過(guò)改善單片機(jī)的理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容和方法，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，進(jìn)一步發(fā)揮他們的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性，這成為了任課老師思考的重點(diǎn)。

1 單片機(jī)教學(xué)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的單片機(jī)教法,總是先將單片機(jī)的基本內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理講完，然后學(xué)生開(kāi)始做實(shí)驗(yàn)。在學(xué)理論知識(shí)時(shí)沒(méi)有相應(yīng)的實(shí)踐配合,使學(xué)生產(chǎn)生枯燥無(wú)味感,加上單片機(jī)這門(mén)課程比較抽象,學(xué)生在剛開(kāi)始接觸的時(shí)候很難入門(mén)。任課老師深感教學(xué)難度大，學(xué)生普遍覺(jué)得此課程難以理解，學(xué)完后，印象不深刻，不能舉一反三，過(guò)后遺忘。學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣隨著課程的枯燥也隨之遞減。出現(xiàn)上述問(wèn)題的主要原因在于該課程抽象復(fù)雜，具有軟、硬件相結(jié)合的特點(diǎn)，而且實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)偏少等原因，學(xué)生學(xué)完后，不具備靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力，學(xué)生單片機(jī)綜合實(shí)踐技能的能力很難提高。

那么，改變現(xiàn)狀的方法僅有改變?cè)械慕虒W(xué)模式和方法，變抽象為形象、化復(fù)雜為直觀。

2 單片機(jī)技能培訓(xùn)的必要性

單片機(jī)技能培訓(xùn)是在系統(tǒng)學(xué)習(xí)單片機(jī)課程之前指導(dǎo)學(xué)生了解單片機(jī)的基本知識(shí)和應(yīng)用，提高學(xué)生對(duì)該課程的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)該課程的興趣，并且在有限的一個(gè)半星期的集中培訓(xùn)時(shí)間里通過(guò)老師的講解、演示和指導(dǎo)，使得學(xué)生對(duì)單片機(jī)有一定的主觀、直觀認(rèn)識(shí)和實(shí)踐動(dòng)手機(jī)會(huì)，能對(duì)單片機(jī)的基本指令、編程、調(diào)試和應(yīng)用有一定的掌握，這將為學(xué)生今后系統(tǒng)學(xué)習(xí)單片機(jī)課程奠定了基礎(chǔ)，也將使得單片機(jī)學(xué)習(xí)不再枯燥無(wú)味。

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)室配備的單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)是Keil uVision。Keil uVision開(kāi)發(fā)平臺(tái)由于支持C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)、提供良好的集成環(huán)境、支持廠商眾多等因素得到了廣泛的應(yīng)用，成為時(shí)下開(kāi)發(fā)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的有力工具。在教學(xué)內(nèi)容上，除講解單片機(jī)匯編語(yǔ)言的基本知識(shí)，還應(yīng)該以Keil uVision為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，講解C51的開(kāi)發(fā)流程。讓學(xué)生既掌握匯編指令，又熟悉C51的開(kāi)發(fā)方式，今后在面對(duì)實(shí)際系統(tǒng)時(shí)，能夠做到發(fā)揮兩者各自的優(yōu)勢(shì)，高效地完成開(kāi)發(fā)過(guò)程。這對(duì)今后學(xué)生學(xué)習(xí)該課程及其他相關(guān)知識(shí)打下基礎(chǔ)。

另外，老師對(duì)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板的演示讓學(xué)生對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用有一定主觀和直觀認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的渴望。例如：實(shí)驗(yàn)室里AT89S5x單片機(jī)試驗(yàn)開(kāi)發(fā)板設(shè)計(jì)了LED循環(huán)燈、數(shù)碼管、單脈沖發(fā)生器等實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過(guò)自己的動(dòng)手操作這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，初學(xué)者很快被其吸引，使得學(xué)生對(duì)單片機(jī)的認(rèn)識(shí)從無(wú)到有，從好奇到學(xué)習(xí)，從學(xué)習(xí)到掌握，在學(xué)生的腦子里迅速形成概念，這樣學(xué)生的積極主動(dòng)性加強(qiáng)了。一旦學(xué)生的學(xué)習(xí)積極主動(dòng)性被調(diào)動(dòng)起來(lái)，那么在下面的學(xué)習(xí)中將是帶著問(wèn)題和興趣積極的投身于此。

2.2 單片機(jī)技能培訓(xùn)的教學(xué)方法

單片機(jī)技能培訓(xùn)對(duì)老師而言具有一定的挑戰(zhàn)性，這不僅要求老師對(duì)單片機(jī)的知識(shí)和應(yīng)用了如指掌，對(duì)知識(shí)融會(huì)貫通，而且要求老師在有限的較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到培訓(xùn)目的。那么在單片機(jī)技能培訓(xùn)的教學(xué)方法上就應(yīng)該大做文章，在培訓(xùn)期間不是單一的理論或者實(shí)驗(yàn)教學(xué)，而是兩者合二為一，只有這樣才能達(dá)到更好效果。

2.2.1 理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)結(jié)合

單片機(jī)課程本身是一門(mén)很有趣的課程,有很多東西都與實(shí)際生活相關(guān),很容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。那么怎樣做才能使得在很短的時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生有所了解并且掌握相關(guān)基本知識(shí)？這就需要老師在講一些比較抽象的知識(shí)時(shí)，能通俗易懂，多舉例說(shuō)明，通過(guò)Keil uVision開(kāi)發(fā)平臺(tái)的功能把知識(shí)點(diǎn)串起來(lái)，那么學(xué)生理解起來(lái)會(huì)更容易些。比如說(shuō)，對(duì)于片內(nèi)RAM和片外RAM數(shù)據(jù)傳遞，這需要不同指令才能完成，例如：

MOV 34H,#30H

MOV A,34H

MOV@R1,#52H

MOVX@R1，A

指令執(zhí)行的過(guò)程應(yīng)該是將立即數(shù)30H傳送到片內(nèi)RAM的34H地址單元內(nèi)，通過(guò)累加器A和R1的間接尋址將數(shù)據(jù)30H傳送到片外RAM的52H單元中。結(jié)果為(A)=30H，(R1)=52H，片內(nèi)RAM中的(34H)=30H，片外RAM中的(52H)=30H。

上述指令雖然很簡(jiǎn)單，但是對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，這將很容易出錯(cuò)。如果老師僅僅就把指令講解完畢，舉兩個(gè)例子說(shuō)明，這將是很枯燥無(wú)味的，雖然學(xué)生聽(tīng)明白了為什么要這樣做，這樣做有什么樣的結(jié)果，但是還是一頭霧水，有點(diǎn)懵懵懂懂。但是，如果利用Keil uVision開(kāi)發(fā)平臺(tái)的程序演示，學(xué)生就能有一個(gè)很清楚的認(rèn)識(shí)，從片內(nèi)的數(shù)據(jù)通過(guò)指令運(yùn)行后傳送到了片外的具體的地址單元里，在相應(yīng)的地址單元里學(xué)生會(huì)看到結(jié)果：(A)=30H,(R1)=52H，片內(nèi)RAM中的(34H)=30H，片外RAM中的(52H)=30H，這樣直觀的接觸對(duì)理解起到很好的幫助，并且可以單步執(zhí)行每條指令，學(xué)生會(huì)更清楚每條指令的實(shí)際意義和運(yùn)行結(jié)果。而且老師可以在Keil uVision開(kāi)發(fā)平臺(tái)演示寫(xiě)指令的過(guò)程中說(shuō)明注意事項(xiàng)，寫(xiě)出錯(cuò)誤指令后的應(yīng)對(duì)方法等等具體細(xì)節(jié)，這對(duì)提高學(xué)生排除故障能力和開(kāi)發(fā)創(chuàng)新能力有重要意義。那么學(xué)生有了具體操作和直觀認(rèn)識(shí)后，對(duì)指令的學(xué)習(xí)和Keil uVision開(kāi)發(fā)平臺(tái)的操作有了進(jìn)一步具體的掌握。

在很短的時(shí)間內(nèi)能對(duì)單片機(jī)有所了解和領(lǐng)悟，這對(duì)學(xué)生而言是一個(gè)不小的進(jìn)步，也使得學(xué)生很有成就感，這就更加激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)積極主動(dòng)性和創(chuàng)新性，而不是僅僅局限于會(huì)分析看懂程序上，而是希望通過(guò)自己編程，達(dá)到成功。一旦自己編程調(diào)試成功，這種喜悅和成就感就不言而喻了，這也促使他們對(duì)學(xué)習(xí)新知識(shí)和掌握更多知識(shí)的渴望。當(dāng)然在培訓(xùn)期間，由于時(shí)間有限，不可能把所有的知識(shí)都面面俱到，那么感興趣的學(xué)生就可以自學(xué)相關(guān)內(nèi)容，這不僅提高了學(xué)生的自學(xué)能力，也為他們接觸單片機(jī)和進(jìn)一步了解提供了更長(zhǎng)的時(shí)間，為今后的學(xué)習(xí)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2.2 引入競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，分組比賽

單片機(jī)技能培訓(xùn)雖然時(shí)間短，但是時(shí)間很集中，連續(xù)全天的上課對(duì)學(xué)生而言也是比較枯燥和乏味的。如何讓學(xué)生充分利用時(shí)間，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，在每天的上課時(shí)間里有更多的收獲？我想引入競(jìng)爭(zhēng)，把學(xué)生分組，通過(guò)比賽完成學(xué)習(xí)內(nèi)容不失一個(gè)好方法。

把學(xué)生5-6人分為一組，每組一位組長(zhǎng)，這樣就可以通過(guò)每組完成學(xué)習(xí)任務(wù)的先后順序給各組打分，結(jié)果將直接帶入最終成績(jī)，這對(duì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和發(fā)揚(yáng)團(tuán)隊(duì)精神起到很好作用。在授課過(guò)程中，講解到一定程度，老師布置給學(xué)生任務(wù)，在有限的時(shí)間內(nèi)每組上交答案，具體事項(xiàng)由組長(zhǎng)負(fù)責(zé)。由于學(xué)生的集體榮譽(yù)感很強(qiáng)，誰(shuí)也不服輸，出現(xiàn)你追我趕的現(xiàn)象，整個(gè)課堂氣氛活躍，學(xué)生學(xué)習(xí)熱情高漲。在學(xué)生完成任務(wù)期間，老師可以誘導(dǎo)學(xué)生如何思考問(wèn)題和解決問(wèn)題，幫助他們避免不必要的錯(cuò)誤，及時(shí)解答學(xué)生提出的問(wèn)題，這樣學(xué)生在此期間既可以學(xué)習(xí)新知識(shí)又可以鞏固所學(xué)知識(shí)，同時(shí)，學(xué)生之間的交流也會(huì)讓學(xué)習(xí)變得生動(dòng)起來(lái)。例如:用多種方法將片內(nèi)RAM34H單元和36H單元中的內(nèi)容互換。一般有四種方法：直接地址傳送法，間接地址傳送法，字節(jié)交換傳送法和堆棧傳送法。這個(gè)任務(wù)要求學(xué)生能正確應(yīng)用所學(xué)指令，并且要靈活應(yīng)用不同功能的指令。鼓勵(lì)學(xué)生相互之間討論，引發(fā)新的思維碰撞，一題多解，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。這在很大程度上對(duì)學(xué)生掌握知識(shí)和應(yīng)用知識(shí)起到幫助，比老師在黑板上一直講效果要好得多，學(xué)生也樂(lè)意動(dòng)腦筋，彼此之間相互討論研究，就連平時(shí)不愛(ài)學(xué)習(xí)的學(xué)生都變得積極愛(ài)學(xué)了。整體效果非常不錯(cuò)。

2.2.3 充分利用多媒體和網(wǎng)絡(luò)

老師上課使用多媒體教學(xué)能讓學(xué)生更快掌握知識(shí)和軟件操作，內(nèi)容更加直觀和形象，學(xué)生也更容易接受，不會(huì)覺(jué)得枯燥乏味。在學(xué)生完成任務(wù)期間，除了利用課本查找知識(shí)解決問(wèn)題及老師的幫助外，當(dāng)然也可以借助網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)大功能，有什么問(wèn)題上網(wǎng)“搜”一下，這樣既可以解決問(wèn)題，也讓學(xué)生更加開(kāi)闊眼界，學(xué)習(xí)他人思考問(wèn)題和解決問(wèn)題的方法。通過(guò)一系列的學(xué)習(xí)過(guò)程，對(duì)學(xué)生而言將是受益無(wú)窮的。

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)單片機(jī)這門(mén)課程而言，學(xué)生在學(xué)習(xí)理論課程之前，能進(jìn)行單片機(jī)技能培訓(xùn)將是受益匪淺的。這不僅對(duì)學(xué)生全面認(rèn)識(shí)單片機(jī)這門(mén)課程起到很好效果，對(duì)學(xué)生積極學(xué)習(xí)這門(mén)課程也起到不可或缺的作用。如果學(xué)期末對(duì)學(xué)生進(jìn)行單片機(jī)技能培訓(xùn)，下學(xué)期再開(kāi)始學(xué)習(xí)這門(mén)理論課程將會(huì)出現(xiàn)更好效果。學(xué)生對(duì)單片機(jī)有些了解之后，假期可以對(duì)此相關(guān)知識(shí)進(jìn)行進(jìn)一步學(xué)習(xí)，為開(kāi)學(xué)的理論課程學(xué)習(xí)打下更堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。老師在開(kāi)學(xué)的理論課程的教授過(guò)程中對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用可以聯(lián)系得更緊密，在有限的理論學(xué)時(shí)里教授更多和實(shí)際應(yīng)用緊密相關(guān)的知識(shí)，而學(xué)生聽(tīng)課將不再是一頭霧水，對(duì)學(xué)生而言這門(mén)實(shí)際應(yīng)用很強(qiáng)的課程是多么的有趣和實(shí)用。