單片機(jī)原理與接口技術(shù)教材改革研究與探索

吳清收

摘要：針對目前單片機(jī)原理與接口技術(shù)教材存在的弊端，提出一種基于匯編語言和C語言同步講解的教材改革方案，匯編語言編程雖然具有語句簡練、實(shí)時(shí)性高的優(yōu)點(diǎn)，但在處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算時(shí)程序的編寫比較難以掌握，需要較高的編程技巧，而采用兩種語言同步講解的教材可加快學(xué)生對單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的掌握。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；匯編語言；C語言；課程設(shè)計(jì)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）38-0089-02

一、概述

《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》（以下簡稱單片機(jī)）是高校工科專業(yè)的一門必修專業(yè)課程，同時(shí)也是比較重要的一門課程，所以學(xué)好該門課程具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。

目前有關(guān)單片機(jī)課程的教材，其內(nèi)容結(jié)構(gòu)基本上包括單片機(jī)概述、單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、匯編語言編程、單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展、定時(shí)器、中斷、串行口等幾個(gè)模塊，幾乎所有教材中的編程實(shí)例都采用的匯編語言。匯編語言編程雖然具有語句簡練、實(shí)時(shí)性高的優(yōu)點(diǎn)，但在處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算時(shí)程序的編寫比較難以掌握，需要較高的編程技巧，尤其對剛剛學(xué)習(xí)完課程的學(xué)生來說，難以理解和掌握，編程難度較大。所以學(xué)生在應(yīng)用中喜歡用C語言編寫單片機(jī)程序而很少用匯編語言編程。

針對C語言在單片機(jī)應(yīng)用編程中應(yīng)用的廣泛性，提出了《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》課程的改革設(shè)想，將匯編語言編程和C語言編程都融入到單片機(jī)教材中，在實(shí)時(shí)性要求較高，C語言編程不能滿足要求的情況下選用匯編語言，譬如在時(shí)序要求很嚴(yán)格，只允許幾個(gè)微秒的誤差，這時(shí)就只能采用匯編語言程序；在實(shí)時(shí)性一般以及一些復(fù)雜的信號處理運(yùn)算時(shí)，如浮點(diǎn)數(shù)的復(fù)雜運(yùn)算、復(fù)雜的數(shù)字濾波等，這時(shí)就可以用簡單直觀的C語言編寫程序，二者相互補(bǔ)充，以更好地滿足單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在基本內(nèi)容的基礎(chǔ)上，結(jié)合教師的實(shí)際科研項(xiàng)目，最后增加一章實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)舉例，題目實(shí)用價(jià)值較高，設(shè)計(jì)實(shí)例采用匯編和C語言編寫，更好地提高學(xué)生對單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)知識的掌握。

二、單片機(jī)教材改革的必要性

在確定具體實(shí)施方案前，首先選擇幾所典型高校進(jìn)行相關(guān)專業(yè)的調(diào)研，通過調(diào)研掌握各高校對目前選用的單片機(jī)課程教材的意見以及針對教材存在的問題所提出的合理化建議。通過與學(xué)生和老師座談，掌握哪些章節(jié)內(nèi)容適合用匯編語言講解，而哪些章節(jié)用C語言講解比較容易掌握；了解學(xué)生對單片機(jī)編程更傾向于選用匯編還是C語言、教師在用到單片機(jī)的科研項(xiàng)目中經(jīng)常采用哪種編程語言，以便更好地為單片機(jī)教材的修改完善吸取寶貴經(jīng)驗(yàn)。

通過對南京大學(xué)、山東大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、上海交通大學(xué)、浙江理工大學(xué)等幾所高校的相關(guān)專業(yè)關(guān)于目前單片機(jī)教材使用情況的調(diào)研，通過與上述學(xué)校老師和同學(xué)的交流，普遍認(rèn)為完全使用匯編語言編程的老師和同學(xué)數(shù)量較少，一方面是由于匯編語言編寫的程序可移植性較差，對于不同的單片機(jī)由于指令系統(tǒng)的不同需要重新編寫程序；另一方面就是匯編語言是針對計(jì)算機(jī)的語言，熟練應(yīng)用匯編語言編程需要掌握每條匯編語言指令，同時(shí)要有豐富的編程經(jīng)驗(yàn)和編程技巧，這對于剛學(xué)習(xí)單片機(jī)的學(xué)生有較大的難度。用C語言編程編程對學(xué)生來說就比較容易掌握，因?yàn)樗麄冊趯W(xué)習(xí)單片機(jī)課程之前就已經(jīng)開過C語言程序設(shè)計(jì)，雖然二者之間有區(qū)別，但是基本語句是一樣的，差別很小，很容易掌握，實(shí)現(xiàn)同樣功能的程序，用C語言編寫的程序段比用匯編語言編寫的程序段短，所以容易理解和掌握。

下面是用兩種語言編寫的兩段程序，功能是用51單片機(jī)的串行方式0實(shí)現(xiàn)電子時(shí)鐘的LED數(shù)碼管顯示，假設(shè)匯編語言中時(shí)、分、秒數(shù)據(jù)分別以二進(jìn)制方式存放在內(nèi)存30H、31H和32H中，C語言中的數(shù)據(jù)存放在數(shù)組time的time【0】、time【1】和time【2】中，編程如下：

通過上面的程序比較可以看出，C語言編寫的程序較容易理解，而且語句較少，容易被學(xué)生掌握；相反，匯編語言編寫的程序由于是直接針對計(jì)算機(jī)的，需要掌握不同單片機(jī)系統(tǒng)的指令及使用方法，掌握起來相對比較困難，短時(shí)間內(nèi)不容易被學(xué)生熟練掌握。

三、實(shí)施方案

1.在廣泛聽取老師和學(xué)生意見、建議的基礎(chǔ)上，制定出合理有序的教材章節(jié)內(nèi)容架構(gòu)。由于教材采用C語言和匯編語言的同步講解，所以，單片機(jī)內(nèi)部各模塊內(nèi)容的講解應(yīng)該安排在匯編語言和C語言章節(jié)之后進(jìn)行。

2.教材中設(shè)計(jì)到的舉例采用兩種語言編程。在講解完第四章以后，從第五章到第十章都采用匯編語言和C語言兩種語言編程，加深對兩種語言編程的理解和掌握，同時(shí)各例題盡量結(jié)合老師的科研項(xiàng)目和實(shí)際應(yīng)用例程講解，做到各例題直接輸入計(jì)算機(jī)，不需進(jìn)行修改調(diào)試就能通過，尤其是第十章的實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，全部采用教師科研項(xiàng)目中的實(shí)例編寫，通過學(xué)習(xí)，讓學(xué)生掌握單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)步驟，包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)方法，從中積累寶貴的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為以后獨(dú)立從事應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)保障。

3.授課課程中的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)采用兩種語言調(diào)試。單片機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是加深學(xué)生各模塊知識掌握的重要環(huán)節(jié)，通過實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對所學(xué)單片機(jī)各模塊知識的理解和掌握，熟悉匯編語言和C語言的編程環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生基本的硬件設(shè)計(jì)能力和程序設(shè)計(jì)方法，學(xué)會(huì)單片機(jī)仿真器和編程器的使用方法，同時(shí)，通過兩種語言的編程調(diào)試，掌握每種語言編程的優(yōu)缺點(diǎn)及適用場合，為后續(xù)的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)提供更好的設(shè)計(jì)方法。例如，在實(shí)時(shí)性要求較高的部分采用匯編語言編程，而在沒有特殊要求的其他環(huán)節(jié)采用C語言編程，整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)采用兩種語言的混合編程方式，充分發(fā)揮兩種語言的優(yōu)勢，既發(fā)揮了學(xué)生在編程語言上的特長，又較好地滿足應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)際需要。

四、實(shí)施效果

1.改革對單片機(jī)課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的作用。單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力的重要環(huán)節(jié)，兩周的設(shè)計(jì)時(shí)間足以保證一個(gè)基本單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完成，通過課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)，使學(xué)生能夠掌握從方案比較與選擇到硬件設(shè)計(jì)與原理圖和電路板圖繪制、元器件焊接、軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試，直至最后元硬件綜合調(diào)試的整個(gè)設(shè)計(jì)過程，真正提高學(xué)生的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和動(dòng)手實(shí)踐能力，在設(shè)計(jì)題目上要充分發(fā)揮指導(dǎo)教師的科研項(xiàng)目這一優(yōu)勢，真正與實(shí)際相結(jié)合，這樣既滿足了指導(dǎo)教師的科研需要，又達(dá)到了學(xué)生綜合鍛煉的目的。在軟件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，由于學(xué)生掌握了匯編語言和C語言兩種編程語言，可以在保證系統(tǒng)功能的前提下，充分發(fā)揮每種編程語言的優(yōu)勢，編寫出簡潔高效的軟件程序，提高自己的軟件設(shè)計(jì)水平。

2.改革對學(xué)生參加電子設(shè)計(jì)競賽等綜合賽事的促進(jìn)作用。全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽、山東省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽以及山東省機(jī)電產(chǎn)品大賽等大型賽事每年舉辦一次，對每位參賽同學(xué)來說是一次難得的學(xué)習(xí)和鍛煉機(jī)會(huì)，如果比賽中獲得好的名次，對學(xué)生將來的就業(yè)問題能提供極大幫助?，F(xiàn)在用人單位最需要的就是有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的畢業(yè)生，參加過這種競賽的同學(xué)與沒有參加過的相比，當(dāng)然有實(shí)踐方面的優(yōu)勢，用人單位比較容易接收，但是由于這些競賽時(shí)間不充足，一般要求在一周時(shí)間內(nèi)完成，而學(xué)生對匯編語言的掌握還很不熟練，因?yàn)橛脜R編語言編程需要長期的鍛煉和經(jīng)驗(yàn)的積累，通過教材改革，在先修課程C語言程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，學(xué)生很容易就掌握了單片機(jī)的C語言編程，這樣，學(xué)生就可以應(yīng)用C語言完成軟件設(shè)計(jì)，達(dá)到節(jié)約時(shí)間的目的，更好地滿足各項(xiàng)電子競賽的需要。

五、改革創(chuàng)新點(diǎn)

1.實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)教材中匯編語言與C語言的同步授課，提高了學(xué)生的編程技能。

2.軟件設(shè)計(jì)過程中可以根據(jù)系統(tǒng)的要求選擇不同的編程語言，更好地滿足系統(tǒng)的需要。

3.除了匯編語言外，學(xué)生可以選擇自己比較熟練的C語言編寫程序，更好地發(fā)揮學(xué)生的編程特長。

4.通過單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的綜合鍛煉，培養(yǎng)學(xué)生的軟件設(shè)計(jì)技能。

5.為參加各類電子設(shè)計(jì)競賽積累寶貴的軟件設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

六、總結(jié)

通過單片機(jī)教材的改革，克服了現(xiàn)有教材只采用匯編語言或者只采用C語言講解的弊端，將兩種編程語言同步融入到教材中，學(xué)生通過單片機(jī)的學(xué)習(xí)以及實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)的鍛煉，能夠掌握兩種語言的編程，一方面可以根據(jù)自己的優(yōu)勢選擇適合自己的語言編程，另一方面可以在實(shí)際的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中靈活地應(yīng)用每一種語言的特點(diǎn)，更好地滿足系統(tǒng)的性能要求，同時(shí)，通過教材的改革，學(xué)生掌握了兩種語言的編程方法與編程技巧，能夠選出更多的優(yōu)秀學(xué)生參加各類正規(guī)電子競賽，為將來畢業(yè)后從事本領(lǐng)域的工作積累豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)?？傊?，通過改革，學(xué)生的軟件設(shè)計(jì)能力和設(shè)計(jì)水平能夠得到極大的提高，更好地滿足社會(huì)的用人需要。