開發(fā)板在單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用

賴金梅

單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程是技工院校電類專業(yè)的一門核心且較難掌握的專業(yè)必修課。傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)，硬件方面的實踐較少，加上單片機(jī)本身所固有的抽象性，對于原本基礎(chǔ)差、底子薄且初次接觸單片機(jī)的初中畢業(yè)生，要掌握此技術(shù)難度較大，容易導(dǎo)致學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣，出現(xiàn)厭學(xué)現(xiàn)象。近幾年來，隨著生產(chǎn)實訓(xùn)教學(xué)設(shè)施設(shè)備的不斷開發(fā)更新，出現(xiàn)了不少單片機(jī)實驗套件（如開發(fā)板），在教學(xué)實踐中，筆者充分利用單片機(jī)開發(fā)板，將單片機(jī)的理論知識和技能融匯到一系列項目教學(xué)中，收到了良好的教學(xué)效果。下面就從五個方面談?wù)勯_發(fā)板在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用。

一、單片機(jī)開發(fā)板簡介

在整個單片機(jī)學(xué)習(xí)過程中，針對學(xué)生不同的學(xué)習(xí)階段，可以分別使用兩塊不同的開發(fā)板實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，即最小系統(tǒng)開發(fā)板和KST-51單片機(jī)開發(fā)板。前者針對的是單片機(jī)的基礎(chǔ)知識，有助于學(xué)習(xí)者理解單片機(jī)的基本概念和基本功能，從而形成單片機(jī)的整體概念，為后期的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。而KST-51開發(fā)板則是在最小開發(fā)板的基礎(chǔ)上幫助學(xué)習(xí)者逐步實現(xiàn)從硬件設(shè)計到軟件開發(fā)的學(xué)習(xí)目的。

1.最小系統(tǒng)開發(fā)板

最小系統(tǒng)開發(fā)板主要組成包括單片機(jī)芯片、電源、復(fù)位電路、晶振電路。該開發(fā)板的組成部分少，相對簡單，適合學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)初期。其主要目的是讓學(xué)生熟悉和認(rèn)識單片機(jī)系統(tǒng)及其工作的基本條件，能直觀地感受和認(rèn)識單片機(jī)及單片機(jī)最小系統(tǒng)，了解并掌握51系列單片機(jī)各引腳功能，學(xué)會如何調(diào)試簡單的程序。進(jìn)而激發(fā)學(xué)生對單片機(jī)的興趣和求知欲望，使學(xué)生在老師的引導(dǎo)下自主學(xué)習(xí)理論知識，形成知識體系。

2.KST-51單片機(jī)開發(fā)板

KST-51單片機(jī)開發(fā)板主要由單片機(jī)STC89C52RC最小系統(tǒng)、數(shù)碼管、8*8點陣LED、液晶屏、矩陣按鍵、蜂鳴器、溫度傳感器、紅外接收器、步進(jìn)電動機(jī)等模塊構(gòu)成。

該開發(fā)板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，硬件資源涵蓋單片機(jī)絕大部分應(yīng)用領(lǐng)域，能幫助學(xué)生進(jìn)一步系統(tǒng)學(xué)習(xí)單片機(jī)，增強(qiáng)學(xué)生系統(tǒng)調(diào)試能力。學(xué)生可以充分利用開發(fā)板進(jìn)行由淺入深，由簡單到復(fù)雜的實踐操作，逐步學(xué)會根據(jù)自己的思路去完成從硬件設(shè)計到軟件開發(fā)的全過程，從而提高學(xué)生的實踐能力。

二、單片機(jī)開發(fā)板教學(xué)方法與傳統(tǒng)教學(xué)方法的比較

1.教學(xué)目標(biāo)

傳統(tǒng)的教學(xué)方法強(qiáng)調(diào)學(xué)生在短時間內(nèi)接受知識，形成沉淀，獲取技能和基礎(chǔ)知識；而開發(fā)板教學(xué)方法強(qiáng)調(diào)學(xué)生對技能和知識的融會貫通。

2.教學(xué)重點

傳統(tǒng)的教學(xué)方法側(cè)重知識，老師發(fā)現(xiàn)學(xué)生的不足補(bǔ)充授課內(nèi)容；而開發(fā)板教學(xué)方法，側(cè)重潛力，激發(fā)潛能，自我發(fā)展，老師利用學(xué)生的優(yōu)點展開教學(xué)。

3.教學(xué)形式和師生角色

傳統(tǒng)的教學(xué)方法中教師是知識的完全復(fù)述者，學(xué)生是知識的接受者，處于被動狀態(tài)，沒有主動權(quán)；而在開發(fā)板教學(xué)方法里，教師是知識和課堂的組織者、引導(dǎo)者，學(xué)生是知識的探索者，學(xué)生有一定的主動權(quán)。

三、單片機(jī)開發(fā)板在教學(xué)中的具體應(yīng)用

1.最小系統(tǒng)開發(fā)板在簡單項目中的應(yīng)用

（1）應(yīng)用領(lǐng)域及效果。簡單項目任務(wù)設(shè)置是單片機(jī)的基礎(chǔ)，目的是使學(xué)生能夠熟悉并掌握單片機(jī)的最小系統(tǒng)。在具體的教學(xué)中常利用最小系統(tǒng)開發(fā)板設(shè)置某些簡單項目任務(wù)，例如閃爍燈、循環(huán)流水燈等，讓學(xué)生了解單片機(jī)簡單I/O口的使用。這些項目任務(wù)反復(fù)強(qiáng)調(diào)單片機(jī)的最小系統(tǒng)，讓學(xué)生理解單片機(jī)里的程序正常工作的最小配置是單片機(jī)芯片、電源、復(fù)位電路、晶振電路。同時讓學(xué)生排除對單片機(jī)的陌生感，產(chǎn)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣。

（2）應(yīng)用實例。以開發(fā)板在簡單項目任務(wù)中的應(yīng)用為例，如閃爍燈。項目任務(wù)要求利用最小系統(tǒng)開發(fā)板實現(xiàn)LED燈的閃爍，具體要求實現(xiàn)：點亮1個LED燈，點亮2個LED燈，點亮8個LED燈，1個LED燈的閃爍，2個LED燈的閃爍，8個LED燈閃爍。

根據(jù)上述要求，在實際操作時分別利用最小系統(tǒng)開發(fā)板和多個LED燈等來實現(xiàn)各個功能。通過最小系統(tǒng)開發(fā)板P1口與LED的連接，實現(xiàn)各小程序的編寫，讓學(xué)生熟悉單片機(jī)系統(tǒng)，掌握單片機(jī)正常工作需要的基本條件。與傳統(tǒng)教學(xué)方法相比，能更直觀地理解最小系統(tǒng)、外圍設(shè)備和程序之間的關(guān)系。

2.KST-51單片機(jī)開發(fā)板在復(fù)雜項目中的應(yīng)用

（1）應(yīng)用領(lǐng)域及效果。設(shè)置復(fù)雜項目任務(wù)的目的是讓學(xué)生能夠掌握單片機(jī)的輸入輸出和通信。圍繞KST-51開發(fā)板設(shè)置了一個功能模塊和兩三個功能模塊的項目任務(wù)，例如數(shù)字鐘、電子計算器、交通燈控制系統(tǒng)等。通過這個層次項目任務(wù)的實施，讓學(xué)生熟悉和掌握單片機(jī)數(shù)碼管顯示、液晶顯示、矩陣鍵盤、串行通信、定時器和中斷系統(tǒng)等各部分知識，以及數(shù)碼管、液晶、矩陣鍵盤等模塊的組合應(yīng)用。通過這個層次項目任務(wù)的實施，讓學(xué)生真正把理論知識提升到開發(fā)項目這個層面，實現(xiàn)理論到實踐的轉(zhuǎn)化。

（2）應(yīng)用實例。以開發(fā)板在復(fù)雜項目任務(wù)中的應(yīng)用為例，如電子計算器。項目任務(wù)要求利用KST-51開發(fā)板設(shè)計電子計算器，具體要求是該計算器能夠完成100以內(nèi)（含100）整數(shù)的加減乘除四則運算，四則運算符兩邊參與運算的數(shù)字為整數(shù)且不能大于100。

根據(jù)上述要求，在實際操作時可由開發(fā)板的數(shù)碼管顯示、單片機(jī)系統(tǒng)和矩陣鍵盤輸入等部分共同組成電子計算器。通過開發(fā)板矩陣鍵盤將數(shù)據(jù)輸入單片機(jī)，經(jīng)由開發(fā)板的單片機(jī)系統(tǒng)運算處理后，再由開發(fā)板的共陽極LED數(shù)碼管顯示輸出結(jié)果即可實現(xiàn)設(shè)計要求。較傳統(tǒng)教學(xué)方法而言，此舉直觀、簡單易行、思路清晰、效果明顯。

四、以開發(fā)板為核心的教學(xué)效果及評價

在探索開發(fā)板應(yīng)用教學(xué)時，傳統(tǒng)教學(xué)方法和開發(fā)板教學(xué)方法在教學(xué)過程中進(jìn)行多次對照教學(xué)試驗。實驗結(jié)束后，筆者對參與實驗的兩個班級的學(xué)生多角度進(jìn)行測試和對照。以2013年上半年的對照實驗為例，2011級中電⑵班是采用開發(fā)板教學(xué)方法的實驗班，共48名學(xué)生；2011級中電⑶班是采用傳統(tǒng)教學(xué)方法的對照班，共50名學(xué)生，從學(xué)生測驗成績可以看出，實驗班85分以上，獲優(yōu)秀成績的人數(shù)高達(dá)22人，對照班只有3人。另外從兩個班技能考試來看：實驗班的技能考核獲優(yōu)秀成績的人數(shù)達(dá)到15人，優(yōu)秀率為31.3%。對照班獲優(yōu)秀成績的人數(shù)只有6人，優(yōu)秀率僅為12%。

兩組數(shù)據(jù)差異顯著，充分說明開發(fā)板教學(xué)方法可以有效地培養(yǎng)學(xué)生的操作能力，提高學(xué)生的動手能力和綜合應(yīng)用能力。

五、小結(jié)

以開發(fā)板為核心的教學(xué)，充分體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位和教師的主導(dǎo)作用，以項目任務(wù)為主線，注重學(xué)生操作技能、理論知識的學(xué)習(xí)和實際應(yīng)用能力的培養(yǎng)，做到“認(rèn)知、吸收、實踐、評價、總結(jié)、提高”六位一體。這種教學(xué)模式實現(xiàn)了理論教學(xué)與實踐教學(xué)的有機(jī)統(tǒng)一，教學(xué)課堂氣氛活躍，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的積極性和創(chuàng)造性，提高了課堂教學(xué)質(zhì)量和課堂教學(xué)效果，同時培養(yǎng)了學(xué)生實踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

（作者單位：龍巖技師學(xué)院）endprint