單片機原理與接口技術(shù)及其課程設(shè)計的教學(xué)改革研究①

王蘇彧

摘? ?要：通過分析測控技術(shù)及儀器專業(yè)單片機教學(xué)中存在的問題，從課堂教學(xué)、實驗教學(xué)以及課程設(shè)計改革方面，探討了單片機原理與接口技術(shù)優(yōu)化理論教學(xué)和實踐教學(xué)的方法，使課程與相應(yīng)課程設(shè)計成一套體系，為單片機課程建設(shè)及培養(yǎng)符合專業(yè)特色的創(chuàng)新型優(yōu)秀人才提供一套改革方案。

關(guān)鍵詞：單片機原理與接口技術(shù)? 課程設(shè)計? 測控技術(shù)與儀器

中圖分類號：TP368? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）05（b）-0198-02

《單片機原理與接口技術(shù)》是高校電子信息及控制類專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)必修課，該課程以C語言程序設(shè)計、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)為基礎(chǔ)，重點講解單片機的CPU的結(jié)構(gòu)、存儲器配置及其他硬件系統(tǒng)，指令系統(tǒng)、程序設(shè)計方法、系統(tǒng)的擴展和基本接口技術(shù)等內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生在工業(yè)控制方面運用單片機技術(shù)解決實際問題的能力[1]。由于專業(yè)特色的不同，各高校、各專業(yè)對本課程的教學(xué)提出了不同的要求。本文面向測控技術(shù)與儀器專業(yè)，提出單片機原理與接口技術(shù)及其課程設(shè)計的教學(xué)改革方案，通過理論與教學(xué)實踐相結(jié)合，使學(xué)生能夠在有限學(xué)時內(nèi)最大程度掌握單片機的原理及使用發(fā)法。

1? 單片機及其課設(shè)存在的問題

目前，針對測控技術(shù)與儀器專業(yè)的《單片機原理與接口技術(shù)》課程，采用“32+8”學(xué)時的模式進(jìn)行授課，以STC15系列中的STC15F2K60S2單片機為教學(xué)機型，介紹51單片機組成、接口技術(shù)和應(yīng)用設(shè)計等內(nèi)容。

經(jīng)過長期授課并進(jìn)行總結(jié)，結(jié)合學(xué)生的反饋，存在的問題如下。

1.1 理論學(xué)時不足，學(xué)生掌握效果欠佳

按照教學(xué)大綱，32學(xué)時的分配為緒論2學(xué)時、STC單片機內(nèi)核4學(xué)時、指令系統(tǒng)2學(xué)時、程序設(shè)計2學(xué)時、存儲器的應(yīng)用3學(xué)時、中斷系統(tǒng)3學(xué)時、定時/計數(shù)器3學(xué)時、串行口2學(xué)時、A/D轉(zhuǎn)換3學(xué)時、CCP/PCA/PWM模塊2學(xué)時、系統(tǒng)設(shè)計與接口技術(shù)4學(xué)時、抗干擾設(shè)計2學(xué)時。

但實際情況是，從存儲器的應(yīng)用這一章開始，大部分時間都在講解基本原理，若將例程都講完，就造成拖延學(xué)時的現(xiàn)象，導(dǎo)致接口技術(shù)等重要知識點沒時間講解;若將全部知識點都講解完畢，則從串行口開始就完全跟不上，授課效果欠佳。

1.2 實驗環(huán)節(jié)只是單純的知識點驗證，缺少創(chuàng)新性

目前，課內(nèi)實驗設(shè)置的模式比較固定，前兩個實驗內(nèi)容主要對單片機程序設(shè)計、中斷系統(tǒng)、定時/計數(shù)器等進(jìn)行原理性驗證，后面兩個實驗為綜合性實驗，分別是NTC溫度檢測及數(shù)碼管顯示，以及紅外發(fā)射-同時接收數(shù)碼管顯示用戶碼鍵值。功能性差一些的實驗枯燥乏味，綜合性實驗又無從下手，并不能達(dá)到理論支撐實驗、實驗充實理論的目的。

2? 教學(xué)改革探討

本文從課堂教學(xué)、實驗教學(xué)，以及課程設(shè)計三個方面對單片機課程的教學(xué)改革進(jìn)行探討，具體方案如下。

2.1 課堂教學(xué)改革

（1）采用案例式教學(xué)[2]，理論與實踐相結(jié)合[3]，增強學(xué)生對課程的理解及興趣。

在控制系統(tǒng)中，常常要求有定時或延時控制，也要求有計數(shù)功能，能對外部事件進(jìn)行計數(shù)。因此，定時/計數(shù)功能對于學(xué)習(xí)單片機及其在測控系統(tǒng)中的應(yīng)用都尤為重要，那么，這一章節(jié)即可引入具體兩個實例并進(jìn)行演示后再詳細(xì)講解其原理及使用方法。

以同學(xué)們非常熟悉的十字路口的交通燈為例，首先介紹使用單片機簡單模擬交通燈的工作原理。圖1為交通燈擴展板正面圖，縱向的R、Y、G表示上下方向道路上的兩組紅黃綠燈，橫向的R、Y、G表示左右方向道路上的兩組紅黃綠燈。將縱向的R、Y、G依次接到單片機的P0.6、P0.7、P0.4端口，橫向的R、Y、G依次接到單片機的P0.5、P0.2、P0.3端口，如圖2所示，單片機的I/O口可以控制交通燈的亮、滅變化。

這一實例涉及到兩個知識點：①如何正確分配單片機的I/O;②學(xué)習(xí)如何編寫延時小程序。

第一個知識點在前面章節(jié)已經(jīng)介紹過了，這里再結(jié)合實例的原理圖進(jìn)行鞏固。第二個知識點即為要學(xué)習(xí)的定時/計數(shù)功能。

可以看出，以案例式為主線，貫穿理論與實驗教學(xué)的手段，可以在激發(fā)學(xué)生興趣的同時，加深對基本原理的理解，并促發(fā)主動思考能力，動手實驗驗證改進(jìn)的方法，提高課堂學(xué)習(xí)的質(zhì)量。

（2）針對專業(yè)特色，增加工程案例講解。

結(jié)合專業(yè)特色甚至學(xué)校特色，增加典型工程應(yīng)用案例的講解，拓展思路，使學(xué)生對單片機的應(yīng)用有更廣泛了解的同時，也對今后的就業(yè)起到引導(dǎo)過渡的作用。

2.2 實驗教學(xué)改革

目前教學(xué)實驗設(shè)備從最初的注重驗證性，已逐步發(fā)展到現(xiàn)在的強調(diào)創(chuàng)新性，但是單片機課內(nèi)實驗大部分還是基于教學(xué)實驗箱，沒有實質(zhì)性的變化，造成學(xué)生在基礎(chǔ)實驗時用一種教學(xué)設(shè)備，到課程設(shè)計時，又換成另外一種實驗設(shè)備，沒有將課程與課設(shè)綜合考慮為一體。實驗與實踐課時有限，讓學(xué)生很難真正去理解和消化吸收，往往都是走過場，僅僅看看實驗現(xiàn)象，并沒有真正達(dá)到工程性人才的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

同時，可對實驗進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計：提供給學(xué)生一些框架代碼，學(xué)生只編寫一部分核心代碼，即可實現(xiàn)相應(yīng)的功能，激發(fā)動手的潛力。

2.3 課程設(shè)計改革

課程設(shè)計即進(jìn)行綜合實踐的過程，可以通過控制實體對象，如無線智能小車，結(jié)合新型傳感器進(jìn)行智能硬件系統(tǒng)的設(shè)計，并可利用智能行車、圖像識別等演示和操作來激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，加深對單片機的理解能力。

3? 結(jié)語

通過分析測控技術(shù)及儀器專業(yè)特色，根據(jù)單片機教學(xué)中存在的問題，從課堂教學(xué)、實驗教學(xué)，以及課程設(shè)計改革方面，探討了優(yōu)化理論教學(xué)和實踐教學(xué)的方法，使課程與課程設(shè)計成一套體系，系統(tǒng)并完整地提高學(xué)生單片機的理解及應(yīng)用能力，并通過增加專業(yè)特色工程案例的講解，培養(yǎng)符合專業(yè)特色要求的優(yōu)秀創(chuàng)新型人才。今后，將逐步按照上述改進(jìn)方案進(jìn)行具體改革，在具體實踐的過程中不斷改進(jìn)完善，期待得到滿意的效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉寅東.“單片機原理及接口技術(shù)”課程建設(shè)與改革探討[J].科教文匯（中旬刊），2015（1）：58-59.

[2] 金琦淳，倪月，劉清翔，等.案例式教學(xué)在《單片機原理及接口技術(shù)》課程中的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù)，2015（1）：216-218.

[3] 魏建崇.基于理論與實踐相結(jié)合的單片機原理與接口技術(shù)課程教學(xué)改革研究[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2018（19）：27-29.