《单片机原理及应用》课程实践教学方法研究

曹旭东 张少华

摘要：《单片机应用技术》单片机原理及应用课程是一门应用性和实践性很强的专业课。在单片机课程的教学过程中，采用C语言和PROTEUS仿真软件有机结合，通过工程设计实例，深化学生对知识点的理解。在实践环节，通过综合实践、科技创新、电子竞赛等形式，强化学生实践创新能力，提高学生对单片机的实际应用能力。

关键词：C+PROTEUS；科技创新；单片机综合设计

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）30-0094-02

《单片机应用技术》课程是一门理论与实践性均很强的学科，是工科电类专业一门很重要的专业基础课，它将数字电路和模拟电路的基础知识、汇编语言及C语言编程技术、通信原理和微处理器知识等综合在一起，属于技术性、工程性、实践性很强的一门课程。

《单片机原理及应用》课程的特点是涉及硬件结构复杂，涉及知识面较广，经常涉及到电子技术基础、电路原理及编程C语言等知识，因此，要想将课堂所学的单片机系统结构及应用技术与所学知识有机融合，能够在实践中游刃有余地应用，还需要反复的实际设计与实践。针对《单片机原理及应用》课程抽象难学，尤其难于应用于实践开发的现状，我们在教学中注意做到理论联系实际，将课堂教学与科研开发和科技创新紧密结合。

在课堂教学中，初期阶段，采用C+PROTEUS的教学模式，引导学生应用C语言编写应用驱动程序，然后在PROTEUS环境下仿真运行，逐步理解和领会单片机的设计思路。在综合应用阶段，通过引入实际工程应用实例，接触实际科研项目中设计开发产品，使学生了解所学知识的应用价值，激发学生的学习兴趣，深化学生对知识点的理解。

在实践环节，由专业课教师指导，学生设计为主，带动学生自己设计单片机课程的实验开发平台，并在所设计的开发系统基础上，增设大量综合性、设计性实验，启发学生的思维，以提高学生综合分析问题和解决问题的能力。同时，在大学生科技创新和各类电子设计竞赛活动中，积极引导学生应用所学单片机技术进行开发设计，进而培养学生实践能力、创新能力。

通过上述各个环节，分层次、分阶段，层层深入，真正在单片机课程教学中做到理论与实践紧密结合，真正实现提高学生应用单片机技术解决实际问题能力，进而探索一条在课程教学中如何提高大学生科技创新能力的可行之路。

一、改革教学环节

1.初期的课堂教学中，將C语言与PROTEUS软件有机结合，提高学生对单片机的实际应用能力。从目前单片机技术应用层面上看，对单片机系统的开发一般采用C语言完成，因此，在课堂教学中强化推广采用C语言进行编程设计的技术，并逐步取代原来采用汇编语言进行设计的模式。从而，提高学生对单片机技术的实际应用水平。PROTEUS软件是一种近年来逐渐流行的单片机系统设计的专业仿真软件，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU，并提供周边设备的仿真，例如373、led、示波器等。Proteus提供了大量的元件库，有RAM、ROM、键盘、马达、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件，编译方面支持Keil和MPLAB等编译器。在单片机教学初期，采用C语言+PROTEUS仿真的教学模式，引导学生应用C语言编写应用驱动程序，然后在PROTEUS环境下，绘制原理图并仿真运行，观察设计效果是否正确，发现问题在修正编写的C语言程序，如此反复，逐步提高学生控制单片机和设计单片机系统的能力。

2.综合应用阶段，通过工程设计实例，深化学生对知识点的理解。作为多年从事单片机课程教学的教师，具备多年来单片机开发与实践的工作经验，在应用单片机技术进行智能仪器仪表开发上有许多成功的设计项目，如基于单片机系统设计的大庆油田的井地电位成像监测系统、开关磁阻电机设计、过套管电阻率测量仪开发设计等等，都是应用单片机处理器进行设计的，在课堂教学中，结合上述实际开发项目，讲述单片机的设计及应用技术，使学生直接接触实际科研项目中设计开发产品，深化学生对知识点的理解，认识到所学知识的应用价值，从而，激发学生的学习兴趣，启发学生思维。以单片机中应用IO端口控制数据采集芯片为例：模数转换器是实际工程应用中较为常用的一种数据采集芯片，目前，主流的控制数据采集芯片的技术是通过单片机IO引脚控制方式实现，通过单片机的引脚模拟数据采集芯片的工作时序，再通过C语言编程，完成对数据采集芯片的控制。在学习中，学生对于模数转换芯片的工作时序图始终感到很抽象，因此，在编程设计上往往不知从何入手。我们在教学中，结合横向科研项目“过套管数据采集”中数据采集，通过实物演示、数据读取实际设计案例讲解，从工程数据采集需求，到硬件电路设计原理，以及最终程序上的编程实现，在讲解中，学生不仅了解了数据采集芯片的工作时序逻辑，而且也能够独立应用单片机IO端口进行数据采集接口的设计。

二、改革实践环节

1.在单片机课程实验内容上更多增设综合性、设计性实验，提高系统设计能力。由专业课教师指导，学生设计为主，更多增设综合性、设计性实验，以提高学生的系统设计能力。预计增加设计性、综合性实验：8_8LED点阵扫描输出实验、直流电机正反转调速实验、基于I2C通信接口的数据采集显示实验和基于串行通信接口的智能远程数字钟实验等。通过大量综合性设计性实验，要求学生自行设计电路，编写驱动控制程序，不仅可以帮助学生加深对单片机知识结构的理解，而且可以提高基于单片机处理器的系统设计能力，培养学生的实际动手能力、学习兴趣和创新精神。

2.强化单片机综合课程设计环节，提高应用单片机综合设计能力。在完成单片机基本课程及实践基础上，对机电、自动化、仪器类专业应强化安排综合课程设计，以课题项目的形式要求学生组队共同完成，采取开放式管理的模式，在2～4周内，首先运用所学电子技术基础知识，查阅相关文献资料、电子线路参考设计手册、电子元器件手册，进行电路设计、程序编制，在设计过程中，锻炼自己熟练掌握和使用先进的计算机电路仿真软件工具，提高设计效率；其次进行电子市场调研、购买相应元器件，完成电路设计制作、功能调试、参数测定、写出设计总结报告；最后由教师组织全班进行设计交流、现场功能演示和提问答辩，同时教师完成每组的成绩评定和设计总结，为下次的课程设计提出合理化建议。在课程设计的选题上，发挥广大教师的积极参与，不断对课程设计的题目进行更新，修改课程设计的内容，增加设计性、综合性设计内容。目前，开设的新增加的课程设计题目包括：模拟交通信号灯控制系统；基于P89C51RD2单片机数据采集板卡设计实现；基于凌阳单片机的音乐播放器设计开发实例；公交语音报站播放器设计；简单计算器设计实现；通过大量新颖的具有高技术含量的综合设计，充分调动学生的热情，让学生从实验中既学到知识，由学会探索问题进而解决问题，发挥潜能，提高创造能力。

3.积极引导学生将所学单片机技术应用于大学生科技创新和各类电子设计竞赛活动。单片机技术是现代电子系统设计开发的主流技术，在科技创新和电子设计竞赛中应用这些技术，往往有事半功倍的效果。鼓励单片机课程学习好的同学积极参与科技创新和电子竞赛，应用单片机技术进行相关项目和题目的设计，以2013年为例，我校学生参加北京市电子设计竞赛，设计中采用单片机技术进行设计开发，获得二等奖2项、三等奖3项，为学校争光。通过学生间影响，激发学生学习单片机技术的热情，形成一个较好的学习氛围。

三、结束语

单片机原理及应用课程是一门应用性和实践性很强的专业课，把握课程特点，了解学生理解上的薄弱环节，通过课堂教学和实验环节的改革与创新，各个环节，分层次、分阶段，层层深入，真正在单片机课程教学中做到理论与实践紧密结合，激發学生学习的兴趣，启发学生的创造力，将单片机课程教学中所亟待解决的提高学生应用单片机技术解决实际问题能力落到实处，进而，使学生创新能力和综合实践能力得到提高。

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