《单片机综合课程设计》的探索与思考

曹旭东+李俊杰+曹卫东

摘要：单片机综合课程设计是一门将理论与实践紧密联系的综合性实践课程。通过仿真调试阶段，促进学生综合运用所学理论知识，提升综合运用和系统设计能力。通过动手实践环节，提高学生独立地分析问题、解决问题的能力，为将来的工作实践打下一个较好的基础。

关键词：单片机综合设计；系统仿真；实践创新

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）39-0151-02

一、前言

《单片机综合课程设计》是面向测控及电子通信专业综合性主干课程，是在学习完成电路原理、模拟电子线路和数字电子技术、单片机原理及应用及微机原理等电子专业课后，进行的一次综合性、系统性的设计实践。设计题目包括对信号的采集、滤波、放大，以及应用各种不同类型智能微处理器显示、控制等。通过本次的动手实践，巩固提高学生应用单片机、电子技术进行地震勘探仪器系统综合设计的水平，提高学生独立地分析问题、解决问题的能力，为将来的工作实践打下一个较好的基础。

二、教学目标

学生通过对本课程环节的训练，使学生掌握数字及模拟电子技术基本原理，深入了解单片机及其他微处理器系统组成原理及设计技术，并将所学的电子技术理论与项目实践相结合，完成课程设计内容要求，掌握智能电子系统电路设计及程序设计的一般方法，进而提升解决特定工程问题能力；通过动手实践，提高学生独立地分析问题、解决问题的能力。

三、教学内容

在教学实践中，为达到较好的教学效果，单片机课程设计内容上采用仿真教学与实践动手相结合的教学模式。

1.通过仿真调试阶段，提升综合设计能力。课程设计分为两个阶段，第一阶段，为仿真调试阶段。通过这一过程阶段，意在促进学生综合运用所学理论知识，提升综合运用和系统设计能力。针对课程设计题目进行仿真调试，采用PROTEUS专业软件，设计题目以单片机综合设计题目为主，通过三个步骤进行设计。系统设计阶段：学生根据设计题目，进行系统架构设计，包括选择应用芯片类型，电路分类及程序流程等；硬件电路设计阶段：结合所选择芯片，完成电路设计，并在PROTEUS环境下完成电路图绘制。软件设计：在硬件电路完成后，根据题目要求，编写硬件程序。在日常单片机及数字模拟电路教学中，学生往往针对一种电路及模块进行设计，系统设计概念比较欠缺，通过完成综合仿真设计，真正将电路设计与C语言编程紧密结合，将知识融会贯通，达到学以致用的效果。以“多通道模拟量信号的采集与动态显示设计”题目为例，题目要求包括：①从多个通道输入可调模拟量电压信号，分时采集各通道输入信号；②将多通道采集数据连续存储到单片机片内数据存储器；③设置独立式按键，確定显示的通道，在数码块上显示相应通道采集的模拟量数据，显示控制方式为动态扫描方式实现。题目分析：设计题目包括信号处理、数据采集、数据存储、动态显示四个方面功能，题目设计的知识点包括模拟电路中信号滤波放大的知识，包括数字电路中4—7段数码块译码显示的内容，同时包括单片机中数据存储及与功能芯片接口设计的技术，在功能的实现上，还需要根据不同功能，编写C语言驱动程序，并将程序与电路联通调试，实现对应功能。题目综合多门课程涉及内容，同时需要软硬件配合调试。学生在设计中，既复习运用所学各门课程的知识，又需将各个知识点加以综合灵活运用，达到复习巩固所学知识，掌握电子系统电路设计及程序设计的一般方法，进而提升解决特定工程问题能力的教学目的。

2.通过动手实践环节，提升实践创新能力。在仿真设计完成基础上，指导学生进行实际电路的制作和调试。学生采用2—3人为一个小组，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，通过这一过程，学生与实际电子元器件紧密接触，从书本的知识物化为实际电子器件，并通过绘制电子线路版图，焊接电子元件，进一步增加实践技能，将书本上的理论与实践结合，达到学以致用、学为所用的实际教学效果。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。从教学角度，在课程设计的内容选择上，更突出设计内容的综合性，并适当增加设计应用技术的难度，并与现代电子新技术紧密结合，激发学生学习的积极性。除此而外，增加设计内容的工程性，增加电子线路板设计及绘制环节，为学生讲解PCB电路板的设计方法及技巧，多层电路板的设计技术及高速电路板的设计等，进一步提高学生应用所学知识进行工程综合设计的水平。目前，开设的新增加的课程设计题目包括：基于CAN局域网络的远程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；基于I2C总线的公交语音报站播放器设计；基于ZIGBEE无线通信系统设计；基于GPRS无线数据采集系统等。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，让学生从实验中掌握知识，提升技能。

3.以课程设计为基础，积极参与各类科技创新活动，提升科技创新水平。深入贯彻学以致用、理论联系实际的教学理念，在单片机课程设计基础上，鼓励学生应用课堂设计中获得的实践技能解决实际问题，积极参与大学生科技创新活动以及各类电子竞赛等活动，将知识活学活用。在大学生科技创新活动中，在指导教师引导下，结合科研项目，应用单片机及电子技术解决问题，自身综合设计能力和创新能力获得提高。以大学生科技创新题目“抽油机皮带轮自动检测装置”为例：油田现场抽油机皮带轮脱落会影响生产，原始的皮带轮脱落检测采用施工图数据进行分析，经常出现误报错报事故的现象。根据工程需求，学生们大胆设想，通过霍尔传感器检测抽油机工作速度，再通过速度大小判别皮带轮工作状态。以单片机为核心，控制霍尔传感器采集速度信息，并将显示结果通过RS485上传到计算机显示结果。设计思路新颖独特，较好解决了工程实践中的难题，自身的设计水平也达到大幅度提高。

开展以科技创新为核心的课外科技创新活动，最终是以培养学生实践能力，创新能力和提高教学质量为宗旨，通过科技创新活动，让学生通过课外的电子科技活动，切实感受到自己所学知识的应用价值，将理论教学与研究实践相结合，激发学生对电子专业课程的学习兴趣，使学生由被动学习状态转入主动学习状态，并以此鼓励学生开拓进取。

三、结束语

理论教学与实践教学是高校教育的两个重要组成部分，单片机综合课程设计是一门将理论与实践紧密联系的综合性实践课程，通过综合设计实验教学，对于巩固课本上学习的理论知识，培养引导学生掌握科学的思维方法，培养综合分析问题和解决问题的能力，严谨求实的工作作风和协同工作的团队精神等方面具有独特的，不可替代的作用。

参考文献：

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