時(shí)間：2023-05-29 18:00:08
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇單片機(jī)原理及接口技術(shù)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；改革；實(shí)踐；考核
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A？搖 文章編號(hào)：1674-9324（2013）36-0062-02
從上個(gè)世紀(jì)70年代第一只單片機(jī)面市，短短三十多年的時(shí)間，單片機(jī)技術(shù)已成為計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)重要分支，由于單片機(jī)體積小、性價(jià)比高、控制能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用到工業(yè)控制、機(jī)電一體化、儀器儀表、消費(fèi)產(chǎn)品、汽車、航空航天、辦公自動(dòng)化和通信等各個(gè)領(lǐng)域。在就業(yè)形勢(shì)日益嚴(yán)峻的情況下，對(duì)我校機(jī)電類學(xué)生來(lái)講，如果學(xué)好單片機(jī)原理及接口技術(shù)這門課程，學(xué)生就有更多的就業(yè)機(jī)會(huì)，對(duì)以后的個(gè)人發(fā)展具有十分重要的作用。但是如何使他們?cè)诙潭痰囊粚W(xué)期學(xué)好這門課，是我們需要解決的主要問(wèn)題，本文在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐環(huán)節(jié)、考核方式等方面進(jìn)行有益的探索。
一、教學(xué)內(nèi)容的改進(jìn)
在單片機(jī)的開發(fā)過(guò)程中，常用的編程語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言，每種語(yǔ)言有各自的特點(diǎn)。匯編語(yǔ)言編程具有代碼緊湊、運(yùn)行效率高、可直接對(duì)硬件內(nèi)部進(jìn)行控制等優(yōu)點(diǎn)，但匯編語(yǔ)言也有一些缺點(diǎn)比如語(yǔ)句抽象、編程效率低，學(xué)習(xí)周期長(zhǎng)，可移植性差。而C語(yǔ)言有功能豐富的庫(kù)函數(shù)、運(yùn)算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)硬件的控制。另外用C語(yǔ)言來(lái)編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會(huì)大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。因此，用C語(yǔ)言進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用的必然趨勢(shì)。但我們還在一成不變地進(jìn)行匯編語(yǔ)言的學(xué)習(xí)，甚至教科書上也沒(méi)有提及到C語(yǔ)言的單片機(jī)編程。因此為了學(xué)生畢業(yè)后能夠更好的適應(yīng)社會(huì)，滿足企業(yè)的需要，我們要合理選擇教材，教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)為以C語(yǔ)言教學(xué)為主，匯編為輔，同時(shí)兼顧兩者的混合編程。這樣既使學(xué)生容易學(xué)習(xí)，又適應(yīng)了企業(yè)單片機(jī)開發(fā)的需求。
二、教學(xué)方法的改進(jìn)
1.提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。興趣是學(xué)好任何一門課程或技術(shù)的基礎(chǔ)，所以，激發(fā)學(xué)生興趣異常重要。針對(duì)這門課程在有限的教學(xué)課時(shí)內(nèi)，學(xué)生難學(xué)，老師難教的特點(diǎn)，我們更新思想，轉(zhuǎn)變觀念，從提高學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣出發(fā)，對(duì)于單片機(jī)課程來(lái)說(shuō)，采用實(shí)例法教學(xué)是必不可少的。總結(jié)這么多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，我個(gè)人認(rèn)為第一次課簡(jiǎn)單介紹一下單片機(jī)，然后可以舉一些學(xué)生常見的、經(jīng)常用到的單片機(jī)應(yīng)用的具體產(chǎn)品，比如學(xué)生經(jīng)常見到的智能電子秤、智能存包柜、出租車計(jì)價(jià)器等。通過(guò)分析產(chǎn)品的原理，循序漸進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另外第一次課除了講些實(shí)例以外可以給學(xué)生演示一下流水燈的實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)備焊接好的實(shí)驗(yàn)板，用仿真器仿真流水燈的工作過(guò)程，再給學(xué)生講解一下單片機(jī)的I/O口控制發(fā)光二極管點(diǎn)亮的原理，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的興趣。
2.轉(zhuǎn)變觀念，擺脫傳統(tǒng)授課方式。一直以來(lái)，對(duì)于這門課程的教學(xué)都存在著偏重理論而忽視實(shí)踐的問(wèn)題，教師基本上都是按照傳統(tǒng)的方法按章節(jié)授課，很少涉及實(shí)踐部分的內(nèi)容，造成了理論與實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié)，調(diào)動(dòng)不起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，直接影響到授課效果，更談不上培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)了。有的即使開設(shè)了實(shí)驗(yàn)課，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的陳舊也使得學(xué)生一開始學(xué)到的知識(shí)就是過(guò)時(shí)的，無(wú)法直接應(yīng)用于實(shí)際工作當(dāng)中。所以，探討新的教學(xué)方法勢(shì)在必行。單片機(jī)教學(xué)采用形式多樣的教學(xué)方法，形式多樣的教學(xué)方法可以激發(fā)學(xué)生思維，使教學(xué)方法不局限于傳統(tǒng)，傳統(tǒng)的以教師為中心，教師講、學(xué)生聽、記筆記的教學(xué)方式，應(yīng)結(jié)合更多的教學(xué)方法，講授法、練習(xí)法、實(shí)驗(yàn)法、演示法等。
3.課余時(shí)間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)。學(xué)生課下可以利用網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，現(xiàn)已將教學(xué)資源全部傳到校園網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生可以網(wǎng)上下載課件、學(xué)習(xí)資料。另外通過(guò)網(wǎng)絡(luò)問(wèn)卷、網(wǎng)上答疑，教師可及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況并給予指導(dǎo)。除此之外，給學(xué)生介紹多種形式的專業(yè)網(wǎng)站和參考資料、促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。如常用單片機(jī)、電子網(wǎng)站、論壇：21IC中國(guó)電子網(wǎng)（http：//）、周立功單片機(jī)世界（http：//）、凌陽(yáng)單片機(jī)（http：//.cn）；著名電子公司、雜志網(wǎng)站：?jiǎn)纹瑱C(jī)愛(ài)好者（http：//）等。每次給學(xué)生布置一些作業(yè)讓學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)去查找資料，進(jìn)行學(xué)習(xí)。這樣作業(yè)不會(huì)枯燥無(wú)味，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)可以增加同學(xué)們的知識(shí)面，網(wǎng)站上的一些資料可以更好地幫助學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程。
三、實(shí)踐環(huán)節(jié)的改進(jìn)
1.實(shí)踐教學(xué)。單片機(jī)原理及接口技術(shù)對(duì)于機(jī)械工程學(xué)院機(jī)電類學(xué)生來(lái)說(shuō)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課，學(xué)生不光要有扎實(shí)的理論知識(shí)，更要有過(guò)硬的動(dòng)手能力，這就要在學(xué)習(xí)過(guò)程中利用一切可以利用的機(jī)會(huì)去實(shí)際操作。目前我們的實(shí)驗(yàn)課安排了10個(gè)學(xué)時(shí)，但是10個(gè)學(xué)時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力的目的，根據(jù)以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)橐郧白鰧?shí)驗(yàn)都是直接用實(shí)驗(yàn)箱來(lái)做，學(xué)生只需要根據(jù)電路圖連線，編制程序，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生學(xué)完這門課程以后只能根據(jù)電路要求編制一些簡(jiǎn)單的程序，但是動(dòng)手能力較差，不會(huì)焊接電路板，不會(huì)調(diào)試電路，甚至有些常見的元器件都不認(rèn)識(shí)，更不用說(shuō)走向社會(huì)從事相關(guān)的工作。因此，我院購(gòu)買了電路板、常用元器件，常用的工具如電烙鐵、萬(wàn)用表等，給學(xué)生提供認(rèn)識(shí)常用元器件、動(dòng)手搭建電路、焊電路板的機(jī)會(huì)，給學(xué)生講解完注意事項(xiàng)后讓學(xué)生帶回宿舍利用課余時(shí)間焊接電路板，然后進(jìn)行仿真調(diào)試，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際操作能力。
2.第二課堂。實(shí)驗(yàn)室開放是現(xiàn)代實(shí)踐教學(xué)發(fā)展必由之路，在我們的實(shí)驗(yàn)室開放中，除了實(shí)驗(yàn)室管理上的開放，重點(diǎn)體現(xiàn)在開設(shè)第二課堂，支持學(xué)生課外科技活動(dòng)，進(jìn)行了以下幾方面的努力：（1）積極參與電子競(jìng)賽，提高創(chuàng)新能力。各類大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新大賽是展示學(xué)生創(chuàng)新能力的極好機(jī)會(huì)，為了搞好競(jìng)賽，我們教研室專門抽調(diào)幾位教師，在賽前還組織了參賽隊(duì)員的集訓(xùn)。在已參加的幾屆全國(guó)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、山東省電子設(shè)計(jì)大賽、山東省機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新大賽中，我系學(xué)生都獲得了優(yōu)異的成績(jī)。通過(guò)參加競(jìng)賽活動(dòng)，大學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力和科技制作能力大大提高。（2）自主立項(xiàng)，培養(yǎng)自身獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。為了培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力和實(shí)踐能力，在人力、物力上積極支持學(xué)生開展課外科技活動(dòng)。鼓勵(lì)學(xué)生自行開發(fā)設(shè)計(jì)線路板，完成課程設(shè)計(jì)題目。引導(dǎo)學(xué)生申請(qǐng)科研立項(xiàng)、找方向、寫材料、定方案、開展項(xiàng)目研究。在每年的科研立項(xiàng)活動(dòng)中分別獲得多個(gè)立項(xiàng)，學(xué)生的綜合能力得到提升。
四、改革考核方式
以前單片機(jī)的考核方式都是采用閉卷考試的形式，總成績(jī)由考試成績(jī)加上平時(shí)成績(jī)組成，考試成績(jī)占70%，平時(shí)成績(jī)占30%，平時(shí)成績(jī)中有包括課堂考勤、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)。但是這樣做的后果是學(xué)生只注重理論的學(xué)習(xí)，對(duì)實(shí)踐學(xué)習(xí)不能夠引起足夠的重視，因而學(xué)完課程后動(dòng)手能力差，不能單獨(dú)進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)，因此改革考核方式勢(shì)在必行，除了傳統(tǒng)的試卷考試外，增加實(shí)驗(yàn)技能的考核。閉卷部分的試題包括基本概念、基本理論、編寫程序和畫原理圖，題型可采用填空、選擇、簡(jiǎn)答、編程等方式。由于教學(xué)大綱上本課程的沒(méi)有課程設(shè)計(jì)，所以實(shí)驗(yàn)技能只能通過(guò)平時(shí)的實(shí)驗(yàn)課來(lái)給學(xué)生打分。目前的實(shí)驗(yàn)是要求學(xué)生動(dòng)手制作焊接電路板，然后編程進(jìn)行仿真，可以根據(jù)學(xué)生在整個(gè)過(guò)程中的表現(xiàn)來(lái)評(píng)分，焊接、編程、仿真、調(diào)試等各項(xiàng)能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。焊接的電路板是否有短路、斷路、虛焊現(xiàn)象，仿真軟件是否熟練、不能實(shí)現(xiàn)所要實(shí)現(xiàn)的功能會(huì)不會(huì)調(diào)試、會(huì)不會(huì)查找錯(cuò)誤進(jìn)行修改處理等等作為評(píng)價(jià)的依據(jù)。
五、結(jié)論
本文從當(dāng)今社會(huì)需求和實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，本著激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、擴(kuò)大知識(shí)面以及培養(yǎng)創(chuàng)新精神的原則，對(duì)單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程的教學(xué)方法、考核方式等各方面進(jìn)行了改革。教學(xué)手段的改革和實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)在機(jī)械類本科班的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中得到應(yīng)用。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生不僅掌握了課本中的理論知識(shí)，鍛煉了實(shí)際動(dòng)手能力，達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。
參考文獻(xiàn)：
[1]趙全利.單片機(jī)原理及應(yīng)用教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.
[2]陳亮，康娟，劉濤.單片機(jī)課程教學(xué)改革的幾點(diǎn)看法[J].技術(shù)監(jiān)督教育學(xué)刊，2006，（1）.
關(guān)鍵詞:微機(jī)原理;接口技術(shù);優(yōu)化;多媒體教學(xué)
中圖分類號(hào):G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-3044(2009)36-10351-02
Research on the Reform in Teaching Contents of the Principles of Micrcomputer & Interfaces
CHENG Yun, XIE Si-lian, ZHAO Zhi-gang
(Department of communication and control Engineering, Hunan University of Humanities and Science and Technology, Loudi 417000, China)
Abstract: By integrating with the course characteristic of "The Principles of Microcomputer & Interfaces", this paper puts forward the reform measures such as optimization teaching contents, proper utilization of multimedia. Teaching practice showed that this reform had achieved good results.
Key words: microcomputer principle;interface technique;optimization;multimedia teaching
《微機(jī)原理與接口技術(shù)》是電氣信息類專業(yè)的一門重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課[1],也是電子、自動(dòng)化等專業(yè)學(xué)生的研究生考試課程。該課程的主要任務(wù)是使學(xué)生從理論和實(shí)踐上掌握微型計(jì)算機(jī)的基本組成、工作原理、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)方法、接口電路及硬件電路的連接,建立微機(jī)系統(tǒng)的整體概念,為今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ),同時(shí)該課程又是后續(xù)課程如單片機(jī)原理及應(yīng)用、DSP技術(shù)、ARM嵌人式系統(tǒng)等課程的基礎(chǔ)。由于這門課的教學(xué)內(nèi)容與后續(xù)課程尤其是單片機(jī)原理及應(yīng)用有較多相似的地方,因此,一些高職院校的做法常常是用單片機(jī)原理及應(yīng)用來(lái)取代這門課,作為本科院校,還有必要開設(shè)這門課嗎?如果要開的話,其教學(xué)內(nèi)容如何確定才不至于與后續(xù)課程有較多的交叉?本文從如何提高微機(jī)原理課程教學(xué)質(zhì)量、增強(qiáng)教學(xué)效果,談?wù)勗诮虒W(xué)上的一些體驗(yàn)和認(rèn)識(shí)。
1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,突出教學(xué)重點(diǎn)
由于總的學(xué)時(shí)的不斷壓縮,使得我們對(duì)一些專業(yè)基礎(chǔ)課的課時(shí)則不斷壓縮,對(duì)于不繼續(xù)開設(shè)《單片機(jī)原理及應(yīng)用》這門專業(yè)課的學(xué)生來(lái)說(shuō),《微機(jī)原理與接口技術(shù)》的內(nèi)容需要全部開出來(lái),而對(duì)于有單片機(jī)原理及應(yīng)用這門課的專業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō),可以只開設(shè)微機(jī)原理與匯編語(yǔ)言方面的內(nèi)容,而接口技術(shù)則留到單片機(jī)原理及應(yīng)用里面講,把省下的課時(shí)加到電子技術(shù)和單片機(jī)原理及應(yīng)用的課程設(shè)計(jì)里,這兩門課的課程設(shè)計(jì)時(shí)間都延長(zhǎng)了一周,即由原來(lái)的2周延長(zhǎng)到3周。另外在每一章節(jié)講授之前,先指出重點(diǎn)和難點(diǎn),重點(diǎn)部分精講[2],要求學(xué)生全面掌握。例如,在講8086/8088結(jié)構(gòu)一節(jié)時(shí),存儲(chǔ)器地址分段是本章的重點(diǎn)和難點(diǎn),講課時(shí)應(yīng)配以大量圖表形式進(jìn)行重點(diǎn)闡述并輔以例題和練習(xí)題加深理解,而關(guān)于計(jì)算機(jī)硬件一節(jié),學(xué)生在前修課程中已經(jīng)學(xué)過(guò),只是粗略復(fù)習(xí)一下即可。其他章節(jié)也采用類似的方法。這樣,學(xué)生知道每一章節(jié)的重點(diǎn)、難點(diǎn),學(xué)習(xí)有了目標(biāo),大大提高了學(xué)習(xí)效率,增加了學(xué)習(xí)本課程的積極性。
由于《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程內(nèi)容多、 細(xì)、 零散、 前后內(nèi)容交錯(cuò)且涉及到的知識(shí)面又廣,學(xué)生初次接觸時(shí)往往覺(jué)得難學(xué),特別是隨著教學(xué)進(jìn)度的推進(jìn),學(xué)生感覺(jué)所接收到的知識(shí)比較散,很能理清頭緒,更談不上好好理解并加以運(yùn)用了。所以在教學(xué)中可利用圖表法[3]對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)地歸納組合,即將相關(guān)的內(nèi)容組合到同一個(gè)模塊中,然后抓住課程內(nèi)容的主動(dòng)脈用連線將模塊之間的聯(lián)系標(biāo)識(shí)出來(lái)并加以說(shuō)明,從而使課本上那些分散、 零碎的知識(shí)點(diǎn)一一串起來(lái),形成一個(gè)層次清晰、結(jié)構(gòu)明朗、聯(lián)系緊密的圖表。有了這結(jié)構(gòu)清晰的圖表,學(xué)生即可以對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行總體上的把握又可對(duì)某一個(gè)具體的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行縱向的擴(kuò)展和橫向的比較,學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)也不會(huì)感到混亂,且會(huì)激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。
2 恰當(dāng)應(yīng)用多媒體教學(xué),提高教學(xué)效果
《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程中微機(jī)的工作原理部分是很抽象的、看不見的、摸不著的,學(xué)生覺(jué)得難以理解。若使用多媒體教學(xué),讓關(guān)鍵部分具體化、形象化,讓重點(diǎn)凸出、顯示出來(lái),可以促進(jìn)學(xué)生的理解和記憶。這就要求多媒體課件制作必須根據(jù)課程的相關(guān)知識(shí),用最合適的應(yīng)用軟件,制造高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量的多媒體課件。為加強(qiáng)課堂教學(xué)的效果,我們可以采用理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)演示同時(shí)進(jìn)行的方法,使學(xué)生在輕松有趣的學(xué)習(xí)(氛圍)中掌握所學(xué)知識(shí)。例如,在講解芯片引腳圖和芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖時(shí),可在課件中通過(guò)點(diǎn)擊相應(yīng)文字或按鈕來(lái)控制這些圖片的顯示或隱藏,并在圖片旁邊顯示文字說(shuō)明或語(yǔ)音提示,從而增強(qiáng)圖片的可讀性,如圖1所示;又如,匯編語(yǔ)言指令和數(shù)據(jù)尋址方式是課程的基礎(chǔ),可在課件中用FLASH動(dòng)畫來(lái)模擬原本無(wú)法看到的指令執(zhí)行過(guò)程和數(shù)據(jù)流動(dòng)方向。在此課程中,類似的情況還有很多,采用多媒體教學(xué)一方面可以加快教學(xué)速度,彌補(bǔ)教學(xué)時(shí)的不足;另一方面圖文并茂,動(dòng)感演示,無(wú)疑會(huì)激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,課后閱讀時(shí)容易產(chǎn)生聯(lián)想。
3 實(shí)踐效果
根據(jù)新的培養(yǎng)方案與所采取的改革措施,我們已經(jīng)實(shí)施了兩年,從實(shí)際的效果來(lái)看,課程內(nèi)容教學(xué)改革是非常成功的。通過(guò)微機(jī)原理及匯編語(yǔ)言的學(xué)習(xí),然后再學(xué)習(xí)單片機(jī),90%的學(xué)生覺(jué)得單片機(jī)易學(xué)易懂,達(dá)到了我們的預(yù)期效果。
4 結(jié)束語(yǔ)
我院《微機(jī)原理與接口技術(shù)》已被列為2009年湖南省精品課程,我們將以此為契機(jī),認(rèn)真扎實(shí)地開展教學(xué)研究,一定要把這門課程建成合格的省級(jí)精品課程。
參考文獻(xiàn):
[1] 周明德.微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與應(yīng)用[M].4版.北京:清華大學(xué)出版社,2004.
關(guān)鍵詞：微機(jī)原理；施教對(duì)象；講授藝術(shù)
中圖分類號(hào)：G64文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
文章編號(hào)：1672-5913（2007）04-0016-03
1 引言
“微機(jī)原理與接口”課程（以下簡(jiǎn)稱“微機(jī)原理”）一直作為高等院校電類各專業(yè)、計(jì)算機(jī)專業(yè)、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化、機(jī)電一體化、過(guò)程裝備與控制、化工儀器儀表等工科專業(yè)必修的課程之一（電類為專業(yè)基礎(chǔ)課）。近年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，微機(jī)及其相關(guān)的技術(shù)以超常的速度跟進(jìn)，新技術(shù)新設(shè)備層出不窮，使得微機(jī)原理課程的內(nèi)容越來(lái)越多；另外，計(jì)算機(jī)及其相關(guān)產(chǎn)品越來(lái)越多地沖擊著人們的工作方式和生活方式，高等院校中越來(lái)越多的理工科專業(yè)要求開設(shè)微機(jī)原理（計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)）課程。然而，正是微機(jī)原理課程教學(xué)內(nèi)容量大, 教學(xué)對(duì)象面廣,各類專業(yè)的學(xué)生基礎(chǔ)差別較大，使得非計(jì)算機(jī)、非電專業(yè)的學(xué)生感到抽象難學(xué)；另外，部分學(xué)校課程名稱及授課內(nèi)容較混亂，如同是微機(jī)原理課程,有的班級(jí)上80X86,有的班上8051（多為機(jī)械專業(yè)等非電專業(yè)，建議課程名稱應(yīng)統(tǒng)一為“微機(jī)原理及接口技術(shù)”和“單片機(jī)原理及應(yīng)用”）；第三，在教學(xué)時(shí)數(shù)上課時(shí)差別教大，多為:計(jì)算機(jī)專業(yè): 60―80學(xué)時(shí)；電類專業(yè)：60―75學(xué)時(shí)；機(jī)械類專業(yè)：40―50學(xué)時(shí)；第四，基礎(chǔ)知識(shí)差別大：計(jì)算機(jī)專業(yè)有先導(dǎo)課“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”、“計(jì)算機(jī)組成原理”，還有平行開設(shè)的“匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”；電類專業(yè)有模電/數(shù)電等先導(dǎo)課程；其他理工類專業(yè)（如機(jī)械類專業(yè)）卻只有僅僅是把電路分析、模擬電路、數(shù)字電路、電機(jī)學(xué)、變流技術(shù)等整合為一門課的電工學(xué)，以及“計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)”。可見有限學(xué)時(shí)下微機(jī)原理課程要在不同施教對(duì)象中按照“厚基礎(chǔ)、寬口徑、重應(yīng)用”的宗旨，因材施教并非一件易事。
此外，由于計(jì)算機(jī)硬軟件技術(shù)發(fā)展很快，而且硬件新技術(shù)、匯編語(yǔ)言新版本大多和原有的基礎(chǔ)技術(shù)一脈相承，所以有些老師覺(jué)得講授最新的更好，而有些老師則認(rèn)為還是講授基礎(chǔ)性知識(shí)好，兩者難于統(tǒng)一。
本課題研究小組經(jīng)過(guò)大量的研究實(shí)踐，在本校教學(xué)中大膽進(jìn)行改革，把“微機(jī)原理與接口”課程（“計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)”）分成3~4個(gè)授課層次（如A、B、C、D類）分別制定出不同的教學(xué)大綱來(lái)執(zhí)行，因材施教，各取所需。
2 在計(jì)算機(jī)專業(yè)中把握好整體與個(gè)體、取與舍的辯證關(guān)系
微機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得微機(jī)原理課程包羅了太多的內(nèi)容：除了指導(dǎo)委員會(huì)確定的七個(gè)基本知識(shí)單元（微處理器、存儲(chǔ)器、指令系統(tǒng)、輸入和輸出、I/O接口技術(shù)和微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)）之外，32位、64位CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)及多級(jí)流水線工作原理、虛地址下的尋址過(guò)程、高檔CPU新增指令及MASM32匯編語(yǔ)言語(yǔ)法規(guī)范（乃至WIN32編程等）、段頁(yè)存貯管理及芯片組、總線標(biāo)準(zhǔn)（EISA、PCI、USB等）等新內(nèi)容也不能不涉及。
如果仍然僅以8086CPU來(lái)講授，對(duì)計(jì)算機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，未免過(guò)于落后，因?yàn)?086CPU和現(xiàn)用的Pentium相比，至少已經(jīng)淘汰了三代；另外，對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們已經(jīng)學(xué)習(xí)了先導(dǎo)課“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”、“計(jì)算機(jī)組成原理”，“計(jì)算機(jī)”和“80X86微機(jī)”二者是整體與個(gè)體、一般與特殊的關(guān)系，并且一般還有與“微機(jī)原理”同步開設(shè)的“匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”（一般開設(shè)順序多為：匯編語(yǔ)言微機(jī)原理接口技術(shù)[單片機(jī)應(yīng)用]），因此，在有限學(xué)時(shí)下，象數(shù)制、原碼、補(bǔ)碼加減原理、ALU原理、16位匯編語(yǔ)言等部分完全應(yīng)從簡(jiǎn)處理，而應(yīng)重點(diǎn)講授80386/80486/Pentium內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作機(jī)理、存貯管理技術(shù)（包括段頁(yè)式存貯管理、Cache原理與訪問(wèn)管理、虛擬存貯管理）、I/O接口及外設(shè)接口（硬、軟盤驅(qū)動(dòng)器接口、網(wǎng)絡(luò)與通信接口、打印機(jī)接口等）、芯片組技術(shù)，總線標(biāo)準(zhǔn)與接口技術(shù)（ISA、PCI、USB等）等，尤其是8086/8088時(shí)代的接口芯片多數(shù)已淘汰，新的芯片組在結(jié)構(gòu)和功能上已與早期芯片具有本質(zhì)區(qū)別，所以將原來(lái)側(cè)重芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)改為側(cè)重芯片應(yīng)用是必由之路。這樣才符合“厚基礎(chǔ)、寬口徑、重應(yīng)用”的培養(yǎng)目標(biāo)。當(dāng)然，計(jì)算機(jī)專業(yè)的“微機(jī)原理”教學(xué)大綱的制訂絕對(duì)不是孤立的，比如32位匯編語(yǔ)言和Win32編程如果在“匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”大綱中要求掌握的話，“微機(jī)原理”大綱就可另辟重點(diǎn)。
3 在電類各專業(yè)中把握好一般到特殊、基礎(chǔ)與應(yīng)用的辯證關(guān)系
“微機(jī)原理與接口”是電類各專業(yè)處于核心地位的專業(yè)基礎(chǔ)課，本專業(yè)的學(xué)生在此之前有些雖沒(méi)有學(xué)過(guò)“組成原理”、“系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”等課，但諸如匯編語(yǔ)言、中斷、定時(shí)與計(jì)數(shù)技術(shù)、存貯器擴(kuò)展、串并口擴(kuò)展、總線標(biāo)準(zhǔn)等都是后備課如“單片機(jī)原理與接口”、“計(jì)算機(jī)控制”、“可編程控制器PLC”、“DSP數(shù)字信號(hào)處理”等課（電類專業(yè)一般為：微機(jī)原理及接口技術(shù) 60―80學(xué)時(shí)單片機(jī)原理及應(yīng)用40―60學(xué)時(shí)）以及日后從事科研所必需的，尤其是“單片機(jī)原理與接口”和“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”的學(xué)習(xí)必須以“微機(jī)原理及接口技術(shù)”奠基。
事實(shí)上，從“微機(jī)原理”到“單片機(jī)原理”是一般到特殊的關(guān)系，“單片機(jī)原理”是“微機(jī)原理”的后補(bǔ)課程，兩門課都是實(shí)用性很強(qiáng)的課程，學(xué)好了微機(jī)原理，單片機(jī)原理是稍學(xué)即會(huì)。象微機(jī)原理中的地址、寄存器、鎖存器、控制字、堆棧、中斷、定時(shí)與計(jì)數(shù)技術(shù)等概念可在單片機(jī)原理課程學(xué)習(xí)中直接應(yīng)用；但是，工業(yè)過(guò)程控制中用的更多的是單片機(jī)控制和PLC控制（即使象網(wǎng)絡(luò)控制、現(xiàn)場(chǎng)總線控制其終端實(shí)現(xiàn)也一般用單片機(jī)或PLC控制），所以和單片機(jī)共有的匯編語(yǔ)言、CPU結(jié)構(gòu)原理，存儲(chǔ)器擴(kuò)展、并/串行口擴(kuò)展、總線、LED及鍵盤的接口等內(nèi)容的講述要不厭其煩，舉一反三，而前述的計(jì)算機(jī)專業(yè)所側(cè)重的高檔CPU的段頁(yè)式存貯管理、Pentium結(jié)構(gòu)及芯片組、硬、軟驅(qū)接口、MASM32及Win32編程技術(shù)等雖不能不提，但應(yīng)適當(dāng)從簡(jiǎn)，不要讓學(xué)生感到既多又雜，抽象難學(xué)，甚至出現(xiàn)畏難情緒，要知道，基本原理部分如果不理解透徹，單片機(jī)應(yīng)用及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)就無(wú)所適從，而且直接影響著畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。
4 在非電、非計(jì)算機(jī)理工類專業(yè)中把握好基本原理與一般原理、開與合的辯證關(guān)系
由于微機(jī)（單片機(jī)、PLC）作為智能化機(jī)電產(chǎn)品的大腦與心臟，在超精密加工、數(shù)控機(jī)床、機(jī)電一體化、機(jī)器人技術(shù)中有著日益廣泛的應(yīng)用，使得微機(jī)原理（有的學(xué)校開設(shè)微機(jī)原理課，但實(shí)際講授內(nèi)容為“單片機(jī)原理”）也成為機(jī)電一體化、過(guò)程裝備等機(jī)類專業(yè)學(xué)生必修的一門課程，但是在授課過(guò)程中我們明顯感到兩點(diǎn)：第一，學(xué)生與微機(jī)相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)薄弱，因?yàn)樗麄儍H僅是把電路、模電、數(shù)電、電機(jī)學(xué)、變流技術(shù)等整合成一門電工學(xué)去學(xué)的，觸發(fā)器、譯碼器、計(jì)數(shù)器、存儲(chǔ)器等知識(shí)中的部分，甚至全部?jī)?nèi)容都是蜻蜓點(diǎn)水、點(diǎn)到為止，沒(méi)有深入學(xué)習(xí)；第二，在機(jī)械類專業(yè)中“微機(jī)原理”課程學(xué)時(shí)很有限，一般在40-50學(xué)時(shí)之間；基于上述原因，學(xué)過(guò)兩周該課的大多數(shù)同學(xué)反映，該課抽象難懂，神秘莫測(cè)。所以一開始應(yīng)把數(shù)制及典型單元電路的原理講清楚以揭開CPU的神秘面紗；要有重點(diǎn)有選擇地講清其原理，如門控電路及控制字，一位ALU的結(jié)構(gòu)、傳統(tǒng)CPU取指令和執(zhí)行指令的過(guò)程、步驟。另外，對(duì)機(jī)械類專業(yè)學(xué)生來(lái)講，他們掌握單片機(jī)原理可能比8086原理更重要，所以在8086原理講完后，最好花幾個(gè)課時(shí)介紹8051等單片機(jī)，8051和80X86同為Intel公司的拳頭產(chǎn)品，匯編語(yǔ)言助記符十分相象，有了80X86作基礎(chǔ)，作比較，學(xué)8051很輕松；這也是開與合的關(guān)系。開是發(fā)散，由8086發(fā)散到8051單片機(jī)；合是聚集，機(jī)類學(xué)生計(jì)算機(jī)原理僅此一門，8051不能不聚到中去講，但8086是基礎(chǔ)，是主要講授對(duì)象，8051單片機(jī)是應(yīng)用，要講究適度，開是放的開，聚是收得攏，百變不應(yīng)離其宗。
5 在文、管、法等文科專業(yè)中把握好深入與淺出的辯證關(guān)系
學(xué)習(xí)的目的是為了應(yīng)用，而計(jì)算機(jī)是一個(gè)工具，對(duì)這個(gè)工具的原理應(yīng)該多少懂一些，這是這類學(xué)生的目的所在，正是由于匯編語(yǔ)言課深?yuàn)W枯燥，大家才喜歡使用可視化的高級(jí)語(yǔ)言及其編程工具，所以這類專業(yè)的“微機(jī)原理與接口”一般更名為“計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”。對(duì)這類專業(yè)學(xué)生不要大講特講80X86宏匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、CRT顯示控制編程等較深內(nèi)容，只有有的放矢，深淺適度，才能調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，激起學(xué)生的求知欲，從而收到相得益彰的效果。淺是表達(dá)，深是理解；淺是弄懂，深是探求；淺是深的必要前提，深是淺的必然深化。要按照“培養(yǎng)既精通本專業(yè)知識(shí)，又能應(yīng)用計(jì)算機(jī)知識(shí)，解決實(shí)際問(wèn)題的復(fù)合型人才”計(jì)劃來(lái)培養(yǎng)，讓缺乏基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)生由淺入深，循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)和學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)原理，掌握基本知識(shí)，更要掌握一些實(shí)用知識(shí)如芯片組技術(shù)、USB接口、PCI、AGP總線、EIDE、SCSI標(biāo)準(zhǔn)等，要配合實(shí)物與實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生從感性知識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)。
6 在講授藝術(shù)上要把握好雅與俗、莊與諧、形象與抽象的關(guān)系
（1）恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用俗語(yǔ)是提高學(xué)生理解能力的必要手段，“雅”是指用專業(yè)語(yǔ)言，用詞規(guī)范，語(yǔ)句縝密，“俗”是口語(yǔ)，具有通俗易懂，親切自然，比如，微機(jī)原理中的“總線”就是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的“信息高速公路”，CPU總線浮空，就是該段“高速公路”關(guān)閉。
（2）工科“微機(jī)原理”也要講求“莊”與“諧”，“莊”是莊重、嚴(yán)肅，“諧”是詼諧、幽默，莊諧并用，寓莊于諧，讓學(xué)生在輕松愉快的氣氛中接受知識(shí)，但“莊”與“諧”的應(yīng)用要適度。比如，“二級(jí)控制模塊DMA請(qǐng)求總線使用權(quán)”是“中層領(lǐng)導(dǎo)向最高層領(lǐng)導(dǎo)申請(qǐng)”，因?yàn)椤癉MA控制器有總線控制權(quán)，所以不是處于最底端；又如 “偽指令和指令相比不產(chǎn)生機(jī)器代碼，不占據(jù)存儲(chǔ)單元、起管理作用”可說(shuō)成“偽指令是指令的后勤管理員”。
（3）提高學(xué)生形象思維能力也是課堂教學(xué)中幫助學(xué)生理解的重要手段，形象的比喻及嚴(yán)密的邏輯性語(yǔ)言可以觸類旁通，幫助理解。例如，“間接尋址”是寄存器中放的是存貯單元的有效地址，按該地址便能找到操作數(shù)，可以這樣理解，“張三要找李四，但只有王五有李四住址”，所以張三找到王五也就找到了李四，這是間接找法。
7 結(jié) 語(yǔ)
總之，在有限學(xué)時(shí)下，對(duì)于包羅了太多的內(nèi)容的“微機(jī)原理”課程，我們一定要針對(duì)不同的專業(yè)對(duì)象，把握好幾個(gè)辨證關(guān)系，合理地制定適合于該專業(yè)的教學(xué)大綱，而不應(yīng)把一個(gè)相同內(nèi)容的大綱強(qiáng)加到所有的專業(yè)；另外，講課是一門藝術(shù)，在語(yǔ)言藝術(shù)上，熟能生巧，這是筆者講授“微機(jī)原理”多年的深刻體會(huì)。
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投稿日期：2006-08-07
作者簡(jiǎn)介：
關(guān)鍵詞：本科教育；課堂教學(xué)；應(yīng)用能力
作者簡(jiǎn)介：陳進(jìn)（1955-），男，湖南岳陽(yáng)人，湖南理工學(xué)院信息與通信工程學(xué)院，教授；郭龍?jiān)矗?973-），男，福建龍巖人，湖南理工學(xué)院信息與通信工程學(xué)院，副教授。（湖南 岳陽(yáng) 414006）
基金項(xiàng)目：本文系2013年湖南理工學(xué)院教改基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2013B19）的研究成果。
中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）09-0085-03
“應(yīng)用為本”是應(yīng)用型大學(xué)的根本特征，[1]應(yīng)用型本科教育如何培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力，許多論文針對(duì)中國(guó)高校實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)比較薄弱的情況，在如何加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)方面進(jìn)行了有益的探索和研究。
應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)的應(yīng)用人才屬于“理論應(yīng)用型”，其應(yīng)用能力應(yīng)該體現(xiàn)為具有運(yùn)用科學(xué)理論知識(shí)和方法來(lái)綜合分析、解決問(wèn)題的綜合能力以及將解決方案付諸實(shí)施的實(shí)踐能力。[2]因此，應(yīng)當(dāng)在教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)――不僅僅在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)――全面地培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力。
課堂教學(xué)是本科教學(xué)最重要的部分，是人才培養(yǎng)的主陣地。[3]如何在課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力，筆者根據(jù)多年“數(shù)字電路”和“單片機(jī)原理與接口電路”課程的課堂教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從課堂教學(xué)內(nèi)容取舍、課堂教學(xué)過(guò)程中的講授、習(xí)題的布置與講解等方面對(duì)如何培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力談一些自己的體會(huì)。
一、從培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力出發(fā)對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容合理取舍
教學(xué)內(nèi)容是課堂教學(xué)的生命，從培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力出發(fā)，應(yīng)該合理地對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行取舍。
1.教學(xué)內(nèi)容要緊跟應(yīng)用發(fā)展
知識(shí)的創(chuàng)新和應(yīng)用日新月異，而教材內(nèi)容更改往往滯后。面對(duì)這種情況，教學(xué)內(nèi)容要緊跟應(yīng)用發(fā)展，盡可能與當(dāng)前工程實(shí)際接軌，使學(xué)生走向社會(huì)后能夠盡快上手應(yīng)用。
“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”課程，大多數(shù)教材采用匯編語(yǔ)言編程。但是，目前單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)與開發(fā)多使用C51語(yǔ)言編程。根據(jù)這個(gè)情況，筆者采用匯編語(yǔ)言編程的教材，補(bǔ)充講C51語(yǔ)言編程，并且在應(yīng)用編程例題上交替采用兩種編程語(yǔ)言。
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)串行擴(kuò)展接口已經(jīng)普遍應(yīng)用，在《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》教材[4]中，雖然介紹了單片機(jī)串行擴(kuò)展技術(shù)，并指出“單片機(jī)串行擴(kuò)展技術(shù)與并行擴(kuò)展技術(shù)相比具有顯著的優(yōu)點(diǎn)”，但在其他各種接口的章節(jié)，仍然是講授并行擴(kuò)展接口，為此筆者增加了串行接口芯片的內(nèi)容。例如在A/D接口技術(shù)中，除了講一個(gè)典型并行接口芯片0809與AT89C51接口電路外，增加了串行接口芯片AD7896與AT89C51接口電路的內(nèi)容。
2.教學(xué)內(nèi)容要從應(yīng)用角度出發(fā)突出重點(diǎn)
課堂教學(xué)要從應(yīng)用角度出發(fā)，突出重點(diǎn)，精簡(jiǎn)內(nèi)容，盡量避免或減少繁雜的理論推導(dǎo)。需要說(shuō)明的是，應(yīng)用型本科人才的“應(yīng)用性”不只是繼承性應(yīng)用，而且是創(chuàng)造性應(yīng)用。[5]因此，精簡(jiǎn)內(nèi)容并不是基礎(chǔ)知識(shí)不講，而是有些基礎(chǔ)知識(shí)還需要重點(diǎn)講授。
邏輯門電路是《數(shù)字電子技術(shù)》中作為基礎(chǔ)的一章，[6]其內(nèi)容包括了CMOS、TTL等各系列電路的內(nèi)部組成與工作原理、傳輸特性、電參數(shù)定義、邏輯功能與邏輯符號(hào)。由于這一章節(jié)內(nèi)容多，特別是集成邏輯門電路的內(nèi)部電路比較繁瑣。若教學(xué)內(nèi)容面面俱到，只能走馬觀花式講解，學(xué)生分不清主次，也無(wú)法弄懂。若對(duì)于內(nèi)部電路不講解，也同樣會(huì)使得學(xué)生知識(shí)欠缺，造成應(yīng)用能力減弱，這是有過(guò)教訓(xùn)的。[7]非微電子專業(yè)應(yīng)用中只用到與邏輯門的輸入、輸出接口，所以學(xué)生關(guān)鍵是掌握邏輯門內(nèi)部電路中的輸入、輸出電路結(jié)構(gòu)和工作原理以及與應(yīng)用相關(guān)知識(shí)，這是課堂教學(xué)的重點(diǎn)。例如，CMOS邏輯門電路，只需要詳細(xì)講解CMO反相器內(nèi)部電路，其他CMOS門的內(nèi)部電路可不講。因?yàn)楦鞣NCMOS門電路在輸入、輸出端都加了反相器作為緩沖電路。CMOS反相器內(nèi)部電路十分簡(jiǎn)單，學(xué)生容易懂。
“數(shù)字電子技術(shù)”課程中，介紹了多種集成電路芯片。從應(yīng)用角度出發(fā)教學(xué)，重點(diǎn)應(yīng)放在器件引腳、邏輯功能及典型應(yīng)用講解，而對(duì)其內(nèi)部電路，不要過(guò)于糾結(jié)。例如譯碼器74138，在本課程的存儲(chǔ)器擴(kuò)展和后續(xù)課程中都會(huì)出現(xiàn)地址譯碼，因此必須引入地址譯碼的概念，并重點(diǎn)講解地址譯碼的意義和作用。筆者在課堂教學(xué)中，通過(guò)圖1所示地址譯碼電路課件，重點(diǎn)講解地址譯碼的意義和作用。
3.教學(xué)內(nèi)容要適當(dāng)增加工具軟件的內(nèi)容
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各種工具軟件應(yīng)運(yùn)而生。課堂教學(xué)在突出重點(diǎn)精簡(jiǎn)內(nèi)容后，留有時(shí)間講授工具軟件。這一部分內(nèi)容以教師引導(dǎo)，學(xué)生自學(xué)為主。“數(shù)字電子技術(shù)”課程引入電子線路仿真軟件Multisim 10，“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”課程引入單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境Keil ?Vision4。引導(dǎo)學(xué)生對(duì)分析和設(shè)計(jì)的電路和自己編寫的程序進(jìn)行仿真，有利于培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力。課堂教學(xué)中，講解例題和習(xí)題時(shí)進(jìn)行仿真，有利于學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解。
二、在課堂教學(xué)過(guò)程中注意培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力
認(rèn)真做好教學(xué)課件，讓學(xué)生有感性認(rèn)識(shí)。要通過(guò)多媒體課件，使學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的知識(shí)有一定的直觀感覺(jué)，這種感性認(rèn)識(shí)是有利于培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力的。
“數(shù)字電子技術(shù)”課程中顯示譯碼器這一章節(jié)，筆者在多媒體課件中使用與實(shí)際數(shù)碼管類似的圖標(biāo)，來(lái)說(shuō)明共陰極數(shù)碼管的段碼是如何得到的，以及顯示譯碼器的功能。當(dāng)介紹了共陰極數(shù)碼管引腳為高電平時(shí)對(duì)應(yīng)LED發(fā)光后，用圖2所示課件分別給出顯示“0”，“1”，“2”的abcdefg的值和段碼，對(duì)應(yīng)LED發(fā)光和數(shù)碼管顯示對(duì)應(yīng)數(shù)字。多媒體課件不是靜止的，而是動(dòng)態(tài)的，課件中首先是數(shù)碼管顯示“0”，然后要學(xué)生考慮哪些LED發(fā)光，再使“a，b，c，d，e，f”LED發(fā)光，最后出現(xiàn)“0”的段碼“11111100”；“0”，“1”，“2”按照這個(gè)過(guò)程出現(xiàn)一次，段碼是如何得到的就很清楚了。圖2顯示的是數(shù)字“2”的段碼“11011010”的來(lái)由。
然后很容易引入七段顯示譯碼器的功能：輸入的十進(jìn)制數(shù)代碼進(jìn)行譯碼，輸出段碼abcdefg，點(diǎn)亮LED顯示器的各段，顯示對(duì)應(yīng)的數(shù)碼。圖3是說(shuō)明74HC4511的譯碼功能的課件界面。
1.注重從總體思路入手，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力
課堂教學(xué)中比較復(fù)雜的問(wèn)題，教師應(yīng)該從總體思路合理引導(dǎo)，使學(xué)生先明白總體思想，就比較容易理解具體的步驟，這樣也能夠培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和設(shè)計(jì)電路時(shí)從總體思路入手的習(xí)慣。
例如，“數(shù)字電子技術(shù)”講解8位D/A采用雙極性輸出方式所設(shè)計(jì)的電路的原理，必須先講清楚設(shè)計(jì)總體思路：利用已有的單極性輸出D/A電路，設(shè)計(jì)雙極性輸出電路，措施是：數(shù)字提升，模擬下降。第一，數(shù)字提升，將輸入的帶符號(hào)的二進(jìn)制補(bǔ)碼+128，變成單極性數(shù)字量；第二，采用單極性轉(zhuǎn)換電路得到單極性輸出模擬量；第三，模擬下降，將輸出模擬量-5V，變成雙極性輸出模擬量。這個(gè)總體思路清楚了，實(shí)現(xiàn)數(shù)字提升、模擬下降的具體方法就好理解了。
“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”課程中，串行通信編程，也必須先講清楚程序設(shè)計(jì)總體思路。以較簡(jiǎn)單的雙機(jī)通信方式1發(fā)送編程為例。首先要強(qiáng)調(diào)發(fā)送時(shí)只要將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)送到發(fā)送緩沖器，則串行口自動(dòng)地按照指定的數(shù)據(jù)格式、波特率從TXD引腳發(fā)送。發(fā)送完后，TI=1，產(chǎn)生串行口中斷。
編程需要解決什么問(wèn)題？主程序：編程指定發(fā)送數(shù)據(jù)格式和波特率，中斷設(shè)置；需要發(fā)送到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，發(fā)送數(shù)據(jù)指針指向發(fā)送第一個(gè)數(shù)據(jù)；將發(fā)送的第一個(gè)數(shù)據(jù)，送入發(fā)送緩沖區(qū)；中斷服務(wù)子程序：判斷需要發(fā)送的全部數(shù)據(jù)是否發(fā)送完，完了退出，如未完，發(fā)送數(shù)據(jù)指針下移，將下一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)送入發(fā)送緩沖區(qū)。編程的總體思路清晰了，再講解相關(guān)程序就容易理解了。
2.盡量貼近實(shí)際，讓學(xué)生盡早接觸應(yīng)用
課堂教學(xué)中，相關(guān)示例要盡量貼近實(shí)際應(yīng)用，讓學(xué)生盡早接觸應(yīng)用，同時(shí)也讓學(xué)生容易理解。
《數(shù)字電子技術(shù)》第9章中，教材采用的一個(gè)泛指的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制對(duì)象，說(shuō)明為什么需要D/A和A/D。為了貼近實(shí)際應(yīng)用，筆者采用一個(gè)染色鍋溫度控制實(shí)例來(lái)說(shuō)明，如圖5所示。
“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”課程中，C51編程一章的例題都是與硬件電路無(wú)關(guān)的軟件編程，而單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用主要是根據(jù)硬件電路設(shè)計(jì)程序。因此，筆者講解一個(gè)軟件與硬件結(jié)合的例題，電路如圖6所示，并且在?Vision_4下進(jìn)行仿真調(diào)試，使學(xué)生盡早進(jìn)入單片機(jī)應(yīng)用的境界，同時(shí)在作業(yè)中也安排了一個(gè)類似習(xí)題。
三、通過(guò)做習(xí)題培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力
學(xué)生做習(xí)題，其實(shí)也是一種應(yīng)用，雖說(shuō)只是“紙上談兵”，但如果習(xí)題都做不好的話，就更談不上實(shí)際應(yīng)用。因此，布置習(xí)題和指導(dǎo)學(xué)生做習(xí)題也是課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。要有選擇性地布置習(xí)題。布置的習(xí)題要少而精，不要太難，但不能都是基礎(chǔ)題。筆者在“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”課程中，除了前3章外，每一章布置一個(gè)接近應(yīng)用的綜合習(xí)題。例如第5章中斷，補(bǔ)充了一個(gè)習(xí)題如圖7所示。這個(gè)習(xí)題是一個(gè)軟件與硬件結(jié)合的比較完整的中斷編程，通過(guò)這個(gè)習(xí)題，對(duì)單片機(jī)中斷編程有一個(gè)總體的概念。
要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)習(xí)題進(jìn)行仿真調(diào)試，特別是要求有一定能力的學(xué)生這樣做。在調(diào)試過(guò)程中，出現(xiàn)問(wèn)題盡量自己分析原因并且解決問(wèn)題，這是對(duì)于實(shí)際應(yīng)用能力培養(yǎng)是非常重要的。當(dāng)學(xué)生自己獨(dú)立或者在老師指導(dǎo)下解決了問(wèn)題，甚至學(xué)生經(jīng)過(guò)多次調(diào)試仍然不能分析出原因，最終由教師分析出原因。只要有這個(gè)過(guò)程，就培養(yǎng)了學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”課程中定時(shí)器/計(jì)數(shù)器一章中，習(xí)題要求P1.0輸出周期為400?s占空比為10%的矩形脈沖。某學(xué)生采用C51編程，進(jìn)行調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)輸出波形如圖所示與要求不符。反復(fù)檢查所編程序，沒(méi)有找到任何問(wèn)題。為什么實(shí)際輸出結(jié)果不對(duì)？在教師的指導(dǎo)下，分析其原因是C程序編譯后，中斷服務(wù)程序增加了保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，造成中斷程序執(zhí)行時(shí)間大于40us，使得輸出波形不對(duì)。
要在課堂上認(rèn)真講解習(xí)題。對(duì)于錯(cuò)誤帶普遍性的和重點(diǎn)的習(xí)題要詳細(xì)講解，要分析學(xué)生為什么會(huì)錯(cuò)，癥結(jié)在哪？講解習(xí)題與講解例題的效果是不一樣的，因?yàn)閷W(xué)生做過(guò)這個(gè)習(xí)題，不會(huì)做或者做錯(cuò)了，是經(jīng)過(guò)思考的，再聽教師講解，就知道錯(cuò)在哪里，為什么會(huì)錯(cuò)，印象深刻。一般說(shuō)來(lái)，講解過(guò)的習(xí)題絕大多數(shù)學(xué)生都會(huì)做了。
在講解習(xí)題的過(guò)程中，要有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力，如仿真調(diào)試波形不符的一例，在習(xí)題課中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行仿真，分析C51中斷程序編譯后的匯編語(yǔ)言程序執(zhí)行時(shí)間大于40us，培養(yǎng)學(xué)生自主調(diào)試能力，并針對(duì)部分學(xué)生認(rèn)為匯編語(yǔ)言無(wú)用的思想，指出即便采用C語(yǔ)言編程，在分析所出現(xiàn)的問(wèn)題時(shí)，仍然需要用到匯編語(yǔ)言。
四、結(jié)束語(yǔ)
要在課堂很好地培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力，首先教師本身就應(yīng)該具有較好的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，否則就是一句空話。目前高校中一部分教師是從學(xué)校到學(xué)校，自身缺乏實(shí)際應(yīng)用能力。因此，對(duì)于應(yīng)用型的本科院校，在強(qiáng)調(diào)教師高學(xué)歷的同時(shí)，應(yīng)該注重教師的實(shí)際應(yīng)用能力。對(duì)于在校的年輕教師，應(yīng)該采用各種方式，進(jìn)行一定的應(yīng)用能力培養(yǎng)。
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關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；教學(xué)；工程能力
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）13-0149-02
一、目前單片機(jī)教學(xué)在工程能力培養(yǎng)上存在的問(wèn)題
隨著單片機(jī)在社會(huì)中的應(yīng)用越來(lái)越廣，企業(yè)對(duì)單片機(jī)領(lǐng)域的人才有較大的需求[1]。但在高校人才培養(yǎng)計(jì)劃中，與單片機(jī)人才培養(yǎng)密切相關(guān)的是《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》和《單片機(jī)原理與應(yīng)用》等相關(guān)課程，也逐步在探討與開展“理論教學(xué)+實(shí)踐教學(xué)”的單片機(jī)教學(xué)模式，并已有多個(gè)高校為單片機(jī)安排了專門的實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)，該教學(xué)方法從一定程度上改善了學(xué)生的動(dòng)手能力，但實(shí)驗(yàn)與工程應(yīng)用相對(duì)脫節(jié)，學(xué)生并未掌握單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法[2]，同時(shí)在教學(xué)過(guò)程中缺乏對(duì)學(xué)生工程概念的培養(yǎng)以及企業(yè)項(xiàng)目開發(fā)流程的指導(dǎo)，培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生缺少綜合開發(fā)能力，與企業(yè)所需要的具有工程能力的人才有很大差距。因此，本文探討了一種基于工程能力培養(yǎng)的單片機(jī)課程教學(xué)方法，即在教學(xué)過(guò)程中有步驟有計(jì)劃地引入企業(yè)項(xiàng)目開發(fā)的基本流程，并指導(dǎo)學(xué)生如何根據(jù)流程來(lái)開展項(xiàng)目開發(fā)工作，培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念以及工程能力，與企業(yè)的用人需求相一致。
二、單片機(jī)教學(xué)中工程能力的具體體現(xiàn)
工科學(xué)生的工程能力包括知識(shí)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用能力，思維判斷與分析能力，工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐能力，表達(dá)與交流能力以及創(chuàng)造與創(chuàng)新能力[3]。對(duì)于單片機(jī)課程而言，注重培養(yǎng)的工程能力主要體現(xiàn)在：一是對(duì)單片機(jī)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)及將其應(yīng)用到單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)中的能力；二是可根據(jù)單片機(jī)系統(tǒng)需求說(shuō)明書，結(jié)合單片機(jī)理論知識(shí)，設(shè)計(jì)出符合工程需求的單片機(jī)系統(tǒng)的能力；三是在前期積累基礎(chǔ)上的升華，對(duì)專業(yè)知識(shí)的融會(huì)貫通，并可在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)中，具有優(yōu)化系統(tǒng)的能力――創(chuàng)新能力。
三、單片機(jī)教學(xué)中培養(yǎng)工程能力的具體措施
我校電子信息專業(yè)在第五學(xué)期開設(shè)《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》課程，該課程特點(diǎn)是硬件與軟件并重，理論與應(yīng)用相結(jié)合，同時(shí)還涉及多個(gè)學(xué)科，信息量大且課時(shí)少[4]。根據(jù)單片機(jī)課程的特點(diǎn)，結(jié)合我校電子信息專業(yè)學(xué)生從前期已學(xué)習(xí)課程而具有的知識(shí)儲(chǔ)備（前期學(xué)習(xí)儲(chǔ)備課程詳見表1），以及單片機(jī)的教學(xué)與實(shí)踐，同時(shí)從課堂理論教學(xué)環(huán)節(jié)、實(shí)驗(yàn)室的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)以及課后指導(dǎo)環(huán)節(jié)，采取相應(yīng)的措施來(lái)培養(yǎng)學(xué)生工程能力。
1.理論教學(xué)環(huán)節(jié)工程能力的培養(yǎng)。通過(guò)改變教學(xué)策略―將傳統(tǒng)的以教為主的理論教學(xué)模式，轉(zhuǎn)變?yōu)榻台D學(xué)―做一體的教學(xué)模式，增強(qiáng)學(xué)生知識(shí)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用能力，提升實(shí)際工程問(wèn)題的分析與解決能力。在教學(xué)過(guò)程中，除了教師對(duì)理論知識(shí)的講解，并引入相關(guān)案例，使學(xué)生加深對(duì)知識(shí)的理解外，還引導(dǎo)學(xué)生如何自己著手來(lái)設(shè)計(jì)具有一定功能的單片機(jī)系統(tǒng)。促使學(xué)生有效融入本課程的學(xué)習(xí)，提升動(dòng)手能力以及創(chuàng)新能力。具體實(shí)施步驟如下：首先，在課堂教學(xué)初始階段，可結(jié)合單片機(jī)系統(tǒng)在我們實(shí)際生活中的一些應(yīng)用實(shí)例，同時(shí)通過(guò)講解應(yīng)用實(shí)例中的單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)步驟，并引入企業(yè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的流程。使學(xué)生對(duì)本課程有一個(gè)較為全面的認(rèn)識(shí)，了解本課程的學(xué)習(xí)方向以及今后的就業(yè)方向，減少職業(yè)陌生感，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。另外，還鼓勵(lì)學(xué)生將之前在《電子系統(tǒng)仿真技術(shù)》中關(guān)于protues軟件平臺(tái)的使用知識(shí)，以及在《電子電路工程實(shí)踐》中學(xué)習(xí)的如何制作與調(diào)試PCB板的知識(shí)，與在本門課程中學(xué)習(xí)的單片機(jī)系統(tǒng)知識(shí)進(jìn)行融會(huì)貫通，積極動(dòng)手設(shè)計(jì)單片機(jī)硬件系統(tǒng)，并在protues上進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)的仿真，增強(qiáng)對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)硬件的理解，特別是整個(gè)硬件系統(tǒng)的工作機(jī)制和如何根據(jù)所設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)的需求，來(lái)設(shè)計(jì)符合系統(tǒng)硬件性能的單片機(jī)系統(tǒng)。其次，在課堂教學(xué)時(shí)，除了遵循教學(xué)大綱教學(xué)要求外，將企業(yè)單片機(jī)項(xiàng)目開發(fā)的實(shí)際使用的技術(shù)，與本課程所學(xué)知識(shí)進(jìn)行對(duì)比討論，并對(duì)在企業(yè)工作所需的，但在教學(xué)大綱中未涉及或涉及較少的知識(shí)，進(jìn)行有效補(bǔ)充。比如在講到指令系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)時(shí)，可補(bǔ)充如何使用keil軟件來(lái)開發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)的軟件，以及如何在keil中驗(yàn)證自己所寫的代碼是否正確，并可通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部寄存器和單步執(zhí)行來(lái)查看一下執(zhí)行一些指令過(guò)程中，寄存器內(nèi)部信息的變化，使學(xué)生更為深入了解單片機(jī)指令系統(tǒng)，指令系統(tǒng)的工作過(guò)程以及匯編語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)與運(yùn)行過(guò)程。另外由于匯編語(yǔ)言本身的局限性，目前企業(yè)在開發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)，普遍采用單片機(jī)c語(yǔ)言，為了學(xué)生知識(shí)可與企業(yè)需求同步，在教學(xué)中結(jié)合學(xué)生前期所學(xué)的《c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》課程，指導(dǎo)學(xué)生如何將c語(yǔ)言與單片機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，引導(dǎo)學(xué)生采用單片機(jī)c語(yǔ)言來(lái)開展單片機(jī)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，并在實(shí)踐課上進(jìn)行運(yùn)行驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的融會(huì)貫通。
2.實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)工程能力的培養(yǎng)。目前我校單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)僅為12學(xué)時(shí)，在后續(xù)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，考慮到各個(gè)學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握程度不同，在單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)采取驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)與自主設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式來(lái)開展實(shí)踐課――實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)采用驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)兩個(gè)部分來(lái)構(gòu)成，加強(qiáng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐能力。國(guó)內(nèi)大多數(shù)院校的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)都在實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)箱的接線操作比較古板，無(wú)法給學(xué)生提供足夠的設(shè)計(jì)空間，學(xué)生只能單純地對(duì)實(shí)驗(yàn)代碼進(jìn)行運(yùn)行，觀察實(shí)驗(yàn)箱對(duì)應(yīng)的硬件。針對(duì)這一現(xiàn)狀，我校自行開發(fā)了一套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)板可供安排各種綜合性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生還需要根據(jù)教師的要求，對(duì)代碼進(jìn)行相應(yīng)的修改，并能清晰說(shuō)明整個(gè)代碼的運(yùn)行流程以及修改依據(jù)，有效鍛煉學(xué)生分析代碼的能力以及表達(dá)能力。自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)仍然是在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)板上進(jìn)行，但教師在上相應(yīng)的實(shí)踐課之前，需要對(duì)該次課所用的源碼進(jìn)行有效梳理，刪減掉一些功能性代碼，同時(shí)對(duì)需要學(xué)生自行增加的代碼，提供必要的注釋，提前提供給學(xué)生，使學(xué)生能有較為充裕的時(shí)間來(lái)復(fù)習(xí)理論知識(shí)，并可充分思考如何解決實(shí)踐課的問(wèn)題。這樣，學(xué)生不僅能更深領(lǐng)會(huì)該實(shí)踐課要實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能，并能在通讀已經(jīng)提供的代碼和結(jié)合系統(tǒng)功能，對(duì)缺少的代碼補(bǔ)充完整。而且在上實(shí)踐課時(shí)，學(xué)生是有備而來(lái)，可以盡快地投入到實(shí)驗(yàn)中，如果有深思已久，卻仍然無(wú)法解決的問(wèn)題，可與老師一起探討如何解決問(wèn)題，直到問(wèn)題解決，增加學(xué)生成就感的同時(shí)，還可以提高學(xué)生分析與解決問(wèn)題的能力，促進(jìn)師生的溝通與交流，提高學(xué)生的表達(dá)與交流能力。
3.課后指導(dǎo)環(huán)節(jié)中工程能力的培養(yǎng)。通過(guò)加強(qiáng)《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》與電子信息專業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)相結(jié)合，可有效彌補(bǔ)單片機(jī)課程本身信息量大但課時(shí)偏少的問(wèn)題。本專業(yè)第2學(xué)期開始，陸續(xù)開設(shè)了認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)（第二學(xué)期）、電子電路工程實(shí)踐（第三學(xué)期），對(duì)后續(xù)的單片機(jī)學(xué)習(xí)提供了相關(guān)的知識(shí)儲(chǔ)備，并與單片機(jī)課程開設(shè)的同一學(xué)期，開設(shè)了智能電子儀器設(shè)備設(shè)計(jì)與實(shí)踐，學(xué)生可參考單片機(jī)課堂上學(xué)習(xí)的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程來(lái)開展實(shí)踐環(huán)節(jié)的智能電子儀器設(shè)備的需求分析與軟硬件的設(shè)計(jì)，同時(shí)，在該實(shí)踐中對(duì)于具體產(chǎn)片的硬件設(shè)計(jì)與制作，數(shù)據(jù)采集過(guò)程中的A/D、D/A轉(zhuǎn)換，以及數(shù)據(jù)顯示等部分內(nèi)容，可幫助學(xué)生在單片機(jī)學(xué)習(xí)過(guò)程中，對(duì)單片機(jī)硬件系統(tǒng)，A/D、D/A轉(zhuǎn)換接口、顯示接口的理解，并通過(guò)該實(shí)踐，學(xué)生可根據(jù)產(chǎn)品的需求，對(duì)產(chǎn)品功能以及性能的實(shí)現(xiàn)方式有極大的自由，學(xué)生可根據(jù)自己的想法以及對(duì)當(dāng)前產(chǎn)品資料的查閱，然后對(duì)需要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行自主創(chuàng)新，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。同時(shí)第五學(xué)期學(xué)習(xí)的單片機(jī)課程知識(shí)以及工程能力，可很好地服務(wù)于第六、第七學(xué)期開設(shè)的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)創(chuàng)新與實(shí)踐、先進(jìn)電子制造實(shí)踐與生產(chǎn)實(shí)習(xí)，乃至學(xué)生最終的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)。
通過(guò)在《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)以及課后指導(dǎo)三個(gè)環(huán)節(jié)加強(qiáng)學(xué)生工程能力的培養(yǎng)，學(xué)生不僅可以更好地掌握理論知識(shí)，還可以將理論知識(shí)有效地運(yùn)用到具體的單片機(jī)系統(tǒng)的分析中，同時(shí)在設(shè)計(jì)具體的單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)，不再忙亂無(wú)章，而是有意識(shí)地根據(jù)單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的基本流程，來(lái)逐步開展系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)。學(xué)生的工程觀念以及實(shí)際工程項(xiàng)目開發(fā)能力顯著提高，同時(shí)增強(qiáng)學(xué)生對(duì)未來(lái)就業(yè)的信心，為將來(lái)的就業(yè)打下一定基礎(chǔ)。
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【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 理論與實(shí)驗(yàn) 課程設(shè)計(jì) 協(xié)同教學(xué)
【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）31-0243-01
引言
單片機(jī)理論、實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)相關(guān)課程體系是各高等院校電子電氣信息類工科專業(yè)基礎(chǔ)專業(yè)課程設(shè)置的重要組成部分，為大學(xué)生深入學(xué)習(xí)掌握單片機(jī)的基本原理，設(shè)計(jì)方法，實(shí)踐應(yīng)用等打下基礎(chǔ)。大多數(shù)理工科高校開設(shè)這些課程，對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合培養(yǎng)。對(duì)于單片機(jī)的理論與實(shí)踐教學(xué)，既可以選擇匯編語(yǔ)言，也可以選擇C語(yǔ)言進(jìn)行。在高校的實(shí)際教學(xué)工作中，大多數(shù)老師是選擇匯編語(yǔ)言進(jìn)行教學(xué)的，因?yàn)閺膮R編語(yǔ)言入手能更好的掌握單片機(jī)的硬件資源使用原理等，也有部分老師是直接使用C語(yǔ)言進(jìn)行教學(xué)，認(rèn)為匯編語(yǔ)言編程過(guò)于繁瑣，而C語(yǔ)言編程能夠在將來(lái)的實(shí)踐工作中得到更好的應(yīng)用。本文通過(guò)總結(jié)作者多年來(lái)在單片機(jī)相關(guān)課程教學(xué)積累的經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)研究心得，以51單片機(jī)理論、實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)教學(xué)為例，對(duì)如何在使用不同編程語(yǔ)言進(jìn)行繁瑣和復(fù)雜的教學(xué)中使學(xué)生更好地掌握單片機(jī)知識(shí)體系進(jìn)行了探討。
1.單片機(jī)理論教學(xué)
1.1 匯編語(yǔ)言理論教學(xué)
單片機(jī)是一個(gè)把中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、程序存儲(chǔ)器ROM、并行IO接口、串行IO接口、定時(shí)器計(jì)數(shù)器、時(shí)鐘振蕩電路等集成在一起的控制芯片，硬件資源簡(jiǎn)單且豐富，也易于擴(kuò)展電路，所以單片機(jī)的學(xué)習(xí)側(cè)重點(diǎn)首先在于掌握硬件資源使用方法。因?yàn)閰R編語(yǔ)言實(shí)際上是CPU能夠識(shí)別的機(jī)器碼的助記符，從匯編語(yǔ)言入手開始教學(xué)，能夠使學(xué)生更好地掌握單片機(jī)的硬件資源使用原理。使用匯編語(yǔ)言編程可以很方便地對(duì)單片機(jī)存儲(chǔ)器地址直接進(jìn)行存取操作，也能很方便地對(duì)存儲(chǔ)器地址進(jìn)行整體安排分配，前提是對(duì)單片機(jī)硬件資源非常熟悉，能夠靈活調(diào)用。比如指令MOV、MOVC和MOVX可以分別訪問(wèn)單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器和外部擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。匯編編程的缺點(diǎn)在于進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯判斷跳轉(zhuǎn)等比較繁瑣。
1.2 C語(yǔ)言理論教學(xué)
國(guó)內(nèi)的單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教程多數(shù)的編排都會(huì)在前面開始的章節(jié)介紹單片機(jī)硬件資源以及匯編語(yǔ)言指令系統(tǒng)，然后以更大篇幅講述C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)語(yǔ)法和針對(duì)硬件資源的編程。針對(duì)單片機(jī)的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)語(yǔ)法與計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言高級(jí)程序設(shè)計(jì)編程語(yǔ)法基本一致，而針對(duì)硬件資源的指令又類似于匯編語(yǔ)言指令系統(tǒng)，所以應(yīng)該可以說(shuō)單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言高級(jí)程序設(shè)計(jì)和匯編語(yǔ)言指令結(jié)合體。要掌握好C語(yǔ)言編程依然要對(duì)于單片機(jī)的硬件資源理解透徹并能靈活調(diào)用。但是C語(yǔ)言針對(duì)硬件資源的指令與匯編語(yǔ)言指令比較起來(lái)卻不如匯編那么直觀，也不如匯編指令那樣更加有助于單片機(jī)硬件體系結(jié)構(gòu)的理解。
為了使初學(xué)者能夠更好地理解單片機(jī)硬件體系結(jié)構(gòu)，掌握硬件資源的調(diào)用，選擇匯編語(yǔ)言進(jìn)行教學(xué)顯然是更加合適的。
2.單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)
單片機(jī)作為電子電氣信息類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)核心課程，比某些專業(yè)基礎(chǔ)課程如電路原理、數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)等更加注重編程實(shí)踐的練習(xí)。單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程一般都是配套安排在單片機(jī)理論課程的下半學(xué)期，這樣能夠更加有助于理論的理解和掌握。作為理論課程的配套課程，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程在教學(xué)上必須與理論課程保持一致性，選擇匯編語(yǔ)言進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是必然和最好的選擇。
在實(shí)驗(yàn)設(shè)備的選擇上，學(xué)院實(shí)驗(yàn)室早期購(gòu)置過(guò)星研單片機(jī)Star ES51實(shí)驗(yàn)箱，后來(lái)又購(gòu)置了大批光佑STC開發(fā)板，可以兩者選其一。
早期的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)都是集中在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，兩人共用一臺(tái)實(shí)驗(yàn)箱，通過(guò)連線和讀寫配套程序仿真運(yùn)行來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這樣的實(shí)驗(yàn)有一些明顯的不足，比如配套程序調(diào)用了很多鍵盤顯示的子程序，而這些子程序沒(méi)有直接給出來(lái)，實(shí)驗(yàn)箱的很多硬件電路連接也沒(méi)有給出詳細(xì)原理圖，所以造成了實(shí)驗(yàn)結(jié)束后多數(shù)學(xué)生也是對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和編程似懂非懂的結(jié)果。
有了STC開發(fā)板后，每個(gè)學(xué)生可以分配一塊開發(fā)板，各自進(jìn)行單片機(jī)的編程仿真實(shí)驗(yàn)，還可以將開發(fā)板帶回宿舍課后繼續(xù)練習(xí)，實(shí)驗(yàn)可以更方便地進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)開發(fā)板的原理圖清晰，例子程序豐富，通過(guò)讀寫配套例程可以較好的掌握單片機(jī)的基本原理。
顯然使用匯編語(yǔ)言選擇STC開發(fā)板進(jìn)行單片機(jī)實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最好安排。實(shí)驗(yàn)課程的要求注重于單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握和硬件資源的調(diào)用。
3.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)教學(xué)
單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的安排是為了進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)踐能力，所以課程設(shè)計(jì)的教學(xué)就不再局限于基本原理的掌握，而是必須達(dá)到更高程度的實(shí)踐效果。匯編語(yǔ)言編程有利于對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和單片機(jī)硬件資源的掌握，卻不利于復(fù)雜邏輯的處理。所以在學(xué)生已經(jīng)基本掌握了基礎(chǔ)理論的情況下，課程設(shè)計(jì)選擇C語(yǔ)言編程，可以讓學(xué)生更加方便的進(jìn)行復(fù)雜程序的編寫。
單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐項(xiàng)目?jī)?nèi)容的安排上，必須注重單片機(jī)內(nèi)部和外部硬件資源的綜合調(diào)用，以便完成具有實(shí)際意義的綜合程序的編寫。課程設(shè)計(jì)實(shí)踐項(xiàng)目安排了可以綜合調(diào)用單片機(jī)I/O口資源進(jìn)行鍵盤掃描數(shù)碼管顯示以及中斷處理的實(shí)現(xiàn)計(jì)算器功能的程序編寫，和能夠使用I2C總線進(jìn)行通訊的AD/DA處理的程序編寫。這兩種程序的綜合度和復(fù)雜度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單片機(jī)實(shí)驗(yàn)題目的要求。從實(shí)踐結(jié)果來(lái)看，通過(guò)這種綜合性復(fù)雜程序的編寫練習(xí)，能夠大大提高學(xué)生的開發(fā)設(shè)計(jì)實(shí)際項(xiàng)目的動(dòng)手實(shí)踐能力。
結(jié)束語(yǔ)
在我國(guó)大力實(shí)行人才戰(zhàn)略強(qiáng)調(diào)人才培養(yǎng)的大環(huán)境下，本文作者所在高校也響應(yīng)國(guó)家號(hào)召加強(qiáng)本科生培養(yǎng)，實(shí)施卓越工程教育，取得了積極可喜的成績(jī)。本文積極探索和提高單片機(jī)理論實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)協(xié)同教學(xué)的方法，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展，也得到了學(xué)生的高度認(rèn)同。以此方法培養(yǎng)出來(lái)的本科生在參加全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的過(guò)程中也取得了驕人的成績(jī)。本文作者經(jīng)驗(yàn)和方法也可以為兄弟院校相關(guān)專業(yè)的教學(xué)提供參考和借鑒。
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[3]彭偉.單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)100例――基于8051+Proteus仿真（第2版）， 電子工業(yè)出版社，2012.10
關(guān)鍵詞:單片機(jī) 理論教學(xué) 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 良性互動(dòng) 人才培養(yǎng)
從上個(gè)世紀(jì)70年代第一只單片機(jī)面世，短短二三十年的時(shí)間，單片機(jī)技術(shù)已成為自動(dòng)控制技術(shù)的一個(gè)重要分支，廣泛應(yīng)用到工業(yè)控制、儀器儀表、消費(fèi)產(chǎn)品、汽車、辦公自動(dòng)化、通信等領(lǐng)域。因此，是否具有單片機(jī)開發(fā)能力就成為許多公司招聘工科專業(yè)學(xué)生的衡量標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也成為許多學(xué)生尋找理想工作的必備技能之一。筆者根據(jù)多年的學(xué)習(xí)、教學(xué)及科研實(shí)踐和當(dāng)前大學(xué)生的就業(yè)狀況，在此淺談自己的幾點(diǎn)拙見。
單片機(jī)課程的教學(xué)是一門理論性、實(shí)踐性都很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程。目前，在我國(guó)的各大工科院校都開設(shè)有《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程，且大多采用傳統(tǒng)的先基礎(chǔ)后應(yīng)用的教學(xué)模式，即:單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)匯編指令系統(tǒng)系統(tǒng)擴(kuò)展接口技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般在“匯編指令系統(tǒng)”講完之后才開始進(jìn)行，理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的時(shí)間不對(duì)應(yīng)，且多為教師規(guī)定幾個(gè)實(shí)驗(yàn)做完即可，很少進(jìn)行開放性和設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)，這是最粗糙的教學(xué)過(guò)程，這種教學(xué)過(guò)程直接導(dǎo)致學(xué)生對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)提不起興趣、知識(shí)脫節(jié)，筆者經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出：理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)絕不能單純地割裂開，并且二者應(yīng)相互滲透，相輔相成。只有這樣才能達(dá)到好的教學(xué)效果，以更好地培
養(yǎng)學(xué)生的硬件設(shè)計(jì)能力，適應(yīng)創(chuàng)新型人才教育體系的需要。
一、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和求知欲
單片機(jī)課程課時(shí)少，任務(wù)重，學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)就顯得尤為重要。興趣是最好的老師，在課程學(xué)習(xí)的開始，不要進(jìn)行理論開場(chǎng)白，而要給學(xué)生展示一些單片機(jī)的產(chǎn)品如電腦時(shí)鐘、數(shù)字溫度計(jì)、電子密碼鎖、公共汽車報(bào)站系統(tǒng)、電子飯卡等，帶他們到系電子設(shè)計(jì)室，讓他們看到上屆學(xué)生的實(shí)習(xí)作品，在大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中獲獎(jiǎng)的作品，并且從中選取一簡(jiǎn)單產(chǎn)品引申到理論教學(xué)中涉及的主要內(nèi)容，從而激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)在頭腦中形成理論知識(shí)大框。
二、改進(jìn)理論教學(xué)方法
1.引用先進(jìn)的教學(xué)儀器和課件，加強(qiáng)學(xué)生理解。
教學(xué)中使用電腦，用幻燈顯示教學(xué)內(nèi)容，將PPT和黑板板述相結(jié)合。演示的信息量比較多，PPT省去了畫電路圖和表格的時(shí)間，還可以動(dòng)態(tài)形象直觀地演示電路中信號(hào)的變化，能加強(qiáng)學(xué)生的理解。
2.增刪教學(xué)內(nèi)容和改善教學(xué)方法。
詳細(xì)講解常用指令的時(shí)序，結(jié)合帶外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的51單片機(jī)電路，分析時(shí)序中各種信號(hào)如PSEN、WR、RD、PC、AB總線、DB總線的變化，以及不同時(shí)刻總線上的數(shù)值，讓學(xué)生理解指令產(chǎn)生信號(hào)，信號(hào)驅(qū)動(dòng)單片機(jī)和外設(shè)運(yùn)行。
教學(xué)中應(yīng)注意原理的講述，多用邏輯圖來(lái)描述外設(shè)的工作原理，多一些理解，少一些死記硬背。匯編語(yǔ)言結(jié)合電路對(duì)于理解單片機(jī)的原理很重要，所以對(duì)于常用的匯編語(yǔ)句要做講解。但是由于C語(yǔ)言在單片機(jī)中的廣泛使用，故沒(méi)有必要讓學(xué)生去用匯編讀寫大程序。對(duì)于常用的算法，全部采用C語(yǔ)言來(lái)描述。對(duì)于復(fù)雜的算法，則不在單片機(jī)課中講述，留在C語(yǔ)言和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中講述，這從很大程度上降低了單片機(jī)的學(xué)習(xí)難度，減少了學(xué)習(xí)量。
3.用C語(yǔ)言編寫程序，用Proteus軟件仿真。
相對(duì)于匯編語(yǔ)言，C語(yǔ)言存在如下優(yōu)點(diǎn)：①只要掌握單片機(jī)的存貯器結(jié)構(gòu)即可編程；②寄存器分配、不同存貯器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)可由編譯器管理；③C語(yǔ)言程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)；④可使程序結(jié)構(gòu)化、可改善程序的可讀性；⑤關(guān)鍵字及運(yùn)算函數(shù)可用近似人的思維過(guò)程方式使用編程及程序調(diào)試時(shí)間顯著縮短，從而提高效率；⑥提供的庫(kù)函數(shù)包含許多標(biāo)準(zhǔn)子程序，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，因?yàn)椴捎媚K化編程技術(shù)，所以C語(yǔ)言的移植性好。在這里我們選用了KeilC5公司的C51編譯器。這個(gè)編譯器具有使用方便、編譯效率高的特點(diǎn)。使用它學(xué)生既學(xué)會(huì)了單片機(jī)原理，又學(xué)到了一種實(shí)用的技能。
在講課中引入了軟件模擬的方法，在模擬軟件中畫出電路圖，在編譯軟件中寫出C程序，就可以動(dòng)態(tài)調(diào)試程序的運(yùn)行，讓學(xué)生看到各寄存器和變量的值的變化，以及電路中由程序驅(qū)動(dòng)的聲光等的變化，既增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)原理的理解，又增加了學(xué)習(xí)的興趣。
這里選用的模擬軟件是Proteus，能方便地畫出各種CPU、存儲(chǔ)器和外設(shè)電路，能容易地和KeilC51軟件聯(lián)合調(diào)試程序，看到程序單步和多步執(zhí)行后單片機(jī)寄存器和外部電路的變化。
三、加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)
1.進(jìn)行常規(guī)實(shí)驗(yàn)時(shí)，注意基礎(chǔ)理論的鞏固。
例如數(shù)據(jù)排序?qū)嶒?yàn)，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書給出的程序鍵入PC機(jī)中，經(jīng)過(guò)編譯后，通過(guò)串口下載到仿真器中運(yùn)行此程序，只要輸入和操作無(wú)誤，則必定會(huì)得到正確的結(jié)果，即實(shí)現(xiàn)8031內(nèi)部RAM單元中N個(gè)數(shù)據(jù)的排序。做這種實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生往往只注重于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確與否，而不注重程序是怎樣編出來(lái)的，也無(wú)需關(guān)心什么情況下要用哪條指令，每條指令的功能是什么等問(wèn)題。所以這類實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單，做完后應(yīng)進(jìn)行總結(jié)所涉及的理論知識(shí)并注意引申下一階段理論學(xué)習(xí)及所配合的實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前還要布置有關(guān)知識(shí)的預(yù)習(xí)及有關(guān)理論知識(shí)的復(fù)習(xí)。
2.增加設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)。
設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行可以使學(xué)生更好地掌握實(shí)驗(yàn)原理、操作方法、步驟，全面了解儀器設(shè)備的性能并正確地使用儀器，課程內(nèi)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置；可以根據(jù)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件，適當(dāng)增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例，如將單片機(jī)端口應(yīng)用、擴(kuò)展并行接口8155等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置成設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)。
3.加強(qiáng)集中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。
單片機(jī)集中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)通常有2―3周的時(shí)間，學(xué)生可以在一個(gè)時(shí)間集中的環(huán)境下進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容除了與單片機(jī)直接相關(guān)的系統(tǒng)擴(kuò)展和接口技術(shù)以外，還應(yīng)根據(jù)單片機(jī)人才的市場(chǎng)需求和就業(yè)形勢(shì)，相應(yīng)地增加新知識(shí)、新技術(shù)的應(yīng)用，如I2C1總線、SPI總線、點(diǎn)陣LED、點(diǎn)陣液晶、CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)等技術(shù)的應(yīng)用。每個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目都要求學(xué)生用PROTEL畫出電路原理圖，并使用C語(yǔ)言進(jìn)行軟件編程，撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書，且在設(shè)計(jì)說(shuō)明書內(nèi)要求附有軟件流程圖、程序清單和電路原理圖等資料，使學(xué)生了解單片機(jī)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)流程和方法，提高學(xué)生工程實(shí)踐能力。
以上有關(guān)單片機(jī)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)在實(shí)踐中應(yīng)該遵從循序漸進(jìn)的思路，多和學(xué)生進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的溝通，多和工業(yè)實(shí)踐相聯(lián)系，形成理論和實(shí)踐的良性互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的最佳統(tǒng)一。
參考文獻(xiàn):
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【關(guān)鍵詞】I2C；SDA；SCL；ACK；NOACK
1.引言
SD2300系列芯片是一種具有內(nèi)置晶振、支持兩線串行接口的高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。該芯片在25±1℃下可保證時(shí)鐘精度為±5ppm，即年誤差小于2.5min；該芯片內(nèi)置時(shí)鐘精度調(diào)整功能，可以在很寬的范圍內(nèi)校正時(shí)鐘的頻率偏差，能以最小分辨率3.052ppm來(lái)進(jìn)行校正，通過(guò)與溫度傳感器的結(jié)合可以設(shè)定適應(yīng)溫度變化的調(diào)整值，實(shí)現(xiàn)在寬溫范圍內(nèi)高精度的計(jì)時(shí)功能；內(nèi)置電池、串行NVSRAM，其中內(nèi)置一次性電池可保證在外部掉電的情況下時(shí)鐘使用壽命超過(guò)5年，內(nèi)置串行NVSRAM為非易失性SRAM，擦寫次數(shù)可達(dá)100億次。該系列芯片與單片機(jī)的接口電路采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)I2C總線，只用一根串行時(shí)鐘線SCL和一根串行數(shù)據(jù)線SDA與單片機(jī)實(shí)行通信，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)400kbit/s。本文主要探討如何通過(guò)單片機(jī)控制SD2300時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能。
2.硬件電路設(shè)計(jì)
4.結(jié)束語(yǔ)
制作PCB板時(shí)，對(duì)SD2300A及單片機(jī)數(shù)字電源、地的輸入端加220uf以上的電解電容和104電容去除電源擾動(dòng)。為了防止干擾，制板時(shí)應(yīng)保證芯片底部無(wú)大電流信號(hào)通過(guò)，最好能鋪地。SD2300A的VDD和電源之間串一個(gè)200歐的電阻防干擾，不用的引腳接地，VBAT、VOUT和TEST引腳可以懸空。電源電壓必須大于等于3.0V。
編寫程序要注意在上電開始時(shí)應(yīng)做一個(gè)幾百毫秒的延時(shí)。時(shí)鐘最多每半秒才讀一次。在開啟I2C總線時(shí)，要在置SDA為高電平后再判斷SDA是否為高電平，即SDA是否被可靠復(fù)位。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：微機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)；CDIO；一體化：教學(xué)模式
0.引言
培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的創(chuàng)新型人才，是經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程加速下建立創(chuàng)新型國(guó)家的迫切需要。如何培養(yǎng)具有廣泛的適應(yīng)性和杰出開拓創(chuàng)新能力的工程技術(shù)人才，是高校工科教育面臨的重要課題。
一體化教學(xué)是CDIO 12條標(biāo)準(zhǔn)中的第三條準(zhǔn)則，它能使知識(shí)、能力、素質(zhì)的培養(yǎng)緊密結(jié)合起來(lái)，將理論、實(shí)踐、創(chuàng)新合為一體，是“教、學(xué)、做、思、創(chuàng)”和“基于項(xiàng)目的教育和學(xué)習(xí)”的集中體現(xiàn)，是培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的重要途徑之一，同時(shí)也是培養(yǎng)學(xué)生的集體主結(jié)協(xié)作精神的有效途徑。本文闡述在“微機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)”課程中應(yīng)用CDIO一體化教學(xué)模式的實(shí)踐和體會(huì)。
1.背景
微機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)課程的前身是微機(jī)原理與接口技術(shù)和單片機(jī)原理與應(yīng)用兩門課（以下簡(jiǎn)稱兩門課）。眾所周知，微機(jī)及單片機(jī)知識(shí)是工科電類相關(guān)專業(yè)的軟硬件開發(fā)應(yīng)用基礎(chǔ)，是學(xué)生將來(lái)工作所應(yīng)有的最基本技能，所以我國(guó)高校工科電類各專業(yè)普遍都開設(shè)有微機(jī)原理和單片機(jī)課程。中國(guó)民航大學(xué)電子信息工程等電類專業(yè)在1986年籌建專業(yè)之初就設(shè)有微機(jī)原理與接口技術(shù)課程（70課時(shí)），1996年增設(shè)了單片機(jī)原理與應(yīng)用課程（54課時(shí)），作為微機(jī)原理與接口技術(shù)的后續(xù)課。兩門課程之間聯(lián)系緊密，但在微機(jī)系統(tǒng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)中又處于不同的層面，互不統(tǒng)屬。自1998年實(shí)施“五強(qiáng)計(jì)劃”以來(lái)，兩門課的課程組就從精品課程開始加以建設(shè)，并分別于2004年、2006年相繼建設(shè)成為校級(jí)精品課。近年來(lái)，隨著嵌入式技術(shù)的蓬勃發(fā)展與普及應(yīng)用，社會(huì)對(duì)嵌入式人才的需求量在逐年遞增，但嵌入式軟硬件設(shè)計(jì)開發(fā)人才又嚴(yán)重不足（每年缺口大約為20萬(wàn)人）。面對(duì)這種局面，結(jié)合教育部“學(xué)分制”本科教育應(yīng)適當(dāng)壓縮學(xué)時(shí)，逐漸向國(guó)際化方向發(fā)展的精神和中國(guó)民航大學(xué)培養(yǎng)“具有創(chuàng)新精神和工程實(shí)踐能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才”目標(biāo)定位，以及新時(shí)期下社會(huì)對(duì)創(chuàng)新型工程技術(shù)人才的培養(yǎng)需求，我們以“加強(qiáng)基礎(chǔ)、重視應(yīng)用、開拓思維、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)”為核心，以“突出手、腦并用，有助于促進(jìn)理論與實(shí)踐結(jié)合”，“突出研究探索，有助于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和能力”的思想為指導(dǎo)，在學(xué)校電子類課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)的統(tǒng)一規(guī)劃下，經(jīng)多次教學(xué)跟蹤和調(diào)研，對(duì)兩門課程進(jìn)行了優(yōu)化改革，將兩門課程整合為一門微機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)課（94課時(shí)），由同一位老師分兩個(gè)階段，分別放在兩個(gè)學(xué)期進(jìn)行教學(xué)，以2008級(jí)電子信息工程專業(yè)CDIO班作為試點(diǎn)實(shí)踐。
2.一體化教學(xué)模式
2.1一體化教學(xué)模式的構(gòu)建
一體化教學(xué)模式通過(guò)一體化教學(xué)內(nèi)容、一體化教學(xué)手段和方法、一體化考核評(píng)價(jià)來(lái)實(shí)現(xiàn)。微機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)課程所構(gòu)建的一體化教學(xué)模式見圖1。
2.2一體化教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)
整合后的微機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排見表1。該課程的目標(biāo)是在保證學(xué)生了解微機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)及8086 CPU體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用單片機(jī)知識(shí)解決實(shí)際的能力，達(dá)到在學(xué)時(shí)被壓縮的情況下，完成建立微機(jī)系統(tǒng)整體概念及熟練應(yīng)用單片機(jī)的教學(xué)任務(wù)。
在微機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)課程的第1階段主要學(xué)習(xí)微機(jī)基礎(chǔ)，目的是幫助學(xué)生理解計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)原理及結(jié)構(gòu)，熟悉一款帶有普適性的CPU原理，熟悉匯編編程及應(yīng)用，建立起微機(jī)系統(tǒng)整體概念，為后續(xù)進(jìn)一步學(xué)習(xí)不同的CPU以及今后的工作和計(jì)算機(jī)應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本階段以理論講授為主，部分內(nèi)容的講述要不厭其煩，舉一反三，讓學(xué)生牢固掌握，如對(duì)存儲(chǔ)器地址、尋址方式、匯編指令與程序設(shè)計(jì)、寄存器、存儲(chǔ)器擴(kuò)展、總線、中斷等內(nèi)容；部分內(nèi)容只是提及或不講，如對(duì)流水線、多核、存儲(chǔ)器管理、32位CPU等內(nèi)容，目的只是擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)面和拓寬專業(yè)視野；部分內(nèi)容采用精講多練的形式，注重學(xué)生獨(dú)立性的訓(xùn)練和思維的啟發(fā)，如對(duì)接口部分的學(xué)習(xí)可以通過(guò)一個(gè)典型接口芯片來(lái)帶動(dòng)學(xué)會(huì)這一類芯片的使用方法，達(dá)到“授人以漁”的目的。
課程的第2階段主要強(qiáng)調(diào)應(yīng)用性和實(shí)用性，內(nèi)容主要講述實(shí)用接口電路的設(shè)計(jì)，常用串行擴(kuò)展總線，基本I/O、A/D、D/A、LED顯示、鍵盤、液晶顯示、USB、紅外通信、RS232、485及PS2等接口功能和在實(shí)際教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，目的是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手、設(shè)計(jì)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
2.3一體化的教學(xué)手段和方法
一體化的教學(xué)手段和方法主要體現(xiàn)在理論與實(shí)踐的一體化，課內(nèi)、外學(xué)習(xí)的一體化方面，通過(guò)項(xiàng)目聯(lián)系整個(gè)課程體系，融教師的教與學(xué)生的學(xué)、做、思、創(chuàng)為一體。
2.3.1理論實(shí)踐一體化
微機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)是一門理論與實(shí)踐并重的技術(shù)基礎(chǔ)課，實(shí)踐性強(qiáng)是其最突出的特點(diǎn)，而工程能力和創(chuàng)新能力是在不斷地解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中鍛煉和培養(yǎng)出來(lái)的，電類專業(yè)尤其需要突顯實(shí)驗(yàn)實(shí)踐的特點(diǎn)和特色。所以，我們充分認(rèn)識(shí)到了本門課程實(shí)踐教學(xué)的重要性，在實(shí)際教學(xué)中通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方式來(lái)達(dá)到實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)的并重發(fā)展。
（1）在教學(xué)安排上，要求任課教師理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)互通，教師既教授理論同時(shí)又輔導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，且要同步開設(shè)。教師在上實(shí)驗(yàn)課之前，要結(jié)合相關(guān)理論知識(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)引導(dǎo)；在實(shí)驗(yàn)課堂上要結(jié)合相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)理論知識(shí)作進(jìn)一步的總結(jié)和概括，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)軟件仿真或通過(guò)實(shí)際制作理解鞏固理論知識(shí)。譬如對(duì)匯編尋址方式和部分指令的學(xué)習(xí)，就是在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)DEBUG環(huán)境，師生雙方邊教邊學(xué)邊做，理論和實(shí)踐交替進(jìn)行，直觀和抽象交錯(cuò)出現(xiàn)，這樣可收到事半功倍的效果。這種理中有實(shí)、實(shí)中有理的做法，既能培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和專業(yè)技能，又能充分調(diào)動(dòng)和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生能真正變成學(xué)習(xí)的主人；同時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教師也能及時(shí)了解學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握情況，而且這種理論指導(dǎo)實(shí)踐、實(shí)踐又反饋到理論的過(guò)程使得學(xué)生能從本質(zhì)上加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的理解，從而加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)之間的聯(lián)系。
（2）通過(guò)項(xiàng)目組織教學(xué)，可以把知識(shí)、能力、素質(zhì)等培養(yǎng)目標(biāo)融入到項(xiàng)目教學(xué)過(guò)程中。為了解決所遇到的問(wèn)題，學(xué)生需要?dú)w納、整理所學(xué)的知識(shí)與技能或查閱課外資料，這樣能促進(jìn)學(xué)生不斷地思考，也能讓呆板孤立的知識(shí)片化作整體知識(shí)鏈，觸類旁通，突出了“教師是主導(dǎo)，學(xué)生是主體”的教學(xué)理念，改變了“我講你聽，我做你看”的現(xiàn)象。
2.3.2課內(nèi)外學(xué)習(xí)一體化
針對(duì)微機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)課程內(nèi)容多、部分內(nèi)容前后之間互有交叉、實(shí)踐和實(shí)用性強(qiáng)、知識(shí)更新快等特點(diǎn)，課程組以項(xiàng)目為載體，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、虛擬仿真工具、實(shí)驗(yàn)室開放等手段將課堂教學(xué)、課外科技活動(dòng)、畢業(yè)論文等關(guān)聯(lián)起來(lái)，形成課內(nèi)、外一體的教學(xué)模式，見表2。
對(duì)于部分理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，除了在課堂上通過(guò)板書或PPT講授外，還讓學(xué)生通過(guò)作業(yè)與網(wǎng)絡(luò)等形式進(jìn)一步在課外學(xué)習(xí)，并通過(guò)校內(nèi)的BB網(wǎng)進(jìn)行師生間或?qū)W生間的網(wǎng)上實(shí)時(shí)答疑、討論等。
實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)是我們特別重視的環(huán)節(jié)和內(nèi)容，在實(shí)際教學(xué)中分了3個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)，即基礎(chǔ)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)提高型實(shí)驗(yàn)和綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。這3類實(shí)驗(yàn)都以項(xiàng)目的形式在課程一開始就布置給學(xué)生。其中基礎(chǔ)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)要求全部學(xué)生必做，主要采用虛擬仿真與實(shí)物相結(jié)合的方式。設(shè)計(jì)提高型實(shí)驗(yàn)分為兩部分，一部分要求全部學(xué)生必做，內(nèi)容覆蓋單片機(jī)課程理論教學(xué)的主要內(nèi)容和常規(guī)的模電及數(shù)電知識(shí)，難度中等，如像程控電源、溫度測(cè)量控制器等題目；另一部分是選做題目，這部分題目與全部的綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，是具有一定難度的、需大量查閱資料反復(fù)調(diào)試才能完成的綜合性題目，且題目多種多樣。選這些題目的學(xué)生既可以做教師指定的題目，也可以根據(jù)自己的興趣，結(jié)合教師的各種橫向課題或各種競(jìng)賽自擬題目（自擬題目需經(jīng)教師確認(rèn)），由2～3個(gè)學(xué)生組成一組在課外合作完成。這些實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐項(xiàng)目，除在課內(nèi)課堂上完成指定的實(shí)驗(yàn)外，其余都可以在課外利用學(xué)生科協(xié)或校內(nèi)BB網(wǎng)，通過(guò)仿真環(huán)境或?qū)嶒?yàn)室開放完成。
3.一體化的考核與評(píng)價(jià)
對(duì)微機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)課程的考核既要體現(xiàn)綜合能力，又要加強(qiáng)過(guò)程考核。綜合能力主要看學(xué)生對(duì)課程知識(shí)、技能的掌握程度及職業(yè)素質(zhì)的養(yǎng)成；過(guò)程考核是指考核要貫穿學(xué)生的整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程，將學(xué)生平時(shí)的各種表現(xiàn)都納入在考核內(nèi)容之中。課程最后的總成績(jī)由平時(shí)成績(jī)、項(xiàng)目成績(jī)和期末成績(jī)3項(xiàng)構(gòu)成，課程綜合成績(jī)考核評(píng)價(jià)方式見表3。平時(shí)成績(jī)主要從出勤、作業(yè)、學(xué)習(xí)態(tài)度、網(wǎng)上討論和師生互動(dòng)等方面進(jìn)行考核，占總成績(jī)的15%；項(xiàng)目成績(jī)主要從完成項(xiàng)目的資料搜集、小組協(xié)作、構(gòu)思、設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試、實(shí)物演示、項(xiàng)目答辯和項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告書寫等方面進(jìn)行考核，占總成績(jī)的45%，主要考核學(xué)生的綜合應(yīng)用能力及職業(yè)素質(zhì)；期末考核以閉卷筆試形式進(jìn)行，占總成績(jī)的40%。
論文導(dǎo)讀：RS-485總線型通信接口協(xié)議在遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用極為廣泛,對(duì)于大容量的傳輸監(jiān)控系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)是很重要的,文章針對(duì)RS-485在熱分戶計(jì)量系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了可靠性設(shè)計(jì),詳細(xì)分析了RS-485通信產(chǎn)生故障的原因,提出了在選擇芯片、硬件電路設(shè)計(jì)、軟件編程需要注意的細(xì)節(jié)過(guò)程,從而大大降低了RS-485在大容量傳輸過(guò)程中的故障率,提高了系統(tǒng)的可靠性.
關(guān)鍵詞：RS-485，分戶熱計(jì)量，SN75LBC184
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關(guān)鍵詞: 單片機(jī)教學(xué) 74LS164 動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)
1.引言
“串行輸入轉(zhuǎn)并行輸出”簡(jiǎn)稱“串轉(zhuǎn)并”,是單片機(jī)教學(xué)中一個(gè)重要課題,涉及串行口、74LS164轉(zhuǎn)換芯片及電路知識(shí)的應(yīng)用。在通常教學(xué)中,一般用74LS164串行擴(kuò)展顯示接口,并實(shí)現(xiàn)靜態(tài)顯示。如何實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示,大部分學(xué)生對(duì)此問(wèn)題理解不透,本文就此問(wèn)題進(jìn)行探討。
2.系統(tǒng)工作原理及電路設(shè)計(jì)
為了加深學(xué)生的理解,我考慮用串行口控制多個(gè)數(shù)碼管,模擬一個(gè)簡(jiǎn)單的電子鐘,每過(guò)一秒動(dòng)態(tài)加一。為了方便教學(xué),便于學(xué)生理解,我用KEIL C編寫程序,在PROTEUS中畫電路并調(diào)試電路。電路原理圖如圖1所示,關(guān)鍵點(diǎn)有四部分。
(1)74LS164為串入并出移位寄存器,如下圖所示。
A、B:串行輸入端。
Q0―Q7(QA-QH):串行輸出端。
CP:串行時(shí)鐘輸入端。
/MR:串行輸出清零端。
VCC:+5V。
GND:接地端。
(2)數(shù)據(jù)由單片機(jī)RXD輸出,74LS164的第1、2引腳負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)。
(3)移位脈沖由單片機(jī)TXD輸出,和74LS164的第8引腳進(jìn)行連接。脈沖的頻率是主時(shí)鐘的十二分頻。
(4)芯片功能。
將74LS164的A、B端與RXD相接,CLK與TXD相接,/MR接高電平,在滿足條件時(shí)數(shù)據(jù)就傳送到74LS164并寄存。將前一個(gè)74LS164的QH端連接到下一個(gè)74LS164的QA端,再將CLK端連接到一起并接到TXD,則送數(shù)據(jù)時(shí),前后數(shù)據(jù)就會(huì)依次從上一個(gè)片子傳到下一個(gè)片子。
電路如下圖所示:
(圖一)
3.程序如下:
#include
#include
sbit p11=P1^1;
sbit p12=P1^2;
unsigned char data discode[11]=
{0XFC,0X60,0XDA,0XF2,0X66,0XB6,0XBE,0XE0,0XFE,0XF6,0x00};//共陰串行。
unsigned char leddis[2]={0,0};//顯存,有幾個(gè)數(shù)碼管可以定義幾個(gè)。
unsigned char num,time;
void display(void)//數(shù)碼管顯示函數(shù)。
{unsigned char count;//數(shù)碼管個(gè)數(shù)。
for (count=2;count>0;count--)
{
SBUF=discode[leddis[count-1]];
while(TI==0);
TI=0;}}
void t0serv(void) interrupt 1
{
TH0=(65536-50000)/256;
TL0=(65536-50000)%256;
if(time++>20)
{time=0;
if(num++>99) num=0;
leddis=num/10;
leddis=num%10;
display();
}
}
void main()
{
SCON=0x00; //設(shè)定UART的工作方式為MODEO。
display(); //顯示函數(shù)。
TMOD=0X01;
TH0=(65536-50000)/256;
TL0=(65536-50000)%256;
ET0=1;EA=1;
while(1)
{if(p11==0) //鍵P11被按下,開始定時(shí)。
TR0=1;
if(p12==0) //鍵P12被按下,停止定時(shí)。
TR0=0;}}
4.結(jié)語(yǔ)
利用Q7(QH)端連接到下一個(gè)74LS164的QA端,可以擴(kuò)展多個(gè)數(shù)碼管,由于脈沖的頻率是主時(shí)鐘的十二分頻,假設(shè)擴(kuò)展2個(gè)數(shù)碼管,則數(shù)碼管的最大刷新頻率約為主時(shí)鐘2×8×12=198分頻,對(duì)于主時(shí)鐘為12MHz的單片機(jī),數(shù)碼管最大刷新周期為15.13μs。可以推算,如果擴(kuò)展8個(gè)數(shù)碼管,顯示應(yīng)該很穩(wěn)定,沒(méi)有閃爍現(xiàn)象。
利用“串轉(zhuǎn)并”技術(shù),只要用單片機(jī)的兩個(gè)引腳,就可以控制多個(gè)輸出設(shè)備,極大地節(jié)省了單片機(jī)引腳資源,但由于用到74LS164,則成本也會(huì)增加些,可以根據(jù)實(shí)際情況靈活選擇方案。
a
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；溫度檢測(cè)；報(bào)警
中圖分類號(hào)：TP311.52文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-9599 (2011) 23-0000-03
Temperature Acquisition Alarm System Design Based MCU
Wang Rongrong,Liu Haixia
(Inner Mongolia Technical College of Mechanics and Electrics,Huhhot010070,China)
Abstract:It designs a microcontroller based on AT89S51 and DS18B20 temperature sensor temperature collection and alarm system.The system has reliable performance,simple structure,can achieve safe temperature within a normal display temperature exceeds the set temperature,upper limit,sound and light alarm.
Keywords:MCU;Temperature detection;Alarm
一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
基本工作原理
如圖1所示為溫度采集報(bào)警系統(tǒng)框圖。該設(shè)計(jì)將以單片機(jī)控制的溫度采集系統(tǒng)為主，利用單片機(jī)完成對(duì)溫度的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)安全溫度內(nèi)正常顯示溫度值，超出設(shè)定的溫度上限則進(jìn)行聲光報(bào)警。
系統(tǒng)在溫度采集時(shí)主要應(yīng)用了DS18B20芯片，該器件經(jīng)過(guò)初始化后單片機(jī)首先進(jìn)行ROM匹配，當(dāng)受到測(cè)溫器件發(fā)回的信號(hào)時(shí)證明該器件正常工作，接著單片機(jī)發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令進(jìn)行溫度采集，測(cè)溫的精確度很高，可以精確到小數(shù)點(diǎn)后四位。設(shè)計(jì)中還應(yīng)用了HD7279芯片進(jìn)行數(shù)碼管顯示的驅(qū)動(dòng)，一共應(yīng)用了6位數(shù)碼管。
圖1 溫度采集報(bào)警系統(tǒng)框圖
二、硬件設(shè)計(jì)
（一）測(cè)溫和控制電路
1.測(cè)溫
測(cè)溫使用的DS18B20是典型的應(yīng)用單總線技術(shù)的器件。
顧名思義，單總線只有一根數(shù)據(jù)線。設(shè)備（主機(jī)或從機(jī)）通過(guò)一個(gè)漏極開路或三態(tài)端口，連接至該數(shù)據(jù)線，這樣允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)釋放數(shù)據(jù)總線，以便總線被其它設(shè)備所使用。
DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20采用3腳PR－35封裝或8腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
圖2 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖
DS18B20的測(cè)溫原理是這樣的，器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。器件中還有一個(gè)計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將－55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1、溫度寄存器中，計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。
減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直到溫度寄存器值大致被測(cè)溫度值。
單總線要求外接一個(gè)約5k的上拉電阻；這樣，單總線的閑置狀態(tài)為高電平。不管什么原因，如果傳輸過(guò)程需要暫時(shí)掛起，且要求傳輸過(guò)程還能夠繼續(xù)的話，則總線必須處于空閑狀態(tài)。位傳輸之間的恢復(fù)時(shí)間沒(méi)有限制，只要總線在恢復(fù)期間處于空閑狀態(tài)（高電平）。如果總線保持低電平超過(guò)480μs，總線上的所有器件將復(fù)位。另外，在寄生方式供電時(shí)，為了保證單總線器件在某些工作狀態(tài)下（如溫度轉(zhuǎn)換期間、EEPROM寫入等）具有足夠的電源電流，必須在總線上提供強(qiáng)上拉[1]。
主機(jī)控制DS18B02完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：初始化、ROM操作指令、存儲(chǔ)器操作指令。必須先啟動(dòng)DS18B02開始轉(zhuǎn)換，再讀出溫度轉(zhuǎn)換值。本系統(tǒng)僅掛接一個(gè)芯片，在軟件設(shè)計(jì)中使用默認(rèn)的12位轉(zhuǎn)換精度，外接供電電源，讀取的溫度值高位字節(jié)送單元，低位字節(jié)送WDLSB單元，再按照溫度值字節(jié)的表示格式及其符號(hào)位，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的變換即可得到實(shí)際溫度值。
2.控制
AT89S51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī)；片內(nèi)含有4k字節(jié)的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（EPROM）和128字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）；器件采用AMTEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)；片內(nèi)置通用2位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89S51單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。
圖3 測(cè)溫和控制電路
（二）顯示控制電路
HD7279A是一片具有串行接口的，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管(或64個(gè)LED點(diǎn)陣)的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)還可連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣。該芯片內(nèi)部含有譯碼器，可直接接受16進(jìn)制碼，HD7279A還同時(shí)具有2種譯碼方式，HD7279(A)還具有多種控制指令，如消隱、閃爍、左移、右移、段尋址等。HD7279與單片機(jī)僅需4條接口線，其中CS為片選信號(hào)。當(dāng)MCU訪問(wèn)HD7279時(shí)，應(yīng)將片選端置為低電平。DATA為串行數(shù)據(jù)/輸出端，當(dāng)向HD7279發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，DATA為輸入端；當(dāng)HD7279A輸出鍵盤代碼時(shí)，DATA為輸出端。其特點(diǎn)為：
-串行接口，無(wú)需元件可直接驅(qū)動(dòng)LED
-各位獨(dú)立控制譯碼/不譯碼及消隱和閃爍屬性
-（循環(huán)）左移/（循環(huán)）右移指令
-具有段尋址指令，方便控制獨(dú)立LED
-64鍵鍵盤控制器，內(nèi)含去抖動(dòng)電路
-有DIP和SOIC兩種封裝形式供選擇
顯示控制電路如圖4所示：
圖4顯示控制電路
（三）聲光報(bào)警電路
1.發(fā)光二極管報(bào)警電路的設(shè)計(jì)
由4個(gè)發(fā)光二極管接上電阻后連上單片的RXD的引腳，外接VCC，當(dāng)單片機(jī)的RXD引腳被置低電平后，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，起到報(bào)警作用。圖5所示為發(fā)光二極管報(bào)警電路。
圖5 發(fā)光二極管報(bào)警電路圖
2.聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì)
如下圖所示，用一個(gè)Speaker和三極管、電阻接到單片機(jī)的TXD引腳上，構(gòu)成聲音報(bào)警電路，如圖6示為聲音報(bào)警電路。
圖6 聲音報(bào)警電路圖
三、軟件設(shè)計(jì)
該設(shè)計(jì)中主要利用了DS18B20芯片進(jìn)行測(cè)溫，該芯片是單總線器件，顧名思義單總線只有一根數(shù)據(jù)線，因此在通信時(shí)時(shí)序就顯得十分重要，我們?cè)诰幊虝r(shí)也要十分注意這一點(diǎn)。在程序中測(cè)溫時(shí)首先要對(duì)DS18B20進(jìn)行初始化，初始化過(guò)程由單片機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和芯片響應(yīng)的應(yīng)答脈沖組成，應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。由于總線上只掛接了一片測(cè)溫芯片，因此可直接跳過(guò)ROM匹配發(fā)出測(cè)溫命令。該設(shè)計(jì)可實(shí)時(shí)顯示溫度值，便于連續(xù)觀測(cè)。軟件流程圖如下所示：
圖7 軟件流程圖
四、總結(jié)
本設(shè)計(jì)研究了一種基于單片機(jī)技術(shù)的溫度采集報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)以AT89S51單片機(jī)為工作處理器核心，利用了DS18B20芯片進(jìn)行測(cè)溫，當(dāng)溫度超出設(shè)定范圍時(shí)，單片機(jī)輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路開始報(bào)警。該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、易懂、智能性高、誤報(bào)率低，設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)具有操作方便，控制靈活等優(yōu)點(diǎn)。
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