單片機課程設計范文

導語：如何才能寫好一篇單片機課程設計，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：單片機綜合設計；系統仿真；實踐創新

一、前言

《單片機綜合課程設計》是面向測控及電子通信專業綜合性主干課程，是在學習完成電路原理、模擬電子線路和數字電子技術、單片機原理及應用及微機原理等電子專業課后，進行的一次綜合性、系統性的設計實踐。設計題目包括對信號的采集、濾波、放大，以及應用各種不同類型智能微處理器顯示、控制等。通過本次的動手實踐，鞏固提高學生應用單片機、電子技術進行地震勘探儀器系統綜合設計的水平，提高學生獨立地分析問題、解決問題的能力，為將來的工作實踐打下一個較好的基礎。

二、教學目標

學生通過對本課程環節的訓練，使學生掌握數字及模擬電子技術基本原理，深入了解單片機及其他微處理器系統組成原理及設計技術，并將所學的電子技術理論與項目實踐相結合，完成課程設計內容要求，掌握智能電子系統電路設計及程序設計的一般方法，進而提升解決特定工程問題能力；通過動手實踐，提高學生獨立地分析問題、解決問題的能力。

三、教學內容

在教學實踐中，為達到較好的教學效果，單片機課程設計內容上采用仿真教學與實踐動手相結合的教學模式。1.通過仿真調試階段，提升綜合設計能力。課程設計分為兩個階段，第一階段，為仿真調試階段。通過這一過程階段，意在促進學生綜合運用所學理論知識，提升綜合運用和系統設計能力。針對課程設計題目進行仿真調試，采用PROTEUS專業軟件，設計題目以單片機綜合設計題目為主，通過三個步驟進行設計。系統設計階段：學生根據設計題目，進行系統架構設計，包括選擇應用芯片類型，電路分類及程序流程等；硬件電路設計階段：結合所選擇芯片，完成電路設計，并在PROTEUS環境下完成電路圖繪制。軟件設計：在硬件電路完成后，根據題目要求，編寫硬件程序。在日常單片機及數字模擬電路教學中，學生往往針對一種電路及模塊進行設計，系統設計概念比較欠缺，通過完成綜合仿真設計，真正將電路設計與C語言編程緊密結合，將知識融會貫通，達到學以致用的效果。以“多通道模擬量信號的采集與動態顯示設計”題目為例，題目要求包括：①從多個通道輸入可調模擬量電壓信號，分時采集各通道輸入信號；②將多通道采集數據連續存儲到單片機片內數據存儲器；③設置獨立式按鍵，確定顯示的通道，在數碼塊上顯示相應通道采集的模擬量數據，顯示控制方式為動態掃描方式實現。題目分析：設計題目包括信號處理、數據采集、數據存儲、動態顯示四個方面功能，題目設計的知識點包括模擬電路中信號濾波放大的知識，包括數字電路中4—7段數碼塊譯碼顯示的內容，同時包括單片機中數據存儲及與功能芯片接口設計的技術，在功能的實現上，還需要根據不同功能，編寫C語言驅動程序，并將程序與電路聯通調試，實現對應功能。題目綜合多門課程涉及內容，同時需要軟硬件配合調試。學生在設計中，既復習運用所學各門課程的知識，又需將各個知識點加以綜合靈活運用，達到復習鞏固所學知識，掌握電子系統電路設計及程序設計的一般方法，進而提升解決特定工程問題能力的教學目的。2.通過動手實踐環節，提升實踐創新能力。在仿真設計完成基礎上，指導學生進行實際電路的制作和調試。學生采用2—3人為一個小組，首先運用所學電子技術基礎知識，查閱相關文獻資料、電子線路參考設計手冊、電子元器件手冊，進行電路設計、程序編制，在設計過程中，鍛煉自己熟練掌握和使用先進的計算機電路仿真軟件工具，提高設計效率。其次進行電子市場調研、購買相應元器件，完成電路設計制作、功能調試、參數測定，通過這一過程，學生與實際電子元器件緊密接觸，從書本的知識物化為實際電子器件，并通過繪制電子線路版圖，焊接電子元件，進一步增加實踐技能，將書本上的理論與實踐結合，達到學以致用、學為所用的實際教學效果。最后由教師組織全班進行設計交流、現場功能演示和提問答辯，同時教師完成每組的成績評定和設計總結，為下次的課程設計提出合理化建議。從教學角度，在課程設計的內容選擇上，更突出設計內容的綜合性，并適當增加設計應用技術的難度，并與現代電子新技術緊密結合，激發學生學習的積極性。除此而外，增加設計內容的工程性，增加電子線路板設計及繪制環節，為學生講解PCB電路板的設計方法及技巧，多層電路板的設計技術及高速電路板的設計等，進一步提高學生應用所學知識進行工程綜合設計的水平。目前，開設的新增加的課程設計題目包括：基于CAN局域網絡的遠程數據采集板卡設計實現；基于凌陽單片機的音樂播放器設計開發實例；基于I2C總線的公交語音報站播放器設計；基于ZIGBEE無線通信系統設計；基于GPRS無線數據采集系統等。通過大量新穎的具有高技術含量的綜合設計，充分調動學生的熱情，讓學生從實驗中掌握知識，提升技能。3.以課程設計為基礎，積極參與各類科技創新活動，提升科技創新水平。深入貫徹學以致用、理論聯系實際的教學理念，在單片機課程設計基礎上，鼓勵學生應用課堂設計中獲得的實踐技能解決實際問題，積極參與大學生科技創新活動以及各類電子競賽等活動，將知識活學活用。在大學生科技創新活動中，在指導教師引導下，結合科研項目，應用單片機及電子技術解決問題，自身綜合設計能力和創新能力獲得提高。以大學生科技創新題目“抽油機皮帶輪自動檢測裝置”為例：油田現場抽油機皮帶輪脫落會影響生產，原始的皮帶輪脫落檢測采用施工圖數據進行分析，經常出現誤報錯報事故的現象。根據工程需求，學生們大膽設想，通過霍爾傳感器檢測抽油機工作速度，再通過速度大小判別皮帶輪工作狀態。以單片機為核心，控制霍爾傳感器采集速度信息，并將顯示結果通過RS485上傳到計算機顯示結果。設計思路新穎獨特，較好解決了工程實踐中的難題，自身的設計水平也達到大幅度提高。開展以科技創新為核心的課外科技創新活動，最終是以培養學生實踐能力，創新能力和提高教學質量為宗旨，通過科技創新活動，讓學生通過課外的電子科技活動，切實感受到自己所學知識的應用價值，將理論教學與研究實踐相結合，激發學生對電子專業課程的學習興趣，使學生由被動學習狀態轉入主動學習狀態，并以此鼓勵學生開拓進取。

四、、結束語

理論教學與實踐教學是高校教育的兩個重要組成部分，單片機綜合課程設計是一門將理論與實踐緊密聯系的綜合性實踐課程，通過綜合設計實驗教學，對于鞏固課本上學習的理論知識，培養引導學生掌握科學的思維方法，培養綜合分析問題和解決問題的能力，嚴謹求實的工作作風和協同工作的團隊精神等方面具有獨特的，不可替代的作用。

參考文獻：

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[4]江錦花,大學生科技創新與開放實驗室管理模式[J].實驗室研究與探索,2009,(12):32-48.

[5]曹曉達,現代電子專業實驗室的規劃與開放式管理[J].華章,2012,(7):23-26.

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我們組一共有三個人，但其他兩個人是真的神龍見首不見尾，除了在最后答辯的時候他們一起坐在了我旁邊，冠冕堂皇的指著我畫了幾遍的圖說了幾嘴，我想可能他們自己都不知道自己在說怎么，雖然有的東西他們也答出來了。我佩服他們的勇氣，羨慕他們的運氣（我見到的很多做了10天的人最后的成績都有不如他們的），但是鄙視他們的做法。

所幸的是，我得到了很多同學的幫助。我想沒有他們我可能都要放棄了，因為我本人對單片機也并不是很熟悉，學的東西好像它是它，我是我似的，理論聯系不了實際。以前的匯編語言沒學好，一開始的程序這塊兒就要令我抓狂了。后來請教我們班的一個男生，每次跟他一起到試驗室調試程序（他們組也只有他一個人動手），看他邊做邊給我講解。最后在開發機上做出來的時候，雖然不是我自己寫的，但看他那么高興，我也有一種分享到的成就感。后來我們組就用了他寫的程序，他自己又抽空做了些拓展。

接下來就是做硬件方面的焊接工作了。沒想到這項看起來不需要多少技術的工作卻是非常的勞心勞力。很多次是早上起來帶瓶水帶些吃的到實訓中心，一泡就是一天。我看到有很多人跟我一樣，不同的是他們是三三兩兩，而我大部分時間都是一個人做。在這個時候也有很多人幫助我，或是熱心的幫我帶飯，或是在我打盹兒的時候幫我做點焊接。大家都鼓勵我，即使最后出不來東西，但是一定要堅持把它做完。當我想放棄的時候，我也這么對自己說，即使你做出來的是次品甚至不合格品，但是你一定要拿出來一件成品。

在要驗收前，終于做了一件成品出來，不幸的是它真的是一件不合格品。幫我的那個男生做的已經出來了，所以最后應該還是我的焊接方面的問題。有一點灰心，想再重做來不及了，單是檢查線路卻也查不出來什么問題。那么就準備答辯吧。我對著電路圖再看課本，發現以前很多覺得很難記的東西現在記起來容易多了，因為整天都在同它們打交道。51的引腳及其功能，A/D轉換器的，驅動器的，所有我用到的我都一再的看書了解，同時請教同學我看書過程當中的疑惑。在這個過程中又發現了以前焊接當中出的一些問題，能改的就改，不能改的，咳，要是時間再多一些，或者我能早點做好，要是不只是我一個人動手……算了吧，不要想那些如果，還是準備我自己的，做好我現在能做的吧。

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（吉林建筑大學，吉林 長春 130000）

【摘要】分析單片機課程設計在實踐教學中的重要性，設計一個目的明確、設計方案伸縮性強的單片機課程設計題目。在所設計的題目中，給出實驗原理、設計方案指導、教學模式強化等內容。實踐表明，所設計的課程設計題目可以提高學生學習興趣、增強學生的創新意識等。

關鍵詞 單片機；課程設計；探索

0　引言

單片機技術是電子信息專業的學生必須掌握的基本技術。在重視實踐環節、強調培養學生創新能力的今天，設計出一個好的單片機課程設計題目，對提高教學效果、培養學生興趣，在教學改革中具有一定的意義。好的課程設計題目，對培養應用型人才，培養學生發現問題、分析和解決問題的能力，樹立實踐觀念，提高學生綜合分析和創新能力具有重要意義。

單片機已經由8位技術，提升到32位技術，乃至64位技術，生產單片機的廠家也由當年Inter的一家獨大，到現在的百家爭鳴。現在主要的單片機生產廠家有AVR、ST、Freescale、Microchip等，他們生產多應用領域的單片機，更有ARM內核的單片機，與之51內核的8位單片機比較，運算速度快、功能強大。同時，時代變遷，各個領域都可以用到單片機，如何選擇貼近生活而又全面反映單片機的功能應用，是我們設計一個號的單片機課程設計題目所要思考的。傳統單片機課程設計，要求學生在實驗室依據老師給的資料，完成部分設計，主要是把幾個較大的程序，改變幾個參數，觀察現象，學生無法知道程序如何書寫，更少有知道原理獨自寫出程序的學生。造成學生不知道單片機在實踐中是如何設計、如何編寫程序。為此，對課程設計從選題、設計軟件和硬件到調試出正確結果，都做了改革。設計一個實用性強的題目，既體現單片機課程自身特色，又很好培養學生對單片機的興趣，提高學生的應用技能，收到良好的教學效果。

1　單片機課程設計方案

單片機原理及應用課程的教學內容以實用性和應用技能培養為主線。教學中要理論與實踐相結合，并且要提高內容的趣味性。教學中，單片機課程設計是關鍵環節，單片機課程設計的效果對單片機學習效果具有決定性意義。

1.1　課程設計的目的

單片機課程設計教學環節的目的在于培養學生熟練掌握單片機系統的開發與設計能力，培養優秀的電子信息工程學科人才。具體地說，通過這一新的實踐教學的途徑，達到以下目標：鞏固和掌握單片機技術的基本原理，在此基礎上培養學生的綜合設計能力；培養、訓練理工科學生的創新應用能力，使學生通過這一實踐環節的訓練，能夠獨立的設計一個單片機系統，并實現系統的各項功能；著重從以下幾個方面培養學生理論聯系實際的能力：單片機的應用開發能力；軟硬件綜合應用能力；單片機應用中的故障判斷及排除能力；單片機系統的設計能力；提高學生理論與實踐相結合的能力。

1.2　課程設計內容

下面給出設計的參考題目，學生可以根據興趣進行選擇題目，在兩周內完成設計。脈搏血氧儀設計；無線傳感網絡的溫濕度采集及控制系統設計。

1.3　課程設計任務要求

針對題目要求進行功能分析。首先對系統的原理進行分析，對硬件電路進行設計，使用Altium Designer軟件繪圖，對單元電路使用Multisim軟件仿真。制作Pcb圖后焊接完成硬件的制作。其次根據系統功能要求設計軟件并調試。第三步是系統整體調試和脫機運行，這是設計中最為困難和關鍵的一步。最后要求學生寫出系統的詳細說明和設計報告。

2　脈搏血氧儀設計實例

下面是以脈搏血氧儀的設計為實例，來說明設計的單片機課程設計題目的要求、教學過程等。

2.1　脈搏血氧儀原理

無創脈搏血氧飽和度測量是以朗伯-比爾定律和血液中還原血紅蛋白(Hb)和氧合血紅蛋白(HbO2)對光的吸收特性不同為基礎的。通過兩種不同波長的紅光600～700nm和紅外光800～1000nm分別照射組織經反射（或者透射）后再由光電接收器轉換成電信號。組織中的其他成分吸收光信號是恒定的，經過光電接收器后得到直流分量DC，而動脈血中的HbO2和Hb對光信號的吸收是隨著心跳作周期性變化，經過光電接收器后得到交流分量AC，由于HbO2和Hb對同一種光線的吸收率各不相同，通過測量紅光和紅外光的光吸收比率便可以計算出兩種血紅蛋白含量的百分比。血氧飽和度的計算公式如下：

SpO2=A-BR+CR2

式中，A、B、C為定標常數，可以由定標實驗得到，兩個波長的光吸收比率R為：

其中，Vredac為紅光的交流分量；Vreddc為紅光的直流分量；Viredac為紅外光的交流分量；Vireddc為紅外光的直流分量。

2.2 　電路設計指導

系統設計總體框圖如圖1所示，圖中給出了設計的指導性建議，并不是一定要按照這個框圖設計，可以根據學生自身的情況，適當修改。單片機要求學生使用16位單片機或者32位單片機。

2.3　軟件設計指導

要求使用C語言或者C++語言來進行軟件設計，在設計過程中，要使用模塊化思想進行設計。脈搏的計算只依賴紅外光的光波信號，通過3個機器周期的采樣點的個數來計算脈搏。在所有采樣點的數據中，做一個類似模擬遲滯比較器。經過遲滯比較器，脈搏信號變成了矩形波型號，近似測量相鄰兩個上升沿的時間，最后得出脈搏。如果把脈搏信號看成周期信號，測量上升沿的時間可以轉換為測量脈搏信號的頻率，由定時器周期查詢信號狀態并完成查詢次數計數，這樣可以方便完成脈搏測量。

2.4　教學模式

設計好一個單片機課程設計的實驗，老師要用怎樣的教學模式把相關的信息傳達給學生，至關重要。老師教學的模式，就是學生的學習模式，好的教學模式，才能培養出學生好的學習模式。教育家喬伊斯在《教學模式》一書中，介紹了很多教學模式，我們把三種教學模式綜合起來用于我們的課程設計教學中：信息加工型教學模式，構建學習群體教學模式，個人型教學模式。信息加工型教學模式是向學生提供相應的信息和概念，老師給學生布置任務、說明實驗目的，講解實驗原理，這是一個概念、理論傳達的教學過程；構建學習群體教學模式，實際上就是一個團體學習的模式，實驗是三個人一組，大家可以一起討論，知識共享，火花一起碰撞，同時也是分工明確、各司其職；個人型教學模式，就是要發揮個人潛力，鼓勵獨立思維、自主創新，學生可以根據自己的知識，創新設計，這時，可以有針對性的對學生進行指導。

3　結論

《單片機課程設計》是實踐環節課程，我們所選擇的題目，從2012年開設以來得到了學生的好評，取得了非常好的教學效果。用學生的話說：貼近生活的題目進行實踐教學，把幾年所學數字電路，模擬電路，光電技術，傳感器技術等知識綜合起來，把所學的知識在實踐中應用。在滿足了教學任務的同時，學到了更有競爭力的能力。

實踐證明，選擇合適的單片機課程設計題目，有助于提高學生學習興趣、有效地掌握所學知識，有效的把理論學習過渡到實際應用。開放式的課程設計題目，有利于增強學生的創新意識，提高學生實踐應用能力。

參考文獻

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關鍵詞 單片機 精品課程 課程建設

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

Model Curricula Development in Principle and application of MCU

LEI Jun， ZHAO Rong， LUO Min

（School of Electrical & Information Engineering， Hubei University of Automotive Technology， Shiyan， Hubei 442002）

Abstract Through the research on aspects of SCM curriculum theory teaching， practice teaching， teaching staff， teaching reform， etc.， for the microcontroller strong practical courses， introduction of Keil and Proteus simulation software programming software， promote the improvement of the overall level courses. Students through experiments and class-based， single-chip program written in C language， to stimulate interest in learning， encourage students to participate in competitions projects to improve innovation and practical ability.

Key words MCU； model curricula； curriculum development

0 引言

單片機原理及應用是電類專業的專業課程，是學習后續課程的重要基礎。單片機課程組按照“思想先進、目標明確、改革領先、師資優化、設備精良、教學優秀”的指導思想，建設校級精品資源共享課程。目前“單片機”課程已經形成完整的教學體系結構，擁有一支教學水平與學術造詣較高的教學梯隊，實驗設備完善，教學手段先進，教學形式靈活多樣。

1 夯實理論環節

從2003年以來，課程組重新進行了教學大綱的編寫工作，選擇優秀教材，不斷地對單片機課程進行教學改革。根據課程的需要，修訂了部分多媒體課件，完成了實驗指導書的重新編寫。在課程教學中積極采用現代化的教學手段，網絡化教學取得了很好的效果，單片機與Keil教學協調配合，在教學中引入Proteus單片機仿真軟件，為學生直接應用計算機完成單片機系統的構模、分析和仿真打下基礎，加深了對課程內容的理解和掌握，提高了學生綜合運用所學知識分析、解決問題的能力。利用學校先進的網絡教學環境，建立了形式多樣的各種多媒體教學課件及網絡教學資源庫。目前網上已具備的教學資源有：（1）教學大綱；（2）教學日歷；（3）教材內容；（4）習題解答；（5）電子課件（PPT）；（6）網上留言；（7）實驗指導；（8）參考文獻。豐富的教學資源方便了學生的課程學習，在課程教學中發揮了有效的作用。

2 加強實踐環節

在理論課程教授完畢后，本課程進入實踐環節，其目的是使同學們扎實牢固地掌握單片機知識，培養創新思維、獨立分析問題和解決問題的能力，同時提高實踐動手能力。課程組依據我校的辦學指導思想和特色，充分依托東風汽車公司這個大工程背景，構建了課程的實踐教學體系，如圖1所示。將單片機傳統的驗證性實驗與綜合性設計性實驗相結合，培養學生的創新能力。將現代化的計算機輔助工具用于實驗教學過程中，使學生學會如何應用現代化手段仿真和解決實際系統的控制問題，調動學生對課程的學習興趣。教師在整個教學過程中不僅僅是授課，還要配合實驗課教師指導實驗、參加討論，負責答疑和解決教學過程中出現的各種問題。

實踐教學以能力培養為核心，由淺入深、分層設置。通過實踐教學體系的培養，學生的實踐能力和專業素養得到了提高。在教師的指導下，學生按要求自己獨立完成實踐內容，出現故障和問題自己解決。將課外創新實踐活動與課程實驗教學環節相結合，組織、指導有興趣的學生參加電子設計、智能汽車競賽等活動，例如在智能車控制系統中，涉及單片機編程、PCB電路板的制作等都是單片機課程中的知識點。通過此類活動提高了學生對課程的學習積極性，加深對課程內容的理解，培養學生的創新實踐能力。

圖1 單片機課程的實踐教學體系

新教師須具備實驗室工作和下廠工程鍛煉實習經歷1～2年，才能參加教學工作。通過下廠工程鍛煉實習，使得青年教師從中得到鍛煉，增強了工程意識，提高工程應用能力；通過實驗教學、實習教學、指導學生的課外科技實習和創新活動，并結合工程鍛煉實習收獲成績進行教學法研究，以更新充實理論教學與實驗教學的內容，改革教學方法和手段。鼓勵或計劃安排教師進行學歷提高學習，到兄弟院校進修培訓，為提高自身的理論知識、教學水平、科研能力及綜合素質進行再學習。課程組成員老師已經連續八年負責全國大學生 “飛思卡爾”杯智能汽車競賽的指導，從2006到2013年，面對全國高校強勁的競爭對手，在此項賽事上先后三次獲得全國一等獎，兩次全國二等獎，多個賽區一等獎和二等獎的佳績，并最早打破我校學生參加國家級綜合賽事無一等獎的歷史。

3 結束語

單片機是一門實踐性很強的課程，課程的目的是培養學生對單片機硬件及其擴展系統的分析能力和工程應用能力，通過理論教學與實踐教學相結合，注重學生綜合實踐能力的培養，這就要求學生多動手。任務驅動項目教學法是學生在老師老師的引導下，通過共同實施一個完整的項目而進行的教學活動。目前各類電子競賽就提供了大學生開展創新工作的平臺，學生組成項目組，在指導教師的指導下，緊緊圍繞比賽內容開展工作，設計方案，在完成項目的過程中，大學生的實踐能力得到提高，有了團隊協作意識，有助于增強其創新、創造、創業意識和動手能力，學生在參加項目的訓練中，提高了創新能力。

通過校級資源共享精品課程建設將單片機教學輻射到課程設計、畢業設計、大學生竟賽等方面，培養學生創新能力，促進課程總體水平的提高。通過課程改革的實踐與探索，學生經過單片機課程的理論學習、實驗、課程設計以及畢業設計等環節的鍛煉，提高了工程實踐能力，多位學生在全國大學生智能車競賽、全國大學生電子競爭等比賽中獲得好成績。

基金項目：湖北省教育廳教學研究項目（2010265）；湖北汽車工業學院2013年精品資源共享課程專項（單片機原理及應用）

參考文獻

[1] 劉喜雙，姚健.單片機課程實踐教學改革探索[J].教育探索，2013（8）：31-32.

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海口經濟學院作為應用型本科大學，培養的學生應具備高素質技術和技能，我們正在探索人才培養和行業、社會的無縫對接，多種形式的教學改革是提高人才培養的有效途徑，本文分析了我校電子信息工程專業的單片機課程教學存在的問題，利用SPOC教學平臺把傳統的課堂教學方式的優勢和在線學習的優勢結合起來，對教學模式進行了探索和實踐。

1 單片機課程的性質和特點

1.1 課程的性質

單片機課程是電子信息工程專業的核心課程之一，課程任務是從應用的目的出發，通過對51系列單片機結構的剖析，使學生獲得有關單片機的硬件基本概念、基本知識和單片機應用系統的設計編程知識；使學生能用C51進行程序設計，培養學生分析問題和解決問題的能力。

1.2 課程的要求

（1）基本要求：通過理論教學與實驗教學，讓學生了解單片機的基本工作原理；掌握51單片機的硬件結構、系統組成、C51程序設計以及單片機系統的應用技術。

（2）提高性要求：熟悉單片機硬件系統與擴展電路的設計；能夠采用匯編語言或C51編程自行設計單片機應用系統。

（3）技能性要求：通過學習MCS-51單片機原理及應用技術課程，培養學生應用與之類似的系列單片機技術，通過學習單片機技術來實現電子產品的智能化，培養學生的創新意識。

2 當前單片機課程教學存在的問題

2.1 “以教為主”的單一方向知識傳播，不能激發學生的積極創造能力

以教師為課程主體的教學方式，是多年的傳統教學方式，理論教學中，如果老師講授的時間超過15分鐘，一些學生的注意力就會發散；課程的實驗教學中，一些學生只是反復模仿老師的示范操作，為了快速完成實驗，不求甚解，缺乏思考和反復驗證推敲。所以， “以教為主”的單一方向傳播知識的方式，已經不能適應現在的教育教學需求。

2.2 實踐教學環節薄弱，不利培養學生實踐綜合能力

這門課程的實踐性非常強，固有的實驗學時已經不能滿足部分學生的求知欲望，有些學生經常在課下繼續進行實驗的驗證和探求。現有的教學模式中，理論授課占60%，先理論后實驗，而且基本為驗證性實驗，難以培養學生的開發和設計能力。實驗課程中，主要采用KeilC51編程軟件和仿真軟件Proteus結合使用，在后期的課程設計中使用實驗開發板來進行，實驗課堂的時間有限，學生只能按照老師的規范操作，下載程序后，在仿真軟件或者開發板上觀察實驗效果。

2.3 以考代評，缺乏對學生的真實能力的評價環節

單片機課程的考核方式以閉卷筆試為主，采用“3+7”模式，即實驗成績30分，期末筆試成績70分。并且實驗成績也主要以書寫實驗報告來評定成績，由于課上時間有限，老師不能一一的檢查、驗收每位學生真實的實踐操作水平，所以傳統的以試卷來考核的方式也存在弊端。

3 基SPOC的MOOC與翻轉課堂結合的教學模式設計與實施

3.1 MOOC與SPOC的有效結合構建課程

現代先進的教育技術大量涌現，只有高效、具有強大生命力的教學方法才能滿足我們的教學需要，滿足學生的求知渴望。如今，MOOC的傳入在教育領域的興起，給高等學校的教育帶來了新方法、新機遇、新挑戰。MOOC（ Massive Open Online Course） 即大?模開放性在線課程，又稱“慕課”，由加拿大學者 Dave Cormier 和 Bryan Alexander 于 2008 年提出[2]。我們借助MOOC實現單片機課程教學效果提升，其思路就是： 轉變為課堂教學工具，進入SPOC時代，將傳統的 “堂上聽、堂下答疑” 翻轉為 “堂上討論、線上學習”。SPOC（small private online courses），即小規模私有在線課程，由哈佛大學繼MOOC之后提出的，SPOC中的small和private相對于MOOC中的massive和open而言[2]，SPOC是MOOC的發展和補充，在教學理念上較相似。SPOC是MOOC與學校課堂教學的深度結合與應用，SPOC更加能滿足線上（on line）與面對面（face to face）混合教學的需要，可以適當的降低教學成本，加強教學質量，提升學生的學習效率。

應用MOOC的成果和SPOC的教學管理模式，逐漸改革單片機課程的教學。首先進行MOOC課程資源建設：一是，按照教學大綱的授課順序制作PPT課件，將知識點模塊化、項目化；二是，錄制講解短視頻，精講、透徹；三是，提供電子文檔，圍繞知識點詳細介紹；四是，編制典型練習題，與知識點同步，突出重點；五是，借助學校的網絡平臺，上傳資料；六是，在線回答學生提出問題。

圖1 基于SPOC的單片機課程建設構成

基于SPOC的單片機課程的建設具有以下特點：

（1）人數規模適中：一個班學生一般在30人左右，符合SPOC中的small標準。

（2）學生知識結構相似：學生為同專業或相近專業學生，他們的知識結構、學科基礎等因素基本相同，符合private的標準。

（3）課程的知識點專題性強，知識點容易索引，適合MOOC課程的專題建設。

（4）學校成熟的網絡平臺：使用學校現有網絡平臺，相關在線課程資料，如：PPT、短視頻、電子書等，方便上傳和下載，維護便利。

3.2 基于SPOC的翻?D課堂構建單片機教學

單片機課程的翻轉課堂構建是對傳統課堂教學的一種逆序創新，將知識傳授和知識內化兩個階段顛倒[3]，具體實施是學生在課前觀看新課程新知識點的短視頻和電子資料；課堂上進行問題討論，完成相應實驗；課后完成作業，對課程內容深入理解，對疑問的問題教師可以在線答疑。這樣的構建方式，讓學生選擇最適合自己的方式接受新知識，賦予了學生更多的自由； 而把知識內化的過程放在課堂內，以便于同學之間、師生之間有更多的交流。

圖2 單片機課程翻轉課堂構成教學模式

3.3 案例實踐

按照上述的構建模式，選擇單片機課程中的“定時/計數器”專題來進行案例例證，這節課的特點是：需要記憶性的概念、知識點多，實踐性要求也高。

課前：通過海口經濟學院校園網，知識點的PPT、短視頻、“定時/計數器”的設計案例、電子文檔、開發軟件等。要求學生反復觀看短視頻，了解這個專題的知識點，觀摩實例“利用定時/計數器T0的工作方式1，產生10ms的定時，輸出周期為20ms的方波”，在開發軟件中自己實踐，提出問題，做好課前準備。

課中（課堂翻轉）：由學生來講解“定時/計數器”的基本概念、相應的寄存器介紹、實例演示等，在這個過程中，其他同學和教師可以隨時提出問題，學生們一起來討論解決。課堂的實踐練習時間，根據教師提前的關于定時/計數器的拓展任務，例如：如何更改程序，實現輸出周期為1s的方波，學生在原有程序上進行修改調試，完成任務，這需要學生對硬件結構和軟件編程非常熟悉。這樣的教學過程做到了教師引導，學生主導。

課后：根據課堂中的授課情況，改進課程難點的引導方式方法，整理教學素材，規范教學資源，使后續的課程更加簡明有效，演示清晰，效果最佳。教師同時在線批改學生作業，答疑解惑。期末學生成績，教師可以由學生課中的表現、課后的作業完成綜合評定。

4 小結

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關鍵詞：單片機應用技術 課程教學改革與建設 項目任務化教學

中圖分類號：G710 文獻標識碼：C DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2014.01.120

1 引言

《單片機應用技術》是一門綜合性比較強的課程，在實用性、工程性、技術性方面具有較強專業化的特點。該課程是計算機、自動化、電子類等專業中很重要的專業基礎課或專業課，它綜合了模擬電路，數字電路，微機原理、通信技術、程序設計等多方面的知識。作為一門核心課程，它既是自動檢測、機電控制和信號處理等專業的基礎，又可在運用在物聯網技術等新興行業中，具有相當重要的地位。

對于《單片機應用技術》課程而言，當前許多院校的教師在教學中，通常把理論教學與實踐教學分開進行，學生無法把理論和實踐結合在一起。同時許多學校的單片機實訓室設備不能適應單片機技術發展潮流，實訓項目過于單一，無法將理論知識和實際項目應用有機結合起來，因此對單片機課程進行改革是非常必要的。

2 課程教學改革建設目標

單片機應用技術課程將教學內容歸納為四個模塊，為學生的可持續發展奠定良好的基礎；將實訓分為五個項目，每個項目依據工作過程分成若干個任務完成，每個任務又是與實際應用緊密相連的實用案例。教學方法采用“教學做一體化”，即“理論與實訓一體，實訓任務與工作過程一體，工程項目與知識、能力、素質提高一體”。

根據如上所述，我們對《單片機應用技術》課程的教學改革建設目標進行如下改革方案。

2.1 課程內容體系結構的改革

對初學者而言，單片機的理論知識部分較為抽象，對學生的邏輯思維能力要求很高，不同專業的學生對單片機課程的學習深度需求也不一樣。所以一定要按實際開發項目來整合課程體系內容，方便于作項目課程開發。

2.2 教學內容組織方式的改革

如何激發學生的學習興趣，提高學生的自學能力，是單片機學習的重中之重。在教學中我們建議采用以C語言程序設計為主，按“項目-任務”的方式組織，符合工程開發的要求。

2.3 改革實踐性教學設計方式

學生以課堂教學任務為實訓項目，首先使用Proteus軟件來繪制實訓項目的仿真電路圖；然后用Keil uVision3軟件編寫和編譯程序，得到hex文件；最后在仿真電路上加載hex二進制文件進行調試。不但如此，教師還應該要求學生在基本實訓任務的基礎上，進行適當更改優化和進階學習，讓學生掌握更為復雜的電子產品設計基礎。在課余時間還要求學生對實訓任務，進行實際制作，實現任務功能，加強動手能力。在實訓過程中老師要對學生實際遇到的操作問題，以及理論知識的關鍵部分，進行引導和點評。通過以具體的產品開發應用項目作為教學基礎的教學模式和訓練方法，學生才能更好地跟企業的實際生產崗位進行接軌。

2.4 考核形式的改革

當前，很多院校的教師在對該課程進行考核時，更多的是側重于理論知識，多以記憶為主。有的學生單片機考試成績很高，但卻不會實際應用。而這門課程的特點應該是通過電路設計，軟件編程，在線調試等環節，反映出學生的實際掌握單片機的應用能力。所以該課程考核也應以職業過程能力為主，包括綜合能力的考核；實訓過程的考核；平時提問、作業和素質表現的考核。

通過以上的課程教學改革，可以充分調動了學生的積極性，提高學習興趣，活躍課堂氣氛，在教學效果上得到了很大的提高。

3 《單片機應用技術》課程改革項目的實施

《單片機應用技術》課程教學改革建設項目具體方法及實施步驟如下。

①根據前期職業調查，對課程體系結構設計按項目規劃重組；

②按照項目任務教學要求嚴格制定教學計劃；

③以項目任務一體化教學方式進行教學過程實施。

本期《單片機應用技術》課程教學完全按照教改建設項目具體要求執行，教師布置任務、學生仿真設計、最后進行講評。從初步情況來看，課程內容體系結構新穎，教學做過程組織容易，學生的學習積極性自然充分調動，使得團隊精神和動手能力大為提高。教改初步取得了以下的明顯效果：

①項目任務是具體的產品開發，適應職業能力培養的要求；

②使知識、能力、素質同時得到提高；

③易教易學，教學效率和學生的學習主動性、創造力得到提高。

4 結語

通過上述的教學改革實施，學生不管在產品開發的實際應用中，還是在學習興趣和學習主觀能動性上，實現了知識、能力、素質的提高。使學生快速掌握新型單片機的項目開發方法和開發技巧，提高同學們的實際項目操作能力和綜合運用能力，為社會培養更多創新性和開拓性計算機及電子應用人才。

參考文獻：

[1]王靜霞.單片機應用技術（C語言版）[M].電子工業出版社，2011.

[2]李秀忠.單片機應用技術[M].人民郵電出版社，2007.

[3]何克抗.當代教育技術的研究內容與發展趨勢[J].開放教育研究，1996，（1）.

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關鍵詞：單片機；可編程控制器；教學設計

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 04-0000-01

可編程控制器早已在各類工科院校的相關實驗、實訓教學中得到了廣泛的應用，成為了高校自動化、機電一體化等專業實驗、實訓教學的“得力助手”。然而，由于目前市場上可供應的工業用可編程控制器存在價格偏高，使用的編程語言特別，編程模式相對固定，靈活性較差等原因，雖然其在性能方面更專業功能更強些，但在高校教學中推廣應用還是有一定的困難。本文中所介紹的基于單片機的可編程控制器，是針對各類工科院校的實驗、實訓教學而設計，在實驗過程中學生可根據自己的需要，通過對該可編程控制器的操作，達到預期的實驗、實訓目的，這樣不僅能促使學生充分理解單片機和可編程控制器的基本原理和應用，還為學生提供一個靈活方便的智能設計平臺。

一、系統功能架構

本文所介紹的可編程控制器使用89C51系列單片機做為核心控制芯片。下面就該系統的主要模塊設計作如下介紹。

（一）單片機基本系統

該模塊為系統的核心部分，它能完成下位機與相應上位機的通信以及對整個系統輸出端口的控制與調節功能。

（二）系統電源部分

本系統屬于教學用的單片機應用系統，其電源的獲取主要是從實驗室中獲得。實驗室中提供的電源一般是220V的單相交流電，而系統所需的標準電壓一般為+5V的直流電壓以及相關的直流電平，因此，要求系統電源相應的功能模塊應當能夠將220V交流電轉化為5V直流電的AC/DC轉化功能以及5V轉其他實驗用的直流電平DC/DC轉化功能。

（三）串口通信部分

1.基于RS-232的通信。首先，對于串口通信的接口，51系列單片機擁有可編程全雙工串行口通信接口，能夠用于異步接收或者發送UART。其相應楨格式主要包括8、10、11等幾位，我們能夠利用其進行可變還有不可變波特率的具體設定工作。而IBM上位機則相應的配置有RS232-C通信接口。由于數據實際傳輸量較小，因此，該控制器一般通過異步方式實現通信。

對于串口通信轉換電路，MAX232芯片使用IC芯片的RS-232電平轉換芯片，該芯片具有兩路接收和驅動器，可以滿足各式232通信接口需要。在MAX232芯片里包包含一電壓轉化器，從而將輸入進來的+5V電壓轉化為+10V與-10VRS-232輸出電平要求的電壓。因此，串行通信系統如果使用該芯片接口，則只要求具有+5V電源就可以了。

2.基于RS-485的通信。由于前的RS-232協議傳輸距離較短，傳輸速度又較慢，加之無法實現多機通信，而且其傳輸信號不穩定，容易受到干擾等不利條件，因此該協議已無法滿足當前的設計的需求。

本文所介紹的系統是使用性能較好的RS-485接口芯片，從而能保證多個下位機與上位機終端通訊的順利實現。MAX485芯片的結構以及相應的引腳都極為簡易，而且其內部一般包含有相應的接收器以及驅動器，主要功能是負責把TTL電平轉化成RS-485的工作電平。其相應的端口芯片主要是利用+5V電源保證系統的正常運行，相應電流的額定值一般在300μA上下，往往采取半雙工（HalfDuplex）數據傳輸方法來實現正常通訊。

在實際運行環境中，上位機與RS-485下位機的正常通信需要有相應的接口卡。本控制器的接口采用的是RS-232/RS-485轉換器。

3.通信方式的選擇電路。在該控制器通信系統的設計中，RS-485將與RS-232并存。由于單片機只包含有一個串行口，所以不符合設計的需求，因此我們將配置了選擇電路，通過該選擇電路選擇開關實現在MAX485與MAX232之間的選擇，從而完成多機之間的通信，以滿足各種不同實驗、實訓的需求。實際通信選擇電路示意如圖1。

二、系統功能概述

該可編程控制器的具體功能如下：

（1）8路開關量信號經光電耦合器，將數據送入信號輸入緩沖器，再進入單片機P1端口。利用可編程控制器程序的相應運算，得出最終結果，然后再經P1端口輸出，利用光電耦合器以及相應的數據鎖存器輸出信號電平。此外，該系統還可以做相應的擴展。

（2）利用RS-232串口滿足上位機和下位機正常通信功能，從而為組態編程設置接口；利用RS-485可滿足PC機和多單片機的聯通以及正常通信。

（3）搭配的液晶顯示模塊LCD1602可以實時地顯示輸入信號以及相應的輸出信號，并可以顯示編程狀態以及相關的時鐘。

（4）時鐘芯片主要是給系統大時間繼電器裝置提供所需的時間參照信號，從而實現8位輸入/輸出的統一協調，進而使控制器成功而精確地對外部設備進行控制，從而保證了PLC相應功能的實現。

三、結束語

目前，大多數工科類院校都擁有了許多能供相關專業實驗、實訓教學使用的智能型電子設備，然而，利用89C51系列單片機開發的可編程控制器，由于其價格低廉、運行可靠、操作簡單等特點，使其能夠更好地適合學校的教學需要，它不但能大大減少教學成本、提高教學效果，還能促使學生對單片機及可編程控制器的原理和應用有更深的了解。我院電氣工程系利用自行設計開發的基于89C51系列單片機可編程控制器，在電子、自動化及機電一體化等專業的多個實驗、實訓項目（如自動洗衣機控制、自動送料裝車系統控制、自動售貨機控制、五層電梯的自動控制、裝配流水線控制等）中使用，收到了滿意的教學效果。

參考文獻：

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關鍵詞：學情分析；教學思路；認知學徒法；任務設置和分析

單片機技術是中等職業學校電子與信息技術專業的主干課程之一。單片機技術的發展日新月異，應用技術廣泛地滲透到生活的方方面面。人們對單片機技術的向往日益強烈，但由于單片機是一門技術含量比較高的學科，學習起來的確存在一些困難。隨著時代的變化，傳統的授課模式已經不能適應當前的教學需要。如何引導學生科學高效的學習本門課程，是擺在所有任課教師面前的一道難題。下面是筆者在教學過程中總結的一些體悟和感受，與各位同仁分享。

案例背景

1.教材分析

選定教材是電子工業出版社2011年6月第13次印刷，中等職業教育國家規劃教材《單片機原理與應用》第二版，經全國中等職業教育教材審定委員會審定，并且榮獲了中國電子教育學會首屆職業教育電子信息類優秀教材評審二等獎，具有很高的權威性。

本次教學內容選定為第二章“增強型MCS-51單片機結構”中第二節“輸入/輸出口”。緊承上一章節單片機的基礎知識，本章節介紹具體型號單片機結構和使用，尤其是本節“輸入/輸出口”內容更是重中之中，因為單片機所有數據的采集和反饋都體現在端口上。后面的內容都是對端口的精準使用，所以本節內容是起到承上啟下的作用，對本章或是本課程都具有非凡的意義。

2.學情分析

學生均為高一新生，經過前半個學期的學習對專業知識有一定的了解。對絢麗刺激的新事物，好奇心和接受能力強是這個階段年齡人的普遍共性。叛逆心性和不愿受約束更是直接反映在他們的言語和肢體中，所以采用灌輸式教學方式是行不通的。由于中職學生學習積極性和學習能力上有一定的差距，個體之間亦是參差不齊，不會學和厭學的情況比較普遍，上課不注意聽講，偷懶等行為依然存在。這給任課老師的教學提出了更高的要求――不僅要把課程知識更好的呈現出來，還要努力吸引學生的注意力，引導學生科學地學習，掌握學習方法，增強學生的學習興趣和自信心。因此，根據學情分析和章節的主要內容，我決定主要采用“學徒式”教學模式，制定本節教學目標。

3.教學目標

（1） 理解P1、P2、P3和P4端口的結構。

（2） 理解各端口“輸入/輸出”特性（不包含第二功能）。

（3） 合理分配和使用端口。

（4） 培養職業素養，增強學習興趣和自信心。

4.課前準備

根據教學內容，撰寫教案和教學PPT，準備學生導學案和工作頁。課前布置學生觀察交通路口的霓虹燈亮起的時間和相應各路口指示燈的顏色，并記錄在工作頁上。預習本節內容，思考輸入和輸出對應的參考量是什么？為課堂的教學做好充分的準備。

5.教學思路

俗話說：“磨刀不誤砍柴工”，為了更好的達成教學目標和得到較好的教學效果，在課前要理清教學思路，細分教學環節，把握教學步驟，對可能出現的問題做好充足準備。

課堂教學，以“課前任務提問”開始，“任務設置與分析、分組達成目標、小組匯報、總結和反思”等主要步驟構成教學環節。難點是任務的分析，如何啟發和引導學生把任務解析，才能較好的分階段完成。要讓學生體會到“小事做好，難事不難”，把每個小階段完成好，最終才能完成終極任務。重點是分組達成目標。學生水平不齊，既需要保證動作快的同學有事做，又要保證動作慢的同學跟得上，所以采用分小組的方式將動作快的同學與動作慢的同學混合，利用小組互助學習和教師指導相結合的學習方式。課堂要以學生為主體，以能力為本位，以實踐促進思考，實現教學目標和效果。

6.教學手段

（1）任務驅動法：布置任務引導學生積極參與，逐步解決遇到的問題，在實踐中學習和掌握本節知識內容，最終達成教學目標。

（2）認知學徒法：教師把解決問題的關鍵和要領公開化，使學生在教師提供有效的幫助下協同工作解決任務或問題。通過引導學生主動獲取、開發和利用真實領域中的活動工具的方法，來支持學習。強調經驗活動在學習中的重要性，并突出學習內在固有的、依存于背景的、情境和文化適應的本質，要把學習者和實踐世界聯系起來。

7.教學課時

為了更好的完成教學內容和教學目標，使學生的收獲最大，用4課時達成。

8.教學環境和用具

多功能實訓室，相關配套設施。

教學步驟

1.課前任務提問

課前任務布置中，為了采集數據的統一性，需經師生共同討論，指定交通路口位置，以觀測信號燈明亮時間和相應各路口方向信號燈顏色為任務，完成部分學生工作頁。然后在課堂中，對同學進行提問，以此統一測量數據。最后對數據符合要求的同學大加鼓勵；對數據不符合的同學要分析原因，以勉勵和激勵為主，幫助其恢復信心，并對不符合數據的共性原因進行總結。任何的發明創造都始于準確的觀察，正確的描述，所以該環節不能馬虎，需用大約10分鐘完成。

2.任務設置與分析

（1）任務設置。利用電腦和相關軟件模擬交通路口信號燈，要求實驗效果符合課前任務的測量數據，即模擬真實的交通路口信號燈。繪制該電路的原理圖和PCB圖紙。采購器件和相關耗材。完成實物交通路口信號燈的電路，對它們進行焊接和調試。

（2）任務分析。根據任務設置，師生討論如何完成任務。經過討論，該任務可分為三個階段完成。第一階段，電路設計：構建和繪制滿足要求的交通信號燈電路原理圖，反復論證可行性；第二階段，模擬仿真：利用電腦和相關軟件搭接模擬電路，仿真驗證第一階段的電路。如果實驗效果不能滿足要求，返回第一階段重新論證；如果滿足實驗效果，完成該電路的PCB圖紙；第三階段，完成實物交通信號燈電路。根據第二階段經驗證的電路原理圖和PCB圖紙，羅列器件和耗材清單并利用互聯網和其他信息途徑查清所需器件和耗材的價格，做好電路預算。在采購器件和相關耗材后，焊接和調試電路，最終完成實物交通路口信號燈電路。

“一年之計在于春”，同樣為了完成任務設置，任務分析顯得意義重大。由于學生思考必然有不周之處，需教師參與，不斷啟發，引導學生積極探索求真。學生是高一新生，專業能力還不成熟，獨立完成電路設計很困難，所以教師可以給出稍欠缺（根據授課學生水平，本人設置3處故障）的電路設計，交由學生探討論證，完善電路。無論學生是否全部找出教師欠缺電路設計中的故障，都要進行第二階段。可在第二階段中繼續排除故障問題，讓同學們在操作中發現、思考并解決問題，這樣一來教學的效果可能會更好。第二階段，模擬仿真。利用Proteus仿真軟件進行電路仿真能夠得到較好的效果。如果仿真效果滿足任務要求，再利用繪圖軟件，完成電路原理圖和PCB圖紙的任務。第三階段，需要采購器件和耗材，我們可以分成2個時期完成：初期完成器件和耗材的統計，課后完成電路的預算和采購。為了更好指導學生和把握方向，教師可以利用課余時間與學生一起查找資料，做好電路預算。推選2名采購員，陪同學生代表去采購器件和相關耗材，該環節全部交由采購員完成，教師主要保證學生安全。器件和耗材到位后，即可進行第三階段后期。按照電路原理圖和PCB圖紙裝配及焊接電路，并調試達到效果。

3.分組達成目標

分組達成目標是本章節的重點。為保證絕大多數同學都能完成，采用分小組學習，動作快和動作慢同學混合搭配。以小組互助學習和老師指導相結合的模式，完成各個階段任務，使各小組都達成預期目標和效果。該環節學生自由度高，各小組完成進度略有差別，需要教師針對不同情況給予指導或評價。尤其是對進度較慢的小組，要耐心的引導，及時鼓勵，防止“破罐破摔”的現象產生，因為中職學生本身受環境影響較大，一旦出現不好苗頭，可能“感染”其他同學，導致教學目標付之流水。因此，教師要隨時觀察各小組進度情況，保證良好的學習氛圍，絕大數學生齊頭并進。

任務分階段實施。預計各階段完成所需要時間如下：任務開始前和第一階段中電路設計兩項討論大約10分鐘完成。第二階段，模擬仿真大約60分鐘完成。第三階段初期，器件和耗材清單統計，大約10分鐘完成。以上階段內容加上課前任務提問剛好90分鐘，即2節課時。第三階段初期，器件和耗材利用課余時間完成。第三階段后期，裝配、焊接和調試電路。我校本專業學生都有項目實訓經驗，器件識別和焊接基本功較好，出現故障較低，大約60分鐘完成。最后進行小組匯報，大約20分鐘。總結和反思，大約10分。

4.小組匯報

小組匯報可分兩層含義。第一層含義，是在任務各階段完成后，各小組匯報完成情況并且比較數據，進行階段評價。第二層含義，是指項目完成后的各小組的總結匯報。這里指第二層含義，也可以看成是學生自己對本章節學習過后的總結和反思。小組互評和成員互評，對過程中出現的問題總結，反思操作失誤和漏洞，進一步鞏固學習成果。

5.總結和反思

教師在小組匯報的基礎上，再次對本章節內容的進行梳理、總結和反思。

案例反思

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關鍵詞：單片機 原理性內容 操作性內容 教學模式

引言

目前國家正在大力發展職業教育，高職技術類院校在職業教育中占有很大比例。這類院校的目標是：培養具有一定創新意識和創新能力，掌握必備的基礎理論知識和專業知識，面向生產、建設、管理和服務第一線，掌握本專業領域所需的專業基礎知識及專業技能，具有較強綜合職業能力的高等技術應用性人才，以滿足社會對不同層次人才的需求。同時教學大綱要求學生掌握單片機的基礎知識，具備基本應用技能。技術師范類院校是為高職技術類院校培養教師的高等院校，所培養的學生應該在理論與實踐上能夠勝任高職技術類院校單片機教師的工作。但是目前幾乎所有的技術師范類院校的單片機教學仍然偏重于理論，忽視了單片機應用性強的特點，在實踐技能方面沒有予以足夠的重視。

單片機原理與應用是一門應用性極強的技術性課程，強調的是實踐動手能力；對電氣、自動化、應用電子、通信等專業的學生來講，掌握單片機的理論知識與實踐技能，才能滿足高職技術類院校對此類教師的需求。技術師范類院校教師如何針對課程的這一主要特點，采用何種模式進行實踐和理論教學，對未來高職院校教師的培養起到至關重要的作用。筆者結合多年的企業單片機研發和近些年單片機教學工作的一些經驗與體會，圍繞提高學生的技能這一中心，在理順理論與實踐、教與學、實驗與課程設計的關系的基礎上，從教學內容、教學方法、課程實驗、課程設計等四個方面提出了單片機原理與應用教學的一些方式，與大家一起研究。

1技術師范類院校單片機原理與應用課程的開課情況

單片機原理與應用作為一門專業基礎課，一般在第五學期開課。在技術師范類院校電氣、自動化、應用電子等專業中，課時一般為48至64學時，另外有實驗課16學時左右，同時課程結束后下一學期還有一周的課程設計環節。所使用的教科書為高等教育電類單片機教材，以通用的8051單片機作為典型實例。這樣的安排從學時總數上來講，足以保證教師能夠講授所有的知識點，但是從學生掌握的情況來看，教學效果不夠理想。主要原因在于單片機原理與應用是一門技術性課程，強調的是實踐應用而不是理論，應加強實踐方面的內容。所以首先應該理順理論與實踐、教與學、實驗與課程設計的關系，并從教學內容、教學方法、課程實驗、課程設計等四個方面進行改革。

2理順教學中理論與實踐、教與學、實驗與課程設計的關系

2.1 理論與實踐的關系

幾乎所有的技術師范類院校單片機原理與應用課程教學大綱都要求學生熟練掌握單片機內部硬件結構、工作原理及指令系統，掌握程序的設計基本方法，能夠熟練地設計常用的匯編語言源程序；掌握單片機的接口技術，熟悉常用的接口芯片及典型電路。熟悉設計、調試單片機的應用系統的一般方法，具有初步的軟、硬件設計能力；能夠熟練地掌握一種單片機開發系統的使用方法，初步具備應用單片機進行設備技術改造、產品開發的能力。根據這樣的教學大綱，可以看出單片機原理與應用這門課是以實踐應用目的，理論為應用之基礎并且服務于應用。所以教師的一切教學活動都應該依照這個目的進行。

理論教學不宜過深過多，比如說控制器、單片機工作的時序、相對尋址、定時器結構與工作原理、模數轉換原理等只需應知即可，而對于定時器的應用編程、模數轉換器的選取與接口則應掌握并會使用。目前技術師范類院校單片機原理與應用課程實踐環節與理論相比，比重偏低。主要原因在于理論教學與實踐環節脫鉤，而未有機地結合于一體。

2.2 單片機原理與應用教與學的關系

教學活動中學生是學的主體，學生的主觀能動性起到關鍵性的作用；同時教師是引導者，是另一個主體，其作用也不可忽視，能否提高學生的主觀能動性，激發學生的學習興趣是關鍵。目前技術師范類院校學生的自信心、學習能力、自控能力等綜合素質有待于提高。如何才能調動學生的積極性、激發學生的學習興趣是主講教師面臨的重要問題。一個優秀的教師善于利用第一次課。筆者在第一次課就演示了一個噪聲采集與顯示裝置，軟硬件都比較簡單，既激發了學生的學習興趣，還可以提高學生的自信心。如果選取的裝置比較復雜，就不利于提高學生的自信心。

2.3單片機原理與應用實驗與課程設計的關系

技術師范類院校單片機原理與應用實驗是以實驗箱為平臺，開設6個左右的實驗，大多是驗證性實驗且局限于編制程序，在實驗過程中，由教師給出硬件的地址碼、數據和控制接口。這樣學生對硬件知識的了解僅僅依賴于教師對實驗箱的講授，而不是自己從實踐中獲得。所以實際上學生不可能通過實驗掌握硬件的知識。課程設計中，學生使用仿真器進行軟件調試與硬件功能仿真，而實驗箱所用的軟件與仿真器軟件常常是兩個不相同的軟件，這樣既增加了學生學習的負擔，又浪費了資源，對提高學生的能力也沒有什么幫助，應該進行整合。

3 教學內容

根據性質教學內容可分為兩大類：原理性內容和操作性內容。所謂原理性內容是指主要是理論性介紹、概念、器件內部結構組成或結構原理等。操作性內容是指可以上機或通過仿真實際操作的并可以觀察到結果的內容。

3.1 原理性內容

概論、知名廠家與典型產品、數制與數碼、BCD碼、ASCII碼、中斷的概念、指令的格式、尋址方式、堆棧概念、波特率、數據存貯器、程序存貯器、總線、單片機引腳、時鐘、復位等。

3.2 操作性內容

偽指令、時鐘電路、復位電路及特殊功能寄存器的初始狀態、數據傳送指令、算術運算指令、邏輯運算指令、位操作指令、控制轉移指令、程序設計、并行口、定時器、串行接口、程序存貯器擴展、數據存貯器擴展、I/O口的擴展（8255A）、A/D接口的擴展、鍵盤接口、顯示器接口等。

4教學方法

所有的技術師范類院校單片機原理與應用課程仍然采用傳統的課堂講授方式為主，輔助以多媒體方式。這種教學模式難以發揮學生的主觀能動性，不利于提高學生的實際綜合應用能力。例如：ACALLaddr11短調用指令，只能在與下一條指令的第一個字節2K范圍內程序存貯器中進行，理論講解學生很難接受，如果直接通過仿真操作就可以直接觀察范圍，超出則有編譯出錯提示。直觀易懂，效果明顯。

4.1不同性質內容采用不同的教學模式

原理性內容采用傳統教學模式與多媒體教學模式相結合的教學方式，操作性內容則采用直接上機仿真教學模式，這樣可以加深對教學內容的理解，有利于提高學生能力，同時也更接近于單片機應用工程。例如：執行指令： ADDA，30H可以通過仿真器直接觀察到A中結果、30H的源數據和標志寄存器PSW中各標志位的位值。又例如：T0的定時中斷，可以從P1.0接發光二極管，定時到則輸出“1”點亮二極管。然后改變初值或方式，再分別觀察時間間隔。這種教學模式很容易被學生接受，效果明顯強于傳統教學模式與多媒體教學模式。

4.2 采用循序漸進的模式

講解單片機基本結構、振蕩電路與復位電路后學生即可以自行設計最小應用系統。然后以最小應用系統為基礎進行指令、循環程序設計、內部功能模塊應用的講授，同時利用仿真器進行驗證，在此基礎上進行擴展程序存貯器、數據存貯器、I/O口的擴展。最后再進行A/D轉換、鍵盤、顯示器的擴展。

5 課程實驗

實驗課的開設分為驗證性實驗包括：P1口輸入／輸出實驗、簡單I／O 口實驗、擴展存儲器讀寫實驗、A／D轉換器實驗，為必做實驗；設計性實驗：外部中斷實驗、控制直流電機實驗、LCD顯示實驗，為選做實驗；綜合性實驗：定時器實驗，計數器實驗（必做）、8255輸入／輸出實驗、串行口通訊實驗。這樣安排可以培養學生的基本能力，但是實驗平臺采用購買的實驗箱，而單片機工程開發采用的是仿真機開發系統，這樣會人為造成實驗與實際應用脫節，不利于提高學生的工程應用能力。例如：LCD顯示實驗，實驗箱留有現成的器件插座，實驗指導書中直接給出器件的地址編碼和驅動程序，學生只須按圖索驥，不利于提高學生的工程應用能力。筆者采用把驗證性實驗歸結于操作性內容，直接在實驗室中采用一邊講解一邊用仿真機仿真驗證的方式，實驗只有設計性實驗與綜合性實驗。

6課程設計

課程設計環節時間為一至二周，應與本學期課程結束后進行。可從教師命題中選擇一個：

（1）溫度控制器的設計。目的是讓學生掌握并行I/O口、溫度傳感器測控、數碼轉換、LCD數碼顯示、三極管驅動的應用設計。

（2）直流電機控制。組成簡單的閉環系統，通過繼電器、三極管改變電機電壓極性，實現正反轉；利用霍爾元件測電機轉速，改變電機端電壓調速。

（3）直流量、開關量采集與傳輸。利用A/D采集一路直流電壓量與一路直流電流量和八路開關量并傳輸到上位機。

允許學生自主選題，但是自選題須經教師審批。自主選題可以充分發揮學生的主觀能動性，增強自信。定題后應由學生自己動手分析系統，查閱資料，設計原理圖，課程設計為二周，教師認定后再進行印制版的設計；而后在行印制版或通用板上進行焊接與安裝，設計軟件并進行仿真調試；最后將程序下載到單片機芯片中運行。學生在安裝調試過程中應能夠發現并解決問題。同時教師應加強指導，傳授發現與解決問題的經驗。

7考核方式

考核采取以實際應用能力為主，理論考核、答辯為輔的形式，具體比例為60?蘼20?蘼20，而且實際應用不合格者，不予補考，直接重修。

8結束語

單片機原理與應用的教學應該根據不同的對象做出不同的調整，技術師范類院校由于學生自身的特點決定了教師應該在教學內容、教學方法、教學手段上加以改革，同時根據單片機原理與應用課程強調工程應用的特殊性采用適合于此類學生的教學模式；筆者針對當前技術師范類院校單片機教學模式的不足，對單片機原理與應用課程的教學改革進行了研究，經過兩年的實踐，發現效果顯著，調動了學生學習的積極性，使教學與實踐環節更接近于工程應用環境，提高了學生的實際動手能力。

參考文獻：

［1］ 曹天議.單片機原理與接口技術［M］第二版.北京：電子工業出版社，2006.

篇10

關鍵詞：單片機 實操 Proteus 仿真 課程設計 C語言 改革

一、問題的提出

單片機作為電氣專業高技層次的專業主干課程，對全面培養在校生的專業能力起著十分重要的作用。但現行的適用教材幾乎都是一樣的組織架構，即按硬件結構―指令系統―匯編語言程序―接口技術的順序展開教學。教師如果按照教材內容展開教學，往往只能介紹基本硬件結構、指令系統和匯編語言程序設計等內容，最后再草草編一個“流水燈”就結束課程。這種形式的教學，勢必難以取得令人滿意的教學效果。作為非計算機專業的技校生，他們缺乏基本的計算機基礎知識，往往堅持聽講幾次課后，就會因為聽不懂而放棄課程學習，轉為睡覺、玩手機。哪怕堅持到最后的那部分學生，課程結束后，還在困惑：到底什么是單片機？它有什么用途？我能用它做什么？

筆者在幾年的單片機課程教學反思后，認為該課程必須改革，經過幾個學期的嘗試、實踐，逐步形成了基于Proteus仿真與實操的單片機教學改革思路，并在高技班試點。

二、改革思路與實踐

1.以實操為主，仿真為輔

技校學生引以為傲的是具備過硬的實操技能，而非扎實的理論知識。技校必須注重對學生實操技能的培養，一方面動手做比聽講“更有意思”，另一方面實操也是學習單片機的捷徑。在實際操作中，有兩種方法，一是使用現成的學習板，二是使用萬能板進行焊接電路板。考慮到學生在先修課程和實訓中，已掌握了一定的焊接技能，因此筆者認為，使用萬能板讓學生自己進行焊接電路，學習一個模塊，焊接一個相應電路，并實際操作、驗證，能幫助學生理解并掌握單片機系統的設計，并能從“電子技術”課程平穩過渡到“單片機”課程。

在每個模塊教學過程中，教師充分利用當前十分流行的單片機仿真軟件Proteus開展仿真教學。利用Proteus軟件，可以虛擬真實的設計過程（軟件名稱：From Concept To Completion），完成從基本的原理圖繪制―程序設計―仿真調試等全過程。通過軟件仿真，可以產生直觀的現象，學生可以獲取直觀的認識，并逐步熟悉單片機系統的設計流程。

2.以C語言作為編程語言

單片機程序設計語言有機器語言、匯編語言和高級語言。機器語言計算機能直接識別和使用，但對人類而言，則難以理解，因為它全為0、1代碼。匯編語言能夠直接對底層寄存器進行操作，對深刻認識和學習單片機原理很有幫助，但其實質上是機器語言的“符號化”，依然顯得“深不可測”。以此編寫簡單的小程序還行，若是進行項目設計，會使很多學生頭疼，且開發周期長，維護困難。因此，采用高級語言進行單片機開發，自然成為大多數單片機工程師的首選。

C語言是一種結構化語言，按模塊化組織程序，具備豐富的運算符和數據類型，可以直接訪問內存地址，進行位（bit）操作，實現對硬件的編程操作，既有高級語言的功能，也有低級語言的優勢。采用C語言進行程序設計，用戶只要大致了解單片機的基本結構、相關部件的結構和特殊功能寄存器即可進行開發，用戶如果有需要還可以通過反匯編等手段學習匯編語言，因此C語言獲得了廣泛的使用。

本著學以致用的原則，筆者堅定認為技工院校的單片機課程必須采用C語言，而非匯編語言。實踐證明，由于C語言的簡單、易學，學生雖然沒學過《C語言程序設計》，但結合項目的案例講解分析，不斷總結，大多數學生均能較好地掌握C語言的基本內容，并進行單片機程序設計。

3.以模塊化整合教學內容

傳統的單片機教材脫離實際操作，側重對單片機內部結構的講解，未能突出實際應用。而且教材中有不少內容，陳舊過時、技術上還沿用幾十年前的思路。因此，筆者大膽對教材進行改革，結合學生理解、接收實際，整合出以下單片機教學模塊（見表1）。

通過上述模塊的學習，大多數學生可以掌握單片機的基本操作、簡單的程序設計，并能夠形成單片機系統的認識，熟悉單片機系統開發的基本流程。如此，單片機教學目標也就實現了。

4.以課程設計全方位考核

通過各個模塊的學習，學生理解并掌握了單片機的基本知識和操作技能，可以自行搭建最小系統，諸如發光二極管、按鍵燈的簡單外設。但這只是相對獨立的各個模塊，無法真正形成應用系統。因此，在教學安排上，筆者建議安排1～2周時間開展微機控制課程設計。這也是對教師、學生綜合、全方位技能的考驗。

在設計課程設計題目時，筆者充分考慮到學生的實際情況，力求避免過于復雜、難度大的題目，而偏向于總體難度不大，但具備一定綜合性的題目。以筆者的實際經驗看，經過1～2周的設計、調試，當學生完成相關任務形成“作品”后，大多數學生的表現是自豪的。下面是筆者給出的幾個課程設計題目，每個課題給出相應的控制要求、設計指導，學生可根據自身的學習情況，自行選擇設計課題（見表2）。

三、小結

技工院校以“技”立身。筆者結合教學經驗、項目經驗、技校學生特點，提出一種單片機教學改革思路，并積極探索實踐。通過教學實踐表明，這種教學改革是可行的，能很好地提升學生的學習積極性、培養學生動手能力、資料檢索能力和一定的分析問題、解決問題的能力。

參考文獻：

[1]徐愛鈞.單片機原理實用教程――基于Proteus虛擬仿真[M].北京：電子工業出版社，2011.