單片機原理論文模板(10篇)

導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇單片機原理論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

篇1

TOPSwithⅡ

TheWayofQuickDesignforSinglechipSwitchingPowerSupplyAbctract:Threeendssinglechipswitchingpowersupplyisnewtypeswitchingpowersupplycorewhichhasbeenpopularsince1990.Thispaperintroducesquickdesignforsinglechipswitchingpowersupply.

Keywords:Singlechipswitchingpowersupply,Quickdesign,TopswithⅡ

在設計開關電源時，首先面臨的問題是如何選擇合適的單片開關電源芯片，既能滿足要求，又不因選型不當而造成資源的浪費。然而，這并非易事。原因之一是單片開關電源現已形成四大系列、近70種型號，即使采用同一種封裝的不同型號，其輸出功率也各不相同；原因之二是選擇芯片時，不僅要知道設計的輸出功率PO，還必須預先確定開關電源的效率η和芯片的功率損耗PD，而后兩個特征參數只有在設計安裝好開關電源時才能測出來，在設計之前它們是未知的。

下面重點介紹利用TOPSwitch－II系列單片開關電源的功率損耗（PD）與電源效率（η）、輸出功率（PO）關系曲線，快速選擇芯片的方法，可圓滿解決上述難題。在設計前，只要根據預期的輸出功率和電源效率值，即可從曲線上查出最合適的單片開關電源型號及功率損耗值，這不僅簡化了設計，還為選擇散熱器提

η/％(Uimin=85V)

中圖法分類號：TN86文獻標識碼：A文章編碼：02192713(2000)0948805

PO/W

圖1寬范圍輸入且輸出為5V時PD與η，PO的關系曲線

圖2寬范圍輸入且輸出為12V時PD與η，PO的關系曲線

圖3固定輸入且輸出為5V時PD與η，PO的關系曲線

供了依據。

1TOPSwitch－II的PD與η、PO關系曲線

TOPSwitch－II系列的交流輸入電壓分寬范圍輸入（亦稱通用輸入），固定輸入（也叫單一電壓輸入）兩種情況。二者的交流輸入電壓分別為Ui=85V～265V，230V±15％。

1．1寬范圍輸入時PD與η，PO的關系曲線

TOP221～TOP227系列單片開關電源在寬范圍輸入（85V～265V）的條件下，當UO=＋5V或者＋12V時，PD與η、PO的關系曲線分別如圖1、圖2所示。這里假定交流輸入電壓最小值Uimin=85V，最高

η/％(Uimin=85V)

η/％(Uimin=195V)

交流輸入電壓Uimax=265V。圖中的橫坐標代表輸出功率PO，縱坐標表示電源效率η。所畫出的7條實線分別對應于TOP221～TOP227的電源效率，而15條虛線均為芯片功耗的等值線（下同）。

1．2固定輸入時PD與η、PO的關系曲線

TOP221～TOP227系列在固定交流輸入（230V±15％）條件下，當UO=＋5V或＋12V時，PD與η、PO的關系曲線分別如圖3、圖4所示。這兩個曲線族對于208V、220V、240V也同樣適用。現假定Uimin=195V,Uimax=265V。

2正確選擇TOPSwitch－II芯片的方法

利用上述關系曲線迅速確定TOPSwitch－II芯片型號的設計程序如下：

（1）首先確定哪一幅曲線圖適用。例如，當Ui=85V～265V，UO=＋5V時，應選擇圖1。而當Ui=220V(即230V－230V×4.3％)，UO=＋12V時，就只能選圖4；

（2）然后在橫坐標上找出欲設計的輸出功率點位置（PO）；

（3）從輸出功率點垂直向上移動，直到選中合適芯片所指的那條實曲線。如不適用，可繼續向上查找另一條實線；

（4）再從等值線（虛線）上讀出芯片的功耗PD。進而還可求出芯片的結溫（Tj）以確定散熱片的大小；

（5）最后轉入電路設計階段，包括高頻變壓器設計，元器件參數的選擇等。

下面將通過3個典型設計實例加以說明。

例1：設計輸出為5V、300W的通用開關電源

通用開關電源就意味著交流輸入電壓范圍是85V～265V。又因UO=＋5V，故必須查圖1所示的曲線。首先從橫坐標上找到PO=30W的輸出功率點，然后垂直上移與TOP224的實線相交于一點，由縱坐標上查出該點的η=71.2％，最后從經過這點的那條等值線上查得PD=2.5W。這表明，選擇TOP224就能輸出30W功率，并且預期的電源效率為71.2％,芯片功耗為2.5W。

若覺得η=71.2％的效率指標偏低，還可繼續往上查找TOP225的實線。同理，選擇TOP225也能輸出30W功率，而預期的電源效率將提高到75％，芯片功耗降至1.7W。

根據所得到的PD值，進而可完成散熱片設計。這是因為在設計前對所用芯片功耗做出的估計是完全可信的。

例2：設計交流固定輸入230V±15％，輸出為直流12V、30W開關電源。

圖4固定輸入且輸出為12V時PD與η，PO的關系曲線

η/％(Uimin=195V)

圖5寬范圍輸入時K與Uimin′的關系

圖6固定輸入時K與Uimin′的關系

根據已知條件，從圖4中可以查出，TOP223是最佳選擇，此時PO=30W，η=85.2％，PD=0.8W。

例3：計算TOPswitch－II的結溫

這里講的結溫是指管芯溫度Tj。假定已知從結到器件表面的熱阻為RθA(它包括TOPSwitch－II管芯到外殼的熱阻Rθ1和外殼到散熱片的熱阻Rθ2)、環境溫度為TA。再從相關曲線圖中查出PD值，即可用下式求出芯片的結溫：

Tj=PD·RθA＋TA(1)

舉例說明，TOP225的設計功耗為1.7W，RθA=20℃/W，TA=40℃，代入式（1）中得到Tj=74℃。設計時必須保證，在最高環境溫度TAM下，芯片結溫Tj低于100℃，才能使開關電源長期正常工作。

3根據輸出功率比來修正等效輸出功率等參數

3．1修正方法

如上所述，PD與η，PO的關系曲線均對交流輸入電壓最小值作了限制。圖1和圖2規定的Uimin=85V，而圖3與圖4規定Uimin=195V（即230V－230V×15％）。若交流輸入電壓最小值不符合上述規定，就會直接影響芯片的正確選擇。此時須將實際的交流輸入電壓最小值Uimin′所對應的輸入功率PO′，折算成Uimin為規定值時的等效功率PO，才能使用上述4圖。折算系數亦稱輸出功率比（PO′/PO）用K表示。TOPSwitch－II在寬范圍輸入、固定輸入兩種情況下，K與U′min的特性曲線分別如圖5、圖6中的實線所示。需要說明幾點：

（1）圖5和圖6的額定交流輸入電壓最小值Uimin依次為85V，195V，圖中的橫坐標僅標出Ui在低端的電壓范圍。

（2）當Uimin′>Uimin時K>1，即PO′>PO，這表明原來選中的芯片此時已具有更大的可用功率，必要時可選輸出功率略低的芯片。當Uimin′（3）設初級電壓為UOR，其典型值為135V。但在Uimin′<85V時，受TOPSwitch－II調節占空比能力的限制，UOR會按線性規律降低UOR′。此時折算系數K="UOR′"/UOR<1。圖5和圖6中的虛線表示UOR′/UOR與Uimin′的特性曲線，利用它可以修正初級感應電壓值。

現將對輸出功率進行修正的工作程序歸納如下：

（1）首先從圖5、圖6中選擇適用的特性曲線，然后根據已知的Uimin′值查出折算系數K。

（2）將PO′折算成Uimin為規定值時的等效功率PO，有公式

PO=PO′/K（2）

（3）最后從圖1～圖4中選取適用的關系曲線，并根據PO值查出合適的芯片型號以及η、PD參數值。

下面通過一個典型的實例來說明修正方法。

例4：設計12V，35W的通用開關電源

已知Uimin=85V，假定Uimin′=90％×115V=103.5V。從圖5中查出K=1.15。將PO′=35W、K=1.15一并代入式（2）中，計算出PO=30.4W。再根據PO值，從圖2上查出最佳選擇應是TOP224型芯片，此時η=81.6％，PD=2W。

若選TOP223，則η降至73.5％,PD增加到5W，顯然不合適。倘若選TOP225型，就會造成資源浪費，因為它比TOP224的價格要高一些，且適合輸出40W～60W的更大功率。

3．2相關參數的修正及選擇

（1）修正初級電感量

在使用TOPSwitch－II系列設計開關電源時，高頻變壓器以及相關元件參數的典型情況見表1，這些數值可做為初選值。當Uimin′LP′=KLP（3）

查表1可知，使用TOP224時，LP=1475μH。當K=1.15時，LP′=1.15×1475=1696μH。

表2光耦合器參數隨Uimin′的變化

最低交流輸入電壓Uimin(V)85195

LED的工作電流IF（mA）3.55.0

光敏三極管的發射極電流IE（mA）3.55.0

篇2

黨的十報告中指出：“全面實施素質教育，深化教育領域綜合改革，著力提高教育質量，培養學生社會責任感、創新精神和實踐能力”。同志提出的“中國特色、世界水平的現代教育”是“兩個一百年”奮斗目標和中華民族偉大復興夢的重要組成部分。劉延東同志在2014年高校咨詢會上也提出：“要把立德樹人、提高質量貫穿綜合改革全過程，創新人才培養機制，切實落實人才培養中心地位”。當前，高校在人才培養模式、課程教學內容和方法、實踐教學環節等方面還存在著一些不足，如何培養創新人才是高校教育工作者需要著重關注和實踐的課題。我校電氣信息類專業結合2014版培養計劃修訂，做了部分課程的教學改革與實踐嘗試，現與大家交流學習。

一、主要改革內容及實施情況

（一）充分發揮培養計劃在引領學生創新能力

在2014級電類學生培養計劃修訂中，對電類三個專業的學科基礎課、專業核心課、專業方向課、專業選修課、集中實踐教學環節進行課程調整、學時調整。充分發揮培養計劃在引領學生創新能力培養中的核心作用。

（1）2014級船舶電子電氣工程專業教學計劃修訂情況

在學科基礎課中：一是新增加了“電路原理圖與PCB設計”課程（32學時實驗）；二是將“單片機原理及應用”課程（36+20）改為“單片機原理及應用”課程（32學時理論）及“單片機原理及應用實驗”課程（32學時實驗）兩門課程；三是將“電路分析”課程（52+16）改為理論與實驗分別獨立的兩門課程。

在專業核心課中：取消了“船舶通信與導航”課，改列為專業選修課。

在專業選修課中：取消了電子綜合設計輔導（2學分、24+8學時、第5學期）課，新增加了“電子技術創新實驗輔導”實驗課程（1學分、32學時實驗、第5學期）。

在集中實踐教學環節中：一是取消了“電子技術課程設計”（2學分、2周、第3學期）新增了針對性更強的兩門“模擬電子技術課程設計”（1.5學分、1.5周、第4學期）及“數字電子技術課程設計”（1學分、1周、第4學期）課；二是將“單片機課程設計”（1學分、1周、第5學期）改成（1.5學分、1.5周、第4學期）；三是取消了“船舶電氣設計與檢驗課程設計”（1學分、1周、第6學期），新增了“船舶機艙測控系統課程設計”（1.5學分、1.5周、第6學期）。

（2）2014級電氣工程及其自動化專業教學計劃修訂情況

在學科基礎課中：一是取消了“電氣工程導論”課程；二是取消了“計算機輔助設計”，新增加了“電路原理圖與PCB設計”課程（32學時實驗）；三是將“單片機原理及應用”課程（42+16）改為“單片機原理及應用”課程（32學時理論）及“單片機原理及應用實驗”課程（32學時實驗）兩門課程；四是將“電路分析”課程（52+16）改為理論與實驗獨立的兩門課程。

在專業核心課中：一是將“單片機原理及應用”調整到學科基礎課；二是取消了“供配電系統”課程（2.5學分、36+4學時、第7學期），改增為“工廠供電”課程（3學分、40+8、第7學期）；三是將“檢測與轉換技術”（2學分、26+6學時、第4學期）學分調整為（2.5學分、28+12學時、第4學期）；四是將“自動控制原理”課程（3.5學分、48+8學時、第5學期）學分調整為（4學分、52+12學時、第5學期）。

在專業方向課中：一是取消了“變壓器應用技術”課程（2學分、28+4學時、第7學期）；二是取消了“船舶動力裝置與輔助機械”（2學分、28+4學時、第6學期）課；

在專業選修課中：一是取消了6門課程，分別是：信號與系統、文獻檢索、企業管理、電氣工程專題講座、集散控制系統、電子綜合設計輔導；二是新增“電子技術創新實驗輔導”（1學分、32學時實驗、第5學期）、“新能源技術”（1學分、16學時、第5學期）兩門課程；三是將“AUTOCAD”課程（2學分、16+16上機、第5學期）改為實驗課程（1學分、32學上機、第5學期）。

在集中實踐教學環節中：一是取消了“專業綜合課程設計”（2學分、2周、第7學期）；二是新增了“測控技術課程設計”（1學分、1周、第5學期）及“電氣控制技術課程設計” （1學分、1周、第6學期）兩門課程。

（3）2014級電子信息工程專業教學計劃修訂情況

在學科基礎課中：一是取消“計算機輔助設計”（16+16）課，改成了“電路原理圖與PCB設計”課程（32學時實驗）；二是增加了由專業核心課調整來“單片機原理及應用”課程（32學時理論）及“單片機原理及應用實驗”課程（32學時實驗）；三是將“電路分析”課程（52+16）改為理論（56）與實驗（16） 兩門獨立的課程。

在專業核心課中：取消了“信息論與編碼”（24+8）課程并調整“單片機原理及應用”課程（40+16）到學科基礎課。

在專業方向課中：一是在通信系統方向：將“程控交換”（32）課程換成為“移動通信”（22+10）課程；二是在嵌入系統方向：將“ARM處理器原理及應用”改為“嵌入式系統”（22+10），新增“ 計算機操作系統”（16+16（上機））及調整來“ 電子綜合設計輔導”（16+16）；而“DSP原理及應用”、 “多媒體技術”、“ 電子設計自動化”調整到專業選修課中；三是取消了電子系統設計方向。

在專業選修課中：一是取消了“復變函數與積分變換”、“JaVa語言程序設計”、“數據結構”、“數據庫技術及應用”、“Linux軟件設計”、“計算機接口與通信”、“自動控制原理”、“電視原理”8門課程；二是由專業方向課調整來“DSP原理及應用”、“多媒體技術”、“電子設計自動化”3門選修課；三是新增“專業導論”、“學科前沿信息”、“新能源技術”、“現代控制理論[雙語] ”、“信息論與編碼”、“集成電路設計”、“計算機網絡安全”7門課程。

在集中實踐教學環節中：一是取消了“電子設計方向專業課程設計”（2學分、2周、第7學期）；二是新增了“工程訓練C”（1周，1學分），調整了“模擬電子技術課程設計”（2周，2學分）、“數字電子技術課程設計”（2周，2學分）、“單片機原理及應用課程設計”（4周，2學分）。

（二）加強幾門關鍵課程的課改示范工作，提升課程在電子能力培養中的關鍵作用

（1）電子綜合設計輔導課程的教改實施情況

電子綜合設計輔導課程是訓練學生綜合設計能力的課程。學院2009年起將原來的“電裝實習”改成（電子裝配）“工程訓練”和“電子綜合設計輔導”（2學分、24+8學時、第5學期）兩門課程，并結合課余電子制作訓練作為補充。電子綜合設計輔導課程每一年的設計制作內容在原有的基礎上都有新增，加強設計內容的新型性和實用性，至今實驗室已有50多個設計實訓模數電路板。2014版培養計劃中“電子綜合設計輔導”課程調整為實驗課程“電子技術創新實驗輔導”（實驗30學時）。

電子裝配工藝訓練對學生的知識基礎要求較低，在原2010版教學計劃中安排在大一第二學期進行，重點是訓練學生的電子電路焊接技術，為以后的電子裝配打下基礎。教學時數為一周，時間上分散進行，歷時半個學期。電子綜合設計輔導課程是學生進行電子設計的入門課，除公選課、選修課形式外，興趣小組形式的學習培養也是一個最有成效的環節，使得對電子設計有基礎、有興趣的同學得到充分發揮與提升能力。對電子制作訓練做到有計劃性，一般分為四個階段：

第一階段：為電子制作基本能力訓練。安排在入學后的第二學期，以興趣小組形式進行。內容主要為：焊接技術訓練、認識基本元器件（學會萬用表的使用）、識圖、音頻放大電路制作。

第二階段：電子制作入門訓練。安排在入學后的第三學期，以公選課的形式進行。主要學習繪圖、制作與測量（學習Protel（Altium Designer）軟件的使用，學會常用電子儀器的使用，利用波形圖分析電路的工作狀態，分析能力訓練），內容有：簡單電源電路、電動機驅動電路、光控燈開關電路、溫控加熱器電路等。

第三階段：電子設計基礎訓練。主要是結合理論知識設計電路，安排在入學后的第四學期，以選修課的形式進行。內容有：音響電路（含音調電路、功率放大器電路）、隔離放大器電路、充電器電路等。

第四階段：電子設計綜合能力提高訓練。主要為綜合設計中、大規模電路，安排在入學后的第五學期，以選修課的形式進行。內容有：搶答器電路、開關電源電路、數控電源電路、無線通信電路、鎖相環振蕩電路、轉速檢測電路、充電器電路。

（2）單片機原理及應用課程的教改情況

單片機作為電子自動化控制的主要手段，其作用越來越重要。我院該課程為省級精品課程，課程組老師進行了一系列的教學實踐，編寫了新的教學文件，每年修改電子教案、課件，出版新的教材與實驗指導書，不斷完善學習資源，實施電子考試等等，為學生的自動化電子設計起到了重要的支撐作用。在2014版教學計劃中理論學時改為32，實驗改為獨立設課，學時為32，課程設計為1.5周。單片機實驗電路板全部為校內老師設計制作，實驗室至今有單片機綜合應用設計電路板30多件。

（3）新增電子技術實踐公選課

針對大學生電子設計競賽中發現的理論教學與學生實踐應用能力脫離現象比較嚴重的問題，從2014年下半年開始學院在二年級學生中設立“電子技術實踐”公選課程，從學生學習電子技術知識的初始階段就引導學生向技術應用方向發展，培養學生理論聯系實際、實際凝練為理論知識的能力，拓展學生的創新思維能力。電子技術實踐課程在一定程度上打破課程的專業界限、學科界限，使得知識、技術、信息等多方面融會貫通，在還不能完全打破現有教學模式的情況下，以教學實驗班的形式增加一個補充教學環節，以音頻功率放大器的設計制作為立足點，從應用目標出發搜索知識點，解決技術問題，培養思維方式。電子技術實踐公選課作為教學模式創新探索，在教學過程中最大程度地改變學生被教師控制之下被動地學習的局面，改變單純死記硬背完成學業的局面，轉而讓學生養成從解決問題的角度去思考、查找知識，提高學生的主觀能動性、創新意識。在教學環節上將實驗教學、理論教學、課程設計三點連成一線。在教學效果上力求學以致用，學有所用，以適應大學生電子設計競賽的要求，適應技能考證的要求，適應用人單位對應用型人才的需求。

（三）編寫、修訂教材、教案，建立完善教師與學生教學學習資源

編寫出版《電子綜合設計常用模塊與實例指導》、《單片機設計實例集》等實踐指導教材；為學生開展考證培訓修訂《電子工程師考證培訓講義》等；編寫新的教學文件及電子教案、課件等，建立完善教師與學生教學學習資源。

一是修訂出版了《單片機實驗與課程設計指導（Proteus仿真版）》、《電子設計常用模塊與實例》、《單片機設計實例選集（一）》、《51系列單片機原理及應用》等實踐指導性強的教材；二是在原網絡課程的基礎上進行了單片機慕課網站的建設，新編了150題左右的作業練習題庫；三是修改2014級教學大綱、電子教案及課件；四是設計開發2014級用的新實驗電路板并用于每年的學生電子設計競賽訓練。

（四）加強實踐能力培訓，提高學生的綜合能力

加強實踐能力培訓，提高學科競賽的獲獎數量、提高學生、專利證書數量、提高學生電子工程師/板級工程師/電工等從職證書數量。

（1）加強了學科競賽的輔導力度。一是組織學生電子協會，每周至少開展一次活動，以加強低年級同學的基礎技能訓練；二是與飛思卡爾智能汽車競賽相結合，利用各種提高學生能力的資源，充實學生的實踐活動；三是培養充實指導教師力量，2014年學院的指導教師隊伍擴大至9人，落實了組隊學生與指導教師的互選環節，密切指導教師與參賽學生的聯系，特別是在暑期中通過明確訓練計劃、訓練內容增加指導教師的投入精力；四是針對大學生電子設計競賽中發現的理論教學與學生實踐應用能力脫離現象比較嚴重的問題，從2014年下半年開始在二年級學生中設立電子技術實踐公選課程，在教學效果上力求學以致用，學有所用，以適應大學生電子設計競賽的要求。

（2）重視指導學生、申報專利工作，培養科學研究能力 。通過學生課程設計、畢業設計、電子競賽、省創新研究項目等實踐，指導學生以論文或專利的形式固化研究成果，近年來學生發表的電子設計類論文、實用專利、省大學生科技創新（電子電氣類）項目、國家級大學生創新創業訓練項目增加明顯。

（3）加強校內電子工程師等考證培訓工作。學院培訓中心通過了市職業技能鑒定條件驗收，成立了市“職業技能鑒定所”和電工方面考證員，可進行中、高級電工，中、高級維修電工，初級電子設計工程師、板級設計工程師、單片機C語言程序設計師7種電子電氣類證書的證書認定，為學生培訓考評提供了極大的便利。

（4）加強了畢業設計真題實做的要求。學院將畢業設計任務早計劃、早布置，以提高畢業設計論文的真題實做時間，現一般是在第7學期初就布置任務，畢業論文答辯分二次進行，在較長的時間內可給學生留出較多時間完成高質量的畢業設計論文，學生畢業設計真題實做的比例在90%以上。

（五）落實考證考級替代學分考試的制度

落實考證考級替代學分考試的制度，將提高從職能力的技能考證、考級、競賽獎等納入到教學學分中。

學院出臺了關于《本科生畢業設計（論文）替代管理辦法》（試行）的文件，規定了5類學生學業成果（考證、考級、論文、專利、競賽獎）或經學院本科畢業設計（論文）工作小組認定可以代替畢業設計（論文）的其他成果可替代畢業設計（論文）學分。

二、實踐成果

兩年間，學生在電子工程師、電工考證、學科競賽獲獎方面成績提高明顯，取得電子工程師證書30 人；電工證書192人；在大學生電子設計競賽中，獲省一等獎學生為9人，二等獎學生為18人，三等獎學生為21人；在全國（省）飛思卡爾智能汽車競賽及智能機器人大賽中獲一等獎6人，特等獎2人，二等獎9人，三等獎24人。兩年間，學生發表電子設計類論文10篇，取得電子設計類實用專利35項。

三、不足分析

一是教學計劃改革后課時量壓縮造成教師“搶課”現象，并由課程門數增多及投入精力不足造成教學改革的實踐效果下降；二是團隊精神在學院教改項目中體現不夠，大多數教師還是安于老的教學方式，教改積極性不高，大范圍的教改項目推進困難。

提高教學質量不僅需要領導重視，更需要教師的人人參與。教學改革不能停留在口號上，更應建立在教師行動上。高校要把提高教師的影響力與學生的競爭力作為學校發展的基本目標，以社會需求為導向，進一步改革人才培養模式，為社會輸送合格的創新創業型應用人才。

參考文獻：

[1] 唐樹森，李維. 電氣信息類專業基礎課程綜合改革的研究與實踐[J]. 中國電子教育，2004，03：44-46.

篇3

單片機應用技術是高職院校電子信息類、自動控制類等專業的核心課程，這門課程學習的好壞直接影響了學生對專業研究的進一步深入的能力及電子信息類人才培養的基本要求。據調研高職院校單片機技術應用課程教學方式，部分院校按照知識體系講授，講授內容順序為單片機技術概論、單片機體系結構、匯編語言程序設計等[1]。按照知識體系講解，教師和學生普遍感覺內容枯燥無味，學生對知識點難以理解，更不用說具備利用單片機設計應用系統的能力。部分院校目前利用項目驅動式教學，經過實踐教學測試，教學效果良好。

一、教學模式的改革

教學模式由知識體系講授轉變為項目驅動方式。這兩種方式各有優缺點，知識體系講授對于高職階段的同學說來說，能夠系統的了解單片機的內部體系結構，對指令執行的內部過程更加清晰，知識點介紹完后再通過一個大的課程實訓項目完成課程的實踐教學。項目驅動式教學方法是通過多個項目的學習完成單片機課程的教學，即介紹某個項目時，先介紹理論知識，緊跟著完成實踐教學，即設計項目硬件電路、軟件程序，然后調試系統等環節。每個項目能完成具體的某種功能，學生學習興趣會增加，對課程的理解更加深入。兩種講授方式存在的弊端有：知識講授體系缺乏興趣性、理論較難理解、缺乏實踐能力的鍛煉；項目驅動式對單片機的內部原理分析不夠深入，但提高了單片機應用項目的實際開發能力。

實際教學過程中可采用模擬仿真及實物焊接兩個環節。硬件仿真電路使用Proteus硬件仿真軟件，該軟件內部集成了多種常用的單片機芯片、電阻、電容、晶體管、LED、LCD液晶屏等，電路搭建方便，仿真效果良好，目前廣泛的應用在單片機課程的教學中。軟件采用KEIL軟件，該軟件使用方便，通過建立工程文件到生產HEX文件整個流程清晰易懂，代碼編譯質量高。Proteus和KEIL兩個集成開發環境具有聯調功能，提高了學習效率，使得系統開發流程更加直觀，容易被學生接受。

二、教學內容的選擇

教學內容的選擇需符合人才培養方案的定位。學生通過本門課程的學習，能夠掌握單片機實際項目的開發流程；能夠獨立設計常用的單片機控制系統；具備檢修單片機應用系統故障的能力；能夠熟練使用仿真軟件進行系統仿真測試；提高學生手工焊接技能等要求。

通過多個項目的設計，使得單片機技術中的知識點全部介紹，能夠達到上述要求。教學項目需從簡到難，然后綜合設計多個項目，最終達到理論和實踐教學效果。教學內容詳細介紹如下：（1）單片機最小系統的介紹。可選用項目點亮一個發光二極管。分析單片機與PC機的區別，介紹單片機的基本知識等，理論分析后，在Proteus中搭建硬件電路，在KEIL中設計軟件程序，然后調試程序，觀察系統是否正常工作，需重點介紹集成開發環境Proteus、KEIL軟件的使用。（2）單片機IO端口的學習。如可選用流水燈系統展開介紹，詳細分析單片機內部IO端口的特點，分析其應用場合，通過軟硬件設計提高學生實踐能力。（3）單片機定時/計數器的學習。可選用秒表設計項目展開教學，通過對秒表延時時間的準確設計，采用定時器查詢方式完成延時，能夠較好的掌握定時/計數器的工作原理及實際應用程序設計。（4）單片機中斷系統的學習。在秒表設計中延時程序可用中斷方式完成，通過與查詢方式的比較，能夠讓學生更容易理解單片機定時與中斷之間的關系。（5）單片機鍵盤電路的學習。需掌握獨立按鍵和矩陣鍵盤兩種方式的應用，可采用萬年歷系統的設計，在此項目中介紹數碼管動態驅動方式及常用的LCD1602、12864等液晶屏的使用，此項目進一步綜合運用了定時、中斷資源，提升了學生綜合運用單片機內部資源的能力。（6）最后通過多個綜合項目的設計，達到教學目的。如單片機溫度控制系統設計、單片機測距系統設計、單片機密碼鎖系統設計、單片機語言報警系統設計等。[2-3]

在項目設計過程中，為了達到更好的教學效果，可以網購單片機學習套件，學生動手從單片機最小系統焊起，然后焊接接口電路及串口下載電路等。通過實物的焊接能夠加深學生對單片機應用系統的理解，且每個項目HEX文件能夠在此套件上驗證，包含了仿真與實物測試。也可以讓學生在萬能板上焊接每個項目電路，進而提高焊接能力及實物查錯能力等。

三、考核方式的改革

單片機課程的考核采用平時成績和期末成績按比例相加得到課程成績。平時成績應占主要部分。平時成績的重要性提高，學生的積極性會增加，能讓學生認真的完成項目的設計。

高職院校的學生主要是培養實踐能力的提升，在理論夠用的基礎上，強化其動手能力的鍛煉。如何對每個項目進行考核呢？可考核硬件電路設計的正確性、軟件程序設計的合理性、功能的完整性等。為了進一步提高學生的實際動手能力，可讓學生在萬能板上焊接單片機應用系統，考核學生的手工焊接能力、實際電路板查錯能力、團隊配合能力等。考核內容可包含有其他內容，如學習態度、出勤情況等方面。

四、項目舉例

以電子鐘設計為例。項目目的是掌握單片機定時器、中斷系統、鍵盤電路、液晶屏的綜合應用。硬件電路設計方面，需搭建單片機最小系統、時鐘控制按鍵、顯示電路，通過硬件電路的模擬仿真及實際電路板的焊接，進一步強化了最小系統及擴展電路的設計要點，掌握了液晶LCD1602的內部電路結構原理及引腳的接線方法[4]。

軟件設計方面，軟件流程圖如圖1所示。主函數需先初始化液晶屏1602、定時器、中斷系統。初始化結束后進入無限循環，無限循環包括有時、分、秒的顯示程序、按鍵掃描程序。當定時1S到后進入中斷服務程序，秒加1，當秒到60時，分加1，當分加到60時，時加1，當時為24自動返回到0。按鍵掃描程序需設計時鐘啟動、暫停、復位按鍵檢測程序，使得時鐘為可控時鐘，該程序需在循環程序中不停的被執行，即為按鍵掃描達到控制效果，為了達到更好的控制效果，可采用按鍵中斷方式去完成軟硬件的設計。

五、總結

單片機技術是一門實踐性很強的課程，教學內容、教學方式、考核方式等需在實踐教學中不斷改進。論文簡要的介紹了項目驅動式教學法在單片機技術課程教學中的應用，通過實際教學效果的考核，達到了預期的教學目的，教學效果良好。

參考文獻

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本文系2011年安徽商貿職業技術學院院級質量工程項目“特色專業--應用電子技術專業”階段性研究成果。

篇4

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）22-0133-02

一、前言

單片機又稱為單片微型計算機，是計算機體系的一個重要分支，也是現今較為流行的嵌入式系統的一部分。由于其體積小、控制功能強、成本低等特點可方便地組裝成各種智能控制設備和儀器，做到機電一體化，因此廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域，可以說單片機已經滲透到我們生活的方方面面。單片機原理及應用課程也是目前高校計算機、電子、電氣、自動化等專業均開設的一門專業課。由于該課程是一門理論性、實踐性都很強的課程，因此該課程對實驗教學有很高的要求，實驗教學在學生學習的過程中占了很重要的地位。但是，目前很多高校的單片機課程實踐教學環節及考核方式都存在著一些問題。學生在傳統的以理論考核為主的學習方式下很難激發學生的學習興趣，很難提高動手能力。通過考試改革，使學生在重視基礎知識學習的同時，更加注重實踐能力和動手能力的境況，促進創新精神的形成。

二、目前的教學考核形式及存在的問題

《單片機原理及應用》課程是一門專業課，其前續課程主要有《電路》、《數字電子技術》、《微機原理》等，課程理論教學的主要內容包括以下幾方面：（1）單片機的硬件系統結構。包括單片機的基本組成，CPU結構及時序，RAM、ROM的組織結構及擴展，并行I/O接口的基本原理等。（2）單片機指令系統。包括單片機尋址方式及指令，匯編語言程序設計等。（3）單片機接口技術及應用。包括單片機系統開發的基本方法和步驟，單片機系統擴展及外部的接口，單片機的綜合應用等內容。考核主要以閉卷的考試為主，學生的總評成績這樣劃分：平時作業、實驗成績和考勤各占10%，期末考試成績70%。這樣的教學及考核形式尚存在諸多問題。

1.教學方面問題。實驗課時少。根據學院制定的教學計劃，《單片機原理及應用》的總學時為32學時，其中實驗課程8學時。實驗課程的學時數太少，也是影響學生動手能力的一個方面。在實驗課程的分配中，軟件實驗、驗證性實驗至少占了6學時，所以綜合性設計性實驗開設率不高，學生對所學課程缺乏整體性了解和綜合運用的能力。實驗設備缺乏。由于學校擴大招生規模，實驗室現有的實驗設備臺套數太少，為滿足學生實驗，不得不增加每組實驗的學生人數。我國目前的文化教育，重視理論輕視實踐，這造成了學生們從小就重視理論知識的學習而輕視動手實踐。另外，在考核方式上，實驗課一般作為理論課考試分值的一部分，往往也只占很少的學分，并且只要寫過實驗報告就基本可以通過。久而久之，大部分學生也滋生了重視理論課程輕視實驗的思想。

2.考核方面問題。考核方式不合理。學生的考核以閉卷的考試占主要部分，實驗環節所占成績比例低。這樣的考試形式使得大部分同學以理論學習及考試成績為主導，對于課程學習過程中的實踐動手環節只是消極地參與，并沒有真正起到動手動腦的作用。考試內容不合理。由于考試形式以閉卷考試為主，考試內容只能局限于教材，加上期末考試前劃范圍、勾重點等，使得一部分同學以考前重點突擊復習為主，造成了這些同學在平時學習及實踐環節的松懈。考試題型不合理。考試中客觀性題型較多，分值比例較大，綜合設計性題型、論述性題型較少。這對于學生的思考能力及綜合分析問題能力的考查不全面，也不利于激發學生的學習興趣和主觀能動性。能過以上分析，目前《單片機原理及應用課程》的考核方法已經不能滿足學校提出的“培養創新性人才”的要求，不利于培養學生動手能力、創新能力，也不能激發學生的學習主動性。

三、教學考試改革的方式及具體措施

針對單片機教學考試存在的問題，可以從以下幾個方面進行改革。

1.為考試改革而進行的教學改革。首先，教學改革要進行教學方法的改革。采用從完成實際問題出發，激發學生的學習興趣和主觀能動性的目標教學方法。在課程的開始階段，設置一個簡單的綜合性實例，利用仿真軟件或實驗箱將實際工程問題解決方案演示給學生看，并要求學生下來查找一些與此相關的實際生活中的應用。以此提高學生的學習興趣。在接下來的教學過程中教師以教學目標為導向，整個教學過程圍繞教學目標展開。在教學目標的刺激下，學生為實現目標而努力學習。在完成目標的過程中，教師積極引導，并將教學內容滲透其中。這種教學方法不僅可以使學生清楚地認識到單片機的原理、概念在實際生活中的意義，而且對于激發學習熱情，培養理論聯系實際的能力極其有益。其次，教學內容的改革。注重接口技術和應用技術的學習，適當減少體系結構的理論學習。在目標教學法中，學生以實際目標引導其學習^程，那么在教學內容上就應增加能夠達成實際目標的應用技術的學習內容，理論體系結構的教學可以把框架性的知識傳授給學生，學生在應用中遇到的理論問題，他們會在框架的知識基礎上自己進一步細化豐富內容；從匯編語言轉向C語言的編程方式。傳統教學模式中，教師喜歡使用匯編語言編程，匯編語言雖然具有高效控制精確的優點，但其結構性差，語句復雜，調試難度大，學生接受也比較困難。C51高級語言具有程序結構清晰、可讀性好、易于維護等優點，一條C語言相當于幾條匯編指令，學生在有C語言的基礎上入門很快，這樣也提高了學生的學習興趣；使用Proteus仿真軟件。通過使用仿真軟件，學生只需要一臺電腦就可以完成實驗室里的基本實驗，方便學生自己動手，提高其動手能力。再次，實驗的改革。把實驗軟件實驗、驗證實驗、設計性實驗及綜合性實驗四個部分，通過驗證性實驗，學生們可以進一步了解單片機及芯片的作用，提高學生的學習興趣。設計性實驗，可以培養學生實踐動手能力及創新能力。綜合性實驗，可以提高學生綜合運用所學知識的能力，提高學生的實驗技能和和培養學生的創新能力。在原有的實驗課時的基礎上增加實驗課時，同時提高設計性及綜合性實驗的比例，真正讓學生把理論與實踐結合起來。

2.考試方法改革。根據《單片機原理及應用》課程的特點，考試可以采用筆試、做設計、寫論文、進行實際操作以及開卷、閉卷等多種方式相結合。我們不能因為筆試的一些缺點就否定筆試在成績評定中的作用，在筆試的過程中還可以增加開卷、閉卷等多種形式。在出卷時增加試卷的靈活性，適當增加設計、分析和綜合思考題型。題目的設計應能使每一位學生在解每道題時都有對知識的理解、分析、比較、融會貫通的過程，從而鍛煉學生的思維，多給學生提供探索的機會和可能性，鼓勵學生獨立思考、標新立異、強調智力開發、避免考試中的偶然性。同時在筆試的基礎上還應該增加反映學生平時學習情況的評價內容，比如平時作業，實驗報告成績等。還可以增加實際操作環節的評定，比如對每次實驗課程都ρ生的操作進行評分，增加實踐環節的考評，把學生綜合設計性實驗的操作調試及結果作為總評成績的一部分進行考核。或將實踐環節改為操作考試，由學生現場操作，教師根據操作內容正確性進行評分。最后在課程結束后，還可以鼓勵學生通過學習的知識內容進行創新設計，將其所做的設計或者通過網絡、圖書查閱到的資料通過分析總結后寫成論文的形式提交，以附加分的形式納入總評成績中。這種方法鍛煉了學生的分析、設計和對信息的處理能力。

3.考試效果的評估和對教學方法的反饋。淡化考試分數之間的微小差異，增大平時考試成績的比例，實行百分制、等級制及與評語相結合的綜合評分方法，對有獨立見解或創新的學生加分鼓勵。應獎勵有個性者，獎勵有主見、有獨立思維能力的學生。同時，建立考試結果分析制度，不斷總結教學經驗。發現問題及時糾正，拓寬、疏通教學質量的有效反饋渠道，建立健全溝通機制。改革后的總體效果還有待長時間的檢驗。在教學過程中可以明顯的發現，提問題的同學明顯增多，同學之間相互討論的次數明顯增加。希望此次考試改革能給《單片機原理及應用》課程的學習帶來新的氣象，增強學生學習的積極性、主動性，培養學生的創新精神和創新意識，實現人才的全面發展。

參考文獻：

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Single Chip Microcomputer Principle and Application of Examination Reform Exploration and Research

YANG Yan-xin，HUANG Zhao-bo，ZOU Huan，ZHANG Xue-ping，LI Yu

篇5

作者簡介：楊盛（1973-），男，湖北公安人，三峽大學電氣與新能源學院，工程師；陳星（1988-），女，湖北仙桃人，三峽大學電氣與新能源學院，助教（湖北 宜昌 443002）

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）02-0118-02

單片機以其體積小、價格低、功能齊全、抗干擾性高、可靠性好、易于開發擴展等獨特特點，被廣泛應用于工業自動化及智能儀器儀表、通信設備、家用電器等各種設備儀器中。[1]“單片機應用技術”課程是本校電氣工程及其自動化、自動化、電子信息工程、通信工程等電氣信息類專業的主干課程，內容豐富，實踐性強。本文在分析本校電氣信息類專業“單片機應用技術”課程教學現狀的基礎上，探討了課程教學中存在的問題及相應改革措施，切實提高學生運用單片機解決實際問題的能力。

一、“單片機應用技術”課程教學現狀及存在問題

1.課程教學現狀

作為電氣信息類專業必修專業基礎課，本校電氣工程及其自動化、自動化、電子信息工程、通信工程四個專業開設了“單片機應用綜合實驗”課程，3.5學分，總計56學時，其中理論課24學時，實驗課32學時。該門課程旨在使學生通過實驗加深對單片機結構及單片機指令系統的理解，培養學生運用單片機知識解決實際問題的能力，力求使學生在完成本門課程的相關實驗后，在分析問題的能力、動手能力及創新能力方面得到較大的提高，在今后的工作實踐中具備獨立設計、開發小型單片機應用系統及產品的能力。

課程一般在大二下學期和大三上學期開設，學生先選擇理論教學班（每班120人左右）學習單片機理論知識，理論部分以介紹51系列單片機為主，內容包括：單片機概論（2學時）、MCS-51單片機結構（4學時）、單片機指令系統及匯編語言程序設計（8學時）、MCS-51系列單片機的擴展（2學時，含最小系統與程序存儲器的擴展、數據存儲器的擴展、輸入/輸出口的擴展）、單片機機接口技術（8學時，含LED顯示接口、8255可編程I/O擴展、鍵盤與單片機接口、ADC0809的原理與應用、DAC0832的原理與應用）。理論課結束時教師對學生該課程的評定成績占課程總成績的30％。

理論部分學完后學生進入實踐教學環節（每班60人），二人一組，利用實驗箱完成10個基礎驗證型實驗，1個綜合型實驗，1個設計型實驗，主要實驗內容：實驗系統的組成及軟件編程、I/O口應用及擴展、定時器/計數器應用、串并轉換、8155的應用、A/D與D/A轉換、直流電機轉速測量與控制等。實驗課程結束后每人一組進行開卷考試，考試內容為實現單片機系統一個小的功能，成績占課程總成績的70%。

2.“單片機應用技術”課程教學存在的主要問題

（1）課程定位不準確，課程體系存在缺陷。長期以來，把“單片機應用技術”定位為專業基礎課，沒有考慮學生所學專業和今后就業去向，認為該門課程主要是了解掌握匯編語言、51系列單片機基本原理及編程基礎，培養學生自學能力，為后續掌握其他單片機的應用打下良好的基礎。但實際情況是除了參加各種學科競賽的學生自學其他單片機知識外，由于沒有后續課程支撐，大部分學生基本上只學了“單片機應用技術”課程中所涉及的內容，缺乏對單片機知識更進一步的綜合訓練，往往到畢業找工作時就表現出了這方面的缺陷。

（2）考核方式不合理。理論課環節采用隨堂測試的模式，理論平時成績和測試成績占課程總成績的30％，由于采用大班制教學，教師往往無法客觀評價學生真實的理論水平；實踐環節部分考勤占課程總成績的20％，考試占課程總成績的50％。目前的課程考核方式決定了學生重視實踐教學而輕理論教學，學生往往在理論課上不學習而來實驗室惡補，且學生理論基礎的缺失給實踐環節帶來很大困難，存在理論與實踐教學脫節現象，教師對學生實驗過程缺乏評價。

（3）實踐教學條件不足。目前本校每年有近千名學生進入實驗室完成單片機實踐教學環節，原有40套實驗設備（實驗箱+電腦）僅能勉強滿足教學要求，無法對學生開放；由于實驗箱內部硬件資源和結構固定，學生實驗時只需用導線連接部分模塊、輸入程序即可調試觀察實驗結果，并不能真正理解其硬件電路原理，更談不上硬件電路設計，限制了學生綜合分析設計能力和創新能力的培養。

（4）實驗教學模式落后。實驗課以教師為主，學生在規定時間內按照實驗指導書要求完成規定實驗內容，實驗程序大多參考實驗指導書所附參考程序，不利于發揮學生的主觀積極性，部分學生是懾于實驗考核的嚴格性來完成實踐環節；由于實行選課制，各專業學生混選，水平參差不齊，實驗課上指導教師要花大量的時間來講解實驗原理，無法針對專業要求進行專項訓練，更勿論因材施教。

二、“單片機應用技術”課程教學改革措施

針對課程教學中存在的主要問題，結合實驗室建設情況，本校從以下幾方面著手進行了課程教學改革：

1.明確課程定位，完善課程體系

課程定位為電氣信息類專業必修專業基礎課，經教師討論認為由于各專業依托行業背景不同，應區別對待：該門課程應作為自動化專業、電子信息工程專業的專業課，強調工程實際應用能力培養，增加單片機系統的實踐環節教學；而對電氣工程及其自動化專業，由于其就業方向的特殊性，可以僅定位為專業基礎課。

課程內容上，隨著各種高性能、新型號單片機地推出，任課教師都有一個疑問：繼續給學生講授51單片機嗎，是講C語言還是繼續講匯編語言？經探討認為：目前51系列單片機在高校課堂仍屬主流，要把51單片機講好講透，確實提高學生動手能力和綜合素質，課堂上可引入其他型號單片機及單片機最新動態，通過引導學生完成綜述性論文開拓其視野，至于是用C語言還是用匯編語言的問題，認為作為基礎，學生應掌握匯編語言，更加清楚地了解單片機內部結構和其中內容變化，對有興趣有能力的學生可以作更高要求，如對畢業設計學生和參加各類學科競賽的學生要求可用C語言或C語言與匯編語言混合編程。

課程體系上，作為基礎內容將原來“單片機應用綜合實驗”課程理論部分剝離出來成為“單片機原理及應用”課程，32學時2學分，單獨考試，實踐課程仍為“單片機應用綜合實驗”，維持32學時不變；對自動化專業、電子信息工程專業和通信工程專業學生開設“課程設計”（1學分，必修）、“DSP技術與應用”（2學分，選修）、“嵌入式系統”（2學分，選修）作為進階，電氣工程及其自動化專業學生亦可選修；高階部分鼓勵學生積極參加校內外各項學科競賽和課外科技創新活動，激發學生的積極性，提高學生綜合應用和創新能力。

2.改革課程考核方式

原來“單片機應用綜合實驗”課程分成兩門課后，“單片機原理及應用”課程在上半學期學習，單獨考試，平時成績占30%，考試成績占70%，學生考試合格后下半學期再修“單片機應用綜合實驗”課程，確保學生進入實驗室之前已具備相應的理論基礎。“單片機應用綜合實驗”成績由平時成績（占20%）、作業成績（占20%）、考試成績（占60%）三部分組成，其中平時成績綜合實驗出勤、預習報告、實驗操作和實驗成功率等情況評定；作業成績主要考量學生實驗完成后相關知識的掌握情況；考試為一人一組上機開卷考試（資料僅限考生本人使用，不得使用移動存儲設備），評分內容含操作、硬件連接、程序編寫和實驗結果。考核方式的改革基本確保了學生成績評定的客觀公平，杜絕了渾水摸魚的現象，提高了學生的學習積極性。

3.改善實踐教學條件

本校新增了40套雷邁特公司的DPJ-H型單片機實驗箱及配套模塊，實驗箱采用“仿真式”設計思想，所有實驗模塊及CPU資源均對使用者開放，可結合Keil C51 μVision軟件和Proteus仿真軟件進行程序調試、固化，聯機或脫機驗證實驗結果，充分滿足“驗證式—模仿式—探索式—開發式”的由淺入深的各種實驗要求；購置了部分51實驗開發板和凌陽單片機開發板供學生選用，同時可提供分立器件和開放的創新實驗室，由學生自己制作系統版，完成感興趣的實驗內容，極大地激發了學生對單片機的興趣，提高了其硬件設計能力和動手能力。

4.改革實驗教學環節

（1）根據新的實驗設備，重新編寫了實驗指導書。筆者設計編排了軟件實驗、硬件實驗、系統設計三個方面共計16個實驗內容，其中驗證性實驗10個，綜合性實驗4個，設計性實驗2個，每個實驗均附有作業題，取消了參考程序，但驗證性試驗仍給出了參考程序流程圖。實驗指導書后附上了實驗模塊原理圖和仿真、開發工具使用說明，學生可以參考直接進行實驗。

（2）在理論和實踐教學中引入仿真開發工具Proteus。Proteus是英國Labcenter公司開發的電路及單片機系統設計與仿真軟件，可以實現數字電路、模擬電路及微控制器系統與外設的混合電路系統的電路仿真、軟件仿真、系統協同仿真和PCB設計等功能，是目前唯一能對各種處理器進行實時仿真、調試與測試的EDA工具。[2]對于各層次的實驗，學生都可結合Proteus與Keil C軟件進行仿真，基本了解掌握實驗內容，加強了對學生系統硬件設計能力的訓練。

（3）開放實驗室，提高學習過程的開放性。除了驗證性實驗外，在完成實驗作業、綜合性實驗和設計性實驗時實驗室對學生開放，指導教師主要通過啟發式教學引導學生進行思考和討論，讓學生建立“從頂向下”的系統學習和設計思維以及“從底向上”的系統構建方法，實現從以教師為主到以學生為主的教學模式的轉變。

（4）實行分專業選課，小班制試點。學生分專業選擇實驗教學班，有利于教師根據專業特點指導學生選擇完成相關實驗內容，針對專業應用方向加強訓練；考慮到自動化專業學生相對較少（每屆80人左右），對自動化專業試行小班制教學，實驗時每班40人，每人一組，教師可以很好地把握每個學生的情況，做到因材施教。

（5）以課外實踐促進學生實踐創新能力培養。對有進一步學習單片機應用技術要求的學生，采用“競賽+項目”的模式，鼓勵學生積極參加校內外各項學科競賽和課外科技創新活動，參與教師的科研項目，由淺入深提升學生應用單片機的工程實踐能力和創新能力。

三、結束語

經過近幾年來的不斷改革與探索，逐漸健全了“單片機應用技術課程”體系和教學內容、學生考評機制，改善了實驗教學條件，加大了實驗室開放力度，學生理論水平進步明顯，實驗效率和效果較以前得到大幅提高。“競賽+項目”的模式鼓勵了一批動手能力較強的學生進一步提升自我，參加各類學科競賽和課外科技活動均取得了較好的成績。課程實驗教學環節的改革帶動了本校其他電氣類專業實驗教學模式的改革，后續將進一步擴大小班制實驗教學的范圍、加大實驗室開放力度，不斷提高學生工程實踐能力和創新能力。

參考文獻：

篇6

一、單片機技術教學發展概述

單片機技術是現代電子工程領域一門迅速發展的技術，應用于各種嵌入式系統中。單片機技術的發展極大地推動了電子工業的發展，無論在教育界還是在產業界，單片機技術的推廣仍然是一個熱點。建立開放式的實驗室管理模式單片機實驗室應實行開放式管理，在不影響正常實驗教學任務的前提下，面向全校學生，在課余時間向學生提供實驗所需要的場所、儀器設備等。開放范圍除了實驗開放項目、課程設計外，也包括學生興趣愛好、第二課堂活動、創新活動等。開放性實驗管理模式是在注重知識、能力和素質協調發展的同時，貫徹因材施教、注重個性培養的教學原則，目的是激發學生的學習興趣和熱情。

目前，各個高校都建立了單片機實驗室，但是很多學校的實驗教學現狀卻不容樂觀。就我院而言，主要存在以下問題：（一）實驗場地和時間不足。學生除了上實驗課外，平時難得有機會實踐；（二）以驗證性實驗為主。實驗室所配備的實驗箱只能滿足驗證性實驗的要求。由于實驗箱是成品，學生很難參與到其中的細節設計中去，學生的實踐能力很難得到鍛煉和提高，學生也很難建立起單片機系統開發的整體概念。并且，這種實驗設備的配置方式局限了實驗項目數量，還存在設備維護工作量大的現實問題；（三）由于實驗設備僅適用于某一系列的單片機，若開設新的單片機課程，則需要重新配置實驗設備，增加了學校的投入。

在實施過程中，要注意實驗內容不應與教學計劃及教學大綱所規定的實驗教學內容相重復，應屬于課程教學內容的拓展性實驗；還要注意綜合性和針對性，強化基礎，拓寬知識覆蓋面，注重培養知識的綜合運用能力。要根據科技的發展及其實際應用，結合實際工作，加強對學生科學研究思維和建立工程概念的訓練，培養學生的創新能力和動手能力。開放性實驗的組織中要突出學生的自主性，要全方位體現以學生為主體的自主式學習方式。在實驗方案設計、操作、實驗結果的分析處理等方面最大限度地發揮學生的主體作用，教師布置任務、講解及指導等要點到為止，留有余地，給學生獨立思考、獨立操作、獨立分析、獨立解決問題的空間，充分調動學生的積極性和主動性。

二、改革中單片機教學內容和方法

（一）教材的改革

傳統的單片機課程教材一般是以單片機的結構和各模塊的使用為核心進行編寫的。這樣的教材詳細的解析了單片機的結構和各種功能，有利于學生全面掌握單片機的理論知識。但是對于高職的學生來講這樣的教材是不合適的。結合項目化課程改革，單片機課程的教材必須進行改進，以工作任務為主線，有機的組織理論和實踐知識的學習。新教材應該擯棄原來的章節概念，代之以一個個項目和模塊，將整個理論體系進行有機的、覆蓋性的分解后融入項目和模塊的實現過程中。在每一個項目或模塊的編寫中，應勾勒出本項目所涉及的理論基礎，以方便教師組織學生進行必要的理論準備。同時要給學生提出基本要求和提高要求，使得學生在完成基本的教學任務的同時擁有自主學習、自主創新的空間，方便學有余力的學生進一步提高自己。所有的項目應該秉承由簡入深的原則，通過漸進的學習逐步的提高和完善學生的知識面。

（二）教學方法的改革

在傳統的教學模式中，都是按照單片機的結構體系來授課的，存在很多問題。如單片機系統結構抽象，指令功能多，程序編寫困難等，使學生入門學習望而生畏，嚴重挫傷了學習興趣和熱情。為了解決這些問題，必須進行教學模式改革，引入了項目教學法、案例教學法等教學方法。興趣是最好的老師。在第一次課的緒論中，除了簡要列舉大量圖文并茂的應用案例外，還把“新穎60秒LED旋轉電子鐘”、“高精度程控函數信號發生器”等作品的實物，帶進教室，并簡要介紹它們的工作原理及應用，創建一個“學習《單片機原理及應用》不但有用而且有趣”的情景，從而激發同學們的學習興趣。 轉貼于

壓力是最大的動力。此處的壓力有多層含義：1、責任感的壓力，學好《單片機原理及應用》是工業技術改造和經濟建設的需要，是我們青年人的責任；2、就業的壓力，學好該課程是就業的需要，掌握單片機技術，可以大大拓展就業機會；3、考核的壓力，即學期末每個同學除了常規的筆試、實驗和平時作業外，還有一個5000字以上獨立完成的“單片機應用系統設計”，短學期要完成“新穎60秒LED旋轉電子鐘”或“高精度程控函數信號發生器”等課程設計。以項目任務為教學單元，打破原有界限，不管硬件結構、指令、編程的先后順序，將各部份知識分解成一個個知識點，為了完成一個項目任務抽取每個部份的不同知識點，加以組合，完成第一個項目任務就能清楚單片機的開發過程，完成第二、三個項目任務，就能自已模仿性地編出自已的程序，使得學習過程是一個不斷成功地完成基礎上任務的過程。當所有項目任務全部完成，知識點就全學完了。即便只完成部份項目任務，也可以去做一些程序了——事實并沒有必要學完全部知識才可以去做開發的。

選取大量直接來自于工程實際，自己親自實踐過的應用案例，激發學生的求知欲。利用網絡開展自主學習:為充分發揮校園網的優勢，培養學生自主學習的能力，我們把課程教學大綱、電子教案、教師精心制作的教學課件等教學資源上網供學生自學，并利用電子郵件、系網站的交流園地與學生進行課外交流，為學生答疑解惑，為學生提供了更為廣泛的溝通渠道與環境。不斷根據企業需要來調整教學大綱:單片機技術在不斷發展，其應用也在不斷的變革，市場的需求就是企業的需求，也是我們培養學生的需求，為此我們要根據這些變化的需求來調整教學大綱，培養具有企業需求的技能學生，提高學生的就業技能。

（三）考核方式的改革

傳統教學注重知識和理論的學習，考核以期末閉卷理論考核為主。高職教育在保證新知識傳授和理論系統性的同時，特別強調職業技能的訓練，考核的內容和方式要“以能力的考核為中心”作相應改革。這就是能力與知識、操作與理論并重的考核模式。因此，在傳統的期末閉卷筆試考核基礎上，我們增加了“操作考核”的項目，并且將學生的課外小制作也納入平時成績。

三、開設大型綜合設計實驗，培養學生的創新能力

大型綜合的設計實驗需要在學生完成基礎實驗之后視學生掌握程度而開設，這個環節在整個單片機教學中非常重要，只有經過完整的項目訓練，學生才會建立起完整的系統的概念。學生需要根據設計任務書上的要求（包括軟硬件的資源配置、實驗要求達到的效果）進行設計實驗。這樣的訓練可以將科技方法的訓練、機電綜合設計、創新設計及畢業設計等實踐內容融合到大型綜合設計實驗項目中，使原來分散的小規模設計和訓練集成為一個大型的系統設計項目，從而培養學生的創新能力。此外，在單片機實驗開發的基礎上，在學生參與下開發一些應用板，組成機電一體化的實驗平臺，如我院已經開發出的步進電機的單片機控制實驗平臺。這些訓練可以使學生更加熟悉單片機的組成、工作原理、程序開發、系統的擴展。更重要的是，學生可以積累自己實踐的經驗，增強工程意識，為將來順利進入實際的工程環境打下堅實的基礎。

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作者簡介：許景輝（1978-），男，河北藁城人，西北農林科技大學水利與建筑工程學院，講師；張成鳳（1978-），女，山東安丘人，西北農林科技大學水利與建筑工程學院，講師。（陜西 楊凌 712100）

基金項目：本文系西北農林科技大學本科優質課程建設項目（項目編號：2013-53）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）35-0074-02

“單片機原理及應用”是電氣工程及其自動化專業的一門重要學科基礎課，是專業建設方向中“強弱電結合、軟硬件結合”的重要體現課程之一。該課程幫助學生理解嵌入式控制系統的原理、工作模式和常用芯片參數，是目前信息技術在電力系統中應用的入門級課程和基礎課程。

“單片機原理及應用”經過多年的教學實踐和改革，從教學方法和教學手段上進行了不斷創新，教學效果日益提高。但在新科技時代背景下，隨著現代科學技術的飛速發展，更多的技術和方法可應用到“單片機原理及應用”教學中，為課程改革的不斷推進注入了活力。[1]2012年新的專業目錄調整后，專業課程設置及學時要求發生了一定變化，這也為該課程的改革提出了新的要求。

一、單片機課程教學現狀

單片機課程是目前高校電類專業的骨干課程，雖然從課程名字上有所不同，但教學內容基本為MCS-51單片機基本原理及其應用方法，故課程名字多為“單片機原理”、“單片機原理及應用”、“單片機原理與接口技術”等。根據教學任務要求及課程設置不同，單片機課程學時從32學時到64學時不等。結合現在專業培養方案變化，目前該課程以48學時居多，同時根據教學需要增設1～2周的課程設計。從教學形式上來看，各校基本延續課堂講授和課程實驗相結合的傳統教學模式。由于多媒體的推廣及實驗設備價格的降低，學生知識掌握和實踐動手能力都較過去有了很大進步。以單片機為主的應用電路設計一直是各個學校學生科技創新活動的主流，通過各類實踐活動，學生在畢業時的理論和實踐能力顯著增強，為學生進入工作單位打下了堅實的基礎，受到社會各個用人單位的青睞。

然而，目前單片機教學中也存在很多問題，需要不斷進行教學研究，進一步提高該課程的教學效果。首先，該課程的教學內容需要適度更新，以適應當前社會對單片機技術人才的需求。在課程教學內容上，多年來該課程以MCS-51系列單片機為例，從單片機硬件結構、常用指令、編程方法和單片機硬件擴展等方面進行單片機的教學和實踐鍛煉。但實踐中發現，單片機匯編語句部分應增加C51對照程序以加強學生實際應用開發的能力和水平。在單片機知識結構上，應對目前普遍使用的I2C、SPI、ICP和ISP等加以介紹，讓學生了解目前廣泛采用的單片機技術。除了MCS-51單片機外，還應對日常廣泛采用的PIC和AVR系列單片機進行適當介紹，使學生不至于與實際脫節，降低課程教學效果。在實踐環節中，很多學校仍采用傳統的試驗箱，這雖然在一定程度上方便了學生實驗，但與學生進行單片機系統開發脫節，容易造成學生眼高手低的教學弊病。實踐教學中，應將具有在線可編程功能的單片機引入到實驗課程之中，讓學生真正體驗單片機開發的實際環境，更好地了解系統設計過程及調試過程。結合現代虛擬仿真技術，應將PROTEUS等仿真軟件引入到教學和實踐體系之中，讓學生能夠在理想的環境下進行軟硬件調試，增強學習興趣。

二、單片機課程教學改革實踐

“單片機原理及應用”課程改革主要包括課程內容優化、實踐教學創新、教學方法改革、考核體系完善及創新人才培養等幾個部分，通過不同部分的教學改革實踐，可優化教學內容體系，提高學生綜合素質，培養學生具有“理論基礎扎實、實踐創新能力強”的創新型人才。

1.明確培養目標，優化教學內容

單片機課程是一門理論和實踐性都比較強的課程。由于該課程較為抽象，需要學生用“有限硬件資源”的思想去考慮各類復雜的自動控制問題，這就要求課程的理論教學和實踐教學內容合理，能通過相互補充的方式提高教學效果。目前，“重基礎、寬口徑、重應用、高素質”是電氣專業培養的原則，在這個培養目標下，學生應該掌握堅實的課程基礎，建立較為全面的課程知識結構，在實踐教學環節的基礎上，具有較強的動手實踐和科技創新能力。但在新的專業培養大綱修訂中，專業學時不斷壓縮，因此更需要認真考慮教學內容，滿足現在培養目標的要求。

單片機教材多種多樣，但在教學內容上基本相似。單片機課程內容主要有數字電路基礎、MCS-51單片機硬件結構、單片機指令系統、匯編語言程序設計、單片機中斷及定時/計數器、單片機存儲器及擴展、單片機串行通信、單片機接口技術、D/A和A/D轉換電路設計、單片機系統設計方法、單片機應用及開發舉例等內容。從內容上來看，單片機硬件結構、指令系統及匯編程序設計、中斷及定時/計數器、單片機存儲器及擴展和單片機串行通信等是該課程基礎知識，應通過各種教學手段進行重點講授。不論學時如何壓縮，這些基本內容應該保留并保證教學的實際效果。D/A和A/D轉換理論在數字電路課程中有所介紹，因此可以結合單片機應用及開發舉例等內容進行講授，結合實踐教學要求，還可將其放入到實踐環節之中。單片機匯編語言部分教學內容應補充C51編程方法及實例，但匯編語言不應省略，因為它是鍛煉學生軟硬件編程思維的重要內容，不應過分追求與社會接軌而讓學生建立空中樓閣式的課程知識結構。在串口通信教學中，可對RS-232接口及單片機串口工作方式進行簡要介紹，但應增加I2C、SPI等串口總線教學內容以適應現在硬件接口設計的時代需要。[2]PIC和AVR單片機作為現在單片機應用的主流，在課堂中應對其特點加以介紹。

2.加強實踐教學，提高學生創新能力

單片機課程實踐性非常強，只有通過理論和實踐相結合，學生才能真正掌握單片機的使用方法和應用技巧。單片機課程實踐教學分教學實驗、課程設計兩個部分。兩部分應結合課堂教學內容，相互補充，相互呼應。

在教學試驗中，首先應采用切近實際生產的教學設備。目前很多高校仍采用傳統的實驗仿真箱，這種設備讓學生關注于程序設計，單片機硬件部分只需插線即可完成。從目前教學效果來看，采用這種設備進行教學，學生對軟硬件知識的掌握程度不盡理想。現在廣泛采用的單片機均有ISP（在線可編程）功能，其單片機ROM多采用可擦寫的flash芯片，因此延續過去燒寫器時代的仿真實驗箱將給學生造成錯覺，讓其在實際硬件開發中有種無所適從的感覺。單片機實踐教學要求學生能夠掌握單片機基本指令和使用方法，掌握單片機系統的開發流程及操作技巧，因此需要學生在軟硬件上均應進行實踐鍛煉，這就要求啟動新型實驗教學儀器的應用。目前，單片機開發板功能日益完善，其價格越來越低，因此可以通過單片機開發板，讓學生進入單片機系統開發的實戰環境，真正讓學生對系統硬件結構和軟件指令有一深入的了解和掌握。在實踐教學中，采用了積木式單片機硬件系統，單片機建立最小系統后，其設備均通過經典電路制作成模塊，學生在實驗中要對其電源、總線等設計，需要通過引線組件不同功能電路，這充分鍛煉了學生的動手能力和系統設計能力。

在單片機實踐教學中，PROTEUS軟件是取代傳統實驗仿真箱的另一利器。PROTEUS軟件是英國Labcenter electronics公司開發的EDA軟件，是目前唯一能夠進行單片機軟硬件仿真的計算機輔助軟件。[3]該軟件有豐富的元器件模型庫，能以較為形象的方式進行51系列、PIC系列、AVR系列和ARM7等軟硬件仿真。[3]該軟件注重于器件的關鍵引腳連線，能結合Keil等編程環境，對單片機系統進行主要功能檢驗和輸出結果仿真，這有效提高了單片機學習和開發的效率。PROTEUS軟件在軟件環境中集成了各類檢測儀表，學生只需一臺計算機即可進行相關知識的學習和功能開發，其應用范圍越來越廣。[4]西北農林科技大學（以下簡稱“我校”）根據教學中常用電路及實驗仿真箱等經典電路開發了“基于PROTEUS的單片機實驗平臺”，通過模塊化的方式排列了教學和實踐中常用電路模塊，學生需要通過硬件連線和軟件編程完成相應控制功能，對學生軟硬件設計能力提高起到很大促進作用。

3.采用多種教學手段，不斷提高教學效果

近年來，隨著國家教育改革的不斷深入，“強基礎、寬口徑”已是目前高校專業教學目標的主流，與之呼應的專業培養方案修訂使得專業課程學時不斷壓縮，但教學大綱中對課程內容要求并未減少，這就勢必造成教學效果的下降。為了適應這種狀況，教學中必須采用新式教學方式，以提高教學效率。

現代教學手段中，多媒體授課形式已經不是新的創意，但多媒體課件如何設計卻是一個常說常新的話題。目前，對于如何進行多媒體課件制作的論文已經很多，[5，6]但如何設計課件內容及如何設計內容展示方式的論文卻不多。多媒體教學中，對于抽象的內容需要用POWER POINT中動畫功能予以演示，如單片機工作方式內容講解時，學生很難想象單片機取指令、編譯指令和取數據的過程，而通過動畫顯示的方式，學生就很容易理解PC指針的工作方式以及CPU進行取、解譯和執行指令的過程。現在網上資料非常多，在進行單片機硬件擴展內容講解時，可將學生分成幾組，分別對常用的電容、晶振、液晶顯示器、數碼管等進行型號和圖片的搜集和整理，然后利用課堂5分鐘進行各組的講解和展示，這不但拓展了學生的視野，而且鍛煉了學生的能力，起到了教學相長的目的。

除了多媒體教學外，還應充分利用各種資源，為學生進行立體式教學環境布置。應充分利用板書、多媒體、網絡等手段，揚長避短，充分發揮各自優勢。教師通過板書給學生以思考的時間，利于學生進行理論知識的課堂消化。網絡是目前知識學習的寶庫，豐富的網絡資源為課程難點解答提供了多種版本的解釋，為學生正確理解知識點提供了幫助。比如說單片機型號多樣，課本講解是有限的，學生就可查閱論壇和精品課程網站來了解新知識，各類國家、省級優秀精品課程網站為學生學習提供了良好的平臺。

4.建立多樣考查方式，注重學生學習效果考核

各種教學方式改革，目的是為了給學生提供一個良好的學習環境，因此學生學習效果還需通過多種考核方式進行評測，為學生質量鑒定提供一個標尺。單片機課程應用性較強，死記硬背式的學習方式不能適應現代社會對人才的需求。因此從課程考核方式上應將作業、出勤、實驗報告、課堂測試、大作業及期末考試結合起來，通過教學過程中的引導，調動學生學習積極性。隨著社會思潮對大學校園的沖擊，每一屆學生的學習特點各有不同，因此需靈活確定各類考核比例，引導學生加強某個教學環節的學習和鍛煉。比如說，某屆學生實驗積極性不高，那這屆考核中的實驗出勤和實驗報告比例就要加大，而且其考核比例要及早通知學生，這樣才能引導學生重視實踐教學環節。在不同考核方式中，也應該注重考核形式。如課堂點名時，很多教師拿點名冊進行點名，由于缺課情況無法展示給學生，容易讓不愛上課的學生懈怠。而通過大屏幕式Excell點名，情況就不一樣了。這不僅利于學生出勤情況的統計，還可以讓全體同學掌握各自出勤情況，利于彼此的監督和提醒。

三、積累教學經驗，不斷加強教學創新

不同教學方式的改革都是圍繞創新性人才這個培養目標進行的。已有的教學經驗利于當時的教學，但隨著時代的變化，其教學方式就需要不斷創新。

教學方式改革的主導者是教師，只有加強師資隊伍建設才能形成良好的教學和學風，才能不斷創新教學形式，提高教學水平和效果。在師資隊伍建設中，應通過教案編寫、課程講授、專題研討和學術交流的形式不斷加強教師素質，提高教學水平。應鼓勵和支持教師參加各類單片機產品會和學術團體會議；通過科研活動、全國性技能競賽和學生科技創新活動，積累理論和實踐經驗，為教學工作積累豐富的教學素材；應積極創造教師進修和考察機會，開拓眼界，豐富經驗，為樹立其正確的教學理念創造條件。

學生創新型教育是時代賦予高等教育的目標和使命，是促進國家發展和生產力提高的重要保障。在教學中，應積極引導學生發揮創新性思維用單片機的思維解決生活中的自動控制問題。同時應在作業、課程設計選題及綜合性、設計性實驗項目中積極貫徹創新型人才培養思路，讓學生多動腦、多動手。結合目前實驗室開放和PROTEUS平臺，讓學生多進行創新性思考和科技創新活動。學生素質的進步既是高等教育創新的成果，也是教學創新的動力。

教學創新是課程生命力的動力和源泉，教學改革實踐是課程永葆青春的法寶。教師只有不斷創新，才能讓學生由淺入深、由易到難地進行單片機概念、原理、使用方法的學習，才能通過豐富多樣的實踐創新活動掌握單片機控制系統設計、制造方法，才能培養出一批又一批的高素質創新型人才。

參考文獻：

[1]吳允平.單片機教學改革與學生工程素質和創新意識的培養[J].福建師范大學學報（自然科學版），2004，20（1）：111-113.

[2]翟玉文.單片機課程教學改革探究 [J].吉林化工學院學報，2013，30（4）：34-37.

[3]張靖武，周靈彬.單片機系統的 PROTEUS 設計與仿真[M].北京：電子工業出版社，2007.

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1.引言

《單片機應用技術》是電氣工程及自動化類專業的核心專業課程，也是一門硬件與軟件相結合的實踐應用性極強的綜合性課程。這門課程涉及數字電路、微機原理、匯編語言程序設計等相關知識，邏輯嚴謹、內容抽象，不容易理解。教好《單片機應用技術》這門課程，是對教師在學識、能力、技巧諸方面的一種嚴峻考驗。目前，我校電專業《單片機應用技術》課程教學普遍存在的問題是，大部分學生在掌握基本理論的基礎上，只能看懂教師寫的程序，自己動手編寫程序普遍比較困難。因此，課程教學改革的目標是讓學生能積極動手，將所學的知識運用到單片機產品的設計開發上，能獨立設計制作一般的單片機控制電子產品，使這門課程成為學生所感興趣的課程。筆者以“培養學生分析問題、解決問題的能力，提高實踐動手能力”為目標，在《單片機應用技術》教學中從課程教學內容、教學方法、考核方法三個方面作了一些探討。

2.教學內容的探討

在單片機課程教學過程中，將單片機應用系統作為教學主線貫穿始終。在講授第一堂課時，首先向學生展示并演示單片機應用系統在日常生活中的典型應用實例，如電子時鐘系統、音樂電子琴系統等。通過演示學生建立了單片機應用系統的初步概念，直觀地感受到了單片機應用系統的實際應用，從而明確了本課程學習的目標。

改革教學內容，最重要的是對教學內容進行精選，突出實踐性環節。在教學中，教師應力求做到縱觀全書，抓住關鍵，突出重點，解決難點；把主要時間花在講解重要概念、基本原理和基本方法上，注重講清難點，分析并引導學生掌握課程內容的內在關聯性，而不是把一本書一堂課從頭講到尾。

《單片機應用技術》課程體系包括理論知識講授、實驗和課程設計三大部分，理論知識64課時，實驗12課時，課程設計2周。在理論課教學中，按照“理論教學以應用為目的，以必需、夠用為度”的原則，精選教學內容。單片機理論講授涵蓋的內容包括以下幾個方面的內容：

（1）單片機概念、發展概況、以51為核心的MCS-51系列及其廣泛應用。

（2）MCS-51單片機的邏輯結構，信號引腳，以及內部存儲器；單片機的I/O口的功能，以及時鐘電路與時序、復位方式和復位電路。

（3）單片機的尋址方式、指令系統和偽指令。

（4）程序設計的基本方法，要求學生能獨立編寫一些簡單的程序。

（5）中斷的基本概念、中斷源、中斷控制、中斷響應過程；定時/計數器的功能、控制寄存器及工作方式的應用。

（6）串行通信的基礎知識；MCS-51單片機串行口的UART結構及串行通信控制、MCS-51單片機串行口通信工作方式及其應用。

（7）I/O口的直接使用，I/O編址技術和I/O控制方式、簡單I/O擴展及用8155可編程接口芯片實現I/O擴展。

（8）鍵盤的接口設計和程序設計、LED顯示器的接口設計和程序設計。

（9）存儲器擴展機構及其實現、程序存儲器和數據存儲器的擴展及其地址映像范圍。

（10）單片機與A/D、D/A轉換器的接口及其應用。

在設計實驗教學時，針對教學要點設計實驗內容，引導學生用不同的方法實現同一個任務，讓枯燥的理論知識融會貫通到實踐中去。具體實驗安排為：單片機實驗箱、仿真系統的認識；廣告燈實驗；定時/計數器實驗；中斷系統實驗；數碼管顯示實驗；串并口實驗六個實驗。

兩周的課程設計是學生進行單片機應用能力的綜合訓練，是建立在學生已學完理論課程及實驗教學和相關課程之后所進行的綜合實訓。可給出若干題目，學生按照長處、性格，采取自愿的原則，組織若干個小組。在實施過程中，要求嚴格按照軟件工程的要求，完成實物的制作。要求給出具體的階段計劃、人員分工、設計說明書、原理圖、PCB圖、程序、測試計劃、測試方案、測試結果等。學生通過設計初步了解項目立項、方案論證、電子元器件的選型和焊接、硬件設計、軟件設計、系統調試等全過程，充分發掘學生的潛能和創新意識。另外，組織學生到實習基地實習，通過多種形式的實踐環節，著重培養學生對于單片機系統的綜合分析能力和實際應用能力。

3.教學方法的探討

在教學方法上，教師不僅要向學生傳授知識，更要教會學生學習的方法，培養學生的知識處理及知識轉換能力和分析問題、解決問題能力及創新能力。

（1）在講解一個新的理論時，強調以實際應用引入理論體系。以一個具體的項目實例為主線，理論教學和實踐教學均圍繞如何實現這個項目進行。

比如在講MCS－5l單片機匯編語言程序設計時，通過具體的課題提出問題，比如“廣告燈如何控制？”“十字路通燈如何控制？”在講定時計數器時，給學生提出“電子鐘如何實現”的課題。每一章節圍繞“提出問題，思考問題，解決問題”的思路，使學生達到理解和靈活應用知識的目的，引導學生在不同的設計方案中尋求設計程序的最佳方案，激發學生的學習興趣和成就感。學生在學習單片機知識的同時學會解決實際工程應用問題的思路和手段，通過采用“教”“學”“做”合一的方法，筆者不僅向學生傳授了知識，而且教會了學生學習的方法，鍛煉了學生動手能力。

（2）在教學手段上，多媒體教學和板書教學相結合，教學內容中涉及邏輯圖、原理圖、結構圖等圖、表之類的知識時，采用多媒體教學更加直觀，比如單片機內部邏輯結構、中斷控制系統等內容采用多媒體教學。另外，用MCS-51仿真軟件直接在課堂上對程序進行運行調試、與理論配套的相關器件的演示等。基本的重要的概念反復強調，貫穿整個教學活動。

（3）硬件和軟件結合緊密是《單片機應用技術》課程的特點之一。在教學上筆者采取了一些教學方法，比如直觀教學法。在介紹“什么是單片機”時，將單片機芯片實物展示給學生，使學生了解到在這樣一個小小的集成電路芯片中集成了微型計算機的主要部件，用這種方法給學生建立起單片機的感性認識。在硬件知識的講解上，力求教學內容的條理性。比如，在講授“單片機中斷系統”時，畫出中斷過程結構圖，將中斷系統所有的知識點全部標識在結構圖中，按照“中斷源―中斷控制寄存器―中斷響應―中斷處理―中斷返回”的思路講解中斷系統，使學生有一個明確的學習思路。

在講解“程序設計”這一章時筆者作了這樣的處理：在順序、分支、循環三種結構的程序中各舉一個例子，重點放在講述解題思路上面，而將其它各種類型的程序設計的內容放在習題課中進行講解。這樣使得學生能夠及時將所學的理論應用于實踐，使前面提到的教學規劃得以實施。

（4）在組織課堂教學時，注意調動學生的主觀能動性，啟發學生，多用提問的方式，讓學生自己動腦筋解決問題。在每一章節中為幾個知識點設計提問和討論，使學生不是完全被動地聽課，而是邊學邊想、邊學邊問。另外，交互式教學方法在實踐中也是切實可行的。以學生為中心，進行分組教學，這樣既可以提高學生的自主性學好知識，又可以因材施教，更可以提高學生的團結與協作能力，而這種能力在產品開發過程中更是不可缺少的。

4.考核方法的探討

目前的考試形式尚存在諸多問題：

（1）考試內容不合理。考試內容局限于教材，每到期末復習時給學生劃范圍、定重點，這樣助長了一部分學生的惰性，有些學生會認為平時可以不來聽課，只要最后一節復習課來了劃好范圍就能過關，造成了學生實際掌握知識的程度和卷面成績不相一致的后果，嚴重降低了教學質量和教學意義。

（2）考試方式單一。考試閉卷多，開卷少；筆試多，口試、答辯方式少，理論考試多，技能、操作、實踐能力考查少；一次考試定結論多，數次考試綜合評價少。

（3）考試題型不合理。客觀性試題比例大，而綜合性題少，這很不利于學生思維、分析、綜合能力的培養和創新精神的形成。

針對以上幾點問題，筆者對《單片機應用技術》課程的考核方法的改革提出以下幾點思考：

（1）豐富考試方法。根據《單片機原理及應用》課程的特點，我們可以采用筆試、口試、做設計、寫論文、進行實際操作，以及開卷、閉卷等多種方式。考試如果能夠強調能力，必然會引導教學走上“打好基礎、培養能力、發展智力”的正確軌道。

（2）改革考試成績評定分布。考前不劃重點，嚴肅考場紀律。堅持集體閱卷，閱卷后對試卷進行分析。平時成績占40%，包括出勤、作業、課堂回答問題的能力；實驗占30%，包括實驗報告成績及實驗考試成績。這些在課程開始即告之學生。由于平時成績占比例較高，學生從一開始就會注意避免重理論、輕實際，重考試、輕能力的傾向。另外，教學結束后，教師根據學生的專業，以及學習情況讓學生按要求完成一個綜合設計實驗，作為學生本門課程總成績的加分項。

（3）合理分配考試題型。針對大綱的要求，教師應合理分配客觀題目和主觀題目的比例，注重考核學生熟悉運用知識的能力。

（4）建立考試結果分析制度，不斷總結教學經驗。當發現問題時，教師應及時糾正，拓寬、疏通教學質量的有效反饋渠道，建立健全溝通機制。

5.結語

《單片機應用技術》是高職電專業學生一門重要的技術課程，學好該課程不但要掌握硬件知識，還要掌握軟件知識，是學生感到最難學的一門技術課之一。筆者本著激發學生的學習興趣，擴大學生的知識面，培養學生的創新精神的原則，提出了《單片機應用技術》課程改革的具體思路，所探討的教學的內容、方式和考核方法已經部分在實際教學過程中得到貫徹，有了一些初步的成果。《單片機應用技術》發展極快，要講好該門課程，教師要具有相當的實踐經驗和科研能力，并且要不斷地學習充實自己。教學是一門藝術，教學過程是一項復雜的系統工程，要建立一個完善的、更加合理的單片機課程教學體系，我們還需要不斷地進行探索和實踐。

參考文獻：

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隨著自動化技術、計算機技術和網絡通信技術的飛速發展和廣泛應用，論文工業過程的智能化、自動化監測與控制系統的應用日益廣泛．單片機系統由于其抗干擾性能較好被大量應用到工業過程控制的各個領域。因為工業現場環境較惡劣，單片機系統在使用過程中通常會出現一些設計時想不到的新情況、新問題，這就需要進一步修改和完善．因此，有必要設計一套單片機綜合實驗系統，根據工業現場反饋的各種問題，隨時對系統中的功能模塊進行實驗研究和分析，解決工程實際問題．本文設計的這套單片機綜合實驗系統具有自動采集多路模擬量、對采集的數據進行處理和顯示、根據設定的參數自動調節和控制輸出、與計算機進行遠距離數據通信等功能．

1系統組成及工作原理

綜合實驗系統主要由以下幾部分組成：89C51單片機及其仿真系統，溫度、壓力等模擬量傳感器及其接口電路，A／D轉換模塊，數據存儲模塊，按鍵控制模塊，日歷時鐘模塊，看門狗電路模塊，FP—GA模塊，液晶顯示模塊，通信模塊及上位計算機，其組成框圖如圖1所示．系統采用89C51單片機作為主控芯片，A／D轉換模塊將多路模擬信號轉換為數字信號；外部數據存儲模塊為該系統采集的數據提供存儲空間；按鍵控制模塊向CPU傳回鍵值，用來設置和調節系統參數；日歷時鐘芯片不僅可以給系統提供準確的時間，而且為系統提供掉電保護功能；看門狗電路模塊為系統提供了精確復位和低電壓監控功能，一旦系統出現故障或程序跑飛，它就可以在超時周期之后使CPU復位，提高系統的整體可靠性和抗干擾能力．FPGA模塊是現場可編程邏輯門陣列，通過編程可將它作為多種數字邏輯器件使用；LCD液晶顯示模塊可以同時顯示多行字符及自造圖形，主要用來顯示采集到的數據、系統時間等；兼容RS485和RS232兩種協議的全雙工串行通信接口，可以與上位計算機進行遠(約1200m)近(約15m)距離的數據通信[1]；上位計算機將接收的數據進行存儲、顯示、繪制模擬曲線、打印曲線和數據文件，按照用戶的具體要求作進一步的數據分析和處理，同時發送控制參數，對被測對象的溫度、壓力等進行控制和調節．

2系統硬件設計

2．1單片機仿真系統

單片機仿真系統可以模擬CPU在仿真機上運行用戶程序(程序和數據存儲器借用仿真機的)，也可以連接外部電路來實現動態監測與控制功能．仿真機一般都具有單片機的基本功能部件，如CPU、RAM、用戶程序存儲區、鍵盤等；具有單步、設置斷點(以便隨時觀察內部各RAM、特殊功能寄存器的數據變化)、連續運行用戶程序的功能[2]．

監控程序放置在仿真機內，要仿真的CPU器件位于仿真機外仿真線的端頭，畢業論文更換不同的仿真頭和CPU，該機可以仿真8031、89C2051、89C51等類型的單片機，該機的調試軟件可以直接編輯匯編源程序．通過仿真機進行編程和調試減少了對芯片的頻繁寫人、擦除和修改操作，只有當程序調試順利通過才將程序寫入芯片，編程方便且節省時間．

2．2傳感器的選擇及信號變送電路的設計

傳感器作為系統的感知器件，直接影響著系統的精度和穩定性．本實驗系統中，溫度傳感器選用精度高，線性度好，使用方便的LM335傳感器；壓力傳感器選用標準應變式壓力傳感器，它具有精度高、響應速度快、分辨率高等特點．傳感器接El電路的設計采用了模塊化設計方法，設計了溫度、壓力等專門接口電路，直接與上述各種傳感器相連．由于從傳感器輸出的模擬電信號非常微弱，需對這些模擬信號進行放大，同時為了確保信號不失真，選用了線性度好、抗干擾能力強的高精度運放OP07，其特點是輸入失調電壓較高、溫漂較小、開環電壓增益較高、共模抑制比較大，它輸出的模擬信號經10位A／D轉換器TLC1543轉換成數字信號后，送人89C51進行處理．

2．3通信模塊的設計

計算機(PC)串行通信端口是RS232負邏輯電平，該實驗系統上既有RS232接El，又有RS485接口，可以通過RS232總線進行點對點通信，也可以通過RS485總線進行多機通信_3]，RS485總線上最多可掛接32個綜合實驗系統，總體布局如圖2所示．所以實現計算機和該實驗系統之間的近距離通信，通過RS232接口即可；若要實現計算機和該實驗系統之間的遠距離通信，則必須將RS232電平轉換為RS485電平后，才可將實驗系統掛接在RS485總線上．RS232-RS485電平轉換原理如圖3所示，通過MAX485的差動輸入(A、B)與RS485總線相連進行信號的收／發，由于RS485總線上只能進行半雙工通信，所以MAX232和MAX485之間除了接收和發送線外，還有一個信號線來控制MAX485的接收使能(RE)和發送使能(DE)，在PC與RS232相連的這一側，通過PC的請求發送(RTS)來控制．

2．4串行總線I*2C

I*2C總線是PHILIPS公司開發的一種簡單、雙向二線制串行總線[4]．它只需兩根線(串行時鐘線SCL和串行數據線SDA)就能完成掛接在總線上的若干個IC器件與微處理器之問的數據交換．該實驗系統采用具有IC總線接口的看門狗芯片CATll61和可編程實時時鐘芯片PCF8563，由于單片機89C51自身沒有IC總線接口，所以采用軟件合成IC總線與它們相接．

IC串行總線與并行總線的最大區別在于：并行總線有地址總線，CPU通過地址總線訪問從器件；而IC總線利用數據傳送中的前幾個字節傳送地址信息，所以占用CPU的口線大大減少[5]．隨著智能化測控儀器日趨小型化和集成化，IC串行總線正在逐步取代傳統的并行總線．．5抗干擾設計

工業監控現場工作環境一般較差，干擾較嚴重，為了保證系統可靠工作，必須解決抗干擾問題．針對工業監控現場可能產生的干擾、干擾來源、傳播途徑等，采用了軟硬件方法對系統進行抗干擾設計．硬件抗干擾設計主要包括：對電源噪聲進行濾波、大功率驅動電路接口進行光電隔離、集成電路芯片的VCC與地之間并連電容、優化電路板的布線、看門狗監控等；軟件抗干擾設計主要包括：軟件陷阱、軟件自恢復、數字濾波、求平均值等．

對于數據輸入通道的干擾，采用軟硬件結合的方法進行濾波．當存在隨機干擾而使被測信號中混入了無用成分時，碩士論文首先經過一個時間連續的RC濾波電路，再經A／D變換成二進制數字量后，進行數字濾波．因為硬件濾波能很好地抑制高頻干擾，而對低頻干擾的濾波效果卻較差；而軟件數字濾波算法對低頻干擾具有較好的抑制能力．

在控制強電設備的開關量輸出通道中，為防止現場強電磁干擾或工頻電壓通過輸出通道反串到監控系統，采用了光電隔離技術．因為光信號的傳輸不受電場、磁場的干擾，可有效地防止干擾信號因耦合而進入系統，達到電氣隔離的效果．

3系統軟件設計

系統軟件包括單片機軟件和PC機軟件．單片機軟件采用模塊化結構，利用MCS一51匯編語言編寫．根據要實現的功能，該軟件由主程序以及數據采集、A／D轉換、數據通信、日歷時鐘編程、鍵盤中斷調控、液晶顯示、D／A轉換、數碼管顯示等程序模塊組成．下面以加熱爐的爐溫控制為例，給出系統程序流程圖如圖4所示．

PC機軟件的主要功能是對單片機系統采集的數據進行存儲、處理、動態模擬顯示、報表繪制、打印輸出等．PC機軟件采用VisualBasic6．0編寫，醫學論文PC機與單片機之間的實時通信程序主要是通過計算機的串行通訊口進行數據的實時采集和雙向通信，此外，PC機程序還將單片機采集過來的數據按照用戶的具體要求進行動態顯示、數據統計、生成報表和數據文件等，并對不同情況下得到的數據進行對比分析，總結出變化規律．

4實驗結果與分析

為了測試該系統的實時性，將5臺綜合實驗系統與工業計算機組成分布式多機通信系統，單片機串口工作方式1(傳送一幀信息10位)，波特率2400bps，一幀數據采用5個字節(其中數據占2個字節是因為A／D轉換結果是10位)的格式，如表1所示．5臺實驗系統各采集一次數據給PC機傳送時，理論上連續發送速率為2400／(10*5*5)===9．6次／s．經過測試發現，計算機在120ms后收到了5臺綜合實驗系統發送的共250位數據，實際發送速率約為8次／s，這是因為有狀態轉換和等待時間；為了測試系統的可靠性和穩定性，將調試好的程序寫入單片機芯片，使系統連續運行，120h后觀察系統仍然在按設定的流程工作，沒有出現死機現象．該系統經過多次改進和實驗驗證后，據此設計了工業加熱爐爐溫控制系統并在工業現場安裝使用，結果系統能連續正常工作(工業計算機故障除外)，測量隨機誤差為±0．01℃，控制結果滿

足了實際要求．

5結論

該綜合實驗系統不僅能為以單片機為核心的系統前期探索研究提供一種方便的實驗裝置，而且能在遠離工業現場的實驗室解決工業應用中的實際問題．實驗結果表明該系統可以將許多分散的實驗項目整合在一起進行研究和分析，節約資源，降低成本；實驗數據正確率高，通信實時性強，系統工作可靠；單片機串行網絡構成的分布式通訊系統靈活性強，易于擴充，其基本原理適用于工業現場的分布式數據采集、檢測及控制系統，具有很大的實用價值．

參考文獻：

[1]李朝青．PC機及單片機數據通信技術[M]．北京：北京航空航天大學出版，2001．

LIChao-qing．DataCommunicationTechnologyofPCandSCM[M]．Beijing：BeijingUniversityofAero—nauticsandSpaceflightPress，2001．(inChinese)

[2]楊文龍．單片機原理及應用[M]．西安：西安電子科技大學出版社，1993．

YANGWen—long．PrincipleandApplicationofSCM[M]．Xi’an：Xi’anUniversityofElectronicsTechnol-ogyPress，1993．(inChinese)

篇10

1、嵌入式系統的概述

（1）從技術的角度定義：嵌入式系統是以應用為中心，基礎是計算機，能夠適應應用系統對功能、可靠性、及功耗嚴格要求的專用計算機。

（2）從系統的角度定義：嵌入式系統是能夠完成復雜功能的軟件和硬件的組合，并使其緊密粘合在一起的計算機系統。“嵌入式”反映出的這些系統是更大系統中的一個完整部分，稱為嵌入式系統。

2、Proteus、ARM軟件介紹

Proteus是由英國Labcenter公司開發的嵌入式系統仿真及開發平臺，該軟件具有以下特點：

（1）能進行智能原理布圖；進行單片機軟件調試和單片機與外圍電路的協同仿真；滿足單片機軟件仿真系統的標準。

（2）支持常見的單片機類型和飛利浦公司ARM7（ LPC系列） 處理器及常見的外圍器件如8255，ADC0809。

（3）可以與Keil Version3，ADS1兩個集成開發環境結合，，把用匯編和C語言編寫的程序編譯后，進行軟、硬件結合的系統仿真。

3、Proteus軟件的應用

3.1 Proteus軟件在教學中的應用

在教學的過程中，老師可以將Proteus和Keil 建立的虛擬實驗平臺搬到課堂上，能夠將實踐教學和理論教學融為一體，從而讓教學的效果得到提高。下面筆者引進一個實際的課堂教學實例。在講到外部中斷處理過程這一章節時，我們可以將Proteus和Keil進行聯調，然后通過仿真處理的步驟，可將單片機處理中斷的軟件執行過程以及單片機內部資源變化的情況以一種直觀地感受呈現給學生，從而能夠達到單純的理論教學難以達到的效果。

在運行Protues軟件的狀態下，按住Proteus中的電路閉合鍵，P3.2引腳會有一個下跳沿，PC= 0x0003H，指向AJMP INT0的轉移命令，堆棧的指針SP= 0.9H，數據存儲器的0.8H和0.9H單元存放著0.1H和0.5H，即該處存放著下一條指令的地址。因此，學生能夠迅速的知道，當外部有中斷地請求時，程序的自動存儲功能可以保存斷點的地址，同時程序將會轉到中斷服務程序的入口地址，因為中斷請求是由外部中斷0產生的，因此程序就會轉到外部中斷0的入口地址0003H。通過外部中斷執行的例子我們可以看出，在課堂教學上使用Protues和Keil 聯調建立的實驗平臺，我們可以將許多抽象概念直觀的介紹給學生，使學生不僅能觀察到軟件執行時單片機內部的I/ O口和存儲器的變化，還可以觀察到軟件程序和外圍電路之間的互動過程。

3.2 Proteus軟件的應用

目前所擁有的單片機實驗教學包括兩個關鍵的環節，即課內的實驗以及課程的設計。所有的實驗操作步驟基本上都是在實驗箱上完成的。由于受硬件實驗箱結構以及資源的限制，學生在做實驗的時候不能將所學的知識和軟件充分的融會貫通。所以當我們的學生進行自主設計的時候，很多的學生幾乎無法完成綜合性的實驗。假設采用了Proteus軟件的仿真實驗，就可以彌補硬件實驗能力的不足。基于Proteus軟件的實驗可以分為以下3個階段。

（1）驗證階段。此階段的主要任務是讓學生熟悉Proteus與Keil軟件的運行環境，使學生對單片機虛擬系統的仿真有自身的認識。實驗指導方面的教材只需要列出實驗的任務和要求、Proteus軟件的實驗原理圖、操作的步驟、流程以及和程序相關的源代碼等。學生就可可自行根據實驗步驟或實驗操作得到錄像進行操作、調試，以及觀察程序的運行結果。

（2）程序設計階段。這個階段主要是培養學生用Proteus繪制系統原理圖，以及使用Keil軟件進行源程序設計的能力，學生可以根據實驗的原理圖用Proteus繪制硬件電路圖，按照實驗的要求完成程序的設計，在Keil的環境下編寫出源代碼，調試成功后，加載程序到Proteus硬件圖仿真。

（3）綜合學習階段。此階段的主要目的是激發學生學習興趣，提高學生的主觀能動性、以及培養學生的創新能力。學生自主的根據實驗的任務和要求設計出硬件額電路（包括CPU型號、元器件及參數的設置等） 并繪制出Proteus的硬件原理圖；根據硬件的功能模塊對軟件進行設計。完成對軟硬件設計之后，需對兩者進行聯調，充分利用Proteus與Keil軟件間的聯合仿真的功能，及時的發現并改正硬件電路以及程序源代碼的錯誤。系統仿真成功后，再進行實物的制作。在對課程的設計環節中，需要學生在Proteus環境下繪制出硬件的電路圖，在Keil軟件中編寫出設計程序的源代碼，并且在設計硬件電路時后盡可能的考慮到實驗箱的有限資源，便于在Keil中編寫的程序能夠更好的被移植到實驗箱上。學生可以針對不同的應用類型，選擇最適合的單片機，而不是僅僅局限于課堂上常講解到的單片機。學生也可在聯合仿真成功之后，再去進行電路的焊接、軟件系統的調試以及程序的固化等，可以避免因設計方案的不正確所造成的不必要的浪費。

4、結語

Proteus和ARM的嵌入式軟件在教學中的運用，能充分的利用機房的現有設備，減少了實驗設備的硬件維護又與實際的工程系統接近，拉近學習和就業之間的距離。實踐證明，這種嵌入式的教學方法不但能降低成本，經濟優勢明顯，而且還具有較高的推廣價值。

參考文獻

[1]萬軍，馬正華.嵌入式系統及應用課程實踐教學的研究[J].中國現代教育裝備，2009（15）：7779.