单片机原理十篇

单片机原理篇1

【关键词】高精度串行A/D；CS5523；单片机

1.引言

在工业控制过程、医疗器械及仪器仪表等许多应用中，对系统的速度、功耗及成本等性能的要求越来越高。为了满足这些要求，迫使设计工程师进一步求助数字电路、尤其是模数转换器ADC。这些集成化的ADC包括了完整的前端系统，保证了低电压、低功耗方式工作，在更大程度上降低系统成本。下面介绍一种高精度、硬件电路简单、计量精确、抗干扰性好、性能稳定可靠、性价比高的A/D转换芯片CS5523。

2.CS5523简介

CS5523是CIRRUS LOGIC公司生产的16位高精度串行A/D芯片。其内部结构框图如图1所示。

CS5523芯片内集成了一个仪表放大器、一个可编程增益放大器、多路开关、数字滤波器、自校正和系统校正电路。通过简单的串行连接，CS5523可方便地由MCU控制，以实现多通道高精度的A/D转换。主要特性如下：

底输入电流（100pA）和用斩波器稳定的一仪器放大器；

可升级的输入跨距（双极/单级）；

宽VREF输入范围（+1伏至+5伏）；

4阶Delta-Sigma模/数转换器；

3线制串行接口；

系统校准和自校准；

8个可选择的输出率；

单电源+5V供电；

低功耗；5.5mW；

24脚SSOP和PDIP两种封装。

3.CS5523在MCS-51单片机系统中的应用

3.1 硬件接口

CS5523以串行接口方式与单片机接口。CS5523的SDI、SDO、SCLK、CS引脚分别和STC89C52RC单片机的P10～P13口相连。图2是CS5523与STC89C52RC单片机接口的硬件原理图。

单片机通过P10～P13口来控制CS5523，并读取转换结果。图2中采用32.768KHz外部时钟。CS5523的模拟信号有单端输入和差分输入两种，这里采用单端输入方式。AIN1-、AIN2-、AIN3-、AIN4-分别接地。外部模拟信号的调理和放大电路，以及基准电压电路这里不作为重点，并未给出。

3.2 软件设计

如图2所示，单片机STC89C52RC和CS5523的通信采用采用串行通信方式。STC89C52RC的P10～P13口对CS5523进行控制及数据传输。图3为STC89C52RC操作CS5523的总的时序图，对CS5523的操作软件都是以时序图为基础编写的。这里，只给出了几个基本的读写数据和命令的子程序，仅供参考。CS5523总的控制程序是在这几个子程序基础上实现的，这里不做介绍。

uchar SPI_HostReadByte()

{

uchar idata i,rByte;

rByte = 0;

for(i=0;i

{

SPISCK = 0;

SPISCK = 1;

rByte

rByte |= SPISO;

}

return rByte;

}

void

SPI_HostWriteByte(uchar wByte)

{

uchar idata i;

for(i=0;i

{

if(((wByte

{

SPISI = 1;

}

else

{

SPISI = 0;

}

SPISCK = 0;

SPISCK = 1;

}

}

void Cs5523ReadAdData()

{

uchar i;

SPISCK = 0;

NOP;

if (PartSelect == 1)

{

CS1 = 0;

CS2 = 1;

}

else if (PartSelect == 2)

{

CS1 = 1;

CS2 = 0;

}

else

{

CS1 = 1;

CS2 = 1;

}

PerformConver = 0x98;

SPI_HostWriteByte(PerformConver);

SPISO = 1;

while(SPISO == 1);

PerformConver = 0x00;

SPI_HostWriteByte(PerformConver);

for (i = 0;i < 12 ;i++)

{

ReadBuffer[i]=SPI_HostReadByte();

}

}

void Cs5523WriteData(uchar GeShu)

{

uchar i;

for (i = 0;i < GeShu ;i++)

{

SPI_HostWriteByte(ReadBuffer[i]);

}}

void WriteCommand(uchar Commandcs){

SPI_HostWriteByte(Commandcs);}

4.总结

该芯片以成功应用于油田采油现场数据采集系统。运行一年来，系统稳定。

参考文献：

[1]CIRRUS LOGIC公司CS5523芯片数据手册.

[2]马忠梅等,编著.单片机的C语言应用程序设计[M].北京航空航天大学出版社,2005.

单片机原理篇2

【关键词】单片机；Proteus；教学改革

Abstract：This article analyzes the drawback of the MCU teaching in the high school，and proposes a reform measure of single chip computer based on proteus and keil simulation software，makes up for the drawback of traditional teaching method.This method enriches the theory teaching methods，motivates students’interest，and training students’practical ability.

key words：MCU；proteus；Teaching reform

由于单片机体积小、可靠性高、功能较强、价格便宜以及应用广泛等诸多优点，被广泛应用于工业控制、自动化设备、仪器仪表、现代化家电以及通信等各个领域。单片机原理及应用课程是高等院校自动化、电气工程及其自动化和电子信息工程等专业的一门专业基础课，在学生以后的毕业设计、电子竞赛和工作中会起到很大的作用。单片机原理及应用课程已经成为各大学和高职院校机相关专业开始的一门重要的课程。然而，在传统教学中，这门课程的教学偏重理论教学，而且实践教学内容老旧，不能跟随时代的发展而进行相应的调整[1]。单片机课程的教学需要老师能够转变教学观念，从注重知识向注重技能教学进行转变。本文探讨了基于Proteus仿真软件的单片机教学，希望能为广大单片机教学工作者提供一点思考。

1.单片机目前教学中存在的问题

传统的单片机课程教学存在许多问题，主要表现在课堂教学主要以PPT形式讲解内容，缺乏生动性和演示效果；单片机实验主要以实验箱为主，只能完成一些基础性实验，很难实现现代实验教学改革中提出的“优化课内，强化课外”的实验教学意识。不利于学生综合知识体系的建立，更不利于培养学生的创新思维和创新能力[2]；上课及实验以汇编语言教学为主，主要的实验内容为指令的操作训练及部分外设的简单编程。此种教学实验方法已经远远落后于社会对单片机开发设计人才的需要。培养出来的学生在毕业设计需要进行单片机综合设计的时候表现出不知所措，也不知道如何进行芯片选型，更不必说如何进行完整的系统方案设计[3]。这些都是以往单片机教学中存在的问题

2.教学改革手段

将Proteus和Keil引入到单片机课堂教学。Proteus软件是英国Labcenter Electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及器件。此外，Proteus软件具有强大的单片机原理图制作能力，并且能对设计的电路图进行实时交互式仿真，能为设计人员提供多种虚拟仪器。它是目前最好的仿真单片机及器件的工具。目前，该软件在国内已经受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师以及致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐[4][5]。

下面笔者以一个实例为例来介绍基于Proteus和Keil的单片机教学方法。实例主要包括单片机AT89C51、串口、七段共阳极显示数码管。串口采用查询法接收数据。查询法的原理是不停的检测串口接收中断标志RI，当RI等于1时，代表接收到数据，立即将RI标志手动清零。然后将接收到的数据转换成数码管可以显示的代码，然后送P1口显示[6]。同时，将接收到的数据通过串口回传。仿真时要用到串口调试助手，本文采用的串口调试软件为ComMaster。将串口调试软件和Proteus中的串口的接口和波特率设置好以后，就可以通过ComMaster把数据传送到单片机，同时会接收到回传的数据。可以观察接收到的数据和发送的收据是否一致，这样也可以检验程序设计的是否有问题。

图1 单片机串口接收数据并显示

图2 Keil开发编译环境

需要注意的是Proteus仿真软件中，单片机与PC串口连接时单片机RXD与PC串口的RXD连接，单片机的TXD与PC机的TXD相连，而实际的单片机开发板与PC机相连的时候，单片机的RXD要与PC机的TXD相连。

通过结合Proteus软件和Keil C51软件对51单片机的串口进行仿真后，学生能对51单片机串口的硬件电路设计和程序设计有一个很好的理解。同时，此案例能够将51单片机和PC机串口通信的问题在学生脑海中建立一个直观的印象，加深学生对本次授课内容的理解和直观感受。

3.结束语

Proteus和Keil仿真软件的引入，从某种程度上说是弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾和现象。采用Proteus仿真软件结合Keil C51单片机开发环境，能够解决目前单片机教学中教学案例陈旧、设备更新速度慢等问题，提高了单片机课程的教学质量，对于提升学生的单片机设计能力和创新能力具有非常明显的效果。本文所讨论的单片机教学改革形式已经在时间教学过程中得到实施，有了一些初步的成果：学生的学习积极性得到提高，教学的效果有了提升。

参考文献

[1]唐雨红.基于Proteus的《单片机原理及应用》教学应用研究[J].江苏教育学院学报，2013，29（1）：33-34.

[2]袁锋伟，赵立宏，朱慧玲，等.基于Proteus的单片机课程教学与实验改革[J].实验室研究与探索，2007，26 （12）：75-78.

[3]张晴，刘为.单片机实验教学改革[J].实验室研究与探索，2003，22（4）：27-28.

[4]张宏伟，阎有运，王新.单片机实践教学中所存在问题[J].实验室研究与探索，2009，28（4）：206-208.

[5]陈晓雯.单片机教学改革的研究与实践[J].信息与电脑，2011，5（2）：202-203.

单片机原理篇3

关键词：STM32单片机 原理 硬件电路设计

中图分类号： TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）11-0000-00

STM32是一种ARM Cortex-O内核，是专门针对低功耗、低成本、高性能嵌入式应用所设计的，根据其不同的内核架构，可分为很多种不同的产品。在STM32单片机当中，采用了ARM较为先进架构的内核，其实施性能和功耗控制等都较为优良，能够最大限度的进行整合与集成，同时便于开发，能够让产品更加迅速的进入市场。在实际应用中，主要分为基础型、智能型、高级型等产品类型。

1 STM32单片机的原理

1.1系统架构

STM32单片机的研发和应用，成功的取代了过去的低端单片机，是一种处理速度较高的新型处理器，具有十分丰富的内置资源，集成了两路高级定时器和12位的AD，同时涉及了针对嵌入式应用底层化的新型内核。在STM32单片机当中，根据存储空间的大小和使用性能的强弱，主要可分为通用型和增强型。在时钟频率方面，二者存在着较为明显的差别，增强型单片机的MCU时钟能够达到72兆赫的最高频率，性能十分突出。在两种不同类型的STM32单片机中，都设置了相应的闪存，其区别在于外设接口方式和容量大小不同。

1.2 I/O模式和速率选择

采用软件进行编程，能够使STM32单片机输出50兆赫、10兆赫、2兆赫等不同的输出功率。通过提高GPIO端口相应内部电路的速率，能够将单片机的输出速率提高。在设置GPIO速率的过程中，可以利用软件的MODE寄存器来进行。在STM32单片机的GPIO输入模式中，主要包含浮空输入、下拉输入、上拉输入、模拟输入等模式，而在输出模式当中，则主要包括开漏复用输出、推挽输出、推挽复用输出、开漏输出等模式。

1.3 GPIO模式配置

在STM32单片机的模式配置中，可利用相关软件配置成8种不同的模式，从而实现单片机通用的输出和输入模式，其通用输入输出引脚被划分为不同的组别。

1.4 功能

由于STM32单片机中应用了72兆赫的CPU，因此基本上能够实现零等待。在处理数据的过程中，无需额外的响应时间，仅在一个及其周期内，就能够完成运算乘除法。该单片机的GPIO接口十分丰富，引脚的数量能够达到114个。其中，能够兼容5V的通用I/O接口数量为80个，因而STM32单片机能够有效的处理很多的5V模块。此外，其中还配置了16个外部中断，并将两个12位的模数转换器挂载到内部总线上，从而实现了保持采集数据和多重采集数据的功能。在其内部，还集成有温度传感器。在处理器的定位方面，STM32是ARM类型的处理器，因此相比于普通的单片机，其在各个方面都具有更为优良的性能。在单片机内部集成了高级定时器、通用定时器、基本定时期，总数能够达到7个。在与设备进行通信的过程中，集成了SPI接口、USB接口、CAN接口、USART接口等，从而与大多数的接口协议芯片都能够实现顺利的信息通信。此外，在单片机内部还集成了DMA直接存取寄存器，在向处理器传输数据的时候，不会占用CUP的处理时间，从而提高了单片机的整体工作效率。

2 STM32单片机硬件电路设计

2.1复位电路

如果STM32单片机处于休眠状态或程序不可控状态，可以通过重新上电的方式来进行初始化。不过，更好的方式是加装一个复位按键，从而避免了重复上电对系统所带来的影响。复位功能是连接单片机引脚和电容，使之形成回路，在按键时通过充放电实现初始化。因此，只需在按键位置设置一个电容形成回路，这样在按下按键的时候，电容就能够完成充放电，具体电路如图1所示。

2.2供电模块

STM32单片机是32位低功耗的高速MCU，具有较高的性价比。在工作中，只需要利用USB线与计算机相连，就能够实现其运行和工作。不过，由于STM32中采用的处理器内核具有较宽的供电范围，因此在大多数时候，会采取适中的电压进行供电。在实际操作中，可以基础过去的51单片机电源，利用ASM1117进行压降，从而满足STM32的供电需求。该供电电路能够兼顾到电源自身的波动性和系统的稳定性，从而在电源的输入端和输出端加装滤波电容，具体的电路如图2所示。

2.3外设ADC转换电路

由于浓度、湿度、光强、电流等无法直接显示，因此需要将模拟量转化为数字量，从而方便单片机的数据处理和人机交互。在STM32单片机的核心芯片中，挂载了ADC外设，同时在单片机内部嵌入了3个相互独立的12位ADC，从而实现了模拟量和数字量的转化。

3结语

STM32单片机相关领域当中一个十分重要的设备，该单片机以其优良的性能、较高的工作效率，受到了十分广泛的应用。随着相关领域工作研究的不断发展和进步，为了进一步提高STM32单片机的性能，应当对其原理和硬件电路设计进行研究，从而针对实际工作进行优化和改善，使STM32单片机能够发挥出更为良好的作用。

参考文献

单片机原理篇4

关键词：单片机；嵌入式系统；检测电路

一、紧紧围绕教学目标修订教学大纲

根据单片机课程的教学目标，本着以学生为本、淡化理论、突出实用、加强实践、力求知识的系统和完整为原则，重新修订了教学大纲。

第一，对教学内容进行了合理的取舍。

第二，重新确定了教学重点内容。既然确定“能够开发简单的开关量”产品并确保理论知识的系统性为本门课程的教学目标，那么理论教学重点就放在开发“开关量控制”所必需具备的基础知识上面，即：单片机的内部结构、指令功能、应用程序的编写、中断系统、定时、计数器等。这些内容融会贯通就必须“精讲多练”，所以我们把删除的知识所占用得课时按照一定比例分配给这些内容的理论课和实验课，突出其重要地位。

二、改革教学方法，提高教学效果

单片机系统有着强烈的现实性，对教学方式不应是单一的固定模式。可以采用：

（一）在课堂上可以将多种教学方式熔融一体，灵活应用

可以采用多媒体、实物教学，从智能控制系统的一个样板实物外型到该电路的原理图，采取部部展开，层层推进，让学生看见实物产生感性认识，联系到原理产生理性认识，由实践上升为理论，又由理论去指导实践，全面向学生传递智能系统中单片机的使用。在课堂的教学中采用讲授式、启发式、讨论式、测验等多种教学方法，根据学生的能力及教学内容的需要灵活使用。在教学中多与学生沟通，了解学生对教材、讲课、实验等的要求，根据教学大纲及时加以调整教学内容及模式，达到教学的目的。

（二）加大学生编程的训练

一是编制有规模的、科学的、实用的学生练习题集与试卷库，定期让学生做书面编程，使得他们对指令的记忆加深，二是加大学生实验室的训练，培养他们的调试程序能力，为学生自主学习创造条件。

（三）推进“学研产”结合

让一部分学生利用各种时间投入到实际的项目工程开发中去，培养学生的工程意识，强化学生的工程训练，使他们了解自动控制系统工程中单片机系统的整个开发过程，保证学生所学的知识与实际社会接轨，让这些学生以点带面促进、带动其他学生的学习兴趣。

三、加强单片机实践教学，培养学生分析问题和解决问题的能力

单片机的实践性较强，对实践教学的改革显得尤为重要。通过改革达到使学生具备科学的思维方式和较强的动手能力，并能运用MCS-51系列芯片进行工程开发和应用的能力。在教学过程中可以用单片机仿真试验系统良好的人机界面，通过单步执行功能让学生在显示窗口上可以看见相关寄存器的变化，并能看到转移位置；碰到中断时程序如何转入中断入口去执行以及中断程序结束后程序如何返回。通过程序分析和观察执行过程，一目了然。

为了使学生具有独立分析、解决工程中遇到的实际问题的能力和独立开发单片机应用系统得能力，我们在理论教学结束后另外可以增加两周集中实训教学环节，以体现出实践教学的重要性。比如：我们在分析单片机应用技能基础上，设计了一个典型系统――单片机温度（压力）检测与监控系统。它由检测系统、信号放大系统、A/D转换器、控制系统及单片机系统等六个部分组成。

具体要求如下：检测系统能把0―100℃的温度转换为0-1V的信号。放大及波形变换电路把信号放大到0―5V的直流信号，经A/D后送入单片机系统，单片机系统对测量信号进行滤波，非线性校准，标度变换，通过人机界面显示出来。报警值可通过人机界面（键盘）设定。单片机系统还能完成对控制量的自动设置。本方案是集电工、模拟电子、数字电子、自动检测、单片机的嵌入式应用于一体的系统，为了提高单片机的应用能力，我们把这个综合项目进行分解，把总的要求分解到各相应课程的实践中完成。如温度检测与监控系统分解为以下几个子项目：1.电源变压器的设计与制作；2.稳压电源的设计与制作；3.放大器与波形变换电路设计与制作；4.非电量（温度）检测设计与制作；5.单片机系统设计与制作。根据各部分之间的接口要求提出相应的指标，把这些项目分配到相应的实训中。例如把电源变压器设计与制作在电工实习中完成；稳压电源、放大器及波形变换电路的设计与制作在电子技术实训时完成；检测系统设计与制作在自动检测实训阶段完成；单片机系统的软、硬件设计在单片机课程设计阶段完成；整个系统的组装及调试在单片机实训阶段完成。通过变压器的制作，学生了解了选用漆包线的方法，学会小型变压器的设计，掌握变压器的绕制工艺。放大器的制作，使学生学会了放大器的设计、制作、调试工艺和电子测量仪器的选择与使用。检测电路的设计，使学生学会了传感器的选择和使用，进一步理解传感器的主要技术对检测结果的影响，学会测量误差的分析方法。单片机系统的设计与制作，使学生能根据工程要求，配置单片机应用系统的硬件电路，完成显示、A/D、键盘、程控等子程序的编写调试，熟练软件编程环境和仿真器、编程器的使用方法。

四、结束语

单片机系统教学应突出教学的自主性、开放性和创新性，有利于新世纪创新人才的培养，符合高校的教育教学规律。在教学过程中，以加强基础、培养能力、开拓思维、注重创新、提高素质为指导思想、以培养与提高学生的科学实验素质、动手能力和创新能力为目标，建立以学生为主体、教师为主导，以层次化、模块化、全面开放的新的教学模式运作。力争通过单片机系统教学的改革，使学生能理解、掌握实际的单片机应用系统的开发过程，学会掌握及使用新技术的方法，使学生掌握一个实际单片机应用系统的开发模拟过程。

参考文献：

单片机原理篇5

[关键词]单片机 项目教学法 知识应用能力

随着电子技术的迅猛发展和超大规模集成电路设计以及制造工艺的进一步提高, 单片机技术也得到了迅速发展。单片机已经深深地渗入我们的日常生活的各个领域。因此多数院校都开设了单片机的课程。而课程所主要讲述的多数都是MCS-51单片机。但是,单片机的软硬件发展很快,新技术和新产品不断出现。如何安排教学内容,使学生既能了解新技术又能对单片机的应用技术融会贯通成了主要的问题。《单片机原理及应用》这门课程,我们按传统的学科教学法是以大纲为基准, 以教材为基础, 以教师为主体。 教师讲, 学生听为主要教学方式, 以教材章节顺序为教学进程, 先讲单片机概论、硬件;再讲指令、语句、流程图, 最后举一些开发应用实例。开始的时候学生听得可能很认真,但是由于这门课程是一门专业课,前面所涉及到很多的前序课程。由于前面的理论知识很抽象,这就导致越学越糊涂,最后失去了学习的兴趣。如何设计教学方法,激发学生的学习兴趣,真正理解和掌握单片机技术,是目前单片机教学中急需解决的问题。因此我们提出了一些改革,并提出了一边学一边练、以干具体的项目为目标。使学生在锻炼中得到提高,激发学生的兴趣,达到良好的教学效果。具体措施如下。

1.在教学上运用项目教学法。以项目为引导,案例教学等教学方法,本着不仅向学生传授知识, 更重要的是教会学生学习的方法, 培养学生的知识处理及知识转换能力和分析问题、解决问题能力及创新能力。让学生懂得怎样自己去学会一门课程。

具体步骤如下。

(1)提出任务目标:提出本次课要解决的一个具体的工作任务。

(2)分析任务特点:分析解决本任务的方法及步骤,选出最优方案。

(3)掌握相关知识:讲解实现本任务所必需的知识。

(4)实施具体项目:本任务实现的过程及结果。

比如在讲汇编语言程序设计时, 可以通过一个项目提出问题, 如何设计程序控制LED小灯的亮与灭。通过大约4个学时左右的时间将这一章节所用到的知识讲述给学生。然后让学生去查阅资料,从软件和硬件两个方面去查阅。软件方面可以比较哪个程序所用的语句最少,编程最简单。硬件方面看谁的结构简单,成本最低。然后选择出一个最佳的软硬件方案自行制作。使学生从查阅资料到制作都自行完成,老师只是起到指导和答疑的作用。从传统的老师教会转变成现在的学生自己学会的转变,大大提高学生学习的主动性。

2.在实验上根据单片机课程的特点,将实验教学内容分为基础实验、基本接口实验两个部分。基础实验主要有硬件的认知、指令系统实验、汇编语言程序设计实验。基本接口实验安排在课堂进行,是实验教学的重点。它包括硬件接线与软件编程两部分。学生在进行实验时,首先要根据实验任务完成硬件设计、设计主体电路,然后编写程序,最后调试。试验内容主要为基础实验,主要目的在于通过实验,让学生掌握基本的操作,和软硬件的了解。为以后具体的做某一个项目打下坚实的基础。

3.在考试环节上,主要通过三方面成绩来确定学生最后的期末成绩。这三方面主要包括期末笔试部分,平时实验部分,和实践创新部分。其中期末笔试部分占总成绩的40%,试验成绩占30%,实践创新成绩占30%。其中实践创新主要是指,在学习的过程中针对于每一章节所提出的项目完成情况的评定。比如我们在讲中断系统的时候,引入一个项目“交通灯的控制”。学生可以分组自行制作。根据学生的完成的情况给出一定的分值,然后将每一章的分值乘以系数合成总分值。这样可以对学生的成绩有一个综合分值。这样学生在准备考试时会将精力投入到实际应用中去, 而非死记硬背一些枯燥难记的指令和书本知识,更有利于对学生知识应用能力及知识转换能力和分析问题、解决问题能力的培养和考察。这种考试形式给教师增加了很大的工作量, 但使每个学生的知识应用能力都得到不同程度的提高。

最后,我们在教学过程中, 本着对学生负责的态度。培养学生的自学能力,提高学生的动手能力和应用能力为目标, 做了一些探索。 改进后的教学方法,内容由浅入深,理论实践相结合。提高了学生的学习兴趣和学习主动性, 使学生能够更好地掌握单片机的原理,并且相关的知识和应用能力都得到不同程度的提高。

参考文献:

[1]刘刚.单片机原理与应用课程教学改革的探讨[J]. 江西教育学院学报, 2005, (26).

[2]张鑫,华臻等.单片机原理及应用[M].北京:电子工业出版社, 2005.8.

[3]赵志群. 职业教育与培训学习新概念. 2003,(6).

单片机原理篇6

一、背景

“单片机原理与应用”是一门电子类专业的核心课程，对于基础薄弱的中职学生来说，这门课程的学习难度比较大。究其原因，一方面由于中职学生起点低、基础知识较差；另一方面，当前单片机课程现有的教材教学内容独立化、模块化，各块之间缺乏有机联系，造成了学生难学、教师难教的局面，以至于全部内容学完时，学生对一个完整的单片机开发过程还缺乏了解，这样培养出的学生无法适应企业的需求。所以我们提出：以一个较为具体的涵盖知识点全面的典型项目为引领，在完成这个项目的过程中，学生学会并能运用相关单片机知识，练就了技能。该典型项目就是wifi小车的开发。

二、课程项目设计和实施

1、走访企业，明确课程定位。为了更好的培养适合企业需求的学生，我们特地走访了当地多个单片机产品生产与研发的相关企业，对企业岗位职业能力与工作过程进行调研，了解企业对人才的需求；与企业一线技术人员共同商讨如何选取合适的工程项目作为教学载体，确定教学任务与内容；回访了大量的毕业学生，与在企业一线从事单片机相关电子产品生产和研发的毕业生进行交流，听取毕业生对本课程教学的反馈意见，以他们的亲身经历和切身体会帮助我们发现教学体系中存在的问题，对我们的教学实施提出合理的修改意见。

2、确定课程项目设计的总体思路。在和行业企业的深入交流过程中，我们发现企业在单片机应用产品的研发和生产上有其典型的工作过程。如下图所示：

我们仔细分析了这个过程，结合毕业生的反馈和在校学生的实际情况，确立了以培养学生在相关企业的单片机产品研发与生产岗位上，完成各项工作任务过程中应具备的职业能力为目标进行教学情境设计的思路，具体实现方法为，采用实践教学，设计一个完整的学生感兴趣的单片机产品开发项目，将所有的学习内容贯穿于项目中，分解在多个学习情境中，让学生既完成了教学内容的学习，又体验了企业生产的工作过程。

3、教学项目内容的选取。教学项目内容选择的合适与否是关系到教学效果好坏的关键，本着以提高学生的职业岗位能力与职业素养为目标，我们从多个环节进行了精心思考，挑选教学项目内容。

我们选取了具有典型工作任务的“wifi小车制作项目”作为教学内容的载体。该wifi小车以单片机作为控制核心，包括运动模块（电机）、显示模块、遥控模块以及各种传感与转换模块等。针对wifi 小车各功能部分的实现，设计出不同的学习情境，训练学生分析和设计单片机应用程序的基本技能。

Wifi小车的功能设计具有很强的扩展性，这主要取决与它具有的功能、性能和控制方法，功能越多，所需的技术与器件种类就越多；性能越好，对应的技术含量也越高；控制方法越多控制电路也就越复杂。例如显示模块可以选择led或数码管，也可以选择字符液晶或者图形液晶显示；控制方式可以选择遥控也可以加入声控等，所以选择wifi小车作为教学项目具有很好的可选性与扩展性。

本项目分为4个学习情境，整个情境的实施是按照学习的认知规律、职业成长规律，从简单到复杂，从局部到整体进行学习单片机知识、训练职业岗位能力。

总体上采取知识由浅入深、技术逐渐综合的原则。由一个综合单片机产品制作项目――制作单片机wifi小车，按照不同的功能模块分解成4个学习情境（见下图），①小车零部件的选择和装配②小车的显示系统③小车的运动控制系统④小车智能感应系统， 如下图所示，每个学习情境包含可选的子情境。

每个学习情境均训练对应的职业能力

①、学习情境一训练学生电子产品装配基本功，完成要求如下：

电子元器件的选取与检测

小车电路焊接与装配

②、学习情境二训练学生单片机基础技术与基础器件的集成能力，完成如下功能：

小车的前进、后退、左右转向及停止运行状态显示；

完成各种动作的计时时间显示。

③、学习情境三训练学生接口技术与接口器件的集成能力，完成如下功能：

小车的前进、后退、左右转向及停止驱动控制；无线遥控。

④、学习情境四训练学生将单片机基础技术运用、接口技术运用和传感器等各种技术与器件集成的能力，完成如下功能：

监测距离，自动避障；

4、教学方法的使用。通过实践，我们认识到要提高教学效果必须采用多样化的教学方法，以学生为主体，以教师为引导。为此我们引入了工作过程与教学方法的对照图（参考下图：工作过程学习方法对照图）。以子情境2中的实训项目“汽车转向灯”为例，来具体说明课堂教学实施过程中各种教学方法的使用：首先提出项目要求，明确这个项目做什么，激发学生学习兴趣（采用了项目案例激励教学法），接着引导学生思考，跟老师想（采用项目分析引探法），然后跟老师做，最后学生自己做，自己练，互助学习项目制作（采用协作互助讨论法），老师跟踪检查，指导，评价（采用项目检查评价法），课后布置学生对产品功能进行扩展（采用项目制作进阶法）。通过这样的教学过程，让学生达到了积极思考，乐于实践、快乐学习、享受成功的学习状态，培养了学生的职业岗位能力，为以后顺利走上工作岗位打下坚实的基础。

5、考核方案设计

考核分为三部分，过程性考核（占分50%）、综合性考核（占分15%）、结业性考核（占分35%），其中过程性考核考察学生每一个项目情境的完成情况。综合性考核考察学生对单片机技术的综合运用能力，强调学生的创新意识，鼓励学生多使用新技术、新器件。结业性考核安排在期末，采用现场抽题，考察一个项目的完整制作，学生也可提前申请参加开放性考核，考试合格可免除期末结业性考核，也可以参加各类单片机竞赛，取得好成绩者也可免除结业性考核。

单片机原理篇7

（湖北民族学院 信息工程学院，湖北 恩施 445000）

摘 要：以电子专业微机原理和单片机原理课程为例，提出引入比较教学法和Proteus仿真软件，通过一个综合性实验，从电路结构、程序设计和仿真结果3方面进行对比和分析。最后以问卷调查形式说明比较教学能够增进学生对课程内容的理解，利用Proteus仿真软件能使课程变得更加生动和灵活，有利于培养科技创新人才。

关键词 ：新兴产业；人才培养；比较教学；Proteus仿真软件；微机原理；单片机原理

基金项目：国家自然科学基金地区基金项目（61263030，61463014）；湖北民族学院教学研究重点项目（2014JY005, 2013JYZ08）；湖北民族学院教学研究一般项目（2013JY008, 2014JY033）。

第一作者简介：高林，男，讲师，研究方向为嵌入式技术与智能控制，glhust@163.com。

0 引 言

比较教学法是指在教学活动中将两个或两个以上的认知对象放在一定的条件下，按照同一标准进行对照比较，从而确定认知对象属性的同异、地位的主次、作用的大小、性能的优劣、问题的难易或认识的正误深浅，以达到辨识、了解和把握认知对象之目的的一种方法[1]。

在高校电子技术专业中，微机原理与接口技术课程是重要的专业基础课，单片机原理及应用课程则是应用型专业课。前者偏向于原理性的介绍，涉及的实验比较简单；而后者则偏向于应用性，涉及的实验较多。这两门课程的实验过程中使用的芯片及编程方式非常类似[2-3]，可见这两门课程适合进行比较教学，因为两个对象既有相同或相近的特性，同时又有相异的特性，这样的对象才是合适的比较对象[4]。为适应新兴产业人才培养方案中这两门课程的变化，首先对两门课程内容进行比较分析，然后引入Proteus仿真软件作为现代化教学手段，再通过一个综合性实验对比仿真来具体探讨两门课程的特点，最后通过问卷调查的形式检验教学效果，以求摸索出一条适应新兴产业发展需要的人才培养途径。

1 教学内容比较

在新兴产业人才培养方案制订过程中，微机原理与接口技术课程原本先于单片机原理及应用课程一学期开设，现在变成在同一学期开设，而且两门课程在理论学时减少的同时，实验学时均有所增加，这样就给教师授课和学生学习增加了难度，又因为两门课程存在紧密的联系，所以利用比较教学法对课程内容进行比较分析，可得出两门课程之间存在以下3个主要的关联点。

1）两门课程的核心芯片不同。微机原理与接口技术课程的核心芯片是8086微处理器，单片机原理及应用课程的核心芯片则是51单片机。虽然核心芯片不同，但是它们与外部进行信息传递均采用数据总线、地址总线和控制总线的“三总线方式”，均存在引脚复用且需要外接地址锁存器，这些内容可在讲解时进行对比，便于学生理解。

2）两门课程的编程语言完全不同，前者是汇编语言，后者则采用C51语言。虽然前者是低级语言，后者是高级语言，看似不相关联，但通过对比学习能增进理解。例如汇编语言中关于堆栈以及进栈、出栈指令的知识，能帮助学生在学习C51语言时更好地理解函数的调用和返回以及函数的嵌套调用等内容。

3）两门课程的接口技术内容相似，均包含并口、串口、中断控制、定时器/计数器、D/A和A/D等。为避免教学内容重复，一般在前者授课中既讲工作原理又讲接口电路，而后者中对应部分只讲接口电路，不讲或少讲工作原理。例如，两门课程在讲到并口部分时，前者既要讲解可编程并口芯片8255A的工作原理，还要讲解8086与8255A的连接电路和编程；后者则重点讲解51单片机扩展并口电路和编程，并口工作原理则略去不讲。

2 比较教学手段

虽然已经对两门课程的教学内容进行了比较分析，但如果仍然采用传统的教学方式，并不能有效提升教学效果。在进行理论教学时，通常采用“板书+课件”的教学方式，这样会把接口电路、程序及运行结果这三者割裂开来，无法检验接口电路是否可行、所编程序是否有效以及程序在电路中的运行结果是否正确。在进行实验教学时，通常采用“电脑+实验箱”的教学方式，也存在实验设备昂贵、容易损坏、实验电路固定、设计内容少等问题，导致学生无法了解接口电路工作原理，从而缺乏电路分析和设计能力。

能否找到同时提升这两门课程教学效果的手段？解决的方法就是在教学中引入Proteus仿真软件。Proteus仿真软件是一款包含大量系统资源、丰富硬件接口电路，具有强大调试功能和软硬件相结合的仿真系统[5]。Proteus强大的设计与仿真功能被广泛应用在数字电路、模拟电路、单片机、嵌入式系统等多门课程的教学和实验中[6]。

引入Proteus仿真软件之后，在两门课程的理论课上，可以预先画出接口电路的原理图，然后用相应的编程软件编写程序并加载到对应的核心芯片上，最后将运行结果演示给学生看，这样使课堂变得直观、生动，还能将接口电路、程序及运行结果有机结合起来。另外，在两门课程的实验课上，由于该软件拥有实验箱中几乎所有的元器件和虚拟仪器、仪表，能够让学生在实验箱中完成硬件实验的同时，也能在该软件中对实验电路进行仿真，从而实现与硬件实验完全相同的效果。在此基础上，该软件还拥有很多实验箱中没有的元器件，能让学生进一步修改电路，甚至设计出多种功能的实际应用电路进行仿真，从而锻炼学生电路系统设计的能力。

3 比较教学实例

以一个综合性实验为例，从电路、程序和仿真3个方面来对比探讨两门课程的特点。该实验名称是“PC机通过串口控制数字时钟”，要求在以8086为核心的微机控制系统和以AT89C52（一种51单片机）为核心的单片机控制系统中均实现这样的功能——当PC机发送数字1时，数字时钟运行；当发送数字0时，数字时钟暂停。

3.1 电路结构

该实验电路结构框图如图1所示，图中上面虚线框中是以8086为核心的微机控制系统，下面虚线框中是以AT89C52为核心的单片机控制系统。从电路结构来看，前者更为复杂，后者相对简单。这是因为8086是微处理器，并口、串口、中断、定时器/计数器等功能均需要外部扩展；而AT89C52是单片机，这些功能大多数内部就有。例如8086内部没有串口，需要通过串口扩展芯片8251A实现串行通信，再经由RS-232连接到PC机；而AT89C52则可以通过自身串口经由RS-232连接到PC机。类似的情况还有8086需要通过中断控制器8259A来管理中断，通过计数器/定时器8253控制串口波特率，而AT89C52内部具有中断控制系统负责管理中断，其内部定时器/计数器可作为串口波特率发生器。

3.2 程序设计

8086主程序和AT89C52主函数流程如图2所示，图中左边是8086主程序流程，右边是AT89C52主函数流程。从程序设计来看，8086的控制重点是串行通信接口芯片8251A和中断控制器8259A，其中包含大量访问外部接口的程序；而AT89C52的控制对象主要是其内部的两个定时器/计数器和相应的中断，访问外部接口的程序相对较少。例如8086需要不断查询8251A状态字的RxRDY（串行接收准备好）标志位来判断是否接收到数据，当完成接收后，再以“CPU get X”（X为所收到的数据）的形式回送给PC机，这些程序均要访问外部接口。而AT89C52则只需不断查询内部RI（串行接收中断）标志位来判断是否接收到数据，当完成接收后，再以“MCU get X”（X为所收到的数据）的形式回送给PC机，这些程序全部在单片机内部完成。

3.3 仿真结果

先在Proteus仿真软件中分别完成8086电路和AT89C52电路的原理图设计，然后将两个电路原理图中的RS-232串口COMPIM的通信波特率均设为2400bit/s，并设置其占用计算机串口COM2，串口调试助手软件占用COM1，再通过虚拟串口软件VSPD设置虚拟串口，使COM1口和COM2口虚拟对接[7]。

该实验在8086电路中仿真结果如图3所示。图中数码管显示当前时间是23时59分46秒，RxD端显示10120，表示已从PC机发送了5个数字，依次是1、0、1、2、0。TxD端显示的就是8086电路回送给PC机的5条字符串，其中数字从上往下与RxD端显示顺序一致。

该实验在AT89C52电路中仿真结果如图4所示。图中数码管显示当前时间是00时01分50秒，RXD端显示10130，表示已从PC机发送了5个数字，依次是1、0、1、3、0。TXD端显示的就是AT89C52电路回送给PC机的5条字符串，其中数字从上往下与RXD端显示顺序一致。

从仿真结果来看，两个电路均顺利完成实验要求，而且结果清楚、直观，此结果还能与实验箱上的实物效果进行比较，便于学生理解实验箱内部电路的工作原理。

4 结 语

在战略性新兴产业发展的背景下，学院对现有电子专业进行改造，提出“3+1”培养模式，即“前3年在学校学习，后1年在企业培训”，为此还与相关企业签订了人才培养协议[8]。学院在新兴产业人才培养方案制订过程中，主要依据时间集中、强化基础、减少理论、重视实践”的原则来设置课程，因此，部分课程的开设与以前有较大的区别，其中微机原理与接口技术、单片机原理及应用”这两门课程的变化具有代表性。

当两门课程的教学过程全部结束以后，通过对2011级电子专业93名本科生进行问卷调查得知，关于比较教学有42%的学生认为效果好，35%的学生认为有一定效果，23%的学生认为效果不好。认为效果不好的原因主要在于微机原理课程中汇编语言难学、部分实验箱损坏等。关于引入Proteus软件辅助教学有54%的学生认为效果好，33%的学生认为有一定效果，只有13%的学生认为没有效果。认为没有效果的原因主要是Proteus中还缺乏一些实际的元器件模型导致电路不能仿真等。此问卷调查结果表明，大部分学生认为在两门课程教学过程中采用对比方式能够增进理解，引入Proteus仿真软件不仅能够使理论课变得更为形象和生动，使实验课变得更加灵活和开放，还有助于培养实际动手能力。

参考文献：

[1] 宋文. 比较教学法在汇编语言课程教学中的应用[J]. 电脑知识与技术, 2013, 9(10): 2402-2403.

[2] 高林. 单片机原理与微机原理综合仿真系统的设计及应用[J]. 实验技术与管理, 2014, 31 (3):91-94.

[3] 赵晚昭, 周柳娜, 赵晚春, 等. 微机原理及单片机课程改革浅谈[J]. 物联网技术, 2012 (7): 74-76.

[4] 冷汹涛, 蔡铭辉, 庞文颖. 比较教学法三要素在高等教育中的实践性探索[J]. 高教论坛, 2013(8): 70-73.

[5] 周冠玲, 冯占英, 李战. “单片机原理及应用”课程教学改革的探讨[J]. 中国电化教育, 2012(6): 105-107.

[6] 陈越, 顾晖, 梁惺彦. Proteus虚拟仿真在微机原理教学中的应用[J]. 电子技术应用, 2012, 38 (1): 106-108.

[7] 曾维鹏, 蔡莉莎, 林尔敏. 基于VC++及Proteus的上、下位机串口通信仿真技术[J]. 镇江高专学报, 2013, 26 (4): 74-76.

单片机原理篇8

关键词：单片机原理及应用；任务教学法；运用；优点

随着电子技术和计算机技术的发展，单片机已经在工业过程控制、智能仪表、人工智能、通信设备智能化以及家电智能化等方面得到广泛的应用。以单片机为核心仍然是实现智能化技术的主流之一，因此将《单片机原理及应用》课程作为职业学校电类专业的一门主干课程显得特别重要。在电类专业的教学过程中，根据教学规律和培养目标，为使学生更好地掌握《单片机原理及应用》这门课程，需要进一步深化教学改革。

《单片机原理及应用》课程的教学现状

很多高等学校的教师往往是依据教材，注重软件语言的教学或者单纯的编程，一本教材一统天下。而这些教材基本上都是以单片机的结构为主线，展开的顺序依次为从单片机的硬件结构到指令，然后是简单的软件编程，再到中断的概念和应用，最后是单片机系统的扩展和各种器件的应用，同时结合一些实例，而对涉及硬件的综合性分析几乎不做讲解。在传统的《单片机原理及应用》课程教学方式中，一开始就涉及很多抽象的理论知识，如总线、并行接口、中断、堆栈、地址、数据等，学生普遍感到难学。特别是对于职业学校的学生而言，本来专业基础课学得就不够扎实，开始学习该课程时连最基本的二进制数都不熟悉，却在一开始就要被强行灌输这么多看不见、摸不着的东西。这不但不能使学生领悟单片机的智能控制机理，还会产生一系列问题：（1）学生对开发项目中实际的单片机应用开发运作过程不清楚，不利于培养单片机应用开发能力。（2）该课程中的指令学习不能很好地帮助学生，学生对于语言的理解局限于课堂编程，而不能结合硬件灵活应用。（3）学生对已学的模电、数电等知识不能很好地应用，不能融会贯通。

于是，这门课程变成了“天书”，学生逐渐失去了学习的信心和兴趣。这样，很多学生对该课程的学习就形成了恶性循环，越不理解越不愿意学，越不愿意学就越不理解。目前的教学状况不利于学生对单片机系统在实际工程项目中应用能力的培养，也不利于学生开拓能力的培养，当他们走上工作岗位后，就会与现实技术存在一定的能力差距。

任务教学法在《单片机原理及应用》课程教学中的运用

为使学生最大限度地在最短时间内获得较强的能力，针对以上问题，我们以职业学校培养学生的动手能力为目标，除了向学生提供大量综合锻炼的机会之外，主要根据学生已有的知识水平和实际接受能力在教学方法与教学手段方面进行改进。而任务教学法就是其中一种可行性比较强的教学方法。

任务教学法指的是以任务为教学单元，将各部分知识分解成一个个的知识点，为了完成一个任务，抽取每个部分的不同知识点加以组合，完成一个任务就能理解很多知识点，使学习过程成为一个不断成功地完成任务的过程。当完成若干任务后，很多抽象的理论知识点也迎刃而解了。下面以经典的单片机控制发光二极管硬件平台为例，讨论如何在《单片机原理及应用》课程中实施任务教学法。

在图1中，R1～R8为LED1～LED8的限流电阻，限制长时间大电流通过发光管以致烧坏；R9、C3和S1组成单片机复位电路；C1、C2、Y1组成单片机的时钟电路。这个图是51的最小系统加上8个发光二极管，学生可以用万用板自己焊接，不仅可以提高学生的动手能力，还可以使学生拥有自己的单片机。具体做法如下：

首先，介绍单片机最小系统的硬件结构的作用。RESET引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效，由R9、C3和S1组成的单片机复位电路接到RESET引脚，平时为低电平，当按下S1，RESET变为高电平，实现手动复位功能。接下来讲解XT1、XT2引脚，时钟电路的作用和用法，I/O口的作用和用法等知识点。

然后设计第一个任务，分别点亮8个发光二极管。

对于8051单片机，现有四种语言支持，即汇编、PL/M、C、BASIC。C语言是一种源于编写UNIX操作系统的语言，是一种结构化语言，可编写紧凑代码。C语言结构是以括号{ }而不是以字和特殊符号表示的语言。C语言可以进行许多机器级函数控制而不用汇编语言。与汇编语言相比，C语言有如下的优点：（1）对单片机的指令系统不要求了解，仅要求对8051的存储器结构有初步了解。（2）编程及程序调试的时间显著缩短，从而提高了效率。（3）C语言程序本身并不依赖于机器硬件系统，基本上不做修改就可以根据单片机的不同而较快地移植过去。

这里涉及头文件、主函数等，还涉及用C语言编写程序的基本格式。然后就是如何在Keil集成编译环境下编写程序，并把程序下载到单片机（AT89S52支持ISP下载）的过程全部演示清楚。这些将会使学生感觉到学习单片机并不困难。这样一个简单的任务通过教师演示和学生模仿，学生第一次上课就可以非常完整地看到并完成单片机设计的整个过程，直观地得到一个结果，以形象具体的方式学到一些非常枯燥、抽象的理论知识，学生的学习兴趣得以大大地提高，效果自然很好。

接下来可以设计第二个任务。在每个发光二极管点亮和熄灭之间加延时程序，以此清楚地看到灯的闪烁，并用

接下来就可以设计第三和第四个任务。通过多个任务的学习，学生能逐步了解指令系统和熟悉整个设计过程。

任务教学法的优点

任务教学法具有如下优点：

遵循学生的认知规律教学不再采用灌输的方式，而采用边做边练的方式充分调动学生的学习积极性，发挥学生的主观能动性。

以任务为单元构建认知结构每一个任务组织若干个知识点，完成的每个任务都会带给学生极大的成就感，从而激发学生强烈的求知欲。

缩短了与实战的距离每一次任务的完成都模拟了实际产品设计的过程，任务构建越来越复杂，学生的实际应用能力也越来越高，使学生进入企业后一旦需要从事单片机设计，很快就可以上手。

《单片机原理及应用》这门课程应设为电子与电工专业的主干专业基础课，因为它综合了多门基础课和专业基础课的知识，培养学生进行智能系统整体设计的应用能力。单片机的系统教学应突出教学的自主性、开放性和创新性，应符合职业学校的教育教学规律。任务教学法继承了传统教学方法的优点，始终把学生作为学习的主体，以任务作为驱动，让学生通过自己的操作把书上死的理论变成活的知识。通过教师的引导和点拨，学生能够触类旁通、点面结合、温故知新。任务教学法较好地解决了教与学的矛盾，在整个教学过程中充分体现了学生的主体地位和教师的引导作用，调动了学生学习的积极性、主动性，可以在较短时间内提高学生学习和应用知识的能力，是一种值得推广的教学理念和方法。

参考文献

[1]马忠梅，等.单片机的C语言应用程序设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，1999.

[2]屈莉莉，等.单片机课程实践性教学环节的建设与改革[J].中山大学学报论丛，2004，（3）.

[3]揭吁菡，职业学校单片机教学改革实践[J].中国现代教育装备，2006，（7）.

单片机原理篇9

关键词：CDIO；单片机原理；教学改革

作者简介：王朋（1976-），女，吉林省吉林市人，黑龙江科技大学电气与控制工程学院，讲师；郭明良（1970-），男，辽宁海城人，黑龙江科技大学电气与控制工程学院，教授。（黑龙江 哈尔滨 150027）

基金项目：本文系黑龙江省教育科学“十二五”规划课题（课题编号：GBB1212052）的研究成果。

中图分类号：G642.0     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2014）14-0083-02

现阶段很多课程的教学过程中，无论是理论教学环节还是实践教学环节，仍停留在以教师组织引导为主线的模式，这种教学形式有利于系统的科学知识的传授，但却忽视了学生的学习认知中的主体作用，尤其是对于“单片机原理及应用”这样综合性、设计性、实践性较强的专业课程，不利于具有创新思维和创造能力人才的培养。CDIO是近年来提出的一种以工程项目设计为导向、注重学生工程能力培养的新型教育模式，在课程的教学活动中将理论教学及实践环节设计都围绕“项目”这个核心，强调学生做为主体参与整个教学过程，真正实现“做中学”和“基于项目教育和学习”。[1，2]结合黑龙江科技大学（以下简称“我校”）电气工程及其自动化专业课程体系结构[3]及“单片机原理及应用”课程的特点，在课程的教学中引入CDIO三级项目实践教学法，对课程所在核心课程群、课程内容、教学方法、项目实施平台及其他教学支撑体系建设等进行了研究和实践，使课程理论教学与实践教学融相互融合，将过去的被动学习变为主动学习，形成一个有机的整体，增强了学生的学习兴趣，教学效果明显提高。

一、CDIO三级项目教学体系的构建

对原有理论教学+实验+工程实训的三个独立教学体系进行研究和改革探索，将“单片机原理及应用”课程与“可编程逻辑控制器”、“微型智能控制技术”、“传感器与检测技术”、“智能控制技术”共同组成智能控制核心课程群，是电气工程及其自动化专业四大专业核心课程群之一。

1.第三级项目的构建

将课程分为单片机基础知识，中断技术、接口技术、汇编语言程序设计等模块，针对每个模块的特点和自身需要构建三级项目，既可以是课堂上针对某个知识的小组设计讨论，也可以是几个章节的综合应用，依托单片机基础工程实践基地，主要包括单片机引脚识别、存储器数据传送、流水灯控制、步进电机控制、LED显示等实践内容，加深学生对单片机接口、汇编语言编程等的理解和应用。并在三级项目实施环节创新采用了实践-理论-再实践的项目实施方法，即在学习单片机基础理论课程之前先利用一周左右的实践，依托工程实训基地，对学生进行简单的基础知识介绍后先进行一次三级项目工程实践实施，如单片机引脚功能学习、片内外数据传送、流水灯控制等简单的三级实践项目，让学生在实践中找到需要学习和掌握的知识和重点，快速对所有学习的核心课程及应用有基本的理解，对所学课程更加感兴趣，带着问题进行理论学习，避免了学习的盲目性；课堂理论学习结束之后，结合所学的内容，再次进行较为综合的三级项目实施，如人机交互接口的设计、步进电机的控制等，即“三级项目实施理论教学三级项目再实施”的第三级项目实施方案，实践证明取得了良好的教学效果。

2.第二级项目的构建

根据课程所在的智能控制核心课程群对学生能力的相关能力要求为基础构建二级项目，主要培养学生综合应用相关课程知识解决实际工程问题的能力，如单片机温湿度控制系统设计、备用电源切换装置设计、交通灯智能控制系统设计等，锻炼学生在解决工程问题过程中的学习能力及创新能力。二级项目既是对智能控制核心课程群内各课程能力培养的综合，也是对整个教学体系的补充，为一级项目的实施提供支撑。

3.第一级项目的构建

认识实习和毕业设计以及学生参加的大学生科研立项、电子大赛等，均是一级项目训练的主要实施方式。学生从解决工程问题的角度学习专业理论课程，逐步掌握工程思维方法。一级项目的构建已不再是单门课程或者某个专业核心课程群独有的项目，在实施的过程中，鼓励学生进行工程项目的团队实现，培养协同工作能力和系统协调能力。在一级项目的实施中继续巩固“单片机原理及应用”相关的知识和灵活应用的能力，与CDIO二级项目体系较好地衔接过渡。

二、教学方法的改革

积极探索“单片机原理及应用”课程教学方法的改革，在三级项目实施的第一阶段，采用渐进式教学法，即将学生项目实施过程分为几个阶段，首先利用实物讲解单片机的组成、结合仿真软件介绍单片机仿真与开发、汇编语言知识，通过简单的编程训练、上机调试，对单片机建立初步的概念。因为在三级项目实施的第一阶段，学生没有进行过详细系统的理论学习，在项目实施的过程中必然会产生很多疑惑和问题，然后再带着问题进行系统的理论学习，通过理论知识解决实际中遇到的问题；之后在三级项目实施的最后阶段，进行三级项目的再实施，利用验证性实验、综合设计性实验加深对理论课程的理解。最后通过单片机应用设计，提升学生的单片机实际应用能力，使学生的单片机综合设计、开发能力得到进一步的升华，反过来又会加深对理论知识的理解。其流程如图1所示。

三、教学支撑体系建设

基于CDIO三级工程项目教学法的引入实施，需要一个多元化项目实施支撑体系作为保障，图2为项目支撑体系的结构框图。

1.工程实践平台的建设

学校投资建设了单片机基础及单片机应用两个工程实践基地，组织教师根据课程内容自行开发研制了单片机工程实践实验台，引入开发平台keil。单片机基础工程实践基地主要为三级项目的实施――理论教学――三级项目再实施提供支撑，采用教师现场引导方式，帮助学生完成从单一的理论知识学习到实验实践设备认识、仿真环境的使用、验证性实验等理论到实践的渐进式掌握。单片机应用工程实践基地主要为部分三级项目及二级项目实施提供支撑。[4，5]

2.基于Proteus的虚拟仿真实践平台

为了更加有力地对课程的三级项目教学方法提供支撑，学校投资建设了基于Proteus的单片机虚拟仿真实践平台。Proteus是世界上著名的EDA工具，从原理图布图、代码调试到单片机与电路协同仿真，真正实现了从概念到产品的完整设计，是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。Proteus提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性，提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台，并且不受实验场地及设备的限制。

3.研制开发了多功能单片机工程实践箱

在项目实施过程中，工程实践基地内传统单片机实验台存在体积庞大，试验项目固定、受实践场地、开放时间制约等问题，而网络虚拟实验平台硬件搭建真实性、实际动手调试能力训练欠缺等问题，为了充分加强学生实践学习的灵活性、主动性，组织教师研制了便携式单片机开发试验平台，其结构如图3所示。

该平台由单片机控制区、数据接口及电源接口区、控制对象区、液晶显示区、键盘矩阵区、通讯接口区组成。学生可以根据自己选定的综合型设计性实验课题进行灵活设计和开发调试，每个区域学生都可以根据需要自行选择不同型号功能的元器件。满足二级项目和部分一级项目实施的需求，目前该平台已获得国家实用新型专利。

4.编写配套实践教材

根据三级项目教学法的引入，组织教师编写完成了《单片机实验与实践》、《单片机控制工程实践技术》两本教材，分别由高等教育出版社和化学工业出版社出版，其中《单片机控制工程实践技术》先后获得石油和化学工业优秀教材二等奖，黑龙江省高等教育学会教材三等奖。

5.单片机工程师认证

为了进一步提高我校大学生单片机的应用和开发能力，笔者与信息产业部中国电子企业协会合作建立了单片机工程师认证机构。作为黑龙江省惟一一所具有此项资质的院校，先后选派了4名教师到国家培训基地进行实地培训，学习到了先进的实训技能。与大连集成电路设计中心相联合，选送了4名教师学习集成电路软件设计知识，为实践基地注入了新的内容。

三、结束语

以CDIO三级项目教学理论为基础，结合黑龙江科技大学电气工程及其自动化专业课程体系结构及“单片机原理及应用”课程的特点，对原有理论教学+实验+工程实训的三个独立教学体系进行研究和改革探索，提出的CDIO三级项目实践教学的教学方法，取得了良好的教学效果，学生解决实际问题的能力、工程设计能力有显著提高，近年来获全国大学生电子设计大赛一、二等奖共计15项。

参考文献：

[1]郭明良,王朋,郭松林.基于CDIO模式的电类本科实践教学体系构建[J].中国电力教育,2014,(1):158-163.

[2]刘会英,盖玉先,徐宁.探索适合我国国情的CDIO工程教育模式[J].实验室研究与探索,2011,(7):119-123.

[3]郭明良.电气工程全面教学改革培养应用型人才[J].实验室研究与探索,2009,(6):83-86.

单片机原理篇10

关键词： 《单片机原理与应用》 实验教学改革 创新性实验

《单片机原理与应用》课程是一门理论和实验结合非常紧密、突出动手能力的课程。实验教学是其中一个重要环节，既是联系理论教学的桥梁，又是培养学生实践、创新能力的重要手段[1-3]。但是在实验教学中会出现学生理论与实验脱节、实验课效果不理想、学生实验课积极性不高等问题，因此《单片机原理与应用》课程实验教学改革就成为许多学校非常重视的一项教改课题。

1.《单片机原理与应用》课程实验教学现状分析

1.1课程自身特点

1.1.1跨越性。《单片机原理与应用》课程是一门软硬件相结合、强调实践性和应用性的课程。学习这门课程的学生需要经历从电子技术基础、电路原理、C语言编程等基础知识向以微处理器为核心、通过软件编程来实现系统功能的思想转变过程，这种思想跨越转变过程对初次接触该课程的学生来讲具有一定难度。

1.1.2桥梁性。《单片机原理与应用》课程是后续嵌入式系统课程、DSP课程、EDA课程及毕业设计等的基础，具有课程桥梁的重要作用。

1.1.3综合性及抽象性。《单片机原理与应用》课程涉及的内容较广泛，包括单片机的硬件组成和功能、软件编程思想、汇编语言的语句及结构等。并且软件编程涉及的汇编语言需要和硬件的配置情况有关，内容抽象，不易理解。

由于该课程具有自身特性，因此需要教师在实验教学中进行改革尝试，帮助学生更好地适应学习这一类课程的方法，增强学生对该课程的理解性，从而提高他们的实际操作及应用能力。

1.2学生对课程的切身感受及认识

通过调研得知，相当一部分学生渴望将这门课程更好地融于自己的专业发展中，牢固掌握课程基本理论和实践知识。调研结果表明，问题主要集中在两个方面：（1）在学习该课程之初，学生在没有大量实验操作机会的情况下，表现出的是对程序的编写问题及对整个课程的困惑，大部分学生对该课程主要应用在哪里没有概念。（2）对于给予大量实验操作机会的学生，他们表现出对单片机的极大兴趣，他们的问题主要集中为：如何设计具有较好功能的源程序，源程序结构的优化，硬件搭建的合理性等。

因此，良好的实验教学可以帮助学生理解课程内容，掌握核心知识，从而提高学生的学习积极性和学习效率。

1.3实验教学中出现的待解决问题

1.3.1实验项目内容设置不够完善，不利于调动学生的实验积极性。各个实验项目独立性强，几乎没有考虑知识的前后贯穿和最后应用系统的设计，这容易使学生学了后面的忘了前面的，自己设计简单的应用系统更是无从下手，非常不利于培养学生的实验积极性。

1.3.2教学模式单一，传统的实验教学偏重于验证性与演示性实验[4-6]。学生在实验过程中按实验讲义逐步进行，分析思考问题的机会比较少，只是机械化地验证实验内容。学生的注意力主要集中在编程及调试上，忽略了实验电路原理的重要性。不清楚系统设计流程，当需要自行设计系统时，学生就会感觉困难无从下手。实验教学没能起到真正推动学生对单片机原理、模拟电路、数字电路等理论知识理解的作用。单一的实验教学模式制约对学生创新能力及分析解决实际问题能力的培养，降低学生的学习兴趣，影响教学效果。

1.3.3学生实验中实际发挥空间有限。在实践教学中，教师经常把主要的实验步骤、程序代码都提供给学生，造成实验教学中学生动手机会少、思考不全面、发挥空间有限的缺点。

2.《单片机原理与应用》课程实验教学改革研究

针对《单片机原理与应用》课程实验教学现状，对该课程实验教学方法进行探讨，在实验项目、实验教学模式、实验教学环境及实验考核方式上进行改革研究，以提高该课程的实验教学质量，为学生的课程实验、课程实训、毕业设计及相关实践提供优质的基础。该课程实验教学改革方法的研究对提高实验课堂教学质量、促进人才培养和就业都有着深远的影响。

2.1实验项目改革研究

《单片机原理与应用》课程比较侧重于学生动手能力的培养，所以针对该课程的实验项目很多，那么如何根据本学校的学生层次及特点进行实验项目的分类是改革中需要研究和分析的问题。笔者以温州医科大学实际授课实例为例进行阐述。温州医科大学针对生物医学工程专业和电子信息工程专业学生开设该课程。针对学生的专业特点及实验学时的安排，将实验项目教学内容分成四部分，可以根据各专业学生层次特点选择合适的实验项目。具体实施方法为：

第一部分为软件模拟实验，主要目的是熟悉Keil软件、Proteus软件等的操作及汇编语言指令的熟练应用，让学生对整个操作软件的使用及汇编语言的使用有一个全面了解，为以后的实验打下坚实的基础。针对软件模拟实验，主要开设的实验项目包括两类：基础类实验及综合应用类实验。基础类实验主要包括数据传送实验、拆字和拼字实验、数据加法实验、查表实验等；综合应用类实验主要包括模拟交通灯、投篮计分及病房呼叫模拟实验等。

第二部分为基本端口实验，主要目的是让学生认识纹机系统的基本硬件。实验项目主要有端口输出实验、定时计数器实验、按键中断实验、A/D转换实验、多位数码管显示实验、串口通信实验等。

第三部分为综合设计性实验，目的是帮助学生全面掌握所学内容，提高学生综合运用知识的能力。主要有用定时器设计时钟实验、键盘结合LCD液晶显示实验、利用外部中断设计流水灯实验、温度检测实验等。

第四部分为创新性实验，主要针对那些对单片机有兴趣的学生，锻炼学生的创新能力、动手能力和解决实际问题的能力等，该部分实验在课下进行，可结合教师的科研项目和各类大学生电子设计大赛，如教师科研课题中的控制系统及大学生电子设计竞赛、智能车设计大赛、机电产品创新设计大赛等。

2.2实验教学模式改革研究

《单片机原理与应用》课程实验教学模式改革中将PBL教学法与TBL教学法相结合，针对该门课程授课学生专业不同，将实验分成三个层次：基本实验、综合实验和自选实验。针对不同层次实验各自特点和难易程度进行教学方法的选择和综合应用。

2.2.1基本实验主要考核学生基础知识的掌握，内容较为简单，可以只采用PBL教学法。教师只需要给出实验设计的问题，由学生独立完成，不需要进行分组，培养学生的自主动手能力。

2.2.2综合实验不再是单一的知识点、单一的学科，考核的知识可能是跨学科多个知识点，教师只需给出实验的要求和技术指标，学生自主选择决定学习哪些知识解决问题，体现典型的PBL教学法的应用优势。具体实验过程中主要采用分组讨论，单人完成或按组汇报两种方式。

2.2.3自选实验在三个实验层次是难度最高的，学生几乎不可能单独完成，同时教师要给予一定的指导，给出明确的学习目标及知识点，适合采用TBL教学法分组讨论，按组汇报。设计性实验往往都是给出一个需要解决的实际问题，实施方法不是唯一的，这是PBL教学法应用最适合的情况。因此，对于设计性实验最好采用两种方法综合应用。

2.3实验教学环境的改革研究

根据学生的实际情况和要求，为学生创造宽松的实验环境。

2.3.1对学生实验中用到的硬件实验仿真平台可以根据学生的特点及基础进行针对性选择及操作。对于大多数学生，可以选用基础开发板与仿真器的硬件仿真平台在实验课堂中完成相应的实验项目设计，对于能力较强的学生，可以鼓励学生自己做单片机最小系统板或者选用高级开发板与仿真器结合的硬件仿真平台，对于积极性较高的学生，可以建议大家在实验课业余时间选用开发板自己烧写程序在实验课堂之外对实验感兴趣的内容进行仿真学习，为学生创造宽松的实验环境，使学生可以不拘束于课上时间进行实验。

2.3.2对于软件仿真平台，学生可以用汇编语言完成简单程序的设计，能够用C51语言完成简单和复杂程序的设计，学生的前序课程中学过C语言，这样大大降低学生学习的难度，同时学生从对比中加深对汇编语言和C51语言的理解。

2.4实验考核方式改革研究

传统的单片机实验课程不单独考核，评价方式主要以实验报告为依据。这种评价方式使学生对实验教学环节不重视，很难调动起学生在实验教学环节中的积极性。本次改革项目将实验考核方式分为四个部分：把学生每次实验课堂的态度及积极操作的自我关注程度作为实验平时成绩的考核依据，占实验成绩的20%；平时实验报告占实验成绩的20%；综合实验项目考核占实验成绩的50%；自选实验项目占实验成绩的10%。

3.结语

为了提高《单片机原理与应用》课程的实验教学质量，给学生的课程实验、课程实训、毕业设计及相关实践提供优质的基础，提高学生的实际应用和创新能力，本课题结合学校各专业学生实验教学的实际情况，对该课程实验教学方面的教学方法进行探讨与改革。经在实际实验教学中的改革实践表明，通过对实验项目的合理设计，可以培养学生的实验积极性和主观能动性。通过对实验教学模式的改革，激发学生的实验兴趣。通过对实验教学环境的改造及考核方式的改变，可以引导学生重视自身实验技能的培养。从本校学生毕业设计过程及实习过程中可以看出，学生在实际工程应用项目的开发数量和质量都有较大程度的提高。随着实验教学改革的不断深入和完善，该课程会取得更良好的实验教学效果，使学生的综合设计能力及创新能力有明显的提高。

参考文献：

[1]李有光，闻新，南英.本科生AVR单片机实验教学探索与研究[J].实验室研究与探索，2015，34（9）：216-218.

[2]祖一康，徐妙婧.单片机教学改革实践研究[J].湖北理工学院学报，2015，31（5）：67-70.

[3]金国华，滕君华，马宝山，张大力.单片机课程设计中应用能力的分层培养[J].中国现代教育装备，2015，11：81-83.

[4]刘喜双，姚健.单片机课程实践教学改革探索[J].教育探索，2013，8：31-32.