單片機原理課程實踐課堂教學(xué)

來源:投稿網(wǎng) 時間:2022-10-14 10:00:07

單片機原理課程是電子信息科學(xué)與技術(shù)、機械設(shè)計與制造及其自動化專業(yè)學(xué)生的必修課。然而，從學(xué)生多年來在課堂上的表現(xiàn)和考試成績以及從學(xué)生到工作的問題反饋來看，我校單片機原理課程教學(xué)存在一些不足。例如，教學(xué)內(nèi)容過于陳舊，匯編語言的教學(xué)方法過于僵化，實踐方法跟不上當(dāng)今工作的要求。為響應(yīng)學(xué)校創(chuàng)建省級示范應(yīng)用型本科院校的要求，全面提高學(xué)校的質(zhì)量和水平，2008年，我們探索性地改革和實踐了實用性強的專業(yè)技術(shù)課單片機原理教學(xué)。

1.課程教學(xué)中存在的問題。

多年來，我們的單片機原理課程教學(xué)主要是匯編語言。從每次學(xué)生考試的結(jié)果來看，學(xué)生對匯編語言的一些知識掌握較差。對于以培養(yǎng)學(xué)生產(chǎn)品設(shè)計和應(yīng)用能力為主要教學(xué)目標(biāo)之一的課程，如單片機，編程語言掌握不好，學(xué)生可以想象單片機原理。主要原因是匯編語言是低級語言，只是機器指令的簡單符號。寄存器使用相對先進的語言操作復(fù)雜，要求學(xué)生具備一定的硬件基礎(chǔ)知識。顯然，學(xué)生很難在短時間內(nèi)完全掌握它。

目前，大多數(shù)高校的理論教學(xué)過程采用先基礎(chǔ)后應(yīng)用的模式，即單片機硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、匯編語言設(shè)計、外部系統(tǒng)擴展、接口技術(shù)和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計。雖然該方法思路清晰，但存在過于機械化的缺點，缺乏生動直觀的輔助教學(xué)手段，使學(xué)生覺得學(xué)習(xí)單片機很無聊，沒有現(xiàn)實意義，缺乏興趣，嚴重影響了教學(xué)效果。實踐教學(xué)形式單一，重視不夠。目前，大多數(shù)實踐課程教學(xué)以單片機實驗箱為實驗平臺，大多數(shù)都是驗證實驗。在觀察中，不難發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)學(xué)生在做實驗時使用實驗指導(dǎo)書中寫的程序數(shù)據(jù)。很少有學(xué)生分析程序的過程，更不用說學(xué)習(xí)和理解這些代碼了。此外，對于使用電路硬件的實驗，它只是根據(jù)實驗指南的要求在實驗箱上進行簡單的連接。沒有整體的電氣原理圖概念，再加上實驗條件有限，每個學(xué)生都不可能得到老師的指導(dǎo)。因此，學(xué)生過度追求實驗結(jié)果，而忽略了硬件設(shè)計、軟件調(diào)試等過程。

此外，我們的單片機教學(xué)以8031或MCS-51為例。多年來基本沒有變化。事實上，市場上有很多種單片機，甚至51系列的單片機也非常豐富。例如，有內(nèi)置看門狗、內(nèi)置PWM、內(nèi)置SPI、內(nèi)置A/D、/D/A等，但學(xué)生們知道的很少。

2.課堂教學(xué)改革。

2.1多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)模式相結(jié)合。

隨著大學(xué)教育教學(xué)改革的深入發(fā)展，多媒體教學(xué)將更廣泛地應(yīng)用于各種教育教學(xué)領(lǐng)域。傳統(tǒng)的教學(xué)方法是以課堂教學(xué)為主，以教師為中心，單片機原理課程實踐課堂教學(xué)，顯然傳統(tǒng)的教學(xué)方法不能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，多媒體教學(xué)方法是通過計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)和現(xiàn)代教學(xué)活動，集文本、圖像、聲音、視頻圖像、動畫等信息，教學(xué)更生動、直觀、生動。例如，通過使用豐富的網(wǎng)絡(luò)資源，學(xué)生可以了解當(dāng)前關(guān)于單片機的新信息、新技術(shù)、新信息和相關(guān)領(lǐng)域的內(nèi)容，并了解單片機應(yīng)用和發(fā)展的現(xiàn)狀。同時，在每章的結(jié)尾，將網(wǎng)絡(luò)上具有代表性和應(yīng)用性的問題轉(zhuǎn)移到課堂上，組織大家討論和分析課堂學(xué)習(xí)的基本知識。這樣，我們就可以引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)收集和消化網(wǎng)絡(luò)上的相關(guān)資源，學(xué)習(xí)咨詢單片機制造商提供的芯片技術(shù)信息，為未來的軟硬件設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

2.2在匯編語言教學(xué)中引入標(biāo)準(zhǔn)C語言。

鑒于匯編語言不容易掌握，教師在教授單片機原理硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)和匯編語言程序設(shè)計章節(jié)后，可以吸引單片機標(biāo)準(zhǔn)C語言的教學(xué)內(nèi)容。其內(nèi)容主要包括C的基本語法、C的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、C的存儲結(jié)構(gòu)和C的過程控制等知識點，在解釋過程中與匯編語言進行比較，了解端口和中斷定義的差異，學(xué)生在了解單片機硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，了解C的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)和單片機硬件結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系。此外，在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生應(yīng)認識到C語言相對匯編語言的優(yōu)點：如C語言的可讀性、良好的可維護性、易于維護和調(diào)試、代碼重用和移植等。

通過這種比較匯編語言和C語言的教學(xué)模式，學(xué)生可以在短時間內(nèi)快速掌握單片機原理應(yīng)用的編程，這無疑將對以后的學(xué)習(xí)大有裨益。

KeilC51是單片機最常用的開發(fā)工具。

集成電路的發(fā)展不斷提高單片機的性能，應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，單片機的編譯調(diào)試工具也在不斷完善。最常用的開發(fā)工具KeilC51是美國KeilSoftware公司生產(chǎn)的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。KeilC51軟件提供了豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。同時，隨著Windows版本的更新，軟件系統(tǒng)不斷完善。此外，只要您查看編譯后生成的編譯代碼，您就可以意識到KeilC51生成的目標(biāo)代碼非常高效。大多數(shù)句子生成的編譯代碼非常緊湊，易于理解。圖1為操作軟件系統(tǒng)界面圖，窗口標(biāo)題欄下是菜單欄，菜單欄下是工具欄，工具欄左邊是項目管理窗口，在窗口可以查看項目文件，也可以查看程序執(zhí)行存儲器實時值J在管理窗口右邊是編輯窗口，下面是命令窗口和各種輸出信息窗口，這些窗口可以通過視圖菜單命令打開或關(guān)閉。

在引入標(biāo)準(zhǔn)C語言的基礎(chǔ)上，為了讓大學(xué)生更快地適應(yīng)工廠企業(yè)單片機相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)，我們引導(dǎo)學(xué)生掌握開發(fā)平臺的使用方法，為今后的工作打下良好的基礎(chǔ)。

3實踐教學(xué)改革。

3.1改變傳統(tǒng)的實驗?zāi)Ｊ健?/p>

我們試圖改變傳統(tǒng)實驗過程中的驗證實驗?zāi)Ｊ剑笇?dǎo)教師只提供實驗方向，學(xué)生根據(jù)實驗?zāi)康暮鸵筇崆邦A(yù)覽，在圖書館或網(wǎng)上查閱相關(guān)信息，設(shè)計實驗方案，編制相關(guān)實驗程序。在實驗中遇到的問題可以與小組成員討論和解決，最終得到實驗結(jié)果。學(xué)生應(yīng)根據(jù)自己的實驗過程撰寫實驗報告，包括學(xué)生在實驗中遇到的問題和提出的解決方案。同時，教師還可以組織學(xué)生進行溝通，分析和討論每組的實驗結(jié)果和報告，以提高大學(xué)生的研究能力和科學(xué)實驗?zāi)芰Α?/p>

3.2充分利用課外時間。

單片機原理課程的課外教學(xué)也是實踐教學(xué)的重要組成部分。它不僅是實驗教學(xué)的補充。事實上，大學(xué)生可以通過組織興趣小組和參與教師科研等方式進行課外學(xué)習(xí)。例如，我校團委、科技部組織學(xué)生申報的研究性學(xué)習(xí)項目在很大程度上激發(fā)了一些學(xué)生的創(chuàng)新精神，增強了他們的實踐能力，從而提高了他們獨立解決實際問題的能力。此外，單片機課程教師還適當(dāng)指導(dǎo)學(xué)生的課外學(xué)習(xí)，為他們感興趣的研究方向提供參考書目，引導(dǎo)學(xué)生了解最新動態(tài)，把握研究方向，與學(xué)生討論，鼓勵學(xué)生走出學(xué)校，參加各種嵌入式系統(tǒng)講座，參加學(xué)校內(nèi)外與單片機相關(guān)的各種競賽活動，拓寬學(xué)生視野，提高學(xué)生能力，逐步培養(yǎng)研究能力和創(chuàng)新能力。