單片機畢業設計范文

導語：如何才能寫好一篇單片機畢業設計，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。

篇1

SPCE061A單片機概述

SPCE061A是繼u\''''nSP系列產品SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一個16位結構的微控制器。目前有兩種封裝形式：84引腳的PLCC84封裝和80引腳的LQFP80貼片封裝。主要性能如下：

16位m’nSP微處理器；

工作電壓：VDD為2.4~3.6V(cpu),VDDH為2.4~5.5V(I/O)；

CPU時鐘：32768Hz~49.152MHz；

內置2K字SRAM、內置32KFLASH；

可編程音頻處理；

32位通用可編程輸入/輸出端口；

32768Hz實時時鐘，鎖相環PLL振蕩器提供系統時鐘信號；

2個16位可編程定時器/計數器(可自動預置初始計數值)；

2個10位DAC(數-模轉換)輸出通道；

7通道10位電壓模-數轉換器(ADC)和單通道語音模-數轉換器；

聲音模-數轉換器輸入通道內置麥克風放大器自動增益控制(AGC)功能；

系統處于備用狀態下(時鐘處于停止狀態)耗電小于2mA@3.6V；

具備觸鍵喚醒的功能；

14個中斷源：定時器A/B，2個外部時鐘源輸入，時基，鍵喚醒等；

使用凌陽音頻編碼SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容納210秒的語音數據；

具備異步、同步串行設備接口；

具有低電壓復位(LVR)功能和低電壓監測(LVD)功能；

內置在線仿真電路接口ICE（In-CircuitEmulator）；

具有保密能力；

具有WatchDog功能（由具體型號決定）

一、方案設計與論證

方案一：

本方案直接采用凌陽SPCE061A作為波形發生器。波形的具體產生是通過兩路DAC來產生，凌陽SPCE061A在這方面的設計為我們提供了極大的方便，用它實現的好處在于，電路極其簡單，另外在DAC的編程方面又提供及其便利的編程環境。電路的設計包括三大部分，第一是鍵盤控制電路的設計，這里采用4*4鍵盤，由IOA的低八位進行控制，把鍵盤上的行和列分別接在IOA0~IOA3和IOA4~IOA7上，采用外部中斷二來中斷所顯示波形，以便進入下一波形的編輯和輸出，在波形輸出的同時利用外部中斷一來實現同步的頻率調節。第二是顯示電路的設計，這里為了在波形輸出依然有顯示，由于單片機的局限性這里采用通常的動態LED顯示行不通，因為波形輸出時要求CPU不停地為其服務而沒有空閑來為LED進行不停更新，解決方案是采用帶數據緩存器和驅動的LCD來提供顯示，這樣只占用八個I/O口即可完成設計要求,也可放棄適時顯示功能采用LED顯示，這里將提供兩種顯示方案。第三是濾波和電壓轉換電路的設計，濾波采用低通濾波器，濾除DAC轉換過程中形成的高頻小鋸齒波。另外由于凌陽SPCE061A單片機DAC輸出為電流輸出，為滿足達到5V的電壓輸出，外接OP07運算放大器進行放大，加1千歐姆電阻進行電流信號到電壓信號的轉換。本設計的特點是全面采用數字電路方案，因而工作穩定可靠。利用單片機控制管理，使頻率設置和占空比調整等操作可用鍵盤輸入，十分方便。

方案二：

本設計方案采用功能很強的大規模數字頻率合成器MC145151和多波形寬頻率范圍信號發生器MAX038等新器件產生波形和頻率，控制與管理電路部分使用SPCE061A單片機以及鍵盤顯示電路。MAX038是一個精密高頻波形產生器。它能產生頻率高達20MHz的正弦波、三角波、方波等脈沖信號，其壓控振蕩器的頻率分粗調和細調兩層控制。在本電路中，用于粗調的控制電壓（電流）由一個12位的DAC產生，使輸出頻率近似等于N倍基準頻率。而細調電壓則由數字鎖相電路MC145151和環路濾波器MAX427產生，由鎖相反饋環將頻率fo=Nfr鎖定。這種方案的優點是頻率合成器工作更可靠，鎖定更迅速。另外MAX038還包括占空比調整電路、波形同步電路、相位檢測電路、波形切換開關和電壓基準源等電路，所需外部元件少，使用很方便。控制和管理電路由SPCE061A單片機及電路組成。其主要用于對鍵盤輸入的波形和頻率選擇等數據進行譯碼，計算出相應的控制參數，控制頻率合成器輸出正確的信號，并將其頻率和波形參數用LED顯示出來。對于小型通用信號產生器而言，這是一個比較理想的設計方案。

方案比較：

第一種方案設計電路簡單，能夠滿足電子大賽設計的要求，這里考慮到短時間內設計既要成型，采用第一種方案。第二種方案的設計比較完善，由于用到專門的波形發生芯片，產生的波形比較完美，但電路復雜，適合于作波形發生器的產品設計方案。

二、系統硬件電路設計

2.1電路方框圖及說明

圖1整體框圖

2.2各部分電路設計

2.2.1濾波、放大及其電流到電壓的轉換電路

電路本系統采用二階壓控電壓源低通濾波器，如圖2所示。它由兩節RC濾波器和同向放大電路組成。其中同相放大實際上就是所謂的壓控電壓源，它的電壓增益就是低通濾波器的通帶電壓增益，即：A0=Avf=1+Rf/R1

圖2濾波電路

傳遞函數由圖電路可知，運放同相端輸入電壓為：

(1)而Vp(s)與Va(s)的關系為：Vp(s)=Va(s)/（1+sRC）(2)對于節點A，由節點電流法可得Vi(s)/R-Va(s)/R-[Va(s)-V0(s)]sC-Va(s)/R-Vp(s)/R=0(3)將式（1）、（2）和（3）連立求解，可得電路的傳遞函數為A(s)=V0(s)/Vi(s)=Avf/[1+(3-Avf)sRC+sRC*sRC](4)式（4）為二階低通濾波器傳遞函數的表達式。其中1/RC為特征頻率，而1/(3-Avf)為等效品質因數。截止頻率為1/RC。通過設置R、C可調節帶通到我們需要的范圍。另外調節Rf可調節幅度到我們需要的范圍。

2.2.2鍵盤控制電路電路

在單片機中所需按鍵較少，多采用獨立式鍵盤。此種鍵盤結構簡單，每只按鍵接單片機的一條I/O線，通過查詢即可示別出每只按鍵的狀態來。但由于本系統按鍵較多，在這里采用矩陣式排列鍵盤，如圖3所示，這樣可以合理應用硬件資源，把16只按鍵排列成4*4矩陣形式，用一個8位I/O口控制,如圖所示。把鍵盤上的行和列分別接在IOA0~IOA3和IOA4~IOA7

圖3

按鍵控制電路上。先置IOA0~IOA3為帶數據緩存器的高電平輸出，置IOA4~IOA7為帶下拉電阻的輸管腳，此時若有鍵按下，取IOA4~IOA7的數據將得到一個值，把此值保存下來，再置IOA4~IOA7為帶數據反相器的高電平輸出，置IOA0~IOA3為帶下拉電阻的輸入管腳，此時若鍵仍沒彈起，取IOA0~IOA3的數據將得到另一個值，把這兩個值組合就可得知是哪個鍵按下了，再通過查表得到鍵值。

2.2.3顯示電路電路

為了給廣大單片機愛好者提供方便，在顯示電路的設計方面提供兩種方案，第一種是采用四個LCD進行適時顯示，這是比較理想的方案，但由于LCD成本較高，這里還提供另一種方案，用六個LED進行顯示，這種方案的缺點是不能適時顯示，但也能滿足一般設計要求。第一種方案采用四個LCD進行動態顯示，輪流顯示波形和頻率，直接用SPCE061A驅動液晶顯示器，要占用較多的I/O口，這里采用ICM7211M來驅動，這樣不僅節省I/O口而且減化了編程。用數字代表各種波形，顯示波形的粗調頻率。用IOA9—IOA10口作為位選控制，IOA8口作為ICM7211M的片選信號，IOA11—IOA14作為數據線。數據線和位選線直接接凌陽SPCE061A單片機的I/O口即可，

圖4LCD顯示電路

第二種方案采用六個共陰極數碼管LED進行動態顯示波形和頻率，直接用SPCE061A直接驅動LED，兩位提供波形顯示，四位提供頻率顯示。用IOB8—IOB13口作為位選控制，IOA8—IOA14口傳輸要顯示的數據，數據線和位選線直接接凌陽SPCE061A單片機的I/O口即可，因為I/O口輸出電流很小不會對LED造成損壞，它的電壓值卻足以驅動LED，這不像別的單片機還要外接驅動電路和電阻，采用凌陽SPCE061A單片機大大減化了設計過程和硬件電路。硬件電路如圖5所示。

圖5LED顯示電路

2.2.4語音播報電路的設計電路

凌陽的SPCE061A是16位單片機，具有DSP功能，有很強的信息處理能力，最高時鐘可達到49M，具備運算速度高的優勢等等，這為語音的播放、錄放、合成及辨識提供了條件。另外SPCE061A單片機具有32k閃存，事先把所需要的語音信號錄制好，整個語音信號經凌陽SACM_S480壓縮算法壓縮只占有13.2K存儲空間，對凌陽SPCE061A單片機的存儲系統來說綽綽有余。凌陽SPCE061A單片機自帶雙通道DAC音頻輸出，DAC1、DAC2轉換輸出的模擬量電流信號分別通過AUD1和AUD2管腳輸出，DAC輸出為電流型輸出，經LM396音頻放大，即可驅動喇叭放音，放大電路如圖6(只列出了DAC1,DAC2類似)。在DAC1、DAC2后面接一個簡單的音頻放大電路和喇叭就能實現語音播報功能，這為單片機的音頻設計提供了極大方便，音頻的具體功能主要通過程序來實現。

圖6音頻放大電路

三、軟件設計

3.1主程序流程圖

由于使用凌陽SPCE061A使電路變得異常簡單，整個波形發生器的主體任務落到了程序編寫上。整個系統的軟件設計方案如圖7，采用外部中斷二來中斷所顯示波形，以便進入下一波形的編輯和輸出，在波形輸出的同時利用外部中斷一來實現同步的頻率調節。波形的具體產生是通過兩路DAC來產生，之所以采用這種方式，是因為凌陽SPCE061A在這方面的設計為我們提供了極大的方便，在DAC的編程方面又提供了及其便利的編程環境。用函數來產生波形是大多數設計者喜之不舍得設計方案，但在具體設計方面，因為函數在單片機的運算過程中占據了太多的時鐘周期，這就給我們追求高頻波形一個瓶頸，要怎樣解決這個問題呢？這里我采用查表來實現，根據理論凌陽SPCE061A單片機可達到一百兆的要求，這就能充分滿足題目設計要求了，然而，由于函數產生波形極其方便，凌陽SPCE061A單片機有提供了大量函數庫，在設計過程中我在低頻部分依然采用函數設計。另外，波形頻率隨CPU的頻率而變法，凌陽SPCE061A單片機的32768的實時時鐘經過PLL倍頻電路產生系統時鐘頻率(Fosc)，Fosc再經過分頻得到CPU時鐘頻率(CPUCLK)可通過對P_SystemClock(寫)($7013H)單元編程來控制，這就為我們設計提供了豐富的CPU時鐘選擇。默認的Fosc、CPUCLK分別為24.576MHz和Fosc/8。我們可以通過對P_SystemClock單元編程完成對系統時鐘和CPU時鐘頻率的定義，改變設置將可提供多種頻率選擇。在本設計中，波形編輯的第一部就是進行CPU頻率選擇，選擇最高頻和最低頻作為粗調，在用鍵盤和中斷進行微調，以便達到所需的頻率及其幅值。下面將對各部分編程作詳細說明。

圖7整體流程圖

3.2分塊程序流程

按鍵控制部份

在鍵掃描的過程中，先置IOA0~IOA3為帶數據緩存器的高電平輸出，置IOA4~IOA7為帶下拉電阻的輸入管腳，此時若有鍵按下，取IOA4~IOA7的數據將得到一個值，把此值保存下來，再置IOA4~IOA7為帶數據反相器的高電平輸出，置IOA0~IOA3為帶下拉電阻的輸入管腳，此時若鍵仍沒彈起，取IOA0~IOA3的數據將得到另一個值，把這兩個值組合就可得知是哪個鍵按下了，再通過查表得到鍵值，跳轉至相應程序段，執行輸出相應波形或者編輯波形，從而達到控制波形的目的。整體按鍵過程如圖8所示。

圖8按鍵控制流程圖

正弦波形的形成

在設計之初，我一直都在嘗試使用函數來計算輸出波形，使用這種方法，在示波器上得到了很好的波形，但是在CPU時鐘頻率沒調至最高的情況下，所得到的頻率只是多少毫赫茲到幾十赫茲之間，基本上沒有實用價值。要達到更高的頻率，就得另辟蹊徑了。分析一下為什么頻率上不去，主要原因在于，使用單片機進行正弦函數的運算時占去了不少時間，如果去掉這一計算過程波形的頻率應該大有提高，另外就是CPU時鐘頻率沒有調至最高，以及DAC轉換過

圖9正弦波形查表形成流程圖

程需要時間。為了達到更高的頻率，首先就要免去單片機的計算負擔，我使用的解決方法是人為計算出要輸出的點，然后建一個表通過查表來進行輸出，這樣主要工作任務就落到了建表的過程中。這樣做的好處在于，查表所耗費的時鐘周期相同，這樣輸出的點與點之間的距離就相等了，輸出的波形行將更趨于完美，當然更讓我們感到的高興的是它輸出波形的頻率將近達到了100K赫茲，能夠滿足我們設計的擴展要求了。為了實現頻率的調整，我在一個正弦波周期里建了兩百個點，如果我們隔一個取點的話，且在CPU時鐘頻率不改變的情形下，正弦波頻率將相對于前面的頻率提高將近一倍。這樣我們就得到了解決頻率調整的方法，首先進行CPU時鐘頻率選擇，再調整一個正弦函數一個周期輸出的點數，幅度的調節是通過初始幅度設置再通過外部放大電路來調節，設計程序流程圖如圖所示。另外，由于函數產生波形及其方便，凌陽SPCE061A單片機又提供了大量函數庫，在設計過程中我在低頻部分依然采用函數設計，因為這更有利于數字幅度和頻率的調節。設計程序流程圖如圖9和10所示。

圖10正弦函數計算形成波形流程圖

三角波、鋸齒波的形成

三角波、鋸齒波形成的原理同正弦波形成的原理大致相同，在這里將不做作詳細介紹，其流程圖如圖11所示。

圖11三角波查表形成流程圖

方波的形成和實現

方波是我們最常用的一種波形，并且常常作為一種標準信號應用在各個領域，凌陽SPCE061A提供了一種很好的方波發生機制，就是APWM調制，通過寫入P_TimerA_Ctrl($700BH)單元的第6~9位，可選擇設置APWM輸出波形的脈寬占空比；同理，寫入P_TimerB_Ctrl($700DH)單元的第6~9位，便可選擇設置BPWM輸出波形的脈寬占空比。我們可以將IOB8設置成同相輸出端口，通過設置P_TimerA_Ctrl(寫)($700BH)的第0~5位來選擇TimerA的時鐘源(時鐘源A、B)。設置該單元的第6~9位（如圖12所示），TimerA將輸出不同頻率的脈寬調制信號，即對脈寬占空比輸出APWM進行控制。這里為了得到最標準的波形采用這種方式來實現標準方波。如圖12所示就是我們進行APWM調制的原理圖。

圖12APWMO信號時序圖

在某些應用領域由于各種干擾和響應的存在，實際電路往往存在各種信號缺陷和瞬變信號，為了滿足各種需要我們還設計了有頻率突變的方波，如圖11所示。具體設計方案是采用不停的輸出和停止輸出某一幅度的值，在一個序列周期我們總共提供八位可變數值，因為在數據傳輸過程中一般是八位為一幀進行傳輸。通過鍵盤的編輯可以達到我們的需求。

圖13有頻率突變的方波

顯示和播報

時間和路程的顯示采用動態顯示，顯示子程序流程圖如圖14，語音播報采用凌陽SACM_S480語音播報，流程圖如圖15。

圖14顯示子程序流程圖

圖15語音播報流程圖

其它

在按鍵控制的第6到第12個按鍵，都是用來改變和編輯波形參數的，這就為整個系統能輸出各種波形提供了可能性，以及增加了它的實用性。另外還用外部中斷一來進行同步調試，我們可在中斷里寫入各種參數，就可達到我們所要求的波形及其實現參數變化的目的。

四、系統測試及整機指標

五、總結

（1）能產生正弦波、方波、三角波、鋸齒波幾種周期性波形，并且可通過調節變形成其它相關波形。

（2）用鍵盤輸入編輯可生成正弦波由基波及其諧波線性組合的波形，以及各次諧波單獨的波形。

（3）輸出波形的頻率范圍為100mHz～100kHz；可以通過鍵盤輸入粗調頻率，通過外部中斷一可同步調節頻率，具有在低頻部分調節步進小，在高頻部分大的特點。

（4）輸出波形幅度范圍為0～5V（峰-峰值），可通過可變電阻任意調整調整。

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關鍵詞：單片機；實踐教學；創新能力；教學模式

作者簡介：李春蘭（1967-），女，四川三臺人，新疆農業大學機械交通學院，副教授；艾海提·賽買提（1965-），男，維吾爾族，新疆烏魯木齊人，新疆農業大學機械交通學院，副教授。（新疆 烏魯木齊 830052）

基金項目：本文系新疆維吾爾自治區高等學校科研計劃項目（項目批準號：XJEDU2012I15）、新疆農業大學前期資助課題項目（項目批準號：XJAU201121）的研究成果。

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）23-0097-02

“單片機技術”課程是工科類各專業的一門重要專業基礎課程，是學生進行生產實習、畢業設計和畢業后從事嵌入式系統設計的重要技術基礎。[1，2]該課程一般以“模擬電子技術基礎”、“數字電子技術基礎”為先修課程，主要研究單片機基本結構、應用電路設計及程序設計，是實踐性很強的課程。作為一門理論性、實踐性都較強的課程，其教學目標是使學生獲得單片機應用技術方面的基本理論、基本知識和基本技能，培養學生分析問題和解決問題的能力，為以后深入學習計算機控制技術以及嵌入式技術應用打好基礎。

針對該課程的特點，為了在有限的學時內能夠盡快引導學生入門，在理論授課、實踐教學的每個環節教師都須注重實踐教學的滲透，幫助學生對各知識點的理解和掌握。筆者在教學中進行了一定的探索和研究。

一、各教學環節的實踐教學改革

該課程的主要內容包括抽象的理論教學、課程的實驗教學、課程設計等，如何激發學生的自主學習能力是一個關鍵。為了能夠進行有效的課堂教學，激發學生的主觀能動性，在教學實踐中貫徹在教師指導下的、以學習者為中心的學習方式，[3，4]并注重實踐教學的滲透。

1.課堂理論教學實例仿真演示

教學方法的改革離不開對教學內容的更新優化和對教學模式的改革。首先，在優選課程教材的基礎上，狠抓實驗教材建設，先后多次對課程實驗指導書內容進行充實和修改。其次，在課堂的理論教學中，以獨立的單元為單位，多舉實例，并將單片機仿真調試軟件Keil與單片機及器件仿真軟件Proteus相結合，進行單片機內部資源和簡單器件的調試與仿真演示。將相關軟件發放給學生，使學生能夠在有計算機的地方就能進行仿真實驗，提高學生的學習興趣。

2.改革實驗內容，開設綜合性設計型實驗

綜合性設計型實驗是實踐教學內容改革的重點和難點，在實驗課程中開設綜合性設計型實驗，以培養學生創新能力。同時把先進軟硬件技術與電子芯片不斷融入實驗實踐教學中，使人才培養與時展同步，與技術進步同步。

具體實施中，根據專業培養目標及教學計劃，制定了實驗教學大綱，并根據專業培養計劃要求，及時調整相關實驗內容。實驗教學內容安排的重點是培養學生的實踐能力，即根據控制對象能編寫出相應的程序，并能獨立解決調試程序中遇到的問題，改變了過去單一驗證性實驗，培養了學生的探索創新精神。

3.課程設計實踐教學

“單片機技術”課程設計的目的是為了培養學生整體動手能力和實踐能力。課程設計包括項目概述、項目要求、系統設計、硬件設計、軟件設計、系統仿真及調試，要求學生完成相應的設計項目后提供完整的程序清單和電路原理圖。在選題上，采用了實際應用項目實例，力求理論和實踐相結合，同時考慮培養學生解決工程實際問題和綜合應用的能力。典型實例都來自實際工程應用，有助于學生動手能力的培養和鍛煉。

此環節一般安排兩周的時間。按不同的題目將學生分成4～5人組成的小組，進行系統設計，包括硬件原理圖設計、控制程序設計及調試、實際系統面包板的搭建及調試等。首先教師布置課程設計任務，然后要求學生利用圖書館、網絡等一切可以利用的資源進行資料查詢，并且根據各組的課程設計任務進行控制系統方案設計、控制系統電路原理圖設計、控制程序編寫；將單片機仿真調試軟件Keil與器件仿真軟件Proteus相結合，進行模擬調試；最后進行實物制作和程序調試，從而通過實時實驗對課程設計的方案進行驗證。圖1、圖2分別是步進電機正反轉控制課程設計的部分成果。

課程設計中使學生熟悉和掌握了基于單片機的小型控制系統設計的完整流程，熟悉了軟件聯調方法和技巧，掌握了仿真軟件從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結果。從某種意義上講，彌補了實驗和工程應用間脫節的矛盾和現象，大大縮短了開發周期，讓學生在學校得到了工程師的基礎培訓，具有創新性。

4.畢業設計實踐教學

畢業設計的題目可以來自教師的科研項目、課題，也可以是現實生活、實際生產中需要解決的控制問題，甚至是學生感興趣的科技創新活動中需要解決的問題。在畢業設計過程中，學生根據在課程設計中獲得的實際經驗和能力，可以進行相關的系統開發；利用實驗室的硬件設備以及相關仿真軟件，可使得與單片機相關的畢業設計進行控制算法的研究，并利用自己開發的硬件平臺進行程序驗證，既有效解決了以往單片機類畢業設計結果無法驗證的難題，又完成了一定系統的開發實踐，為學生進入社會奠定了一定的基礎。如畢業設計“冷庫在線溫度控制系統設計”，該題要求學生完成小型冷庫系統溫度的在線監控。為保證監測的溫度能夠反映冷庫不同位置的溫度，學生提出了利用四個溫度傳感器檢測冷庫中四個不同點位置的溫度，并以它們的平均值作為冷庫的在線檢測溫度。在線檢測溫度、溫度平均值計算、溫度顯示、加熱及冷卻的控制，以及輔助功能的控制都由控制程序來實現，而單片機作為控制器，通過其的硬件電路及控制程序來實現對冷庫溫度的在線檢測與控制。其面包板實物連接圖如圖3所示。

5.全國大學生電子科技大賽

全國大學生電子設計競賽是面向大學生、大專生的群眾性科技活動，目的在于推動普通高等學校信息電子類學科面向21世紀的課程體系和課程內容改革，引導高等學校在教學中培養大學生的創新意識、協作精神和理論聯系實際的學風，加強學生工程實踐能力的訓練和培養，促進高等學校形成良好的學習風氣，同時也為優秀人才脫穎而出創造條件。

為鼓勵和組織學生參加全國電子科技大賽，新疆農業大學機械交通學院實驗室購買了一定數量的電子元件，能源與電氣工程系的教師組織學生參加實踐活動，指導學生掌握源程序編譯軟件的使用、硬件仿真軟件使用、電路板制版軟件使用、將制版文件導入電路板雕刻機完成電路板制作等，并利用暑期對學生進行集中培訓、訓練，完成常用電路的設計、制作及調試的工作，培養學生解決問題、團隊合作的能力。圖4是學生賽前的部分作品。學院在2009年、2011年先后兩次參加了全國大學生電子科技大賽，有18人次獲省部級競賽獎項，取得了比較好的成績。

二、實踐教學的特點及考核方式

通過多年的“單片機技術”課程實踐教學得出以下結論：

（1）課程實行了理論教學與實踐內容相結合的改造，目標明確。依據教學大綱的要求和實踐教學的目的，選擇能夠貫穿實踐能力培養的實踐項目，教學內容在逐步完成實踐項目的過程中展開，課內課外訓練并行，通過完成實踐項目的訓練過程培養學生單片機的實踐能力。

（2）基礎理論教學內容能即時通過軟件仿真驗證，說服力強，學生印象深刻。

（3）各實踐環節彼此關聯，從小到大，從簡到繁，從局部到整體，層層推進，形成了一個完整的實踐教學模式。

（4）采用了以形成性考核為主的考核方式。能力考核貫穿實踐教學始終。以對完成項目的過程考核為主的方式，對學生掌握基本知識與技能的程度、工作態度、完成項目的情況進行公開、公正、多方參與的考核評價。

三、結論

根據“單片機技術”課程實踐性很強的特點，構建了課程實驗、課程設計、畢業設計、大學生科技大賽等實踐環節相結合的實踐教學活動，實現了傳授、學習、實踐等教學全過程的模式改革。通過這些實踐教學活動，使學生積累了實踐活動的經驗，激發了學生濃厚的創新意識、強烈的實踐參與意識，為專業課程的學習奠定了很好的基礎，也為以后深入學習計算機控制技術以及嵌入式技術應用打好了基礎。

參考文獻：

[1]潘永雄.新編單片機原理與應用[M].第二版.西安：西安電子科技大學出版社，2007.

[2]張洪潤，孫悅，張亞凡.單片機原理及應用[M].北京：清華大學出版社，2008.

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關鍵詞：電子信息;創新能力;實驗實踐;教學改革

21世紀是以信息科學為關鍵技術的知識經濟時代，信息產業是我國重點發展的產業，而電子信息工程專業是培養電子信息技術高級技術人才的主要專業之一[1][2]。地方性院校在電子信息專業人才培養方式上，既不同于清華大學等一流大學，也不同于深圳職業技術學院等國內一些優秀的職業技術學院，如何在缺乏政策、資金、地域優勢，教學手段相對落后的情況下，構建面向區域經濟、行業經濟的應用型、工程型人才培養體系是急需研究的問題。本文針對地方院校電子信息工程的一般性特點，探討了實驗、實踐教學環節改革在電子信息專業教學中的重要作用，培養學生成為具有扎實的專業理論基礎、并有較強的工程實踐能力及創新精神的、在某一專業方向具有技能專長的應用型和工程型技術人才。

一、課程設置保基礎、重實踐、強能力

如何培養當今社會所需要的工程應用型人才、工程教育如何適應市場經濟發展及地方與行業的需要，如何建立適應區域經濟需求的專業方向，課程的設置是解決這些問題的落腳點。地方院校電子信息專業在課程設置上應遵循：保基礎、重實踐、強能力，面向工程應用的原則。

課程設置主要有：基礎課程群、專業基礎課程群、專業必修課程群以及專業選修課程群。專業基礎課程力求保證學生具有較扎實的電子學科系統的基礎理論和知識；專業必修課程使學生在電路系統、軟件技術、信息處理、網絡與通信等幾個方面受到基本的、規范的專業教育；專業選修課課群則根據技術經濟發展不斷優化、更新，使學生能夠了解和跟蹤先進的電子信息技術。實踐教學環節改革旨在培養學生工程觀、系統觀、強化綜合實踐能力，使能從事電子與信息系統的設計、開發、應用。

二、建立適應時展和適應區域經濟需求的實踐教學體系

工科類專業的核心是要培養學生的實踐能力、創新能力和工程素養[3][4][5]。要達到這個目標就必須大力加強實踐教學，建立多層次、多類型的實踐教學體系。建設開放性實踐教學環節，主要通過增加開放性、綜合性、設計性、創新性實驗，進行多學科綜合課程設計，面向工程實際的畢業設計(論文)，開展豐富的大學生課外科技活動等培養學生分析問題、解決問題的實際能力，逐步培養創新精神和工程設計能力。

1.學科實驗課

實驗教學在高等工科教育中占有非常重要的地位，它不僅是對理論教學的論證、補充，更是培養學生理論聯系實際，增強動手能力和創新能力的重要手段。現在的綜合實驗臺，雖提高了實驗效率，但學生的失去了動手參與的機會，這樣的實驗激發不了學生的興趣，更談不上有什么創新性。實踐教學改革目標要求在實驗課中減少驗證性實驗項目，增加綜合性和設計性實驗項目。實際教學中在單片機應用、電子線路、C++編程等課程要求設計性、開發性試驗或編程題目達到80％以上，并要求每學生每門課程至少提出一個創新性題目，并進行方案設計，實驗室提供相應制作條件并計入學科成績，這對促進學生的積極性，加強工程實踐能力培養起到積極作用。

2.綜合課程設計

課程設計是實踐教學環節中非常重要的一個部分，學習某一專業學科基本分析、計算、設計方法的過程。但是縱觀現階段電子技術發展，電子系統越來越復雜，硬軟件結合緊密，學科知識綜合交叉，僅用一門學科知識很難完成實用性的設計；因此有必要對專業基礎課、必修課進行分門別類，組合成群，進行綜合性課程設計，才能加強課程設計的全面性、有效性。實際教學中我們把電子信息專業基礎平臺組成四個課群，開展四項綜合課設，促使學生綜合運用所學知識，了解各個學科相互聯系，理解電子系統的組，建立了系統工程觀念。

（1） 電子技術綜合課程設計。電子技術基礎包括模擬電子和數字電子技術和通信電子技術，是電子信息技術類專業的重要專業基礎課，通過模擬、數字、數模混合電路的綜合設計，通過使用開發板、計算機仿真、實際制作相結合的手段，進一步使學生掌握、融合電子線路基本理論、方法。綜合性的電子技術課程設計題目主要有：數顯溫度計、電壓表、電流表的設計、超聲波測距系統的設計、簡易數字存儲示波器設計、數調信號發生器、數字頻率計、數碼功率放大器等等。

(2)單片機及應用課程設計。單片機在電子系統中的應用極為廣泛，其難度適中、應用開發成本低，設計過程具有創造性，與其他學科結合緊密，特別適于地方院校電子信息專業學生學習和應用。在完成電子技術基礎、通信線路、單片機、傳感檢測等課程后，學生已具備了較多的電子方面的知識，選擇一個與單片機應用相關的項目，設計出進而完成一個實際產品的設計，可培養學生的電子系統觀、工程意識，使課程設計更接近實際產品設計。采用的單片機以51為主，兼顧其他如6805系列，PIC單片機、AVR單片機、MSP430單片機等。電子信息專業中，信號處理課程是主要的專業課程（包括數字信號處理、數字圖像處理、語音信號處理等），但是由于課程的概念比較抽象，許多理論是基于較為繁瑣的數學理論和數學推導，容易使學生感到乏味很難與實際結合起來，達不到預期的效果。考慮實際硬件制作的難度和成本，根據我校學生的實際情況，主要采用軟件Matlab等進行仿真的方法進行課程設計。本課程的教學重點并不在于提高學生的軟件編程能力，而是要求學生掌握信號處理課程的基本概念、基本方法和基本技能及基本應用。因此，我們采用仿真軟件來滿足“信號處理”課的教學的需要。如： FIR數字濾波器的設計、數字圖像處理算法、語音信號的編碼、合成、識別等都可通過Matlab仿真實現。

（3）應用軟件編程的課程設計。電子信息專業軟件類課程有基礎層次的《面向對象程序設計》、《軟件技術基礎》、《數據庫原理》和專業選修課《C++與可視化程序設計》、《JAVA語言》等課程。眾所周知，計算機語言系列的課程是實踐性非常強，為此在綜合設計中突出實用性，需用所學的一門以上的語言對一些小型項目進行模擬開發，目的在于訓練學生綜合應用所學程序設計知識，獨立完成項目設計問題、加深軟件系統理解，提高編程水平，實際教學中題目主要包括：信息管理系統設計、可視化工控程序設計、開發網絡小游戲、網頁制作等。

3． 畢業設計

畢業設計是培養學生理論聯系實際、綜合分析解決實際問題能力的重要實踐教學環節，是對學生在校四年學業中的基礎理論知識、運用工具知識、實際動手能力、知識創新等綜合知識能力的綜合訓練，對培養工程實踐能力具有重要意義。對此，畢業設計的選題要盡量來源于生產實踐實際和科研課題，做到“真題真做”。實際課題有助于學生主動學習，激勵學生的獨創精神，培養學生的創新能力。此外為調動了學生學習的積極性和創造性，鼓勵學生根據自己的就業意向、興趣、社會需求自擬畢業設計課題。面向工程實踐畢業設計題目類型主要有：①硬件設計部分，以各類單片機為主的系統設計；以DSP為主的信號處理硬件設計；儀器儀表信號采集處理的電路設計，通信系統設計等，智能建筑弱電系統設計；面向工控的PLC應用系統設計等。②軟件部分：管理數據庫設計；網絡通信編程；基于Vis）ual C++的工控軟件、組太設計；語音、數字圖像處理與仿真；此外畢業設計嚴格做到一人一體，要求使用當前先進理論和技術，選擇流行的硬件芯片、軟件和開發工具，是畢業設計過程與企業人才需求接軌。

三、豐富大學生課外活動、組織學生參加各級各類電子競賽

建立學生創新中心，參加電子設計競賽。為了豐富大學生生活，增強學生實踐能力，我們由專業教師組建了大學生創新中心，還邀請企業的工程師作為兼職輔導老師，我院地處河北，緊鄰京津，創新中心根據這一區域經濟發展和技術要求，設立了不同的產品設計和研究課題學生還可以根據自己的興趣、愛好進行一些小制作、小發明。我們還積極開展第二課堂活動，激發學生興趣，積極參加全國、全省的電子設計競賽，學校和院系也可以經常組織一些中小型的競賽活動，如、無線電通訊比賽、網絡設計比賽、網頁制作等。

定期進行專題講座。定期開展學術講座，內容涉及到《智能信息處理》、《高速DSP技術及其應用》、《ARM嵌入式系統設計》、《無線通信系統開發》、《虛擬儀器及其應用》、《電子設計自動化》等技術，使學生普遍獲得了較大的信息量，更加深人地了解了電子信息技術。

建立健全校外實踐基地，加強產學研合作。高素質人才的培養離不開優越的條件和優良的環境，在完善基礎實驗設施的基礎上，建立健全校外實踐基地，建立與企業和科研單位的廣泛的聯系，共同承擔人才培養、有計劃地組織參學生參觀、實習和生產勞動，擴大學生的視野，增加他們與社會接觸的機會，了解科學技術的最新發展動態。

作者單位：河北建筑工程學院

參考文獻:

[1]陳小虎，劉化君，朱曉春等.電氣信息與電子信息類應用型人才培養體系的創新與實踐[J] .中國大學教育，2006，(4)：55-56.

篇4

關鍵詞：民航專業；單片機；教學改革

作者簡介：陳維興（1981-），男，天津人，中國民航大學航空自動化學院，講師；徐萍（1983-），女，遼寧鞍山人，中國民航大學航空自動化學院，講師。（天津300300）

基金項目：本文系2010年中國民航大學院級優質課建設項目（項目編號：D1386）的研究成果。

中圖分類號：G642.0     文獻標識碼：A     文章編號：1007-0079（2012）10-0077-02

單片機是工科院校自動化、電子類及相關專業重要的專業必修課，是一門結合控制、計算機等技術，培養學生創新能力和動手能力的應用性很強的課程。該課程主要學習和掌握單片機的硬件結構、指令系統、編程方法及設計等，可以幫助學生對前期專業基礎課程的理解和掌握；同時單片機又是一門實踐性很強的技術課程，是學生日后從事相關行業工作的基本技能之一，它的教學效果直接影響學生的就業和發展。[1]

民航大學具有鮮明的行業特色，畢業的學生主要到機場、航空公司等民航相關機構從事維修和管理等工作。隨著數字化機務維修和智能機場建設的深化，單片機課程對于日后從事機務和機場機電的學生來講意義重大。對于這樣的“飯碗型”課程，學生卻普遍感到枯燥難學，學習熱情不高，更談不上應用能力和創新能力了，這就使單片機課程對學生日后畢業設計和就業的幫助也不大。[2]

鑒于以上情況，學院單片機教學團隊積極探索和嘗試，對課堂教學、實驗教學和實踐教學進行改革，通過多種方式培養學生的創新能力和知識應用能力，使學生能夠適應未來個人發展和行業發展的需要。

一、改革課堂教學，注重行業特點，提高教學質量

在課程學習之初，就結合民航行業設備特點，把科技競賽或畢業設計中的優秀作品以演示、介紹和互動的方式介紹給學生，如發動機傳感器智能檢測方案、助航燈光調光器的控制、助航燈水蝕檢測裝置等，使學生對單片機系統有一個感性認識，體會單片機技術的實用性，從而激發學生的學習興趣和求知欲。

優化重組教學內容，提高教學質量。[3]傳統單片機教材的編排順序是先介紹基礎知識、硬件結構，然后介紹指令系統、中斷和外部擴展等。這種編排方式雖符合先基礎后綜合的邏輯規律，但學生普遍反映抽象難懂，學完了教材也不會應用。為此在教學中把“以應用為目的”作為指導思想，調整教學計劃、整合教學內容，每章都引入適當的教學實例，例如學習用P1.0做輸出口點亮LED時，可以結合助航燈水蝕檢測這個實例，燈具上的水蝕信息經單片機處理后通過P1.0做輸出口點亮LED，LED的亮滅反映了燈具的水蝕與否，當然真正的設計和實現比較復雜；再如講解中斷實時性問題的時候，引入場面監控系統的報警模塊，讓學生從現場工作角度理解中斷優先級和實時性處理的問題，隨著學習的深入，陸續把新知識點與實例有機聯系起來。在實例中講解某些知識點，既提高了學生的學習積極性，又培養了學生解決實際問題的能力。

廣泛使用多媒體，密切結合行業教學。采用多媒體技術設計和制作相關教學課件，融入動畫、動態注釋等環節增強知識的可視性，加深學生理解和印象。將行業內常用設備的板級實物引入到教學中，比如在通信相關章節中以行李分揀系統、機場場面監控系統中的設備接口舉例，內容精辟、主題明確、層次清晰、文字簡練，盡可能多地采用圖片圖表形式，避免冗長的文字表述。通過豐富的動畫演示，生動形象地描述課本中的抽象概念，將枯燥的理論具體化、形象化，通過感官和想象力的互相配合，幫助學生對理論知識進行理解和記憶，增強他們的學習興趣。同時利用校園網上先進的Blackboard（Bb）網絡教學平臺資源，為學生提供豐富的學習資料、相關芯片資料、設備資料、項目開發指導建議和師生交流論壇，方便學生課后學習，也營造了一個獨立思考研究、相互交流的良好氛圍。

本課程基于民航領域對測控系統的要求，加入了工控機（IPC）的相關內容，使學生較為完整地了解上位機與檢測控制裝置協同工作的機制；同時通過融入行李分揀、值機、離崗等機場常見系統的實例，學生從行業應用角度了解到單片機如何作為系統的一個組成部分進行工作，同時也形成了控制系統的概念。例如，將單片機串口通信技術與IPC的COM接口控制結合使用；將單片機的數據采集、AD轉換技術與IPC的數字量輸入和組態方法結合使用。通過這種在行業實例中講解技術，同時將不同方面技術橫向聯系的方法，學生更全面地掌握單片機知識和其應用，更深入地理解設備、系統的構造，為今后專業課的學習打下了堅實的基礎。同時，IPC內容的引入和系統化的講解也使學生從單機設備到整體系統完整了解民航業內常見的控制系統。

二、改革實驗教學，強調專業特點，培養綜合能力

單片機課程具有很強的實踐性，為達到良好的教學效果，必須加以大量的實踐訓練才能使學生深刻領會和理解課程內容。實驗教學具有直觀性、實踐性、綜合性，是單片機教學的重要環節。[4]

傳統的實驗環節沒有考慮學生的個體差異，全班同學用相同的試驗箱和實驗指導書。學生按照實驗指導書給出的接線圖、實驗方法和步驟進行實驗并輸入程序代碼，在實驗教學系統的特定環境下對程序進行編譯、運行，在實驗箱上觀察結果。這種實驗教學方法在一定程度上可以讓學生盡快了解和熟悉單片機，但它不利于學生動手能力、創新能力和綜合運用知識能力的培養，不利于進一步激發學生的學習興趣和主觀能動性。對于同樣的實驗內容和實驗步驟，完成情況也有較大差異，基礎好、能力強的學生“吃不飽”；基礎和能力差一些的同學“吃不消”。

鑒于以上原因教師對實驗環節進行改革，把實驗項目分成基礎性實驗和設計性實驗兩類。基礎性實驗占實驗成績的60%，設計性實驗占40%（見表1）。

基礎性實驗如數據傳送類實驗、數據計算類實驗和定時中斷類實驗，給出實驗題目、實驗方法和實驗步驟，目的是讓學生進一步鞏固課堂的教學知識、夯實理論基礎、掌握基本的實驗方法和實驗技能。設計性實驗如飛機停止泊位的單片機控制、基于單片機的助航燈光巡檢裝置、機坪車輛限速報警裝置和選擇呼叫信號發生器設計等，只給出實驗題目和必備的開發包，要求學生分成2～3人的小組，從功能要求、方案論述、系統軟硬件設計和調試這幾個方面入手，撰寫實驗報告，但每人的側重點不同，其實驗方法和步驟可通過查閱相關資料自擬，實驗完成后由任課教師組織簡單的答辯，目的是培養學生的知識應用能力和獨立思考能力。同時，根據機務和機場不同專業學生今后職業特點，分配不同題目。如機場自動化類學生多進行通信、監控功能較強實驗，如飛機泊位、助航燈光控制、特種車定位等；而機務維修專業學生多進行傳感器檢測、數據總線采集、實時控制功能較強的實驗，如多路采集、總線管理等。對于這種改革，學生感到實驗課變得生動有趣，因而投入了極大地熱情，充分地發揮了自主性和創造性，有利于學生綜合能力的培養。

三、開展實踐教學，緊跟行業發展，培養工程思想

國內外高等教育很注重引導學生創新能力、協作精神、理論聯系實際、動手能力和工程素質的培養，提高學生針對實際問題的解決能力。民航大學是一所行業特點十分鮮明的院校，在這方面筆者也做了一些有益的嘗試，結合行業發展，以創新基地為平臺，積極開展實踐教學，培養學生的工程思想。

為了更好地應對未來的工作，筆者吸收學有余力的學生進入創新基地。教師通過到民航企事業生產實習和調研等機會凝練來自生產一線的實際題目用于學生科技活動，如助航燈光模擬控制、旅客行李信息檢測、特種車輛防撞等，這些題目全部基于單片機嵌入式技術解決，需要學生具備一定的技術基礎。通過一定的培訓后，鼓勵學生參加學校組織的科技立項和校外競賽，配備專門老師指導學生撰寫立項申請書，經學校組織的專業教師論證評審后，獲得一定的儀器設備或經費支持，進行課外科技研究。學生自己查閱資料、設計及安裝調試電路，獨立處理實驗數據及分析實驗結果；指導教師定期對學生進行指導，引導學生找出解決問題的方法。

在課外實踐過程中，同時注重培養學生的工程素質。[5]從選題開始，就強調收集資料、協作分工、工作記錄、心得體會等細節工作，并做好設計說明書等相關文檔的管理，使學生熟悉立項、方案論證、PCB 設計、結構設計，軟硬件設計與調試、安裝調試等電子設計的各個環節，逐漸熟悉和掌握硬件開發的整個流程。這樣系統地培養學生的學習技能、交流技能等，理解并認識良好的工程規范，為日后獨立從事單片機系統的開發和設計工作打下堅實基礎。

指導教師組織學生進行開題答辯、中期檢查和結題驗收等工作，引導學生從不同角度思考問題，注重總結歸納，將實踐中得來的經驗進行升華和沉淀，寫成科技論文或總結報告，鍛煉了學生的表達能力、文字組織能力、應變能力和團隊協作精神。

四、結論

自單片機教學改革以來，學生對單片機內容接受得更快、理解得更深，教學質量明顯提高。采用新的教學方法和教學手段后，學生接受單片機應用技術課程知識和掌握高新技術的能力明顯增強，學習積極性也有明顯提高。實驗和實踐教學改革后，通過課程設計、畢業設計、競賽等環節反饋的信息表明學生的動手能力、創新能力和綜合素質明顯提高。參與實踐組織的學生完成多個具有民航特色的課題，如“機場助航燈光模擬屏控制系統設計與實現”、“機場旅客行李標簽自動檢測裝置”、“機場助航燈光積水檢測系統”等得到了行業內專家的認可和高度評價，并在“挑戰杯”等競賽中獲獎，其中“機場助航燈光模擬屏”已經做成實物（長9米、寬2米），用于本科生的實驗教學。這些都是課程改革的良好成果。

教學改革是一個長期的過程，要把它作為一種常態進行下去，不斷總結積累經驗、完善創新，只有這樣才能真正完成不斷提高學生綜合素質的目標。

參考文獻：

[1]朱清時,方健華,丁偉紅.創新人才的培養與我國當前教育的改革(上)[J].江蘇教育研究,2009,(16):3-8.

[2]龐永師,劉玲,陳德豪.工程類應用型人才培養探索與實踐[J].中國大學教學,2008,(9):43-45.

[3]楊洪亮.“單片機原理”課程層次式教學改革研究[J].計算機教育,2008,(18):60-61.

篇5

[關鍵詞]單片機；創新能力；教學改革

[中圖分類號]G40―057

[文獻標識碼]A

[論文編號]1009―8097(2009)13―0282―03

引言

《單片機原理及應用》課程是向學生傳授單片機技術的基礎課程，它綜合了多門基礎課和專業基礎課的知識，主要培養學生進行智能化電子系統整體設計的能力，培養強電專業學生的弱電控制能力。通過學習，使學生掌握單片機應用系統的硬件設計和軟件編程技術，可為后續更高層次專業課程的學習、畢業設計、參與實際的綜合設計課題和將來參加工作打下良好的基礎。因此搞好《單片機原理及應用》課程的教學工作，提高學生的創新能力，對提高教學質量有著非常重要的現實意義。

一　目前教學中創新能力培養存在的主要問題

我院的自動化、電氣工程及其自動化、電子信息工程三個電類專業均開設了《單片機原理及應用》課程，學生在學習了電路基礎、數字電子、模擬電子、微機原理等基礎課程的基礎上，再學習《單片機原理及應用》課程，在整個教學安排上是非常合理的。然而通過40學時的教學和一周的課程設計，最終對學生的學習情況考核時發現學生對該課程的掌握情況并不十分理想，尤其是創新能力較差，主要表現在：

1　學生主動學習的意識不夠，缺乏創新思想，學習過程中一旦碰到問題，很難認真思考、探索研究、積極主動地解決問題。

2　在《單片機原理及應用》的教學過程中，傳統的教學還是以理論為主，以課堂授課為主，學生很少有應用具體電路解決實際問題的機會，不利于創新思維的培養。

3　目前實驗課程體系驗證性實驗過多，綜合性、啟發型實驗不夠，沒有大型設計性和綜合性實驗，基本沒有對學生動手能力訓練，更不用說培養學生的創新能力。

4　在傳統的教學思想和方法引導下，學習成績主要是以考試成績確定的，因而常常出現“高分低能”現象。這種評價體系造就學生對實踐環節學習的輕視心理，即是以成績合格為目標，而不是能力獲得為標準，限制了學生的創新能力。

二　改革思路和方案

針對以上問題，在單片機教學中，根據學生、教材、教學設備等實際情況，將授課內容進行全面、合理的整合優化。減少冗余，加強綜合性、創新性內容，在對整個課程鏈研究的基礎上進行了課程改革，改革后的講課學時分配如表1所示：

在對整個課程鏈研究的基礎上進行課程改革，可以避免學生反復學習同一內容，但又學得不夠深入等問題。對照以前的教學大綱，了解當前學生所學課程，對單片機的大綱做了更改，利如增加了單片機應用典型案例、接口部分知識，刪除了同步、異步通信概念、進制部分知識等。

這種改革符合目前國家教育教學改革基本方針，可以減輕學業壓力，用有限的課時學習盡可能多的知識，做到“厚積”。在改革過程中注意積極開展教育創新。為培養創新意識，積極探索具有創造性的教學方法和手段，在授課中改變老師唱主角，學生當觀眾的教學模式：改變學生靜態、被動接受的地位，建立以學生為中心的實踐性教學模式。利用學生對新事物感興趣的心理特點，鼓勵學生積極、主動地去探究知識，教會學生進行創新的科研方法和在自主的學習中學會創新。另外在現行開設單片機課程中，實踐內容所占比例偏少，實驗設備陳舊，內容跟不上時展，因此進行了實踐性教學環節改革，改善教學與實踐脫節的現狀，使各環節相互銜接，增加創新實驗，通過加強動手能力的培養，提高了學生的綜合素質和創新能力，培養應用型本科人才。

三、為提高創新能力所采取具體措施

1　提高學生學習單片機的興趣，培養學生創新意識

興趣是最好的老師，只有有了學習興趣，才能夠在學習中創新，喜歡創新，注意創新，發揮自身的創造性。為激發學生的學習興趣，在開課之后，我們首先向學生介紹單片機的多種應用功能及其良好的發展前景，讓學生明白學什么、為什么學和學會后能做什么，并利用圖片、錄像和實物等介紹一些當前的單片機先進科技和教師相關單片機科研成果；邀請一些單片機科技公司的技術人員、知名教授來校作單片機知識專題講座；請一些已畢業從事與單片機技術有關的學生來現場指導教育，使他們了解單片微機在工業控制、智能化儀器儀表、計算機外部設備、計算機網絡與通訊技術和家用電器等領域的應用及學好單片機的重要性和必要性，激發他們的學習興趣，鼓勵他們動腦思考有哪些領域或哪些與我們日常生活相關的電器或儀表等設備適合用單片機控制，從而使學生具有初步的創新意識。

2　鼓勵學生進行單片機應用系統開發，培養學生的創新能力。

不斷鼓勵學生利用課余時間進行單片機應用系統開發，制作自己興趣的產品，編寫單片機程序。由于初學者一般沒有開發板和仿真器這些設備，為了給學生創造條件，我們采取了以下措施：

(1)給學生提供一些單片機仿真軟件，讓學生在電腦上模擬實際系統，編寫軟件。例如提供了proteus仿真軟件，它可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU及其電路，還可以和keil軟件互聯，可以像使用仿真器一樣調試程序。又不需要任何費用，特別適合學生在單片機學習的起步階段使用。我們在實驗室里安裝了這個軟件，并在教學過程中向學生演示它的功能和使用，鼓勵有電腦的學生安裝這個軟件，讓他們利用課余時間自己動手做做電子表、步進電機、直流電機控制、LED顯示，AD、DA轉換，交通燈設計等方面的模擬實驗。

(2)鼓勵有一定經濟條件的學生買一些小型的單片機學習開發板。目前市場上有很多專門為在校大學生學習單片機量身定做學習開發板、主控芯片。包括凌陽、51系列、AVR系統等，它們價格低，特別適合于學生利用課余時間學習單片機開發。而實驗室也購置一部分這樣的開發板，對學生開放，給學生創造自主學習和開發單片機系統的環境，從而培養了學生的創新能力。

3　在實驗中培養創新思維

改變原有的實驗教學模式，減少驗證性實驗，增加設計性、綜合性實驗，并開放實驗室，隨時恭候學生的來臨。在整個實驗進行過程中，以學生為實驗的主體，最大限度地調動和發揮學生的主觀能動性，引導學生積極對待實驗中出現的問題，并自己動手解決這類問題。指導教師在實驗的組織管理上起主要作用，而在實驗中僅起指導作用，給學生指明方向，避免多走彎路，并解答實驗當中出現的一些疑難問題。例如：在彩燈移動實驗中，鼓勵學生編寫不同的移動花樣，采用多種不同方法編程，并設計電路圖，這樣將生活中常見的小產品與課程實驗結合起來。使同學們加深對理論知識的

理解，學到了實際知識，培養了分析問題、解決問題的能力，培養學生的創新思維。

4　通過課程設計改革培養工程素質，強化創新能力。

創新能力不僅僅體現在一些制作發明上，更重要的是要有必要的工程素質。在課程設計過程中，注重培養學生的工程素質。從課程設計選題開始，就要求學生注意收集相關資料、作好分工、做好實驗記錄、總結調試心得等。使學生熟悉從立項、方案論證、軟硬件設計與調試、PCB設計、結構設計、到安裝調試等電子設計的全過程，系統地培養學生的學習能力、交流能力、合作能力，使學生理解并認識了良好的工程規范。在設計階段，引導學生從不同角度觀察問題、提出問題、解決問題，注意實現創新性設計。在報告整理階段，引導學生對設計過程進行總結。從方案設計到器件選型，從程序開發到調試。都要求學生將實踐中獲取的經驗總結文字材料，使學生在設計過程逐步體驗本課程的系統性。例如，選擇電子時鐘系統作為課程設計的同學，其硬件電路盡管相對簡單，涉及的單片機資源并不多，大部分同學都能夠很快的實現基本功能，但在此基礎上，引導學生進行創新設計，在硬件電路基本不變的情況下，通過重新規劃設計軟件，實現許多如計時器、萬年歷、秒表、定時報警器等附加功能。

每年課程設計的題目既可從教師給定的題目中選擇，也可以自行擬定，自行擬定的題目在做之前要提交可行性報告。這就進一步鍛煉了學生的創新能力。2007―2008學年我專業的課程設計的可選題目如表2所示：

而課程設計評分依據學生的實際完成情況和文字報告等進行評價。例如，確定若干個基于單片機實現的儀器系統如時鐘、點陣顯示器等基本功能供學生選題。在指定的時間范圍內，提交完成基本功能的儀器系統、相關文字報告等，最后進行答辯。畢業設計得分由設計產品功能和質量分(40％)、畢業設計報告分(30％)、答辨分(15％)、特色與創新分(15％)等部分組成，并要答辨。

5　通過考核方法改革考核學生的創新能力

考核方法作為課程教學的最后環節，它直接檢驗教和學雙方的效果，間接指導著學生的學習。目前《單片機原理及應用》課程使用比較普遍的考核方法仍然是閉卷筆試。應該說，閉卷考試在基礎理論類課程教學中，在強化學生學習和掌握知識的作用是不可替代的，但《單片機原理》課程應用性、實踐性都很強，如果仍以閉卷考試作為主要評價方法，則不能較好檢驗學生的實踐能力和創新能力。因此對當前的考核方法進行了改革，并擬建立一種長期的跟蹤考核制度，將考核重點放在學生在實踐中發現問題的能力考核上。即將原來的純筆試改成了設計報告、機考和筆試相結合評分的方法。在課程結束后學生要提交一個設計報告，設計一種產品，該報告的評分標準為：報告(50％)+創新意識(30％)+程序調試(20％)。而機考指的是在實驗室里現場考核，主要考核學生動手能力和程序調試能力。而筆試試卷在考核學生的基礎知識的基礎上，更強調學生的創新性思維，在題型上進行了改革。減少了一些需要死記硬背的客觀題，增加了靈活多樣的程序設計，電路設計等題型。充分考核了學生的學習情況和創新能力。最終成績測評比例為設計報告(30％)+機考(20％)+筆試(50％)。

6　開展第二課堂，培養學生的創造能力

為加強對學生學習的引導，我們將課堂教學延伸到課外，注意對學生參與實踐活動興趣的培養。將學生的課外科技活動納入到創新能力培養的過程中來，成立了創新電子社團，以電氣工程及其自動化、電子信息工程專業學生為主，其他專業學生也可自愿參加。由《單片機原理及應用》課程的主講教師作為主要指導教師，每周輔導1―2次，并提供不同層次的實踐內容，組織多種形式的實踐活動，提出靈活多樣的實踐要求，吸引學生主動地、有選擇地參與這些實踐活動，讓學生根據自己的發展方向，結合自己的興趣和需求，選擇適合自己的題目或感興趣的產品設計。在設計和制作過程中，教師給予適度的指導，使學生能夠獨立、主動、保質保量地完成自己的設計目標和任務，把學生被動地學習變成積極主動地學習，把依賴于老師的學習變成獨立的學習和思考。設計題目和產品的實現也增強了學生獨立解決問題的自信心，進一步提高學習的興趣。在教師的指導下，學生可以通過第二課堂對課堂教學內容進行補充和提升，可以根據自己的興趣進行選題、完成自己感興趣的課外實驗項目、設計和電子制作，可以自己設計電子作品等，這樣就使他們在完成學習任務的基礎上，使自己的創新思想得以實現。大大激發了學生的課外學習興趣和主觀能動性。也為學生提供了自由發展的空間，提高了學生的創造能力。

7　依托各種競賽，推進課程改革，提高創新能力

積極參加全國大學生電子設計競賽、盛群杯單片機競賽，飛思卡爾智能車競賽等各類比賽。這些競賽既培養了學生電子設計能力，提高了實踐能力，也鍛煉了學生的團隊合作精神。通過各類競賽，掊養一部分學生的動力創新能力，再通過宣傳，使其它學生對單片機學習產生興趣，為參加這些競賽而努力，從而進一步提高了學生的創新能力。

四　結束語

在進行了課程改革以后，學生的學習熱情受到了很大的激發，出現了自主式學習的熱潮。由于課程的改革，使理論教學的時間大大縮短，學生有了更多動手和思考的時間，在課程結束時，大多數同學提交了自己的作品，更有部分同學在單片機比賽中取得了優異的成績。我們將以此為契機，積極、主動地促進單片機課程的進一步改革，使單片機課程跟上時展的潮流，使學生學完單片機后，不僅僅具有初步單片機應用系統的設計和開發能力，還具有了一定的創新能力，有效的提高了學生的綜合素質。

參考文獻

[1]江世明，劉湘濤，申壽云等.省級重點建設課程《單片機原理及應用》的創新與實踐[J]懷化學院學報，第2006，25(8)：162―163.

[2]龔益民.《單片機原理及應用》教學改革與實踐[J].2007，(5)：119―120

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關鍵詞 單片機 現狀 教學改革

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkx.2016.12.039

Abstract Based on the characteristics of MCU course， we analyzes the current teaching situation and the problems existed in MCU course， then carry out teaching reform from teaching content， teaching methods and examination forms， aimed at improving students’ study enthusiasm and the ability to analyze problems， enhancing their innovation ability and overall quality， and pointed out how to improve the existing teaching mode to improve the quality of teaching.

Keywords MCU course； current situation； teaching reform

0 引言

“單片機原理及應用”作為電子信息工程的一門重要專業課，具有實踐性、應用性強等特點，并且強調硬件設計與軟件開發于一體。該技術已經廣泛應用于工業自動化控制、自動檢測、家用電器、儀器儀表、機械電子等諸多領域中，①這些領域也是電子信息工程專業學生的主要就業去向。通過這門課程的學習，學生可以掌握單片機控制系統的設計以及如何編寫程序，這將為后續嵌入式等課程的學習以及畢業設計環節打下基礎。隨著當前社會的不斷發展進步，各類智能設備層出不窮，因此單片機必然有其用武之地。為了適應目前就業形勢的需要，并且使學生在學習單片機知識時能夠具有較高的效率，有必要對單片機課程的教學進行改革，從而來提高學生的動手能力，增強學生的競爭力。

1 單片機課程教學現狀與存在的問題

第一，單片機原理及應用這門課涉及到比較多的專業基礎課程，如C語言程序設計、網絡通信、數字電子技術、模擬電子技術等，對學生的專業知識要求較高，而通常學生專業知識比較薄弱，有的專業知識遺忘，對單片機的學習造成困難。第二，單片機這門課程的內容和概念多并且都比較抽象，各個功能模塊間有著密切的聯系，對于初學者來說難以掌握和理解。第三，單片機課程理論教學模式比較單一，以往傳統的教學模式都是老師講課、學生聽、比較枯燥乏味，學生學習積極性不高，學習效果不佳，不能激發他們的學習興趣，并且實驗也是驗證性的居多，不利于培養學生單片機程序設計和硬件開發的能力。因此，任課教師都在探索新方法以提高單片機課程的教學效果。②③④⑤⑥第四，課程考核形式單一，主要以閉卷考試為主，學生通過考前突擊也可能取得較好的成績，但是可能缺乏動手能力，這種考核方式不能全面衡量學生對這門課程的掌握程度。下文分別從教學內容、教學方法以及考核形式3個環節提出改革方案，通過改革，旨在提高學生分析和解決問題的能力，使學生有較強的專業技能，從而培養出適應當前社會發展需要的專業技術人才。

2 教學內容的改革

由于“單片機原理及應用”這門課程的內容比較抽象、概念多并且邏輯性強，因此在授課的過程中要注意控制好理論知識的深度，減少一些記憶性與陳述性的知識，加強與實踐結合，可以以電子設計大賽的一些作品為例，引導學生學以致用。可采用案例式教學的方式來吸引學生注意力，提高學生學習興趣。例如，在講授單片機定時/計數器這個章節內容的時候，一些學生對于如何設置IP、TMOD、IE、TCON等特殊功能寄存器來實現定時或計數的功能難以理解，但是他們對引言部分中介紹的設計萬年歷的例子有較大的興趣，因此可以先用PPT展示一下萬年歷設計的過程，讓學生帶著問題去學習寄存器設置等方面的知識，可大大提高他們的理解效果。在教材建設方面，教材中一些陳舊的內容已經不適應當前技術發展的需要，所以應當適時地更新教材，有助于不斷補充新知識和新技術，克服長時間選用同一教材知識的滯后性，此外，教師在教學過程中，應當根據學生的實際需求以及學校制定的人才培養計劃編寫合m的教學大綱，從單一到綜合，簡單到復雜，逐層遞進安排教學內容，對教學內容劃分成三個大模塊，第一個部分為單片機的工作原理和硬件結構組成，讓學生對單片機有一個整體的認識，第二個部分介紹單片機C語言程序設計，使學生掌握程序的編寫方法，第三個部分為中斷系統，定時計數器以及串行口通信等，使學生了解單片機控制系統，并能夠對單片機進行開發應用，這種劃分模塊的方法，可以使得課程內容條理分明，重點更加突出。在實驗教學方面，首先，要認真設計實驗內容，著重培養學生的創新和實踐能力，在以往的實驗教學大綱中，實驗內容較少，多數實驗是以驗證性為主，設計型、創新型的實驗較少，學生通常是機械式地根據實驗指導書完成實驗，并且有些實驗程序是都已經編寫好提供給用戶的，這樣的實驗將不利于他們動手能力的培養，因此需要根據學生對學習理解情況調整實驗側重點，除了教學大綱中規定的基礎實驗外，大綱中可以適當增加設計性和綜合性實驗。為了給學生提供了更多動手實踐的機會，學校還可以適當開放實驗室，鼓勵學有余力的學生進行綜合實驗項目，讓學生在課余時間利用實驗室資源學習單片機。通過課程設計、實習實訓、畢業設計等教學環節進一步彌補課內實驗學時的不足。

3 教學方法改革

在教學過程中，可以多種教學方法并用，這樣有助于培養學生的學習興趣。采用板書與多媒體手段相結合的教學方式，比如對于程序設計我們可以利用板書來講解，通過利用多媒體進行現場演示和調試程序，使學生在課堂上就能夠觀察到程序運行的現象和結果，給學生直觀感受，使抽象的內容變得生動、形象，有利于產生好奇，激發學習興趣。除了傳統的“多媒體+板書”的方式外，還可以采用任務驅動法、項目教學法、討論法等教學方法。比如在講解匯編指令這部分內容的時候可以適當縮減講授學時，轉為任務驅動型的學習方式，只對一些比較常用的指令進行認真講解，余下的一些指令以課后作業的形式布置給學生自己學習，這種方式有助于培養學生的自學能力。課堂上還可以給學生展示一些單片機的小應用、小制作的實物，并針對這些實物多與學生交流、討論，通過這些展示培養了學生的學習興趣，變被動學習為主動學習。教師還需要適當引導學生充分利用學校網絡資源，查閱課程資料或文獻，以及進行課外的學習上的交流互動。在實驗教學方面，對于一些比較復雜的實驗，可以把學生分成若干個小組，每個小組大概由 4～5名自學能力比較弱和比較強的學生搭配構成，教師在講授完必要的基礎知識以及實驗引導后，就可以讓各個小組學生通過學習、實踐、交流和討論來完成實驗，等實驗完成后再從每個小組中選一個人來進行過程講解和結果演示。這種分組教學的方式能夠培養學生的團隊合作精神并且提高他們的自學能力。單片機是一門實踐性很強的課程，因此需要強化課程設計環節，讓學生利用所掌握的知識獨立設計一個小型的單片機應用系統，通過課程設計可以很好地鍛煉了學生的實戰能力，同時可以讓學生查漏補缺，進一步鞏固所學知識。另外，平時需要多鼓勵實踐能力比較強的學生積極參加各類電子設計大賽，鍛煉他們的實踐能力和團隊合作精神，培養綜合素質，同時也為學校爭得榮譽。

4 課程考核模式改革

以往的考核方式單一，主要以期末閉卷筆試為主，有的學生可能通過考前突擊也可以取得不錯的成績，這樣就無法全面地反映學生單片機的實際編程能力以及對知識的掌握程度，所以應該增加實驗考核，并且合理設置實驗成績、平時成績以及理論成績的比例，可以采用課程總成績=期末筆試成績？5%+實驗成績？0%+平時表現？5%的方式進行考核，引導學生不要重理論輕實踐，因此只要學生在平時的實驗過程中熟練掌握了基本技能，最終的總成績都不會太低。這樣的考核方式能夠激發學生平時學習的積極性，更能反映學生實際應用能力及對知識的掌握程度。

5 總結

隨著現代科技的發展，單片機的應用領域越來越廣泛，因此單片機的教學改革十分必要。本文首先分析了“單片機原理及應用”課程現狀與教學中存在的問題，接著分別從教學內容、教學方法和考核形式等方面對單片機課程進行了教學改革探討，充分注重理論與實踐相結合的原則，因材施教，重視學生自主學習能力的培養，提高學生解決實際問題的綜合能力，也為畢業后的順利就業打下基礎。希望通過本文中提出的教學改革思路，能夠進一步提高單片機的教學效果，同時為社會培養出具有創新能力的單片機應用型人才。

注釋

① 文武松等.紋機原理及應用[M].北京：機械工業出版社，2015.

② 石明江，顧亞雄，張禾.單片機原理與應用課程教學改革與實踐[J].計算機教育，2011（6）.

③ 劉志壯，張文昭，周文真.單片機原理課程教學改革研究與實踐[J].當代教育理論與實踐，2014（9）.

④ 王琦，孟昕元，楊曉.單片機課程教學改革與探索[J].河南機電高等專科學校學報，2015.3（23）.

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一、建設目的及意義

單片機是一門有實際意義的專業課，學好它對以后學生的技能競賽，就業有莫大的幫助。建設一個功能全面的工作室，顯然是關鍵之一。工作室建成后，擬達到如下目的：（1）滿足日常單片機教學，為工學結合提供必要條件；（2）理論結合實際，加強學生的綜合動手能力，激發學生學習興趣；（3）完善課程體系，指導專業建設；（4）更好為各類技能競賽服務，或做人才儲備；（5）增強學生就業競爭力。

二、工作室設施建設

目前已有單片機實驗室一間，在原有的基礎上增加設備數量，首先保證日常教學的需求。在此基礎上，根據技能競賽訓練要求，配備了FPGA等開發板，其他測量焊接等設備。在實踐的過程中發現，單片機實驗設備一般只滿足教學要求，完成一些驗證性實驗，對于一些探索性實驗就難以滿足，特別是一些技能拓展訓練。因此，在實驗室里引進proteus等仿真軟件，可以按照設計需求進行仿真，增加了系統設計的靈活性，避免因設計錯誤而導致的浪費。

三、工作室內涵建設

1.各年級學生分類培訓。一年級學生因為尚未接觸到專業知識，故選拔主要以學生興趣和進校基礎為主。一年級學生訓練是以打好基礎為主，主要培養文獻檢索閱讀寫作能力，各種信號測量能力，基本電路仿真能力，簡單語言程序設計能力，焊接裝配能力等。訓練地點可以不局限于工作室，并且可以通過高年級同學“扶、幫、帶”，達到既定效果。

二年級學生由于已經接觸到部分專業課，加上有了前期的訓練的基礎，可以進行專業訓練，項目包括單片機應用、電路設計及仿真、也可以圍繞技能競賽展開訓練。二年級學生已經跟老師接觸一年多了，所以選拔除了之前取得的成績，更主要考慮的是學生的平常表現及任務完成情況。

三年級學生課程已經基本結束，并且有很多已經在外實習，考慮到部分同學留校接受專接本教育，所以對這些同學開放，作為畢業設計（論文）的完成場所，為同學順利畢業和以后的深造奠定扎實的基礎。

2.工作室管理。學生參加培訓原則上不能影響正常的教學秩序，應合理利用課外時間，因此，該工作室更多是在課后或晚上進行開放，這樣對工作室管理工作是個挑戰。所以從中選取一個責任心強，動手能力強，能正確維護各種儀器，并能解決一些突況的學生作為安全責任人，來維護整個工作室的安全及保障設備的正常運作，輔助指導教師進行工作室的管理。

3.考核措施。為了營造一個積極的氣氛，讓更多的學生能參與進來，給在訓同學一定的激勵，應引進一種考核及淘汰措施，除了常規的考核外，更注重過程性考核。學生應該定時跟指導教師進行交流，內容包括，近期項目完成情況、進度、存在的難點及疑點，并對下次交流及預期的效果進行估算，作為考核的參考。對低年級同學進行交流、幫助及指導也是考核的一部分。

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單片機具有體積小、價格低、應用方便、穩定可靠等優點，在工業控制、農業生產、儀器儀表、汽車電子等領域得到了廣泛的應用[1-2]。單片機是高校電氣、電子、自動化等專業一門重要的專業基礎課程，其理論性、實踐性、應用性較強。單片機課程主要培養學生的實踐動手能力和利用單片機以及所學知識進行產品設計的能力，課程設計是單片機課程實踐教學的重要環節，顯得尤為重要。在單片機課程設計實踐教學環節中引入CDIO先進教學理念，對其進行改革和創新，以便能更好地提高學生的實踐動手能力、工程思維、創新意識、團隊協作能力等，從而提高教學效果。

1單片機課程設計教學現狀

單片機課程設計是培養學生運用所學知識解決實際問題和提升學生動手能力的重要環節。目前單片機課程設計教學主要存在以下幾個方面的問題[3]。

1.1時間安排不合理

單片機課程設計通常安排在學期末的最后一周，時間短，再加上學生花時間進行期末考試復習，往往疏于做單片機課程設計，導致教學效果不理想。

1.2單片機課程設計選題單一

單片機課程設計選題來源單一，沒有讓學生參與，題目通常由老師布置給學生，題目數量少，往往一個班多個學生共用一個題目，忽略了學生間的個體差異，沒有讓不同能力的學生發揮所學之長，不能有效地激發學生的學習興趣。

1.3單片機課程設計的組織實施不合理

單片機課程設計往往由老師統一組織實施，雖然有的也進行了分組，但是小組沒有有效的組織，沒有培養學生的團隊合作能力；由于課程設計時間短，學生通常只在Proteus軟件中進行仿真，并沒有進行實物制作，學生的實踐動手能力沒有得到有效的提高，課程設計的作用沒有得到有效的體現。

1.4單片機課程設計的考核方式不合理

考核是檢驗學生學習情況的重要手段，單片機課程設計的考核方式單一且不合理，課程設計的成績通常由課堂出勤和設計報告組成，不能全面、客觀地反映學生的真實情況。

2CDIO工程教育理念

CDIO理念是一種先進的工程教育理念，其包含構思（concept）—設計（design）—實施（implement）—運行（operate）4個方面，也是這4個英文單詞首字母的縮寫。CDIO理念是“做中學”和“基于項目教與學（PBL）”模式的概括集中體現，它以實際的工程項目為背景，以產品從研發到運行的生命周期為載體，將理論知識融入工程項目實踐中，讓學生在工程實踐中對知識理解并應用，培養學生的實踐動手能力、工程思維、創新能力和團隊協作能力[4-8]。

3基于CDIO理念的單片機課程設計教學改革與實踐

將CDIO先進的工程教育理念應用到單片機課程設計實踐教學環節中，從課程設計的時間安排、選題、組織實施、考核等方面進行改革。將項目構思、項目設計、項目實施和項目運行貫穿課程設計全過程，以學生為主體，以教師為主導，通過課程設計幫助學生加深對單片機和相關課程知識的理解和應用，培養學生的工程素養。

3.1課程設計時間安排

以往的單片機課程設計通常安排在學期末最后一周集中時間進行，由于設計時間短、任務重，加上學生還要進行期末考試課程的復習，不能專注單片機課程設計，導致效果不理想，因此將單片機課程設計提前3周布置給學生，讓學生有充足的時間去完成。第1周：學生查閱相關資料，確定實施方案并交老師進行可行性審核；第2周：進行硬件和軟件設計，并在Proteus中仿真，仿真通過后方可進入下一個環節；第3周：實物制作，發放項目所需的電子元器件，學生在萬能板上完成制作并調試；第4周：答辯考核環節，學生匯報演示作品，教師提問1~2個問題，答辯結束后，學生上交作品和設計說明書[9]。

3.2課程設計選題

選題是單片機課程設計的重要環節，課程設計不同于課程實驗，也不同于畢業設計，因此，選題既要結合單片機應用領域，盡可能覆蓋單片機課程的主要知識點，又要注意與其他課程的銜接。選題還要充分考慮學生個體差異，在難易程度上要有層次性，以滿足不同層次學生的需要。選題來源主要有[10-11]：①教師自選，教師可以從自己的科研項目或企業項目中選取，也可以參考電子設計競賽題目；②學生自主選題，學生可以根據自己的興趣自主選擇題目，經與指導老師協商后確定。可選課題有交通燈遠程控制系統、波形發生器、數字溫度計設計與制作、電機轉速測量與控制、數字鐘等。課題確定后，教師設計好課程設計任務書發放給學生，讓學生了解項目具體要求。表1是以波形發生器為例，將CDIO理念融入學生的知識、能力、情感等方面的培養。

3.3課程設計組織實施

課程設計采用分組方式進行，每組3人，設組長1名，每組自由選題，共同完成。每組由組長組織組員完成從項目方案設計到項目完成的各項工作，如組織討論設計方案、遇到的問題以及硬件設計、軟件設計、實物制作、設計說明書撰寫等組內分工。教師從旁指導，讓學生自我組織、自我管理，充分調動學生的積極性，培養學生獨立分析問題、解決問題的能力以及團隊協作能力。組織實施過程以學生為主、教師為輔，將CDIO理念充分融入課程設計的全過程。根據CDIO工程教育理念組織項目實施，實施流程。

根據CDIO理念，以波形發生器的設計與制作為例，項目的具體實施過程如下。

（1）項目構思階段（concept）：學生根據波形發生器的功能和具體技術指標要求（能生成的波形種類、周期等）查閱相關資料，組內成員根據相關要求和資料提出各自的實施方案，由組長組織小組內討論，初步確定實施方案。采用5個按鍵分別生成5種波形（正弦波、鋸齒波、三角波、方波和梯形波），采用DAC0832數模轉換器將單片機輸出的數字量轉換為模擬量，由于DAC0832是電流型輸出器件，需要增加I-V轉換電路，輸出波形引腳與示波器連接。具體電路模塊有單片機最小系統、按鍵接口電路、DAC082接口電路、I-V轉換電路等。教師對小組提交的實施方案可行性進行審核，提出指導性意見，最終確定實施方案。

（2）項目設計階段（design）：本階段包括硬件設計和軟件設計，學生根據實施方案列出詳細的元器件清單并設計各模塊電路，編寫相關程序，調試、編譯生成HEX文件。首先在Proteus軟件上進行仿真，以熟悉各電路的具體連接，仿真通過后，再繪制原理圖，生成PCB圖，為下一階段作準備。

（3）項目實施階段（implement）：學生根據PCB圖，選擇元器件，并在萬能板上焊接實施，焊接完成后，將程序下載到單片機中，通電進行調試，觀察能否實現功能要求，不能實現的查明原因并及時修正。焊接調試完成后，撰寫作品的設計說明書。

（4）項目運行階段（operate）：硬件電路調試完成后，學生以組為單位，制作PPT，公開匯報和演示作品，重點匯報實施方案的形成過程、項目實施過程中遇到的問題、如何解決等。匯報后，演示相應的作品，并回答老師和學生的提問。

3.4課程設計考核

考核是檢驗學生課程設計完成情況的重要手段，不僅要能檢驗學生的知識掌握情況，更重要的是還要能檢驗學生的實踐動手能力、團隊協作能力、工程素養等。通過考核促進學生積極主動地學習、積極動手參加實踐，充分調動學生的積極性和主動性。改革傳統只有考勤和設計說明書成績作為學生最終成績的考核方式，采用過程考核方式為主、答辯考核相結合的考核方式。過程考核主要由學生自評、小組內互評、教師評價組成，過程考核貫穿項目實施的全過程，根據課程設計的時間安排，每周安排一次考核[12]。

學生自評：學生結合自身情況從學習態度、職業素養（是否按要求操作、維護實驗室環境衛生、文明禮貌等）、工作能力（資料收集能力、分析問題與解決問題能力、工作思路清晰）、階段任務完成情況等方面對自己評價。學生自評占過程考核的20%。

小組內互評：小組內成員之間從學習態度、團隊協作能力、職業素養（是否按要求操作、維護實驗室環境衛生、文明禮貌等）、工作能力（資料收集能力、分析問題與解決問題能力、工作思路清晰）、階段任務完成情況等方面相互評價。小組內互評占過程考核的30%。教師評價：教師根據學生的出勤情況、操作是否規范、操作熟練程度、分析問題與解決問題的能力等方面進行評價。教師評價占過程考核的50%。

課程設計完成后組織答辯考核，學生制作匯報PPT，首先從設計方案、設計構思、設計創意等方面匯報；其次進行實物演示；最后老師、其他學生對設計提問。教師根據學生答辯情況、回答問題情況、作品完成情況以及設計說明書撰寫情況給學生評分。學生課程設計的成績由過程考核（70%）和答辯考核（30%）組成。

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關鍵詞：職業教育；單片機；實踐教學

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B 文章編號：1002-7661（2014）15-004-01

單片機課程是實踐性很強的課程，必須通過一系列的軟硬件實驗，才能做到理論聯系實際，才能學好學懂，取得良好的教學效果。因此，在理論教學中應更多的融入實踐教學環節，來培養學生的動手實踐能力。為了鞏固和加深學生對基本概念及基本原理的理解與掌握，并進一步培養和提高學生分析問題和解決問題的能力，因此，在理論教學過程中完成相關的實驗課程。

但是通過深入調研，發現目前許多職業教育院校的傳統單片機課程實踐項目與社會實際需求嚴重脫節，實驗內容陳舊、實驗項目單一。而且，往往忽視了職業教育院校學員“形象思維能力強、抽象思維能力相對較弱”的認知特點。造成了現行實踐教學內容對學員難度偏大、實用性差、效率低的尷尬現狀。

為擺脫現狀、提高效率，筆者在近幾年教學過程中進行了一些探索。

一、在實踐教學內容上進行大膽創新

首先，應對單片機課程實踐教學內容進行大幅度的革新，建議在必修實踐課程中，大幅度減少匯編語言等軟件編程項目，增強基本I/O端口編程控制，增加課時學習單片機控制電路的安裝、調試和排除故障等實用性較強的內容；在選修實踐課程中，主要加強單片機的軟件編程能力訓練，為基礎較好、學有余力的學員提供進一步學習提升的機會。

此外，為更好培養學生熟練掌握單片機應用系統的設計方法，學生應能夠根據要求，自行設計實現有一定實用價值的單片機系統。要達到這種培養目標，需要較長的學習時間，應在完成單片機課程學習的基礎上，利用畢業設計或者電子競賽培訓等方式進行強化訓練。在課題選擇方面，可貼近工程應用，并將前期掌握的基本實驗內容加以綜合運用，提高學生設計較復雜系統的能力。例如選取設計電子密碼鎖的課題，綜合按鍵輸入、存儲器控制、液晶顯示、蜂鳴器報警多種器件的使用，使學生能夠在熟悉的知識環境中逐步接近實際應用。電子設計大賽考察學生對電子系統的綜合設計能力，在培訓中，除了講授單片機的相關內容，還應講解通信、控制方面的知識，如介紹無線收發電路的設計、電機控制等內容。

二、單片機實驗仿真板的應用

在硬件資源比較緊張的情況下，可以采用仿真軟件進行相關項目的實驗，這樣可以在節約資金的同時，增加學生的實踐能力。

仿真軟件的應用使得單片機電子鐘、鍵盤設計等大型實踐作業可以在普通機房和單片機實驗室交替進行，如果學生有個人電腦，學生的大型作業甚至可以回到宿舍完成，此舉不但可提高學校實踐教學資源的利用效率，而且增強了實踐教學的靈活性。

三、以項目為牽引，推動理論實踐一體化教學

依托精心設計的實踐項目，將課程知識體系打散，重新將知識、技能有機融合到具體的實踐項目中。讓學員在親自動手完成這些項目的實踐過程中，切實掌握知識、形成技能，實現實踐教學的目標。進而促成實踐教學對理論教學的有效支撐，并從根本上激發學員的積極性和創造性。通過一些針對性強、有趣的項目來激發學員的創造熱情，使他們在輕松愉悅環境中完成項目安裝、焊接與檢測，學會知識、增強技能。

四、開發高性價比的實訓器材

為配合實踐教學內容上的各種創新，為滿足以項目為牽引的理論實踐一體化教學，必須開發高性價比的實訓器材。研制價格低、實驗項目全的實訓電路板，并確保學員每人一套，就可以使學員不受場所的限制隨時進行實驗實訓，大大增加實訓時間，提高實訓效果

五、鼓勵學員進行創新項目設計

學習是為了應用，課堂上講授的知識畢竟是和實踐相脫節的，現有的實踐性科目也是別人已經做過的，只是再應用所學知識進行了一遍重復實驗而已。如果要達到熟練的程度，必須進行創新設計。根據自己生活或者實際需求，設計一種別人沒有做過的東西，從購買元器件、設計電路、軟件與調試、硬件安裝等一步步完成所要設計的項目。筆者認為，只有多想、多做、多練、多應用才能熟練掌握課程精髓。

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關鍵詞：實踐基地 實訓教學 創新能力

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）11（a）-0149-02

長期以來，我國一直倡導以德育教育為核心，提高學生實踐能力、創新精神的素質教育教學理念，不斷推動實踐教學改革，奠定扎實的實踐基地。各大高校應當從自身實際出發，并結合社會經濟人才發展要求和科學技術發展，努力加強創新教育實踐，進而達到學生創新能力與應用能力的水平。

1 實踐教學改革

近年來，我國越來越重視以實踐能力與創新精神為中心的素質教育建設。因此，我們就當前高校教學改革做了重點的分析研究，并從實際教學情況出發，不斷提升社會人才需求和科學技術發展要求，努力建設以實踐教學基地為支撐的實訓教學體系，不斷進行創新教育改革，充分發揮教學實驗室的作用，努力提升學生綜合能力，建立一個新技術、新產品轉化的開發和人才培養基地，更好的完成現代化化教育教學改革。

單片機實踐基地建設是進入21世紀以來我國教育部針對當前教育教學現狀提出的高校教學改革項目，該項目積極倡導以創新教育體系與實踐基地為核心的實踐型教育基地建設。自實踐基地建設以來，我們對實驗室管理、教學內容、實驗考核等有了更深的了解，并在教育教學方面取得了一定的成績，極大的推動了單片機實訓教學改革的發展。

2 實訓教學改革思路及方案

首先，應建設一個規范、開放、發揮學生聰明才智，集教學、科研為一體的創新教育教學基地；其次，設置大型綜合設計實驗，不斷加強實驗教學過程中的創新能力培養；再者，采用實驗教學新模式，豐富教學實驗類型，增加設計型實驗、綜合應用型、應用系統開發實驗、探究型實驗等內容；然后，豐富教學資源，進一步研究多媒體教學系統，建立教學網站；最后，組織DSP學科與單片機小組，組織單片機設計競賽、輔助輔導學生，充分激發學生主動性和積極性。

3 實訓教學改革內容及措施

3.1 建設實踐教育創新基地

構建單片機實踐基地，制定科學、合理、規范的管理制度、學生創新設計守則及學科小組守則等，不斷加強實驗室建設和管理模式建設。組建創新實踐教學基地，并由教學與學科小組實施嚴格實踐管理，給學生創造實驗實踐便利條件，積極探索創新教育、素質教育實踐教學有效運行管理機制，打造產學研相結合、課內課外相結合的實訓創新教育基地。

3.2 創新實踐基地建設

始終堅持以實驗環節為中心的單片機課程教學內容，構建單片機創新實踐基地，努力培養學生實際動手應用能力，打開實訓教學突破口，是學生具有主動發現問題和解決問題的能力，積極探索理論、實踐認知規律探索，深入了解教學內容，極力發揮學生主觀能動性，加強實驗教學。組建與工程實際接軌的開放性實驗訓練，采用實驗教學新模式，提高單機片實訓教學質量。

3.3 制定綜合設計任務

設立大型綜合設計實驗項目，訂制設計任務書，提升實驗教學效果，充分發揮教學資源優勢，制定實驗指導書。將機電綜合設計、畢業設計、創新設計與科技方法訓練等有機結合融合在一起的大型綜合設計實驗項目當中，構建以訓練集成和小型模擬設計為內容的系統設計項目，努力提升學生現代工程意識和創新設計能力。

3.4 開發單機片實驗開發應用系統

以單片機實驗系統開發為基礎，并將開發應用板用于控制機構，進而實現機電一體化創新實驗平臺建設。幫助學生深入了解單片機開發程序、系統擴展及單片機基本運行原理，讓學生能夠直面工業應用，更好的掌控單片機應用系統開發，不斷加快人才培養模式建設，也就是努力提升創新教育和素質教育水平，逐步增強工程意識和創新能力建設，構建扎實的單片機實驗系統開發。

3.5 構建新型實訓考核模式

構建新型單片機實訓考核模式，綜合運用現場考核、實驗操作等手段，全面考核學生實際運用能力，深入了解學生實際操作能力和專業知識水平。學生可以根據自身實際選擇探究設計型實驗為內容，以便于在最短的時間內達到實驗資源利用率的最大化，充分發揮實驗基地資源作用，更好的完成實訓教學工作任務，完善實踐基地體系建設。

3.6 樹立現代工程意識，培養學生解決工程問題的能力

以單片機實驗開發系統為基礎，構建網絡化嵌入式和單片機控制系統實驗平臺建設。全面推動新型實驗設備在工程系統中的應用，并將其引入到單片機實驗教學當中，更好的培養學生的現代工程意識、提高學生解決工程問題能力。

4 實訓教學改革效果及成效

經過長期的實踐驗證，單片機實踐基地建設就是為了增強現代工程意識、樹立學生創新能力、構建實驗室管理模式等為目的，進而取得顯著的教學效果。

4.1 構建機電一體化實驗平臺

目前，單片機開發系統已經形成了一定的規模，且有不少數量的機電設備和數字技術為平臺建立起來創新實踐基地。這樣才能夠為培養學生創新能力及現代工程意識取得有效保證，發揮機電設備應用作用。

4.2 制定基地管理制度體系

構建科學規范的學科小組守則、管理制度以及創新設計守則等制度，構建相應的高效開放式實踐基地建設，完善實踐基地建設體系。

4.3 構建多媒體教學體系建設

單片機實訓教學應當利用教學網站優勢，不斷提升多媒體教學應用質量和水平，更好的滿足教學資源優勢，努力將單片機技術逐漸引入到實驗教學。局域網絡的應用有利于加深學生與教師之間的溝通與聯系，激發學生學習興趣，促進學生個性發展及創新能力的培養，積極發揮網絡資源作用。建立以單片機實驗教學與教學網站主頁為主的實驗教學系統。實踐基地建設有利于更好的完成創新設計、畢業設計以及綜合課程設計等實踐教學任務，充分彰顯實訓教學效果。

綜上所述，實訓教學改革就是要幫助學生樹立全新教育理念，樹立以創新型人才培養為目標的工科教育。教育最終目的就是要引導學生掌握創造能力，更好的喚醒學生價值觀、生命觀，充分發揮精神運動作用，并將教育教學觀念貫穿于實踐教學的始終，根據實踐基地建設的新穎性與創新超前性有機結合在一起，幫助學生深入了解實訓教學知識內容，掌握全面的機電一體化發展態勢，更好的發揮客觀物質觀念，全面推動學生的教育教學觀念，重視對學生發現問題和解決問題的方法、能力，積極挖掘學生的個性品質和探究精神。綜合運用互動合作式、啟發式教學與發現式學習教學作用，更好的發揮現代教育技術優勢，進一步強調創新能動性與個性化發展。綜合改進傳統教學模式，采用以知識掌握程度為依托，并以應用創新和科學知識基礎建設、實踐能力考核方式為中心。始終堅持以人為本的教學理念，并以教師為主導的實訓教學體系，充分發揮學生的積極性和主動性，進一步構建寬松適宜的實踐教學環境。

5 結語

單片機創新實踐基地建設有利于推動實訓教學改革與研究，進而取得有效的實踐教學效果。因此，我們應當充分運用基地管理模式與實踐教學模式，不斷提升工程實踐能力、創新能力教學模式，全面提升單片機實踐教學質量，完善實踐基地體系建設。

參考文獻

[1] 肖克輝，徐東風.物聯網背景下的計算機實驗中心管理[J].實驗室研究與探索，2011（8）：292-295.