單片機原理論文范文

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傳統的單片機原理與應用課程教學的課堂上，大多單純依靠老師的講解。老師為了把一些抽象的概念，難懂的知識點講解清楚，往往需要花費大量時間。并且，即使花費了大量的時間，有時因為硬件設計、系統開發等內容，也不容易在簡單的平面教學中清楚地講解，不能使學生產生感性認識。運用多媒體課件與傳統教學相結合，把傳統教學中難講難理解的知識做成多媒體課件，不僅可以節省大量教學中板書的時間，還可以提高教學的質量和效率。同時老師在課堂上使用的多媒體課件一定要經過精心的準備，內容要選擇難講難理解的典型事例，通過仿真把結果動態演示出來，即能加深學生對問題的理解，又能激發學生的學習興趣，靈活應用現代教學手段，突出解決該課程中實踐性強的知識點，與傳統教學相結合，對重點和難點內容進行透徹、清楚的講解，使表現形式更加形象化，更容易理解，從而提高學生的學習興趣。除了課堂教學，還可利用網絡資源來最大限度的豐富課堂外學習，建立大范圍的教學資源平臺—教學網站，盡量實現優質教學資源共享，避免不必要的人力物力的浪費。利用教學網站，給學生提供學習與應用單片機技術的網絡平臺，開成良好地互動，真正實現教與學的有效整合[2]。

2選擇合適的多媒體課件以滿足教學需求

把多媒體課件應用到單片機課程的教學過程中，使得單片機教學不再枯燥，不僅可以使學生提高對理論知識的認識，而且通過仿真實例可以使學生熟悉單片機系統的開發方法，進而培養學生的動手和實踐的能力。但是多媒體課件良莠不齊，必須選擇合適的多媒體課件否則事得其反。首先，電子課件的開發工具有很多種，每種工具軟件有各自的特點，要合理選擇。在單片機多媒體課件的開發過程中，筆者所在教學團隊，結合了電子課件開發工具PowerPoint和單片機仿真軟件PROTUES，使用PROTUES針對具體實例開發出仿真程序，同時把仿真結果動態的插入到PowerPoint制作的電子課件中，使得多媒體課件能夠演示單片機工作的動態及結果，感性且直觀，同時又增加了課件的趣味性。其次，要及時更新多媒體課件以適應單片機技術的發展速度。《單片機原理與應用》是一門內容多且雜、實踐能力要求高、發展迅速的課程，為了適應數字系統的不斷發展，多媒體課件中動態仿真實例要盡可能的選擇新事例，一方面能增加知識量，使課程和發展形勢緊密結合，另一方面也能調動學生的學習興趣，從而提高教學效果。

3結束語

篇2

關鍵詞：單片機原理；考試改革；Proteus軟件

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

（Faculty of Mechanical & Electrical Engineering，Yunnan Agricultural University，Kunming，Yunnan 650201，China）

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關鍵詞：單片機；課程改革；課程探索

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：

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[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.

[4]袁鋒偉，趙立宏，朱慧玲.基于 Proteus 的單片機課程教學與實驗改革[J].實驗室研究與探索，2007，26（12）：75-78.

篇4

論文摘要：本文指出在嵌入式系統課程的各教學環節引入Proteus、ARM（重點介紹Proteus軟件）軟件，通過動態仿真模型的設計，能用到畢業設計以及創新設計當中。

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.

[2]李芳，李家慶.基于Proteus+Keil的單片機實驗仿真平臺[J].中國教育技術裝備，2009（4）：78.

篇5

【關鍵詞】單片機；磁場檢測；磁傳感器；A/D模塊；顯示器

1.引言

管道系統廣泛應用于國民經濟的各個重要部門，如石油化工、天然氣、冶金、水利等，大部分都用作氣體或流體的承壓運輸，管道系統的工作環境惡劣，承受運輸的氣體或流體的壓力、土壤和各種化學物質的侵蝕，使管道內部的潛在缺陷逐漸變成破裂而引起泄漏，污染人民的生活環境并且影響工業生產，所以對現有的管道系統進行無損檢測有很大的意義。

由于管道絕大多數采用導磁性能良好的高碳鋼或者合金鋼值制成，很適合于利用磁性檢測法進行檢測。同時，磁性檢測法具有現場適應性強，不受油泥等非導磁材料的影響，成本較低，易于實現等優點，研究的焦點主要集中在磁性檢測法，目前，用于檢測管道的宏觀損傷的磁性檢測法主要有磁粉檢測法、漏磁場檢測法和磁通檢測法。

2.磁傳感器的選取

此處是檢測缺陷漏磁場，一般缺陷漏磁場在OG、4OOG范圍內。為了檢測漏磁場，可以用的傳感器有線圈和霍爾元器件。霍爾元器件和線圈的靈敏度一般，霍爾器件的靈敏度一般都在10mV/mA*kG，線圈的靈敏度也差不多。線圈可以做得很小，也即它的空間分辨力可以較高，但線圈的一致性不好。而霍爾器件是現成的芯片，有多種芯片可以選擇，一致性會比線圈的高，很適合于多傳感器的場合。綜合以上的優缺點，我選霍爾元器件作為漏磁場傳感器。本課題選用Allegro公司的線性霍爾傳感器uGN3503uA型芯片，它是一種低噪聲輸出型霍爾傳感器，5v供電時，靈敏度為1.3mv/G，量程范圍為0-900G，當外磁場為零時，它的輸出電壓值在2.25v-2.75v。

3.傳感器放大濾波電路

4.單片機磁場檢測硬件系統的設計與實現

4.1系統的設計思路

要測量磁場，必須要有一套傳感器的伺動機構，帶動傳感器探頭移動。根據圓形缺陷的理論模型的漏磁場分布，測量的最終目的是提取缺磁場幾何圖形的正負峰值和正負峰值的間即。由于事先不知道磁場的峰值在何處，所以必須在z軸方向連續測量一段區間，這就要求一個能帶動傳感器探頭做精密移動的裝置，結合實際，可以利用老式的繪圖儀代替，此處采用小型智能繪圖儀：SR一6602，它的步長是0.1mm，即每次最小的移動單元是0.1mm，這完全可以達到實驗要求。利用繪圖儀帶動磁探頭做精密移動，有兩種測量方式：一是連續移動測量，一是單點測量，即每次測量一個點。連續測量就要求知道繪圖儀的移動速度，但繪圖儀的移動速度不好測量，且連續測量使從磁傳感器輸出的電壓信號有一定頻率，這對后面的濾波電路有一定的要求。此處采用單點測量，這樣可以使磁傳感器輸出的信號近似是直流，這將簡化濾波電路，但它的缺點是測量的速度較慢。

PC機在其中其控制作用，協調繪圖儀和51單片機等其它幾個部分運作。

（1）PC機中通過C語言編程控制串口1按照繪圖儀的命令格式向其發送命令。

（2）Pc機通過C語言編程控制串口2向8051單片機系統發送控制命令，接收數據等信息。

4.2繪圖儀簡介

繪圖儀采用一種老式的小型智能繪圖儀：SR-6602。用繪圖儀不是為了畫圖，而是利用其移動裝置，帶動傳感器探頭做精密移動（步長0.1mm）。它用25針串口RS-232作為接口，所有的命令都必須通過串口來發送接受。

其它的命令都類似，首先按繪圖儀命令格式把命令定義成一個數組，然后通過串口發送函數到相應的串口命令。

4.3硬件電路的實現

因為PC機的串口電壓與單片機的串口電壓不一致，所以采用芯片ICL232來做串口電壓轉換。為了調試程序的方便直觀，還有必要加顯示電路作為輔助部分，電路原理如圖8所示，采用數碼管LED顯示管，總共有4個這種單元。

5.結束語

本文以研究各種管道及設備的磁場為背景，根據實際要求，用8051單片機設計了一套磁場的驗證系統，本論文主要設計了磁場檢測的硬件部分，硬件部分主要有霍爾傳感器放大濾波電路和單片機電路，其中單片機電路主要有存儲器的擴張、A/D數模轉換、串口電路和LED顯示部分。根據對磁場檢測的要求設計了一整套的試驗步驟和方法，對水利及石油管道漏磁檢測及許多磁場檢測方面提供了應用方案。

參考文獻：

[1]金建華.《基于磁性傳感器信息融合的在線檢測技術與系統》華中科技大學，2001.

篇6

單片機教學改革實踐高職單片機目前在生產生活中應用的非常廣泛，即使是在就業的時候，此專業人才需求量也特別大，尤其是單片機應用系統設計、維護等崗位。所以，在我們一些專業，如自動化、計算機、機制等，都把這一專業當做重點課程來教。這門課程需要的不僅僅是理論，而且理論知識都需要死記硬背，很不好懂，但是如果與實踐相結合的話，學以致用，那才能學好這門課，而且這門課與其他學科也有很緊密的聯系，如電路、模擬電子、傳感器技術等。在教學過程中，堅決不能用生搬硬套課本知識的辦法來教學，必須要針對學生的特點進行單片機的特色改革，使學生真正掌握這門技術，并且成為真正的單片機技能型人才。

一、在單片機教學過程中遇到的一些問題以及存在的問題

我們看到了單片機在生產生活中的重要作用，那么在教學過程中是否能真正教會學生這些東西呢？一般來說，對于教師教授課程并不是什么問題，從CPU到I/O，從硬件到軟件，頭頭是道。但是一提到用它來開發新產品，就沒多少能動手的了。從我校近幾年畢業生的實際情況來看，的確是這樣。在一些電子類專業的畢業生在做畢業設計的時候，很多學生都選擇了這個課題，都想做單片機應用類的，如有關單片機的溫度控制、調速控制、數據采集系統等。

這些學生經過自己的一番努力，通過查資料，自己鉆研，也都完成了自己的畢業論文，而且也很優秀，但是真正能做出來實物的，幾乎就沒有幾個人。換一句話說，學生確實是掌握了這門專業的知識，但是同時又脫離了實際生產。這樣的學生又怎么能成為專業類人才？又怎么能在社會立足呢？

原始的單片機教材，編寫的都是單片機結構和各個模塊的功能。這樣的教材雖然非常詳細，也能讓學生學習到更全面的專業知識，但是對于我們的專科生來說，是有些不太合適的。分析其原因主要包括以下幾點：

1.對于專科生來說，主要目的是就業，我們教授學生主要是技能的提高，所以只需重點教授學生有關單片機的應用即可，不需花費大量時間給學生建立完整的理論體系。

2.學生普遍的對抽象知識不感興趣，所以在給學生講課時，不應長篇大論的講授知識，應該結合學生的特點，一步一步，結合實際進行教學。

3.課本上的知識是傳統知識，是多年不曾改變的，甚至于有些內容已經嚴重脫離了實際，與當前實際生產不同，不利于學生掌握新知識，學習新電路。

由此，我們也看到了一些學校在教授學生時，重理論輕實踐的情況非常嚴重。從多年的教學經驗以及對此專業的長期研究，總結出了以下幾條原因：

首先，是教師教學觀念上的錯誤。一些教師認為，讓學生學習了專業知識，然后再上幾節實驗課，就算是理論與實踐相結合了，也把這門學科當做與其他科目一樣進行教學，卻不知單片機的教學與其他完全不同，尤其需要注重實踐經驗的培養，完全不是通過幾節實驗課就能掌握單片機的。

其次，是學校設備的不足。一些學校能夠讓學生上幾節實驗課就已經很不容易了，更別說讓學生進行單片機的應用訓練以及嘗試生產開發產品。

最后，是師資的缺乏，不少教授單片機課程的教師，自己都沒有真正開發過此類產品，更別說教授學生學習此項技能，掌握相關能力了。

上面這些問題表現得特別突出，限制了學生在單片機實際應用能力的提高，而對于我們所教授的專科學生，重點即是實際應用能力的培養，所以二者之間的矛盾表現的尤為突出，迫切需要我們思考并提出切實可行的解決方案。

二、教學改革的思考及實踐

教師在講課之初，應該認真把握好課程的難易程度以及教學方式，教師在教授過程中不要從頭到尾地一味講解理論知識，而應該從一開始先把單片機的開發流程呈現給學生，讓學生認真了解這一系統，并給同學觀看一些簡單的電路如燈管控制器，讓學生利用一些簡單的軟件進行程序操作，編譯調試等，并觀察實際效果。這樣一來，學生就會很容易的了解到開發應用的具體程序，并且產生了極大的學習興趣。還有利于這一課程的順利教學。因為單片機這門課程有很強的理論性、綜合性、實踐性、操作性等特點，所以傳統的那些教學方法、教學理論、教學安排都已經不再適用了，我們必須提出一些切實可行的改革方案。

首先，是教學內容的改革。傳統的教學過程中，教師都是先傳授基本理論知識，等學生掌握了完整的知識體系，才會教授學生應用開發等內容，這樣就導致了學生僅是記住了一些枯燥的理論知識，并未掌握單片機的應用。所以，教師在教授課程的時候應盡量選擇一些項目式編寫的教材，這樣才能讓學生有機會在學習中實踐，在實踐中學習，將理論融于實際電路，也能更好掌握單片機的典型應用。

其次，是教學方法上的改革。在傳統的教學中，我們知道都是老師教，學生被動接受的情況，一點也不能提高學生的積極性，也沒有給學生充分的思考空間。改革以后的課程安排中，教師應該用理論實踐一體化、項目式教學等具有現代特色的教學手段，以學生為主體，鍛煉學生的合作精神和探索精神，在教學項目中貫穿枯燥的理論知識。

最后，是教學評價方法的改革。單片機這門課實踐性非常強，所以要求教師在評價學生學習情況時，不能單純地靠一張試卷來考核學生，還應該看到學生在平時學習過程中所表現出來的實踐能力和應用開發能力。

參考文獻：

[1]梁保恩.高職單片機原理與應用課程教學改革探析[J].廣西教育，2012，10（02）：43-44

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【關鍵詞】Proteus 電子 虛擬實驗 EDA

一、引言

在電子技術理論和實驗教學中，經常需要設計出電路，并連接實物進行原理分析和驗證，在電子線路設計過程中，不僅需要考慮各種元器件的參數、性能、功耗、封裝等多種因素，而且在電路的實現過程中還需要經過大量多次的電路焊接、調試和實驗，費時費力，這種傳統的設計方法很難適應現代電子電路設計的規模化、低成本、短周期的設計要求，當然，也不能很好的適應現代化電子技術的教學。隨著EDA（電子設計自動化）技術的發展，電子線路設計過程可以通過計算機軟件，搭建仿真實驗電路，靈活調整元件參數進行動態仿真，進而能顯著提高設計效率，降低成本，縮短設計周期。

Proteus是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件，它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及器件。可以從原理圖布圖、代碼調試到單片機與電路協同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現了從概念到產品的完整設計。不僅對科研開發，而且對于電子技術課程教學、學生實驗、課程設計、畢業論文設計、電子技能競賽等都提供便捷的輔助功能，對培養電子技術創新型復合人才提供了最便捷的實驗條件。

二、Proteus在電子技術虛擬實驗教學中的優勢

（一）Proteus軟件的資源豐富

1.Proteus可提供的仿真元器件資源：仿真數字和模擬、交流和直流等數千種元器件，有30多個元件庫。

2.Proteus可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調試器、I2C調試器、信號發生器、模式發生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個電路中隨意的調用。

3.除了現實存在的儀器外，Proteus還提供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數指標，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對測量結果的影響。

4.Proteus可提供的調試手段 Proteus提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數字信號。

（二）Proteus支持電路仿真

1.Proteus不僅可將許多單片機實例功能形象化，也可將許多單片機實例運行過程通過多媒體展示，這在相當程度上替代了傳統的單片機實驗教學的功能。

2.Proteus提供了實驗室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設計的靈活性、提供了實驗室在數量、質量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養學生實踐精神、創造精神的平臺。

（三）Proteus應用領域廣泛

Proteus軟件是一個巨大的教學、仿真、開發資源庫，不僅可以用于：模擬電路與數字電路、單片機、嵌入系統、微控制器系統的教學、實驗與考評，也可以用于真實的項目設計與產品開發過程。

三、Proteus在電子技術虛擬實驗教學中的應用案例分析

（一）Proteus在電路分析課程中應用案例

應用Proteus進行電路分析時，通過如下設置：點擊system――set Animation options――在對話框的Animation options 區域選擇show wire current with Arrows，即可以箭頭的方向表示電流的流向，幫助學生理解。同時，可以將電流表、電壓表、功率表等連接到電路中，對電路參數進行測試，快速得到仿真結果。

（二）Proteus在數字、模擬電子技術課程中應用案例

應用Proteus還可以進行數字、模擬電路的仿真分析，例如用譯碼器74LS138搭建的仿真電路，當控制信號E1接電源，E2、E3接地時，通過單刀雙擲開關選擇ABC三個輸入端子的不同組合，即可在八路輸出端子產生相對應的譯碼輸出，控制相應的發光二極管點亮。將抽象的高低電平用發光二極管和單刀雙擲開關形象的表示出來，從而更好地幫助學生理解數字邏輯器件74LS138的譯碼功能，同時也使枯燥的理論內容變得生動形象。

（三）Proteus在單片機技術課程中應用案例

單片機技術作為電子專業課程，一直以來都是學生們反映較難理解的課程，因為其內容綜合性強、實踐性強、且比較抽象。單片機課程的實踐教學以往多采用驗證性實驗，學生按照實驗指導書，將所需的器件在單片機實驗箱上進行連線，下載程序并調試。但是這種方法必須在實驗室內依托硬件完成，對實驗室的設備數量要求較高，且對于一些綜合性實驗，需要較多的元器件支撐。為了提高實踐教學效率、改善教學效果、降低教學成本，在單片機理論、實踐教學過程中引入Proteus軟件。例如在矩陣按鍵控制實驗中，就只需將元器件從元器件庫中拖放到圖紙上，按照電路圖將元件連接，再將keil編譯好的程序下載到單片機中，按下play鍵即可進行仿真。需要修改電路只需在圖紙上進行，快捷方便。

四、結語

在電子技術課程教學中，利用仿真軟件將理論教學、實驗和課程設計有機結合，提高了電子技術課程的教學效果，開發了學生自主學習的潛在能力，激發了學生的學習興趣和創新意識，開拓了學生的視野，增強了學生綜合運用知識的能力和實際動手能力，為后續高頻電路、單片機等專業課程的學習以及參加電子設計競賽等奠定了夯實的基礎。

參考文獻：

[1]朱清慧，張鳳蕊，翟天嵩，等.proteus教程――電子線路設計、制版與仿真（第2版）[m].北京：清華大學出版社，2011.

[2]周潤景，張麗娜.基于proteus的電路及單片機系統設計與仿真[m].北京：北京航空航天大學出版社，2006.

[3]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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論文關鍵詞：電子系統；設計方法；設計能力

隨著科學技術的發展、知識經濟時代的到來，社會對大學生提出了許多新的要求。大學生應該具有扎實的基礎理論知識、較強的實踐能力、創新意識、創業精神和協調能力、強烈的責任感和服務意識等。

當今世界，電子產品不斷更新發展，并且向智能化方向發展，日益突出單片機和FPGA等可編程器件在電子產品設計和創新中的重要性。新產品的更新換代促使用人單位對電子信息專業的學生有更高的要求：第一，要有扎實的專業基礎知識，例如學習和掌握“模擬電子技術”、“數字電子技術”、“高頻電子技術”、“單片機原理”和“微機原理”等主要課程；第二，動手能力要強；第三，要能緊跟電子信息產業的迅速發展，要有較強的適應工作的能力，使用先進應用軟件的能力，例如會利用諸如Protel、MaxplusII、Multisim、Matlab等工具軟件進行電路設計和仿真調試。用人單位對畢業生的要求除了能夠掌握一定的基礎理論和工具之外，還要求畢業生具有基于單片機系統的電子產品的設計經驗。

電子設計競賽正是對人才全面培養、更新教育理念、改革教學方法和內容等起到了促進作用，具有極其重要的現實意義。電子設計競賽的選題引進了新的理論與技術，是跨學科的、系統的和綜合的。為了有效指導學生參加各類電子競賽，特對綜合電子系統設計的教學模式、課程內容、教學方法及考評進行改革。

一、綜合電子系統設計課程的性質

電子系統設計主要是指基于單片機控制的完整應用系統的設計，包括系統軟硬件設計及系統調試等多方面的知識。電子系統設計課程體系是以“單片機原理及應用”課程為核心，由“模擬電子技術”、“數字電子技術”、“傳感器技術”、“電子設計自動化”、“可編程邏輯器件及應用”、“C語言程序設計”等相關課程組成。它是一門綜合性較強的專業課程，通過本課程的理論學習和動手實驗，培養學生的專業知識綜合運用能力、系統分析能力和電子產品開發創新能力。

學生經過前期基礎課的學習，通過隨課的驗證性實驗，對于電子信息領域的相關理論知識有了了解和掌握，在老師的指導下基本能夠進行單元電路的設計和調試，通過課程設計也能完成本課程簡單的綜合性實驗。但一些驗證性實驗多數是教材內容原理的演示和再現，實驗內容和方法都是老師指定，學生基本沒有進行系統級的設計和實訓，綜合實踐能力有待提高，學生沒有發揮自己的主觀能動性，積極性不高，不利于創新性人才的培養。

鑒于上述情況，對綜合電子系統設計的理論內容和實踐方法進行改革創新。

二、綜合電子系統設計理論課內容

根據本課程的實際情況和學生所具備基礎知識，安排如下幾個環節：模擬電路單元設計，數字系統單元的設計，微處理器單元電路的設計以及電子系統抗干擾技術等環節。

結合全國電子大賽，模擬單元電路主要講述運算放大器的設計以及正確使用、有源濾波器的設計方法、外圍電子元器件（電子、電容）的計算和選擇；直流穩壓電源的設計方法以及參數元器件的選擇；各種信號產生的方法，重點講述數字頻率合成DDS的原理和實現技術。以上這些單元內容的安排是結合歷年來全國電子設計大賽有關模擬電路環節而選擇的，通過這些內容的講解有利于提高學生模擬電子技術的設計方法。

數字系統設計單元主要講解數字系統設計方法，突出現代數字系統設計——EDA設計方法；可編程邏輯器件的特點及選擇；數字系統設計舉例，比如AD、DA控制器的實現、交通燈控制器的實現、電子密碼鎖的設計等。通過大量實例的講解使學生能初步掌握用大規模可編程邏輯實現中等難度的數字邏輯系統。

微處理器單元主要講述目前流行的各種處理器，例如51內核單片機、MSP430單片機、AVR單片機、PIC單片機等型號，介紹它們的特點、應用范圍、怎樣根據項目需求來選擇合適的微處理器；根據學生目前對微處理器的掌握和學習情況，重點講述基于單片機串行通信的設計，包括幾種流行的串行通信協議：SPI協議、IIC協議、UART協議以及one—wire協議，分析它們的特點，在不具有SPI總線、IIC總線的微處理器中怎樣通過IO口模擬它們的總線協議；以具有這些總線協議的集成電路芯片的利用提高學生的C語言編程能力。

在微處理器單元里，另外的重點內容多基于單片機的并行通信設計，包括常用的人機接口電路（鍵盤、LCD、LED顯示），這是在大多數的電子系統設備中都具有的，學生有必要掌握它們的設計方法以及編程技術。

電子系統抗干擾技術也是綜合電子系統設計中非常重要的內容。當系統處在比較惡劣的環境下，抗干擾設計的好與壞直接決定了系統能否正常工作。微處理器雖然本身的抗干擾能力較強，但是用微處理器構造的控制系統仍存在著抗干擾的問題。為防止外界對系統的干擾，并確保電子系統安全可靠運行，必須采取相應的抗干擾措施。電子系統的干擾主要來自于供電系統、過程通道及空間電磁波。電子應用系統的抗干擾設計應針對不同的干擾源采取必要的抗干擾措施。具體方法有硬件抗干擾技術和軟件抗干擾技術。

在這一章節里主要講解電磁兼容設計、器件選型、降熱散熱計算、電路板和電子系統可靠性測試等綜合知識。通過對本小節的學習，使學生應達到以下目標：熟悉系統的各種干擾來源及形式；學會供電系統及過程通道的抗干擾措施；能說出在印制電路板設計中體現的抗干擾措施；學習設計軟件陷阱及看門狗電路，從而為綜合電子設計系統設計打下良好的基礎。

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三、精心設計安排實驗

這門課實踐性很強，除了教師講述的理論內容和方法外，安排大量的實驗以及鼓勵學生去參加科技創新和各種電子設計的比賽，提升學生分析問題、解決問題的能力，從而提高他們的實際動手能力。根據課程的內容合理安排一些設計性的實驗題目。安排的實驗不同于在學習相應的基礎時所做的實驗，要體現獨立思考的能力。

教師布置實驗題目、講述方法，學生以實驗項目為中心，整合理論知識，查閱相關資料，具體的實驗方案和電路要學生自己去網上或圖書館查閱資料獨立完成。在做實驗前，電路圖以及程序代碼要在課下完成，實驗室只是調試電路和程序以及老師考核實驗成績。這樣做可以更好地將理論與實踐結合到實驗項目中去，使學生在動手實踐能力和分析解決問題的能力上有一定的提升；也可以鍛煉學生學會搜集資料、整理資料，提高他們獨立自主的學習能力。同時，教師在帶領學生學習的過程中也在不斷地提升自己，積累經驗。

結合電子設計競賽，安排各章節相應的實驗項目：模擬電路單元主要是運算放大器和二階有源濾波器的設計；重點是直流穩壓電源的設計；數字系統單元設計安排了數字頻率計、交通燈控制器，重點是DDS數字頻率的合成實驗。微處理器單元安排了基于單片機SPI總線時鐘顯示器和基于單片機并行通信的LCD顯示系統。鑒于目前的實驗條件，這些實驗主要是通過仿真軟件來完成。模擬單元電路里，利用Multisim電子電路仿真軟件來完成運算放大器和有源濾波器以及直流穩壓電源的設計；在數字電路系統設計中，利用MAX+PLUS II軟件完成DDS數字頻率合成的實驗；微處理器單元，利用PROTEUS軟件完成單片機的并行和串行通信實驗。這樣在不需要任何實驗儀器和元器件的情況下，為學生提供了一個展示才華的平臺，充分發揮學生的想象力和創造力。

四、綜合電子系統設計的考核標準

目前我國教育領域使用的最普遍的考核方式仍是閉卷考試。閉卷考試對于考核學生的知識掌握情況是非常重要的，但對于綜合電子系統設計這門技術性實踐性和綜合性非常強的課程，不適合采用閉卷考試對學生能力進行考查。

為了真正鍛煉學生的實際動手能力，對這門課的考核采取如下方式：平時上課出勤、答疑以及學習的主動性占20%；實驗占30%（其中課前預習的情況比重占80%）；最后50%的成績是學生的作品。學生可以完成一個老師指定的題目，在確定最佳設計方案后，到實驗室完成了系統單元電路的仿真，進行安裝、測量和調試，把實際的設計作品做出來。也可以根據學科專業方向并結合自身興趣，自主選擇一個課題作為課程的設計項目，經過系統規劃、設計、電路實現、系統調試完成一個完整的電子作品；最后通過驗收、答辯、總結、演講結束課程的學習。在系統的制作和調試過程中，讓學生想方設法采取各種措施解決所遇到的實際問題，不斷調整參數，修改和完善設計方案，得到真正的訓練。

篇9

論文關鍵詞：單片機；實踐教學；全國大學生電子設計大賽；項目教學

全國大學生電子設計競賽是由原國家教委和電子工業部組織的面向全國高等學校相關專業在校學生的競賽項目，是我國高校中舉辦時間長、實施范圍廣、參與學生最多的競賽之一，已成為考核大學生創新實踐能力的一個重要標尺，得到了高等教育界和社會的廣泛認可。大學生電子設計競賽對高校電子專業的教學內容、課程體系、教學實踐、教學手段、實驗室建設等方面的改革起到了積極的促進作用，為培養學生的創新設計能力搭建了良好的平臺。在沈陽工程學院，經過多年實踐，在電子設計競賽平臺上對單片機實踐教學進行改革，并取得了一定的效果。

一、單片機實踐教學中存在的主要問題

目前各高校由于觀念、資金、師資和環境等方面的原因，單片機實踐教學存在以下幾方面問題：

第一，實踐教學觀念仍存在偏差。由于受傳統文化教育觀念的影響，部分師生重理論、輕實踐的觀念仍客觀存在，實踐教學缺乏整體性、關聯性和系統性，仍處于理論課程的從屬部分，甚至部分實踐教學環節流于形式。

第二，實驗教學的弊端仍然存在。實踐教學課程的設置較為零散，順序和內容仍需優化；在開設的實驗中驗證型的內容多，開放性、設計性、創新型的實驗內容少，同時實驗內容存在單一性，而多知識點相結合的實驗少，并且在所開設的實驗課程中缺少與工程實際相結合的綜合性、研究性的實驗內容，不利于學生個性的發展和綜合能力的提高。

第三，實踐教學師資力量有待提高。教師中能夠滿足實踐實訓技能要求的人數比例不高，一部分年輕教師從高校畢業后進入學校從事教學工作，缺乏實踐教學環節的專門訓練，自身尚不能成為行家，難以勝任相關的實踐指導工作。

第四，實驗室建設投資有限，校內外實踐基地的建設不盡完善，不能滿足教學實踐的需要。

第五，實踐教學缺乏科學的評價與考核方法。現行的教學評價機制不能起到強化實踐教學環節和鼓勵實踐教學環節改革創新的積極性，相反存在著制約傾向。

二、電子設計競賽促進實踐教學改革

大學生電子設計競賽的目的在于推動電子信息類課程建設，引導高等學校在教學中培養學生的創新能力、協作能力和理論聯系實際的學風，培養學生的工程實踐素質、提高學生針對實際問題進行電子設計制作的能力；吸引、鼓勵廣大青年學生踴躍參加課外科技活動，為優秀人才的脫穎而出創造條件。本文從師資隊伍建設、實踐教學內容、單片機實踐教學模式等方面探討實踐教學改革。

1.師資隊伍建設

隨著電子技術的高速發展，教學內容往往落后實際幾年甚至更多，這就要求教師能適應和趕上這種發展、變化，要有更寬更新的知識面和更豐富的實踐經驗，不斷地將新內容、新技術、新方法充實到教學中去。我們研究制定了教學隊伍知識、技術不斷更新的科學有效的培養培訓制度。鼓勵教師到國內知名高校和高新技術企業學習深造，同時積極邀請高水平的技術人才給教師作報告。

2.依托電子設計競賽豐富單片機實踐教學內容

（1）優化實踐教學內容。制訂實踐教學大綱時應該適當調整學時，以順應單片機技術的快速發展，對現有的教材進行適當的增減，刪除一些課本中的老化的、無關緊要的、過于理論化或抽象化的內容，增加一些在生產生活中可能運用到的真實案例和最新的單片機理論知識，通過實際案例將抽象的理論具體化。在教學中，適當加強C語言的學習，讓學生既能看懂匯編語言也能夠運用C語言將復雜的程序簡單化。

（2）推廣應用proteus仿真軟件及keil編譯軟件。Proteus仿真軟件上有國際通用的虛擬儀器及電子元器件庫，學生可以更加方便地進行電路原理圖的設計和仿真測試，觀察電路的工作狀態及軟件運行后的變化情況。同時通過網絡課件等形式引導學生練習使用keil軟件。在單片機中，所有硬件電路設計、對應軟件都可以在proteus和keil平臺上進行。Keil完成單片機軟件設計調試，proteus完成硬件設計及系統運行結果查看。這些軟件極大地開拓了單片機的學習空間，降低了單片機的學習成本，提高了學習效果。轉貼于

3.結合電子設計競賽，改進單片機實踐教學模式

（1）項目教學法的應用。建立以任務或項目為教學主線、教師為主導、學生為主體的實踐教學模式。在學生最初接觸單片機課程時，將單片機在實踐生產的應用介紹給學生，并將科研項目或往屆電子設計競賽的作品（如多功能函數發生器、數字存儲示波器等）帶進課堂，激發學生對單片機課程的學習興趣。通過實踐的操作，帶領學生在動手實踐中深化理論知識的學習，并在動手實驗教學中培養學生完成創新實驗和課程設計的能力。課程設計和創新實驗不僅要求學生具有獨立分析問題和解決問題的能力，更加對學生的創新能力提出一定要求。在教師的引導和指導下，學生根據電子競賽方向設計具有實際意義的電路，這不僅是對學生綜合能力的提升，更是為學生將來走向社會成為應用型人才打下良好基礎。

（2）以競賽為契機，推進單片機課外教學。作為一門知識更新速度較快的課程，單片機教學的實戰性得到重視。在全國大學生電子設計競賽的推進下，學生逐漸走出課堂，不僅僅滿足于平時課堂上學習的內容，而是自動自發地走進實驗室，將單片機的學習當做課余生活的重要組成部分。我校為學生成立了開放性實驗室，并為學生購置了AT89S51單片機最小系統開發板、51系列單片機試驗箱等最新實驗器材和實驗操作中使用到的各類元器件。同時教研室機房的每臺計算機均配備了keil編譯軟件和proteus仿真軟件，使學生在自主學習過程中可先通過仿真軟件驗證實驗思路、電路和程序的正確性，并在仿真成功后利用開發板或實驗箱完成實驗操作。以大賽為契機，讓學生在以“取得名次為目標，提高能力為目的”思想指導下，主動思考，勤于鉆研，通過大量電路板的繪制、編程仿真、調試等練習將動手操作能力不斷地提到新的高度。

在整個競賽的準備過程中，學生表現出單片機學習的極大熱情，每次項目完成后教會學生做好總結和鞏固工作并鼓勵他們探索新的任務，通過親身實踐獲得實際經驗，養成科學精神和科學態度，掌握基本的科學方法，綜合運用所學知識解決實際問題。

（3）加深校企交流，為學生就業創造良好平臺。填鴨式的教學模式使得許多大學畢業生在就業后只會“紙上談兵”。為填補工程技術人才的空缺，真正讓學生帶著技術走向工作崗位，我校不斷通過與企業的交流進行課程改革。近年來，我校與東軟集團、中科院微電子所、中科院自動化所、中科院計算所等多個企業均有合作，安排學生到生產線及公司研發部門參觀學習，到相應崗位短期實習，許多在電子競賽中涌現的優秀人才更是被各企業錄用。

我校還建立了完整的網絡平臺。在平臺上，學生不僅可以獲取最新的單片機技術知識和科技資訊，還可以與往屆畢業生進行在線交流，對目前的就業形勢、就業方向有更好的把握。促使學生提高自身水平，為順利就業打下良好基礎。

4.單片機實踐教學考核方式的改革

單片機實踐教學考核重點考核和評價學生技術應用能力的掌握程度。改革過去主要以平時成績為主考核模式，采取更加系統、合理并與實踐教學內容和教學方法相適應的多樣化考核方式，促進學生實踐創新能力的發展與提高。具體做法如下：平時出勤成績占20%，平時各章課題實驗成績占40%，期終實踐技能考核成績占40%（其中，考核內容完成情況占20%，課題報告答辯成績占20%）。

期終實踐技能考核內容為完成一個單片機應用系統開發任務。為了有效、合理地組織考核，安排2～3人一組，每組內容不同、難度相當，完成時間為3～4天。評分（包括系統測試、審閱課題報告和答辯）時間為1～2天。

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關鍵詞：單片機；教學改革；六步教學法；應用性

中圖分類號： TP368.1-4；G642 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）31-100-2

0 引言

單片機技術是目前電子技術領域PLC、嵌入式、單片機三大主流技術之一，單片機在國民經濟、生產、生活中已經得到了廣泛而深入的應用。單片機教材種類繁多，版本五花八門，傳統的教材以匯編語言教學居多。在教學方法和教學模式上，國內各高校具體實施時也是各有特色。在培養學生的單片機應用能力方面，每個老師的重視程度以及學生最終的學習效果也是參差不齊。但有一點大家都必須承認，很多學生學完單片機后，不能靈活的應用到工程實踐中，甚至到畢業時還不會用單片機做個小系統，這一點從學生的畢業論文和畢業設計中可見一斑。因此，剖析傳統單片機教學存在的不足，改革教學模式和教學內容，探索出真正能夠培養學生應用能力、達到理想教學效果的教學方法勢在必行。

1 單片機教學現狀及存在的問題

在傳統的教學中，筆者和全國很多高校教師一樣，采用的教材為純匯編語言教材，講課過程是采用先理論后實驗的教學模式，理論學時遠遠多于實驗學時，比如80（理論）+16（實驗），而且實驗課一般安排在課程結束前的幾個周進行。理論和實驗嚴重脫節，實踐環節給學生動手的機會太少，很多學生都是學的稀里糊涂，一知半解。考核方式一般都采用理論筆試閉卷進行，難以考查學生能力。這種傳統方式已經嚴重影響了教學效果。存在的主要問題有以下幾個：

1.1 教材選擇落后，教學內容滯后

很多老師固守成規，不愿意嘗試使用新教材，學習新內容。喜歡吃老本，用慣了匯編語言版本教材，而不愿換用C語言版本教材，在教學中重視匯編語言的教學，對于單片機各單元硬件模塊、寄存器、功能指令講解過于詳細，導致學生難以理解，對于程序設計也僅僅是數據的運算、數據傳送、寄存器的操作使用等，沒有涉及什么實際應用項目。指令種類太多，難以記憶。學生沒有學習興趣，感覺枯燥無味，上課無精打采。

1.2 實驗設備陳舊、實驗內容選擇不足以滿足教學要求

很多高校的單片機實驗設備，多為8051單片機實驗箱式，且老化陳舊。這種設備一般會配帶實驗指導書，連線、原理、程序清單都會給出，學生只需要按照說明書連線，然后運行程序結果就出來了，沒有什么實質性教學意義。開放性、設計性和綜合性實驗較少，學生沒有機會按照自己的設計思路去動手實踐，不能有效調動學生的積極性和主動性。

1.3 開發平臺和學習用器件跟不上技術發展

有很多學校還在學8051單片機，器件還在用鎖存器、AD、DA等，其實現在有很多單片機已經集成了很多電路，如STC15、STM32、PIC、STM8單片機等，開發應用起來很方便。在教學中，很多老師跟不上現代電子技術和芯片的發展，還在使用已經落后的芯片和開發手段，與現代企業生產要求已經脫節。學生學習后也用不上，導致學好無用的尷尬局面。

1.4 考核偏重理論，考核方式單一

多數高校在單片機課程考試方面，依然采用傳統紙質試卷考試，基本是對單片機概念、指令和部分知識的片面考核，難以體現學生應用實踐能力，即使考1OO分的學生，可能也不會編寫一個簡單的應用程序。筆者的一個2011級畢業生在答辯時曾告訴我，她連晶振都不認識，更不用說設計出類似點亮流水燈的簡單項目了。可見學生的創新能力、開發設計能力、編程能力難以得到系統鍛煉。

2 教學改革與六步教學法探索與實踐

從以上教學中存在的問題可以看出，單片機教學改革已刻不容緩。高校要轉型，高校教師也要轉型，變則通不變則廢。作為高校教師，要敢于改革、敢于實踐和教學創新。

六步教學法具體內容及實施方法如下。

2.1 教

教什么？針對一門課程，這是任課老師首先思考的問題。我們要分清主次，抓主要矛盾，必須突出重難點。單片機課程教學，老師應該教給學生的知識主要是五個方面：①單片機最小系統，包括芯片引腳功能、晶振和電源、復位電路；②對單片機任意I/O口的操作，輸出控制電平高低，輸入檢測電平高低，進行C語言編程控制引腳工作；③定時器/計數器，重點掌握最常用的方式2，學會計算初值，學會編寫定時程序；④中斷，包括外部中斷、定時器中斷和串口中斷；⑤串口通信，掌握單片機之間通信、單片機與計算機之間通信、單片機與無線模塊通信等。老師只要通過一定的手段和方法把這些核心知識給學生講清講透即可。

2.2 學

學什么？怎么學？這是學生要思考的問題。對于學生，關鍵要掌握住一門課的最重要內容，有些是必須學的，有些只需了解即可，甚至有些內容你沒有必要關心。針對單片機課程，筆者認為學生在有限的時間內，只需要花精力學習芯片引腳使用、最小系統接線、會點亮LED、會控制數碼管和液晶屏、會靈活利用中斷和定時功能、會進行串口通信、無線模塊收發等就可以啦。這些核心內容的學習，可以按照老師安排的項目，如流水燈、交通燈、數碼管時鐘、萬年歷、溫濕度監測、無線遙控循跡小車等課內教學項目進行知識和技能的系統學習。

2.3 做

在理論知識學習和項目驅動教學中，老師可以再另外給學生布置一些學習任務，學生也可以根據自己的特長和興趣在網上找一些實例，進行鞏固和練習。在練習的過程中，有可能一個項目的設計制作完成，會涉及很多專業課程知識，這樣又倒逼學生主動去復習過去所學知識，學生會帶著問題去翻書、查閱相關資料等。鍛煉了學生發現問題、思考問題、解決問題的能力。

2.4 練

在“教、學、做”的基礎上，學生基本已經掌握了單片機的基礎知識和基本技能，然后，教師就可以引導學生拓寬思路，增大知識面，通過大量的工程項目反復練習，熟能生巧，練習的多了，設計的項目多了，會使學生獲得一定的成就感，就會激發學生的求知欲望。

2.5 研

就是研發、設計和創新。不管是老師教，還是學生學，都不能總是拘泥于課內那幾個簡單的項目，簡單的基礎項目只是敲門磚。要想提升自己，就必須把目光瞄準市場、了解企業崗位真正需要的知識和技能、熟悉生產和生活中單片機控制系統的設計、開發和應用。

2.6 賽

教學中，教師可以組織小規模的單片機知識和技能競賽、問題式和討論式比賽，也可以舉辦單片機系統設計與制作大賽，也可以組織參加全國大學生電子設計大賽、機器人大賽和其他各種級別和形式的專業競賽。通過鼓勵學生參加比賽，能夠檢驗學習效果，能夠以賽促學、以賽促教、以賽促改，能夠鍛煉學生的競爭意識、激發學生創作潛能，培養學生的團隊精神和合作精神，提高學生的職業素養和就業本領。

3 考核方式改革和后期能力提升

“教、學、做、練、研、賽”六步教學法在最后的考核方式設計上，要改變傳統的紙質筆試方式，最好采用過程考核和最終項目考核相結合，依據學生平時學習和做項目的表現給出過程考核分，期末考試采用教師指定項目或學生自選項目進行考核，做到獨立設計、獨立制作和安裝、獨立編程和調試，然后進行成果答辯，最終給出項目考核分。

4 結束語

在教學中，筆者進行過深刻反思，到底怎么教才能讓學生愛學、樂學呢？“教、學、做、練、研、賽”六步教學法是筆者在教學中的一點總結和體會，不能算是十分成熟和成功的教學模式，每個學校和不同的老師，想必都有自己的思考和看法，有道是教學有法、教無定法、貴在得法。但在教學改革中，沒有終點，高校教師要不斷創新、不斷拓寬教學思路、更新教學方法和手段、提升教學能力和知識水平，才能跟上現代化教育發展步伐。教學改革，我們永遠在路上！

參 考 文 獻