1、单片机实践教学探索第 29 卷第 1 期2007 年 2 月电气电子教学J0URNAL0FEEEVo1.Z9NO.1Feb.2007单片机实践教学探索唐永红(中国石油大学信控学院,山东东营 257061)摘要:“ 单片机原理及应用“ 课程是电类专业重要的课程,实践教学是该课程的重要环节,各高校都在不断探索该课程最有效的实践教学模式.本文阐述了在单片机实践教学的思路,措施,内容及方法等方面进行的探索与实践,以及取得的显着成效,旨在培养学生应用技能,更好地消化理论知识,促进实践教学改革的进一步深入,取得最佳实践教学效果.关键词:单片机;实践教学;教学探索中图分类号:G642;TP368.1 文献标
2、识码:A 文章编号:lOO8-o686(2oo7)Ol 一 0O72一 O3ExploreofSingle-ChipComputerExperimentalTeachingTANGYong-hong(CollegeofSignalControl,ChinaUniversityofPetroleum,Dongying257061,China)Abstract:CourseofSingle-chipComputerPrincipleandApplicationisanimportantcurriculumtoelectricityspeciality.Experimentalteachingisa
3、nirrtportantpartofthecourse.Practiceteachingpatternisbeingexploredbyallthecolleges.Inthispaper,thethoughts,measure,content,meansandeffectofsingle-chipcomputerexperimentalteachingareexploredandpractised.Thisaimstocultivatestudentsapplicationability,digestingtheoryknowledge,advancingexperimentalteachi
4、ngreformandgainningabesteffect.Keywords:single-chipcomputer;experimentalteaching;teachingexplore“单片机原理及应用“ 是电类专业 ,自控专业,计算机等专业的专业基础课.一般高校单片机实验课主要实验内容是仿真器的熟悉,单个汇编指令的使用及部分外设的简单编程.但是,这门课程存在验证性实验过多,综合设计型实验少;实验技术,手段相对较落后;实际能力训练少等弊端.这样培养出来的学生在毕业设计阶段需要进行综合设计时面对课题的硬件需要往往不知所措,既不知如何进行系统设计,也不知如何进行芯片选型,更不用说提供完整的
5、系统方案.针对存在的问题,近年来我们在实践教学内容,教学方法,实验室管理,实验考核等方面进行了有益的探索,既体现单片机这门课的自身特色,又很好地培养学生的单片机的应用技能,取得了较为显着的成效.l 教学方案和思路单片机实践教学是该课程的重要环节,对学生实践能力的培养有着决定性的意义.突出课程内容的应用性和应用技能的培养,真正将理论和实践结合起来,达到良好的教学目的.该教学目标主要表现在如下几个方面:(1)建设一个开放性,规范的,有利于发挥学生聪明才智,集教学与科研于一体的单片机教学实验室.(2)开创实验教学新模式,增加综合应用型,设计型,探究型实验和应用系统开发实验.(3)丰富教学资源,研制网
6、络多媒体教学系统,并建立教学网站.收稿日期:20O61O18;修回日期:2006-1118作者简介:唐永红(1971 一),女,四川武胜人,工程师,从事计算机测控技术方面的研究.第 1 期唐永红:单片机实践教学探索 73(4)建立单片机兴趣小组,开展课外创新设计,组织设计竞赛,激发学生学习积极性.通过这一新的实践教学模式,达到以下目标:(1)巩固和掌握单片机技术的基本原理,在此基础上培养学生的综合设计能力.(2)着重培养学生实际的单片机的应用开发能力,软硬件综合应用能力,单片机应用中的故障判断及排除能力,以提高学生理论与实践相结合的能力.(3)培养,训练学生的创新应用能力,使学生通过实践环节的
7、训练,能独立的设计一个单片机系统,并实现系统的各项功能.2 措施,内容及方法为了达到上述教学目标,采取了如下措施:(1)建设单片机开放实验室,拓展实践教学新途径.在校教务处及学院领导的大力支持下,建立了较好的硬件实验环境以及教学网站,制订并规范实验室管理制度,学科小组守则,学生创新设计守则等规章制度,形成实验室建设,管理的新模式.(2)以单片机实验基地为依托,将实践环节作为单片机课程教学中的核心内容,以培养学生实际应用能力为教学突破口,开设与工程实际接轨为目标的开放性实验训练,组成系列化实验教学新模式.(3)根据多年教学和实践经验,合理的,有层次的重新编写实验教材,最大可能地利用现有的硬件资源
8、,开发出合理的实验项目.必做实验项目主要包括存储器的扩展实验,P/I 口输入输出实验,外部中断实验,定时器实验,8255 并行接口实验,D/A 转换芯片 DAC0832 实验,A/D 转换芯片 ADC0809 实验,单片机串行通讯实验以及可编程键盘/显示芯片8155 接口实验等.在每一个实验项目中,我们遵循着验证性实验设计性实验的规则,即给出一个验证性实验项目,随后给出一个设计性的实验项目,让学生根据所给的项目进行软,硬件的设计.(4)开设综合设计性实验,按照从理论验证性实验设计性实验综合设计性实验的教学思路设计实验项目.由教师制订设计任务书(给出软,硬件资源,实验要达到的效果等)取代原实验指
9、导书.将科技方法训练,综合设计,创新设计等实践教学内容融合到综合设计实验项目中,使原来分散的小型模拟设计与训练集成为一个较大型的系统设计项目,培养学生的创新设计能力和强化工程意识.将训练的全过程分为硬件设计,软件设计,汇编,软件模拟仿真,硬件电路调试和脱机运行等阶段.这种建立在应用系统上的逐步扩展,循环上升的教学方法有助于学生建立系统的概念,培养独立开发与应用的能力.以单片机串行通讯实验为例,来说明我们实践教学的实施过程.该实验的目的是要学生掌握MCS 一 51 单片机串行通讯的原理 ,工作方式,波特率的设定及编程的方法.我们给出的实验是通过移位寄存器 74IS164 和 74IS165 编制
10、一个串行通讯的程序,发送方通过拨动开关 K1K8 来产生待发送的 8 位二进制数,接收方通过串行口将接收的数据通过 8 个 LED 发光二极管 L1I8 进行显示,要求学生分别用查询和中断的方式实现.在此验证性实验的基础上,结合多年的实践教学经验,开发出一个设计性的实验题目“智能化远端数据采集系统 “,要求将 A/D 转换的数据发送经串行接收数据后的显示.这一题目将串行通讯与 A/D 转换结合起来,具有工程意义,并给学生充分发挥想象的空间.同时我们针对不同的专业侧重点不同,研究开发出单片机的应用选题若干项,以此来培养学生的创新能力.如:数据( 电压,温度等) 采集系统 ,智能化数字钟设计,智能
11、化函数发生器,可编程时间顺序控制器,作息时间控制器,智能化彩灯控制系统,智能报时系统设计和滚动信息发布系统等.学生自己选题,并在面包板上完成硬件电路,在开发机上调试程序,写出详细的实验报告及绘制硬件电路图.通过这一环节的训练,使学生对单片机软,硬件有了一个完整的系统设计及工程设计的概念.(5)注重程序调试运行过程,以便对程序有更形象的认识,有助于渗透理论知识.我们选用的是功能强大的伟福仿真系统,强化教学效果.该系统既可软件模拟仿真,又可硬件仿真.通过软件的单步执行功能,在显示窗口上,学生可看到程序详细的执行过程.如定时器和中断实验,定时器每个机器周期加 1,一旦溢出,程序指针自动指到定时器中断
12、服务程序入口地址上,中断服务程序开始一步步执行,相关寄存器的变化都及时反映在窗口界面上,中断返回到什么地方,一目了然.指导学生先分析程序,再观看执行过程,这样的上机指导使学生在调试运行程序后有豁然开朗的感觉,抽象的原理清晰可见.(下转第 81 页)第 1 期王艳芬等:通信电子电路 Matlab/Simulink 仿真 81o2o.o2.04o050.005oolo02o03o04(a)第 1 路选频滤波器选出的信号(1000kHz)0l0O5,(c)第 1 路的解调音频信号(500Hz)蝴 001002003004u0U2004006(b)第 l 路变频后的信号 (465jHz)(d)第 2
13、路的解调音频信号(1000Hz)3 结束语图 l7 调幅广播接收系统中的主要仿真波形本文利用 Matlab/Simulink 软件,以无线电调幅广播发射与超外差接收系统为例,对“通信电子电路“ 课程中重要的通信系统单元电路进行了仿真和分析,给出了仿真模型和较为详细的各点仿真波形,并结合实际给出了多路系统的仿真结果.在实际教学中,利用多媒体教室的便利性,将 Matlab 仿真引入课堂,再结合其他的多媒体教学手段,大大增强了学生对单元电路原理与实际系统仿真效果相结合的理解力,使学生在学好“通信电子电路 “课程的同时,还了解和掌握了通信系统建模和仿真分析的方法.参考文献:1于洪珍.通信电子电路 M,
14、北京:清华大学出版社,2005E23 邓华等.MATIAB 通信仿真及应用实例详解M.北京: 人民邮电出版社,2003(上接第 73 页唐永红文)该软件还可以连续执行,设置断点,查看片内外寄存器以及对寄存器设初值等功能,对程序调试很有帮助.(6)建立考核新模式,以现场实验和口试为本课程的主要考核手段.在规定时间内,按照给出的实验资源及要达到实验的效果完成实验.根据实验方案设计情况,程序调试能力,故障排查能力,最后完成情况,回答问题情况等综合打分,考核通不过的学生可多次考核.部分优异生可选择探究设计型实验作为考试内容.改变传统的以考试为中心,以知识掌握程度为基础的评价方式,创建以科学知识为基础,
15、应用创新为目标,实践能力为重点的多样化考核方式,真实反映学生的实际能力.3 效果与体会通过几年来的建设,探索与实践,单片机实验基地为学生单片机原理与接口技术,创新设计,综合课程设计,课外科技活动和毕业设计等课程的实践教学及科研任务提供了强有力的支持.在实践中学生在经过多次反复的调试,看到自己的程序能够运行,且结果正确,真正感受到了学习的乐趣.通过实践教学环节的有效开展,不但有助于学生掌握所学知识,缩短从理论到实际应用的过程,而且很好地培养了学生的专业兴趣,增强其创新意识,提高其实际应用能力.参考文献:Eli 曹建树等.单片机创新实践教学改革与实验室建设J. 上海:实验室研究与探索.2005,24(9):46E23 廖平.单片机实验教学的改革 EJ.上海:实验室研究与探索,2004,23(7):36383张晴等.单片机实验教学改革J.上海:实验室研究与探索,2003,22(4):2729
