单片机原理论文模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇单片机原理论文，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

TOPSwithⅡ

TheWayofQuickDesignforSinglechipSwitchingPowerSupplyAbctract:Threeendssinglechipswitchingpowersupplyisnewtypeswitchingpowersupplycorewhichhasbeenpopularsince1990.Thispaperintroducesquickdesignforsinglechipswitchingpowersupply.

Keywords:Singlechipswitchingpowersupply,Quickdesign,TopswithⅡ

在设计开关电源时，首先面临的问题是如何选择合适的单片开关电源芯片，既能满足要求，又不因选型不当而造成资源的浪费。然而，这并非易事。原因之一是单片开关电源现已形成四大系列、近70种型号，即使采用同一种封装的不同型号，其输出功率也各不相同；原因之二是选择芯片时，不仅要知道设计的输出功率PO，还必须预先确定开关电源的效率η和芯片的功率损耗PD，而后两个特征参数只有在设计安装好开关电源时才能测出来，在设计之前它们是未知的。

下面重点介绍利用TOPSwitch－II系列单片开关电源的功率损耗（PD）与电源效率（η）、输出功率（PO）关系曲线，快速选择芯片的方法，可圆满解决上述难题。在设计前，只要根据预期的输出功率和电源效率值，即可从曲线上查出最合适的单片开关电源型号及功率损耗值，这不仅简化了设计，还为选择散热器提

η/％(Uimin=85V)

中图法分类号：TN86文献标识码：A文章编码：02192713(2000)0948805

PO/W

图1宽范围输入且输出为5V时PD与η，PO的关系曲线

图2宽范围输入且输出为12V时PD与η，PO的关系曲线

图3固定输入且输出为5V时PD与η，PO的关系曲线

供了依据。

1TOPSwitch－II的PD与η、PO关系曲线

TOPSwitch－II系列的交流输入电压分宽范围输入（亦称通用输入），固定输入（也叫单一电压输入）两种情况。二者的交流输入电压分别为Ui=85V～265V，230V±15％。

1．1宽范围输入时PD与η，PO的关系曲线

TOP221～TOP227系列单片开关电源在宽范围输入（85V～265V）的条件下，当UO=＋5V或者＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图1、图2所示。这里假定交流输入电压最小值Uimin=85V，最高

η/％(Uimin=85V)

η/％(Uimin=195V)

交流输入电压Uimax=265V。图中的横坐标代表输出功率PO，纵坐标表示电源效率η。所画出的7条实线分别对应于TOP221～TOP227的电源效率，而15条虚线均为芯片功耗的等值线（下同）。

1．2固定输入时PD与η、PO的关系曲线

TOP221～TOP227系列在固定交流输入（230V±15％）条件下，当UO=＋5V或＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图3、图4所示。这两个曲线族对于208V、220V、240V也同样适用。现假定Uimin=195V,Uimax=265V。

2正确选择TOPSwitch－II芯片的方法

利用上述关系曲线迅速确定TOPSwitch－II芯片型号的设计程序如下：

（1）首先确定哪一幅曲线图适用。例如，当Ui=85V～265V，UO=＋5V时，应选择图1。而当Ui=220V(即230V－230V×4.3％)，UO=＋12V时，就只能选图4；

（2）然后在横坐标上找出欲设计的输出功率点位置（PO）；

（3）从输出功率点垂直向上移动，直到选中合适芯片所指的那条实曲线。如不适用，可继续向上查找另一条实线；

（4）再从等值线（虚线）上读出芯片的功耗PD。进而还可求出芯片的结温（Tj）以确定散热片的大小；

（5）最后转入电路设计阶段，包括高频变压器设计，元器件参数的选择等。

下面将通过3个典型设计实例加以说明。

例1：设计输出为5V、300W的通用开关电源

通用开关电源就意味着交流输入电压范围是85V～265V。又因UO=＋5V，故必须查图1所示的曲线。首先从横坐标上找到PO=30W的输出功率点，然后垂直上移与TOP224的实线相交于一点，由纵坐标上查出该点的η=71.2％，最后从经过这点的那条等值线上查得PD=2.5W。这表明，选择TOP224就能输出30W功率，并且预期的电源效率为71.2％,芯片功耗为2.5W。

若觉得η=71.2％的效率指标偏低，还可继续往上查找TOP225的实线。同理，选择TOP225也能输出30W功率，而预期的电源效率将提高到75％，芯片功耗降至1.7W。

根据所得到的PD值，进而可完成散热片设计。这是因为在设计前对所用芯片功耗做出的估计是完全可信的。

例2：设计交流固定输入230V±15％，输出为直流12V、30W开关电源。

图4固定输入且输出为12V时PD与η，PO的关系曲线

η/％(Uimin=195V)

图5宽范围输入时K与Uimin′的关系

图6固定输入时K与Uimin′的关系

根据已知条件，从图4中可以查出，TOP223是最佳选择，此时PO=30W，η=85.2％，PD=0.8W。

例3：计算TOPswitch－II的结温

这里讲的结温是指管芯温度Tj。假定已知从结到器件表面的热阻为RθA(它包括TOPSwitch－II管芯到外壳的热阻Rθ1和外壳到散热片的热阻Rθ2)、环境温度为TA。再从相关曲线图中查出PD值，即可用下式求出芯片的结温：

Tj=PD·RθA＋TA(1)

举例说明，TOP225的设计功耗为1.7W，RθA=20℃/W，TA=40℃，代入式（1）中得到Tj=74℃。设计时必须保证，在最高环境温度TAM下，芯片结温Tj低于100℃，才能使开关电源长期正常工作。

3根据输出功率比来修正等效输出功率等参数

3．1修正方法

如上所述，PD与η，PO的关系曲线均对交流输入电压最小值作了限制。图1和图2规定的Uimin=85V，而图3与图4规定Uimin=195V（即230V－230V×15％）。若交流输入电压最小值不符合上述规定，就会直接影响芯片的正确选择。此时须将实际的交流输入电压最小值Uimin′所对应的输入功率PO′，折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，才能使用上述4图。折算系数亦称输出功率比（PO′/PO）用K表示。TOPSwitch－II在宽范围输入、固定输入两种情况下，K与U′min的特性曲线分别如图5、图6中的实线所示。需要说明几点：

（1）图5和图6的额定交流输入电压最小值Uimin依次为85V，195V，图中的横坐标仅标出Ui在低端的电压范围。

（2）当Uimin′>Uimin时K>1，即PO′>PO，这表明原来选中的芯片此时已具有更大的可用功率，必要时可选输出功率略低的芯片。当Uimin′（3）设初级电压为UOR，其典型值为135V。但在Uimin′<85V时，受TOPSwitch－II调节占空比能力的限制，UOR会按线性规律降低UOR′。此时折算系数K="UOR′"/UOR<1。图5和图6中的虚线表示UOR′/UOR与Uimin′的特性曲线，利用它可以修正初级感应电压值。

现将对输出功率进行修正的工作程序归纳如下：

（1）首先从图5、图6中选择适用的特性曲线，然后根据已知的Uimin′值查出折算系数K。

（2）将PO′折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，有公式

PO=PO′/K（2）

（3）最后从图1～图4中选取适用的关系曲线，并根据PO值查出合适的芯片型号以及η、PD参数值。

下面通过一个典型的实例来说明修正方法。

例4：设计12V，35W的通用开关电源

已知Uimin=85V，假定Uimin′=90％×115V=103.5V。从图5中查出K=1.15。将PO′=35W、K=1.15一并代入式（2）中，计算出PO=30.4W。再根据PO值，从图2上查出最佳选择应是TOP224型芯片，此时η=81.6％，PD=2W。

若选TOP223，则η降至73.5％,PD增加到5W，显然不合适。倘若选TOP225型，就会造成资源浪费，因为它比TOP224的价格要高一些，且适合输出40W～60W的更大功率。

3．2相关参数的修正及选择

（1）修正初级电感量

在使用TOPSwitch－II系列设计开关电源时，高频变压器以及相关元件参数的典型情况见表1，这些数值可做为初选值。当Uimin′LP′=KLP（3）

查表1可知，使用TOP224时，LP=1475μH。当K=1.15时，LP′=1.15×1475=1696μH。

表2光耦合器参数随Uimin′的变化

最低交流输入电压Uimin(V)85195

LED的工作电流IF（mA）3.55.0

光敏三极管的发射极电流IE（mA）3.55.0

篇2

党的十报告中指出：“全面实施素质教育，深化教育领域综合改革，着力提高教育质量，培养学生社会责任感、创新精神和实践能力”。同志提出的“中国特色、世界水平的现代教育”是“两个一百年”奋斗目标和中华民族伟大复兴梦的重要组成部分。刘延东同志在2014年高校咨询会上也提出：“要把立德树人、提高质量贯穿综合改革全过程，创新人才培养机制，切实落实人才培养中心地位”。当前，高校在人才培养模式、课程教学内容和方法、实践教学环节等方面还存在着一些不足，如何培养创新人才是高校教育工作者需要着重关注和实践的课题。我校电气信息类专业结合2014版培养计划修订，做了部分课程的教学改革与实践尝试，现与大家交流学习。

一、主要改革内容及实施情况

（一）充分发挥培养计划在引领学生创新能力

在2014级电类学生培养计划修订中，对电类三个专业的学科基础课、专业核心课、专业方向课、专业选修课、集中实践教学环节进行课程调整、学时调整。充分发挥培养计划在引领学生创新能力培养中的核心作用。

（1）2014级船舶电子电气工程专业教学计划修订情况

在学科基础课中：一是新增加了“电路原理图与PCB设计”课程（32学时实验）；二是将“单片机原理及应用”课程（36+20）改为“单片机原理及应用”课程（32学时理论）及“单片机原理及应用实验”课程（32学时实验）两门课程；三是将“电路分析”课程（52+16）改为理论与实验分别独立的两门课程。

在专业核心课中：取消了“船舶通信与导航”课，改列为专业选修课。

在专业选修课中：取消了电子综合设计辅导（2学分、24+8学时、第5学期）课，新增加了“电子技术创新实验辅导”实验课程（1学分、32学时实验、第5学期）。

在集中实践教学环节中：一是取消了“电子技术课程设计”（2学分、2周、第3学期）新增了针对性更强的两门“模拟电子技术课程设计”（1.5学分、1.5周、第4学期）及“数字电子技术课程设计”（1学分、1周、第4学期）课；二是将“单片机课程设计”（1学分、1周、第5学期）改成（1.5学分、1.5周、第4学期）；三是取消了“船舶电气设计与检验课程设计”（1学分、1周、第6学期），新增了“船舶机舱测控系统课程设计”（1.5学分、1.5周、第6学期）。

（2）2014级电气工程及其自动化专业教学计划修订情况

在学科基础课中：一是取消了“电气工程导论”课程；二是取消了“计算机辅助设计”，新增加了“电路原理图与PCB设计”课程（32学时实验）；三是将“单片机原理及应用”课程（42+16）改为“单片机原理及应用”课程（32学时理论）及“单片机原理及应用实验”课程（32学时实验）两门课程；四是将“电路分析”课程（52+16）改为理论与实验独立的两门课程。

在专业核心课中：一是将“单片机原理及应用”调整到学科基础课；二是取消了“供配电系统”课程（2.5学分、36+4学时、第7学期），改增为“工厂供电”课程（3学分、40+8、第7学期）；三是将“检测与转换技术”（2学分、26+6学时、第4学期）学分调整为（2.5学分、28+12学时、第4学期）；四是将“自动控制原理”课程（3.5学分、48+8学时、第5学期）学分调整为（4学分、52+12学时、第5学期）。

在专业方向课中：一是取消了“变压器应用技术”课程（2学分、28+4学时、第7学期）；二是取消了“船舶动力装置与辅助机械”（2学分、28+4学时、第6学期）课；

在专业选修课中：一是取消了6门课程，分别是：信号与系统、文献检索、企业管理、电气工程专题讲座、集散控制系统、电子综合设计辅导；二是新增“电子技术创新实验辅导”（1学分、32学时实验、第5学期）、“新能源技术”（1学分、16学时、第5学期）两门课程；三是将“AUTOCAD”课程（2学分、16+16上机、第5学期）改为实验课程（1学分、32学上机、第5学期）。

在集中实践教学环节中：一是取消了“专业综合课程设计”（2学分、2周、第7学期）；二是新增了“测控技术课程设计”（1学分、1周、第5学期）及“电气控制技术课程设计” （1学分、1周、第6学期）两门课程。

（3）2014级电子信息工程专业教学计划修订情况

在学科基础课中：一是取消“计算机辅助设计”（16+16）课，改成了“电路原理图与PCB设计”课程（32学时实验）；二是增加了由专业核心课调整来“单片机原理及应用”课程（32学时理论）及“单片机原理及应用实验”课程（32学时实验）；三是将“电路分析”课程（52+16）改为理论（56）与实验（16） 两门独立的课程。

在专业核心课中：取消了“信息论与编码”（24+8）课程并调整“单片机原理及应用”课程（40+16）到学科基础课。

在专业方向课中：一是在通信系统方向：将“程控交换”（32）课程换成为“移动通信”（22+10）课程；二是在嵌入系统方向：将“ARM处理器原理及应用”改为“嵌入式系统”（22+10），新增“ 计算机操作系统”（16+16（上机））及调整来“ 电子综合设计辅导”（16+16）；而“DSP原理及应用”、 “多媒体技术”、“ 电子设计自动化”调整到专业选修课中；三是取消了电子系统设计方向。

在专业选修课中：一是取消了“复变函数与积分变换”、“JaVa语言程序设计”、“数据结构”、“数据库技术及应用”、“Linux软件设计”、“计算机接口与通信”、“自动控制原理”、“电视原理”8门课程；二是由专业方向课调整来“DSP原理及应用”、“多媒体技术”、“电子设计自动化”3门选修课；三是新增“专业导论”、“学科前沿信息”、“新能源技术”、“现代控制理论[双语] ”、“信息论与编码”、“集成电路设计”、“计算机网络安全”7门课程。

在集中实践教学环节中：一是取消了“电子设计方向专业课程设计”（2学分、2周、第7学期）；二是新增了“工程训练C”（1周，1学分），调整了“模拟电子技术课程设计”（2周，2学分）、“数字电子技术课程设计”（2周，2学分）、“单片机原理及应用课程设计”（4周，2学分）。

（二）加强几门关键课程的课改示范工作，提升课程在电子能力培养中的关键作用

（1）电子综合设计辅导课程的教改实施情况

电子综合设计辅导课程是训练学生综合设计能力的课程。学院2009年起将原来的“电装实习”改成（电子装配）“工程训练”和“电子综合设计辅导”（2学分、24+8学时、第5学期）两门课程，并结合课余电子制作训练作为补充。电子综合设计辅导课程每一年的设计制作内容在原有的基础上都有新增，加强设计内容的新型性和实用性，至今实验室已有50多个设计实训模数电路板。2014版培养计划中“电子综合设计辅导”课程调整为实验课程“电子技术创新实验辅导”（实验30学时）。

电子装配工艺训练对学生的知识基础要求较低，在原2010版教学计划中安排在大一第二学期进行，重点是训练学生的电子电路焊接技术，为以后的电子装配打下基础。教学时数为一周，时间上分散进行，历时半个学期。电子综合设计辅导课程是学生进行电子设计的入门课，除公选课、选修课形式外，兴趣小组形式的学习培养也是一个最有成效的环节，使得对电子设计有基础、有兴趣的同学得到充分发挥与提升能力。对电子制作训练做到有计划性，一般分为四个阶段：

第一阶段：为电子制作基本能力训练。安排在入学后的第二学期，以兴趣小组形式进行。内容主要为：焊接技术训练、认识基本元器件（学会万用表的使用）、识图、音频放大电路制作。

第二阶段：电子制作入门训练。安排在入学后的第三学期，以公选课的形式进行。主要学习绘图、制作与测量（学习Protel（Altium Designer）软件的使用，学会常用电子仪器的使用，利用波形图分析电路的工作状态，分析能力训练），内容有：简单电源电路、电动机驱动电路、光控灯开关电路、温控加热器电路等。

第三阶段：电子设计基础训练。主要是结合理论知识设计电路，安排在入学后的第四学期，以选修课的形式进行。内容有：音响电路（含音调电路、功率放大器电路）、隔离放大器电路、充电器电路等。

第四阶段：电子设计综合能力提高训练。主要为综合设计中、大规模电路，安排在入学后的第五学期，以选修课的形式进行。内容有：抢答器电路、开关电源电路、数控电源电路、无线通信电路、锁相环振荡电路、转速检测电路、充电器电路。

（2）单片机原理及应用课程的教改情况

单片机作为电子自动化控制的主要手段，其作用越来越重要。我院该课程为省级精品课程，课程组老师进行了一系列的教学实践，编写了新的教学文件，每年修改电子教案、课件，出版新的教材与实验指导书，不断完善学习资源，实施电子考试等等，为学生的自动化电子设计起到了重要的支撑作用。在2014版教学计划中理论学时改为32，实验改为独立设课，学时为32，课程设计为1.5周。单片机实验电路板全部为校内老师设计制作，实验室至今有单片机综合应用设计电路板30多件。

（3）新增电子技术实践公选课

针对大学生电子设计竞赛中发现的理论教学与学生实践应用能力脱离现象比较严重的问题，从2014年下半年开始学院在二年级学生中设立“电子技术实践”公选课程，从学生学习电子技术知识的初始阶段就引导学生向技术应用方向发展，培养学生理论联系实际、实际凝练为理论知识的能力，拓展学生的创新思维能力。电子技术实践课程在一定程度上打破课程的专业界限、学科界限，使得知识、技术、信息等多方面融会贯通，在还不能完全打破现有教学模式的情况下，以教学实验班的形式增加一个补充教学环节，以音频功率放大器的设计制作为立足点，从应用目标出发搜索知识点，解决技术问题，培养思维方式。电子技术实践公选课作为教学模式创新探索，在教学过程中最大程度地改变学生被教师控制之下被动地学习的局面，改变单纯死记硬背完成学业的局面，转而让学生养成从解决问题的角度去思考、查找知识，提高学生的主观能动性、创新意识。在教学环节上将实验教学、理论教学、课程设计三点连成一线。在教学效果上力求学以致用，学有所用，以适应大学生电子设计竞赛的要求，适应技能考证的要求，适应用人单位对应用型人才的需求。

（三）编写、修订教材、教案，建立完善教师与学生教学学习资源

编写出版《电子综合设计常用模块与实例指导》、《单片机设计实例集》等实践指导教材；为学生开展考证培训修订《电子工程师考证培训讲义》等；编写新的教学文件及电子教案、课件等，建立完善教师与学生教学学习资源。

一是修订出版了《单片机实验与课程设计指导（Proteus仿真版）》、《电子设计常用模块与实例》、《单片机设计实例选集（一）》、《51系列单片机原理及应用》等实践指导性强的教材；二是在原网络课程的基础上进行了单片机慕课网站的建设，新编了150题左右的作业练习题库；三是修改2014级教学大纲、电子教案及课件；四是设计开发2014级用的新实验电路板并用于每年的学生电子设计竞赛训练。

（四）加强实践能力培训，提高学生的综合能力

加强实践能力培训，提高学科竞赛的获奖数量、提高学生、专利证书数量、提高学生电子工程师/板级工程师/电工等从职证书数量。

（1）加强了学科竞赛的辅导力度。一是组织学生电子协会，每周至少开展一次活动，以加强低年级同学的基础技能训练；二是与飞思卡尔智能汽车竞赛相结合，利用各种提高学生能力的资源，充实学生的实践活动；三是培养充实指导教师力量，2014年学院的指导教师队伍扩大至9人，落实了组队学生与指导教师的互选环节，密切指导教师与参赛学生的联系，特别是在暑期中通过明确训练计划、训练内容增加指导教师的投入精力；四是针对大学生电子设计竞赛中发现的理论教学与学生实践应用能力脱离现象比较严重的问题，从2014年下半年开始在二年级学生中设立电子技术实践公选课程，在教学效果上力求学以致用，学有所用，以适应大学生电子设计竞赛的要求。

（2）重视指导学生、申报专利工作，培养科学研究能力 。通过学生课程设计、毕业设计、电子竞赛、省创新研究项目等实践，指导学生以论文或专利的形式固化研究成果，近年来学生发表的电子设计类论文、实用专利、省大学生科技创新（电子电气类）项目、国家级大学生创新创业训练项目增加明显。

（3）加强校内电子工程师等考证培训工作。学院培训中心通过了市职业技能鉴定条件验收，成立了市“职业技能鉴定所”和电工方面考证员，可进行中、高级电工，中、高级维修电工，初级电子设计工程师、板级设计工程师、单片机C语言程序设计师7种电子电气类证书的证书认定，为学生培训考评提供了极大的便利。

（4）加强了毕业设计真题实做的要求。学院将毕业设计任务早计划、早布置，以提高毕业设计论文的真题实做时间，现一般是在第7学期初就布置任务，毕业论文答辩分二次进行，在较长的时间内可给学生留出较多时间完成高质量的毕业设计论文，学生毕业设计真题实做的比例在90%以上。

（五）落实考证考级替代学分考试的制度

落实考证考级替代学分考试的制度，将提高从职能力的技能考证、考级、竞赛奖等纳入到教学学分中。

学院出台了关于《本科生毕业设计（论文）替代管理办法》（试行）的文件，规定了5类学生学业成果（考证、考级、论文、专利、竞赛奖）或经学院本科毕业设计（论文）工作小组认定可以代替毕业设计（论文）的其他成果可替代毕业设计（论文）学分。

二、实践成果

两年间，学生在电子工程师、电工考证、学科竞赛获奖方面成绩提高明显，取得电子工程师证书30 人；电工证书192人；在大学生电子设计竞赛中，获省一等奖学生为9人，二等奖学生为18人，三等奖学生为21人；在全国（省）飞思卡尔智能汽车竞赛及智能机器人大赛中获一等奖6人，特等奖2人，二等奖9人，三等奖24人。两年间，学生发表电子设计类论文10篇，取得电子设计类实用专利35项。

三、不足分析

一是教学计划改革后课时量压缩造成教师“抢课”现象，并由课程门数增多及投入精力不足造成教学改革的实践效果下降；二是团队精神在学院教改项目中体现不够，大多数教师还是安于老的教学方式，教改积极性不高，大范围的教改项目推进困难。

提高教学质量不仅需要领导重视，更需要教师的人人参与。教学改革不能停留在口号上，更应建立在教师行动上。高校要把提高教师的影响力与学生的竞争力作为学校发展的基本目标，以社会需求为导向，进一步改革人才培养模式，为社会输送合格的创新创业型应用人才。

参考文献：

[1] 唐树森，李维. 电气信息类专业基础课程综合改革的研究与实践[J]. 中国电子教育，2004，03：44-46.

篇3

单片机应用技术是高职院校电子信息类、自动控制类等专业的核心课程，这门课程学习的好坏直接影响了学生对专业研究的进一步深入的能力及电子信息类人才培养的基本要求。据调研高职院校单片机技术应用课程教学方式，部分院校按照知识体系讲授，讲授内容顺序为单片机技术概论、单片机体系结构、汇编语言程序设计等[1]。按照知识体系讲解，教师和学生普遍感觉内容枯燥无味，学生对知识点难以理解，更不用说具备利用单片机设计应用系统的能力。部分院校目前利用项目驱动式教学，经过实践教学测试，教学效果良好。

一、教学模式的改革

教学模式由知识体系讲授转变为项目驱动方式。这两种方式各有优缺点，知识体系讲授对于高职阶段的同学说来说，能够系统的了解单片机的内部体系结构，对指令执行的内部过程更加清晰，知识点介绍完后再通过一个大的课程实训项目完成课程的实践教学。项目驱动式教学方法是通过多个项目的学习完成单片机课程的教学，即介绍某个项目时，先介绍理论知识，紧跟着完成实践教学，即设计项目硬件电路、软件程序，然后调试系统等环节。每个项目能完成具体的某种功能，学生学习兴趣会增加，对课程的理解更加深入。两种讲授方式存在的弊端有：知识讲授体系缺乏兴趣性、理论较难理解、缺乏实践能力的锻炼；项目驱动式对单片机的内部原理分析不够深入，但提高了单片机应用项目的实际开发能力。

实际教学过程中可采用模拟仿真及实物焊接两个环节。硬件仿真电路使用Proteus硬件仿真软件，该软件内部集成了多种常用的单片机芯片、电阻、电容、晶体管、LED、LCD液晶屏等，电路搭建方便，仿真效果良好，目前广泛的应用在单片机课程的教学中。软件采用KEIL软件，该软件使用方便，通过建立工程文件到生产HEX文件整个流程清晰易懂，代码编译质量高。Proteus和KEIL两个集成开发环境具有联调功能，提高了学习效率，使得系统开发流程更加直观，容易被学生接受。

二、教学内容的选择

教学内容的选择需符合人才培养方案的定位。学生通过本门课程的学习，能够掌握单片机实际项目的开发流程；能够独立设计常用的单片机控制系统；具备检修单片机应用系统故障的能力；能够熟练使用仿真软件进行系统仿真测试；提高学生手工焊接技能等要求。

通过多个项目的设计，使得单片机技术中的知识点全部介绍，能够达到上述要求。教学项目需从简到难，然后综合设计多个项目，最终达到理论和实践教学效果。教学内容详细介绍如下：（1）单片机最小系统的介绍。可选用项目点亮一个发光二极管。分析单片机与PC机的区别，介绍单片机的基本知识等，理论分析后，在Proteus中搭建硬件电路，在KEIL中设计软件程序，然后调试程序，观察系统是否正常工作，需重点介绍集成开发环境Proteus、KEIL软件的使用。（2）单片机IO端口的学习。如可选用流水灯系统展开介绍，详细分析单片机内部IO端口的特点，分析其应用场合，通过软硬件设计提高学生实践能力。（3）单片机定时/计数器的学习。可选用秒表设计项目展开教学，通过对秒表延时时间的准确设计，采用定时器查询方式完成延时，能够较好的掌握定时/计数器的工作原理及实际应用程序设计。（4）单片机中断系统的学习。在秒表设计中延时程序可用中断方式完成，通过与查询方式的比较，能够让学生更容易理解单片机定时与中断之间的关系。（5）单片机键盘电路的学习。需掌握独立按键和矩阵键盘两种方式的应用，可采用万年历系统的设计，在此项目中介绍数码管动态驱动方式及常用的LCD1602、12864等液晶屏的使用，此项目进一步综合运用了定时、中断资源，提升了学生综合运用单片机内部资源的能力。（6）最后通过多个综合项目的设计，达到教学目的。如单片机温度控制系统设计、单片机测距系统设计、单片机密码锁系统设计、单片机语言报警系统设计等。[2-3]

在项目设计过程中，为了达到更好的教学效果，可以网购单片机学习套件，学生动手从单片机最小系统焊起，然后焊接接口电路及串口下载电路等。通过实物的焊接能够加深学生对单片机应用系统的理解，且每个项目HEX文件能够在此套件上验证，包含了仿真与实物测试。也可以让学生在万能板上焊接每个项目电路，进而提高焊接能力及实物查错能力等。

三、考核方式的改革

单片机课程的考核采用平时成绩和期末成绩按比例相加得到课程成绩。平时成绩应占主要部分。平时成绩的重要性提高，学生的积极性会增加，能让学生认真的完成项目的设计。

高职院校的学生主要是培养实践能力的提升，在理论够用的基础上，强化其动手能力的锻炼。如何对每个项目进行考核呢？可考核硬件电路设计的正确性、软件程序设计的合理性、功能的完整性等。为了进一步提高学生的实际动手能力，可让学生在万能板上焊接单片机应用系统，考核学生的手工焊接能力、实际电路板查错能力、团队配合能力等。考核内容可包含有其他内容，如学习态度、出勤情况等方面。

四、项目举例

以电子钟设计为例。项目目的是掌握单片机定时器、中断系统、键盘电路、液晶屏的综合应用。硬件电路设计方面，需搭建单片机最小系统、时钟控制按键、显示电路，通过硬件电路的模拟仿真及实际电路板的焊接，进一步强化了最小系统及扩展电路的设计要点，掌握了液晶LCD1602的内部电路结构原理及引脚的接线方法[4]。

软件设计方面，软件流程图如图1所示。主函数需先初始化液晶屏1602、定时器、中断系统。初始化结束后进入无限循环，无限循环包括有时、分、秒的显示程序、按键扫描程序。当定时1S到后进入中断服务程序，秒加1，当秒到60时，分加1，当分加到60时，时加1，当时为24自动返回到0。按键扫描程序需设计时钟启动、暂停、复位按键检测程序，使得时钟为可控时钟，该程序需在循环程序中不停的被执行，即为按键扫描达到控制效果，为了达到更好的控制效果，可采用按键中断方式去完成软硬件的设计。

五、总结

单片机技术是一门实践性很强的课程，教学内容、教学方式、考核方式等需在实践教学中不断改进。论文简要的介绍了项目驱动式教学法在单片机技术课程教学中的应用，通过实际教学效果的考核，达到了预期的教学目的，教学效果良好。

参考文献

[1]汪万维.单片机课程教学改革探讨[J].武汉大学学报(理学版),2012(10):95-97.

[2]张涛,韩春贤,等.单片机课程教学改革之我见[J].天津职业院校联合学报,2012(8):101-102.

[3]王静霞.单片机应用技术(C语言版)[M].北京:电子工业出版社,2009.

[4]杨利亚,潘海燕,等.《单片机原理与应用》教学改革与探索[J].电子世界,2012(11):167-168.

本文系2011年安徽商贸职业技术学院院级质量工程项目“特色专业--应用电子技术专业”阶段性研究成果。

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中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）22-0133-02

一、前言

单片机又称为单片微型计算机，是计算机体系的一个重要分支，也是现今较为流行的嵌入式系统的一部分。由于其体积小、控制功能强、成本低等特点可方便地组装成各种智能控制设备和仪器，做到机电一体化，因此广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，可以说单片机已经渗透到我们生活的方方面面。单片机原理及应用课程也是目前高校计算机、电子、电气、自动化等专业均开设的一门专业课。由于该课程是一门理论性、实践性都很强的课程，因此该课程对实验教学有很高的要求，实验教学在学生学习的过程中占了很重要的地位。但是，目前很多高校的单片机课程实践教学环节及考核方式都存在着一些问题。学生在传统的以理论考核为主的学习方式下很难激发学生的学习兴趣，很难提高动手能力。通过考试改革，使学生在重视基础知识学习的同时，更加注重实践能力和动手能力的境况，促进创新精神的形成。

二、目前的教学考核形式及存在的问题

《单片机原理及应用》课程是一门专业课，其前续课程主要有《电路》、《数字电子技术》、《微机原理》等，课程理论教学的主要内容包括以下几方面：（1）单片机的硬件系统结构。包括单片机的基本组成，CPU结构及时序，RAM、ROM的组织结构及扩展，并行I/O接口的基本原理等。（2）单片机指令系统。包括单片机寻址方式及指令，汇编语言程序设计等。（3）单片机接口技术及应用。包括单片机系统开发的基本方法和步骤，单片机系统扩展及外部的接口，单片机的综合应用等内容。考核主要以闭卷的考试为主，学生的总评成绩这样划分：平时作业、实验成绩和考勤各占10%，期末考试成绩70%。这样的教学及考核形式尚存在诸多问题。

1.教学方面问题。实验课时少。根据学院制定的教学计划，《单片机原理及应用》的总学时为32学时，其中实验课程8学时。实验课程的学时数太少，也是影响学生动手能力的一个方面。在实验课程的分配中，软件实验、验证性实验至少占了6学时，所以综合性设计性实验开设率不高，学生对所学课程缺乏整体性了解和综合运用的能力。实验设备缺乏。由于学校扩大招生规模，实验室现有的实验设备台套数太少，为满足学生实验，不得不增加每组实验的学生人数。我国目前的文化教育，重视理论轻视实践，这造成了学生们从小就重视理论知识的学习而轻视动手实践。另外，在考核方式上，实验课一般作为理论课考试分值的一部分，往往也只占很少的学分，并且只要写过实验报告就基本可以通过。久而久之，大部分学生也滋生了重视理论课程轻视实验的思想。

2.考核方面问题。考核方式不合理。学生的考核以闭卷的考试占主要部分，实验环节所占成绩比例低。这样的考试形式使得大部分同学以理论学习及考试成绩为主导，对于课程学习过程中的实践动手环节只是消极地参与，并没有真正起到动手动脑的作用。考试内容不合理。由于考试形式以闭卷考试为主，考试内容只能局限于教材，加上期末考试前划范围、勾重点等，使得一部分同学以考前重点突击复习为主，造成了这些同学在平时学习及实践环节的松懈。考试题型不合理。考试中客观性题型较多，分值比例较大，综合设计性题型、论述性题型较少。这对于学生的思考能力及综合分析问题能力的考查不全面，也不利于激发学生的学习兴趣和主观能动性。能过以上分析，目前《单片机原理及应用课程》的考核方法已经不能满足学校提出的“培养创新性人才”的要求，不利于培养学生动手能力、创新能力，也不能激发学生的学习主动性。

三、教学考试改革的方式及具体措施

针对单片机教学考试存在的问题，可以从以下几个方面进行改革。

1.为考试改革而进行的教学改革。首先，教学改革要进行教学方法的改革。采用从完成实际问题出发，激发学生的学习兴趣和主观能动性的目标教学方法。在课程的开始阶段，设置一个简单的综合性实例，利用仿真软件或实验箱将实际工程问题解决方案演示给学生看，并要求学生下来查找一些与此相关的实际生活中的应用。以此提高学生的学习兴趣。在接下来的教学过程中教师以教学目标为导向，整个教学过程围绕教学目标展开。在教学目标的刺激下，学生为实现目标而努力学习。在完成目标的过程中，教师积极引导，并将教学内容渗透其中。这种教学方法不仅可以使学生清楚地认识到单片机的原理、概念在实际生活中的意义，而且对于激发学习热情，培养理论联系实际的能力极其有益。其次，教学内容的改革。注重接口技术和应用技术的学习，适当减少体系结构的理论学习。在目标教学法中，学生以实际目标引导其学习^程，那么在教学内容上就应增加能够达成实际目标的应用技术的学习内容，理论体系结构的教学可以把框架性的知识传授给学生，学生在应用中遇到的理论问题，他们会在框架的知识基础上自己进一步细化丰富内容；从汇编语言转向C语言的编程方式。传统教学模式中，教师喜欢使用汇编语言编程，汇编语言虽然具有高效控制精确的优点，但其结构性差，语句复杂，调试难度大，学生接受也比较困难。C51高级语言具有程序结构清晰、可读性好、易于维护等优点，一条C语言相当于几条汇编指令，学生在有C语言的基础上入门很快，这样也提高了学生的学习兴趣；使用Proteus仿真软件。通过使用仿真软件，学生只需要一台电脑就可以完成实验室里的基本实验，方便学生自己动手，提高其动手能力。再次，实验的改革。把实验软件实验、验证实验、设计性实验及综合性实验四个部分，通过验证性实验，学生们可以进一步了解单片机及芯片的作用，提高学生的学习兴趣。设计性实验，可以培养学生实践动手能力及创新能力。综合性实验，可以提高学生综合运用所学知识的能力，提高学生的实验技能和和培养学生的创新能力。在原有的实验课时的基础上增加实验课时，同时提高设计性及综合性实验的比例，真正让学生把理论与实践结合起来。

2.考试方法改革。根据《单片机原理及应用》课程的特点，考试可以采用笔试、做设计、写论文、进行实际操作以及开卷、闭卷等多种方式相结合。我们不能因为笔试的一些缺点就否定笔试在成绩评定中的作用，在笔试的过程中还可以增加开卷、闭卷等多种形式。在出卷时增加试卷的灵活性，适当增加设计、分析和综合思考题型。题目的设计应能使每一位学生在解每道题时都有对知识的理解、分析、比较、融会贯通的过程，从而锻炼学生的思维，多给学生提供探索的机会和可能性，鼓励学生独立思考、标新立异、强调智力开发、避免考试中的偶然性。同时在笔试的基础上还应该增加反映学生平时学习情况的评价内容，比如平时作业，实验报告成绩等。还可以增加实际操作环节的评定，比如对每次实验课程都ρ生的操作进行评分，增加实践环节的考评，把学生综合设计性实验的操作调试及结果作为总评成绩的一部分进行考核。或将实践环节改为操作考试，由学生现场操作，教师根据操作内容正确性进行评分。最后在课程结束后，还可以鼓励学生通过学习的知识内容进行创新设计，将其所做的设计或者通过网络、图书查阅到的资料通过分析总结后写成论文的形式提交，以附加分的形式纳入总评成绩中。这种方法锻炼了学生的分析、设计和对信息的处理能力。

3.考试效果的评估和对教学方法的反馈。淡化考试分数之间的微小差异，增大平时考试成绩的比例，实行百分制、等级制及与评语相结合的综合评分方法，对有独立见解或创新的学生加分鼓励。应奖励有个性者，奖励有主见、有独立思维能力的学生。同时，建立考试结果分析制度，不断总结教学经验。发现问题及时纠正，拓宽、疏通教学质量的有效反馈渠道，建立健全沟通机制。改革后的总体效果还有待长时间的检验。在教学过程中可以明显的发现，提问题的同学明显增多，同学之间相互讨论的次数明显增加。希望此次考试改革能给《单片机原理及应用》课程的学习带来新的气象，增强学生学习的积极性、主动性，培养学生的创新精神和创新意识，实现人才的全面发展。

参考文献：

[1]何宏.单片机原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2012.

[2]李康林.单片机课程考试方法改革的实践和探索[J].长沙大学学报，2007，（5）：107-109.

[3]周晓雁.单片机实验教学改革的尝试[J].山东工业大学学报，1995，（2）：63-65.

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

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作者简介：杨盛（1973-），男，湖北公安人，三峡大学电气与新能源学院，工程师；陈星（1988-），女，湖北仙桃人，三峡大学电气与新能源学院，助教（湖北 宜昌 443002）

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）02-0118-02

单片机以其体积小、价格低、功能齐全、抗干扰性高、可靠性好、易于开发扩展等独特特点，被广泛应用于工业自动化及智能仪器仪表、通信设备、家用电器等各种设备仪器中。[1]“单片机应用技术”课程是本校电气工程及其自动化、自动化、电子信息工程、通信工程等电气信息类专业的主干课程，内容丰富，实践性强。本文在分析本校电气信息类专业“单片机应用技术”课程教学现状的基础上，探讨了课程教学中存在的问题及相应改革措施，切实提高学生运用单片机解决实际问题的能力。

一、“单片机应用技术”课程教学现状及存在问题

1.课程教学现状

作为电气信息类专业必修专业基础课，本校电气工程及其自动化、自动化、电子信息工程、通信工程四个专业开设了“单片机应用综合实验”课程，3.5学分，总计56学时，其中理论课24学时，实验课32学时。该门课程旨在使学生通过实验加深对单片机结构及单片机指令系统的理解，培养学生运用单片机知识解决实际问题的能力，力求使学生在完成本门课程的相关实验后，在分析问题的能力、动手能力及创新能力方面得到较大的提高，在今后的工作实践中具备独立设计、开发小型单片机应用系统及产品的能力。

课程一般在大二下学期和大三上学期开设，学生先选择理论教学班（每班120人左右）学习单片机理论知识，理论部分以介绍51系列单片机为主，内容包括：单片机概论（2学时）、MCS-51单片机结构（4学时）、单片机指令系统及汇编语言程序设计（8学时）、MCS-51系列单片机的扩展（2学时，含最小系统与程序存储器的扩展、数据存储器的扩展、输入/输出口的扩展）、单片机机接口技术（8学时，含LED显示接口、8255可编程I/O扩展、键盘与单片机接口、ADC0809的原理与应用、DAC0832的原理与应用）。理论课结束时教师对学生该课程的评定成绩占课程总成绩的30％。

理论部分学完后学生进入实践教学环节（每班60人），二人一组，利用实验箱完成10个基础验证型实验，1个综合型实验，1个设计型实验，主要实验内容：实验系统的组成及软件编程、I/O口应用及扩展、定时器/计数器应用、串并转换、8155的应用、A/D与D/A转换、直流电机转速测量与控制等。实验课程结束后每人一组进行开卷考试，考试内容为实现单片机系统一个小的功能，成绩占课程总成绩的70%。

2.“单片机应用技术”课程教学存在的主要问题

（1）课程定位不准确，课程体系存在缺陷。长期以来，把“单片机应用技术”定位为专业基础课，没有考虑学生所学专业和今后就业去向，认为该门课程主要是了解掌握汇编语言、51系列单片机基本原理及编程基础，培养学生自学能力，为后续掌握其他单片机的应用打下良好的基础。但实际情况是除了参加各种学科竞赛的学生自学其他单片机知识外，由于没有后续课程支撑，大部分学生基本上只学了“单片机应用技术”课程中所涉及的内容，缺乏对单片机知识更进一步的综合训练，往往到毕业找工作时就表现出了这方面的缺陷。

（2）考核方式不合理。理论课环节采用随堂测试的模式，理论平时成绩和测试成绩占课程总成绩的30％，由于采用大班制教学，教师往往无法客观评价学生真实的理论水平；实践环节部分考勤占课程总成绩的20％，考试占课程总成绩的50％。目前的课程考核方式决定了学生重视实践教学而轻理论教学，学生往往在理论课上不学习而来实验室恶补，且学生理论基础的缺失给实践环节带来很大困难，存在理论与实践教学脱节现象，教师对学生实验过程缺乏评价。

（3）实践教学条件不足。目前本校每年有近千名学生进入实验室完成单片机实践教学环节，原有40套实验设备（实验箱+电脑）仅能勉强满足教学要求，无法对学生开放；由于实验箱内部硬件资源和结构固定，学生实验时只需用导线连接部分模块、输入程序即可调试观察实验结果，并不能真正理解其硬件电路原理，更谈不上硬件电路设计，限制了学生综合分析设计能力和创新能力的培养。

（4）实验教学模式落后。实验课以教师为主，学生在规定时间内按照实验指导书要求完成规定实验内容，实验程序大多参考实验指导书所附参考程序，不利于发挥学生的主观积极性，部分学生是慑于实验考核的严格性来完成实践环节；由于实行选课制，各专业学生混选，水平参差不齐，实验课上指导教师要花大量的时间来讲解实验原理，无法针对专业要求进行专项训练，更勿论因材施教。

二、“单片机应用技术”课程教学改革措施

针对课程教学中存在的主要问题，结合实验室建设情况，本校从以下几方面着手进行了课程教学改革：

1.明确课程定位，完善课程体系

课程定位为电气信息类专业必修专业基础课，经教师讨论认为由于各专业依托行业背景不同，应区别对待：该门课程应作为自动化专业、电子信息工程专业的专业课，强调工程实际应用能力培养，增加单片机系统的实践环节教学；而对电气工程及其自动化专业，由于其就业方向的特殊性，可以仅定位为专业基础课。

课程内容上，随着各种高性能、新型号单片机地推出，任课教师都有一个疑问：继续给学生讲授51单片机吗，是讲C语言还是继续讲汇编语言？经探讨认为：目前51系列单片机在高校课堂仍属主流，要把51单片机讲好讲透，确实提高学生动手能力和综合素质，课堂上可引入其他型号单片机及单片机最新动态，通过引导学生完成综述性论文开拓其视野，至于是用C语言还是用汇编语言的问题，认为作为基础，学生应掌握汇编语言，更加清楚地了解单片机内部结构和其中内容变化，对有兴趣有能力的学生可以作更高要求，如对毕业设计学生和参加各类学科竞赛的学生要求可用C语言或C语言与汇编语言混合编程。

课程体系上，作为基础内容将原来“单片机应用综合实验”课程理论部分剥离出来成为“单片机原理及应用”课程，32学时2学分，单独考试，实践课程仍为“单片机应用综合实验”，维持32学时不变；对自动化专业、电子信息工程专业和通信工程专业学生开设“课程设计”（1学分，必修）、“DSP技术与应用”（2学分，选修）、“嵌入式系统”（2学分，选修）作为进阶，电气工程及其自动化专业学生亦可选修；高阶部分鼓励学生积极参加校内外各项学科竞赛和课外科技创新活动，激发学生的积极性，提高学生综合应用和创新能力。

2.改革课程考核方式

原来“单片机应用综合实验”课程分成两门课后，“单片机原理及应用”课程在上半学期学习，单独考试，平时成绩占30%，考试成绩占70%，学生考试合格后下半学期再修“单片机应用综合实验”课程，确保学生进入实验室之前已具备相应的理论基础。“单片机应用综合实验”成绩由平时成绩（占20%）、作业成绩（占20%）、考试成绩（占60%）三部分组成，其中平时成绩综合实验出勤、预习报告、实验操作和实验成功率等情况评定；作业成绩主要考量学生实验完成后相关知识的掌握情况；考试为一人一组上机开卷考试（资料仅限考生本人使用，不得使用移动存储设备），评分内容含操作、硬件连接、程序编写和实验结果。考核方式的改革基本确保了学生成绩评定的客观公平，杜绝了浑水摸鱼的现象，提高了学生的学习积极性。

3.改善实践教学条件

本校新增了40套雷迈特公司的DPJ-H型单片机实验箱及配套模块，实验箱采用“仿真式”设计思想，所有实验模块及CPU资源均对使用者开放，可结合Keil C51 μVision软件和Proteus仿真软件进行程序调试、固化，联机或脱机验证实验结果，充分满足“验证式—模仿式—探索式—开发式”的由浅入深的各种实验要求；购置了部分51实验开发板和凌阳单片机开发板供学生选用，同时可提供分立器件和开放的创新实验室，由学生自己制作系统版，完成感兴趣的实验内容，极大地激发了学生对单片机的兴趣，提高了其硬件设计能力和动手能力。

4.改革实验教学环节

（1）根据新的实验设备，重新编写了实验指导书。笔者设计编排了软件实验、硬件实验、系统设计三个方面共计16个实验内容，其中验证性实验10个，综合性实验4个，设计性实验2个，每个实验均附有作业题，取消了参考程序，但验证性试验仍给出了参考程序流程图。实验指导书后附上了实验模块原理图和仿真、开发工具使用说明，学生可以参考直接进行实验。

（2）在理论和实践教学中引入仿真开发工具Proteus。Proteus是英国Labcenter公司开发的电路及单片机系统设计与仿真软件，可以实现数字电路、模拟电路及微控制器系统与外设的混合电路系统的电路仿真、软件仿真、系统协同仿真和PCB设计等功能，是目前唯一能对各种处理器进行实时仿真、调试与测试的EDA工具。[2]对于各层次的实验，学生都可结合Proteus与Keil C软件进行仿真，基本了解掌握实验内容，加强了对学生系统硬件设计能力的训练。

（3）开放实验室，提高学习过程的开放性。除了验证性实验外，在完成实验作业、综合性实验和设计性实验时实验室对学生开放，指导教师主要通过启发式教学引导学生进行思考和讨论，让学生建立“从顶向下”的系统学习和设计思维以及“从底向上”的系统构建方法，实现从以教师为主到以学生为主的教学模式的转变。

（4）实行分专业选课，小班制试点。学生分专业选择实验教学班，有利于教师根据专业特点指导学生选择完成相关实验内容，针对专业应用方向加强训练；考虑到自动化专业学生相对较少（每届80人左右），对自动化专业试行小班制教学，实验时每班40人，每人一组，教师可以很好地把握每个学生的情况，做到因材施教。

（5）以课外实践促进学生实践创新能力培养。对有进一步学习单片机应用技术要求的学生，采用“竞赛+项目”的模式，鼓励学生积极参加校内外各项学科竞赛和课外科技创新活动，参与教师的科研项目，由浅入深提升学生应用单片机的工程实践能力和创新能力。

三、结束语

经过近几年来的不断改革与探索，逐渐健全了“单片机应用技术课程”体系和教学内容、学生考评机制，改善了实验教学条件，加大了实验室开放力度，学生理论水平进步明显，实验效率和效果较以前得到大幅提高。“竞赛+项目”的模式鼓励了一批动手能力较强的学生进一步提升自我，参加各类学科竞赛和课外科技活动均取得了较好的成绩。课程实验教学环节的改革带动了本校其他电气类专业实验教学模式的改革，后续将进一步扩大小班制实验教学的范围、加大实验室开放力度，不断提高学生工程实践能力和创新能力。

参考文献：

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一、单片机技术教学发展概述

单片机技术是现代电子工程领域一门迅速发展的技术，应用于各种嵌入式系统中。单片机技术的发展极大地推动了电子工业的发展，无论在教育界还是在产业界，单片机技术的推广仍然是一个热点。建立开放式的实验室管理模式单片机实验室应实行开放式管理，在不影响正常实验教学任务的前提下，面向全校学生，在课余时间向学生提供实验所需要的场所、仪器设备等。开放范围除了实验开放项目、课程设计外，也包括学生兴趣爱好、第二课堂活动、创新活动等。开放性实验管理模式是在注重知识、能力和素质协调发展的同时，贯彻因材施教、注重个性培养的教学原则，目的是激发学生的学习兴趣和热情。

目前，各个高校都建立了单片机实验室，但是很多学校的实验教学现状却不容乐观。就我院而言，主要存在以下问题：（一）实验场地和时间不足。学生除了上实验课外，平时难得有机会实践；（二）以验证性实验为主。实验室所配备的实验箱只能满足验证性实验的要求。由于实验箱是成品，学生很难参与到其中的细节设计中去，学生的实践能力很难得到锻炼和提高，学生也很难建立起单片机系统开发的整体概念。并且，这种实验设备的配置方式局限了实验项目数量，还存在设备维护工作量大的现实问题；（三）由于实验设备仅适用于某一系列的单片机，若开设新的单片机课程，则需要重新配置实验设备，增加了学校的投入。

在实施过程中，要注意实验内容不应与教学计划及教学大纲所规定的实验教学内容相重复，应属于课程教学内容的拓展性实验；还要注意综合性和针对性，强化基础，拓宽知识覆盖面，注重培养知识的综合运用能力。要根据科技的发展及其实际应用，结合实际工作，加强对学生科学研究思维和建立工程概念的训练，培养学生的创新能力和动手能力。开放性实验的组织中要突出学生的自主性，要全方位体现以学生为主体的自主式学习方式。在实验方案设计、操作、实验结果的分析处理等方面最大限度地发挥学生的主体作用，教师布置任务、讲解及指导等要点到为止，留有余地，给学生独立思考、独立操作、独立分析、独立解决问题的空间，充分调动学生的积极性和主动性。

二、改革中单片机教学内容和方法

（一）教材的改革

传统的单片机课程教材一般是以单片机的结构和各模块的使用为核心进行编写的。这样的教材详细的解析了单片机的结构和各种功能，有利于学生全面掌握单片机的理论知识。但是对于高职的学生来讲这样的教材是不合适的。结合项目化课程改革，单片机课程的教材必须进行改进，以工作任务为主线，有机的组织理论和实践知识的学习。新教材应该摈弃原来的章节概念，代之以一个个项目和模块，将整个理论体系进行有机的、覆盖性的分解后融入项目和模块的实现过程中。在每一个项目或模块的编写中，应勾勒出本项目所涉及的理论基础，以方便教师组织学生进行必要的理论准备。同时要给学生提出基本要求和提高要求，使得学生在完成基本的教学任务的同时拥有自主学习、自主创新的空间，方便学有余力的学生进一步提高自己。所有的项目应该秉承由简入深的原则，通过渐进的学习逐步的提高和完善学生的知识面。

（二）教学方法的改革

在传统的教学模式中，都是按照单片机的结构体系来授课的，存在很多问题。如单片机系统结构抽象，指令功能多，程序编写困难等，使学生入门学习望而生畏，严重挫伤了学习兴趣和热情。为了解决这些问题，必须进行教学模式改革，引入了项目教学法、案例教学法等教学方法。兴趣是最好的老师。在第一次课的绪论中，除了简要列举大量图文并茂的应用案例外，还把“新颖60秒LED旋转电子钟”、“高精度程控函数信号发生器”等作品的实物，带进教室，并简要介绍它们的工作原理及应用，创建一个“学习《单片机原理及应用》不但有用而且有趣”的情景，从而激发同学们的学习兴趣。 转贴于

压力是最大的动力。此处的压力有多层含义：1、责任感的压力，学好《单片机原理及应用》是工业技术改造和经济建设的需要，是我们青年人的责任；2、就业的压力，学好该课程是就业的需要，掌握单片机技术，可以大大拓展就业机会；3、考核的压力，即学期末每个同学除了常规的笔试、实验和平时作业外，还有一个5000字以上独立完成的“单片机应用系统设计”，短学期要完成“新颖60秒LED旋转电子钟”或“高精度程控函数信号发生器”等课程设计。以项目任务为教学单元，打破原有界限，不管硬件结构、指令、编程的先后顺序，将各部份知识分解成一个个知识点，为了完成一个项目任务抽取每个部份的不同知识点，加以组合，完成第一个项目任务就能清楚单片机的开发过程，完成第二、三个项目任务，就能自已模仿性地编出自已的程序，使得学习过程是一个不断成功地完成基础上任务的过程。当所有项目任务全部完成，知识点就全学完了。即便只完成部份项目任务，也可以去做一些程序了——事实并没有必要学完全部知识才可以去做开发的。

选取大量直接来自于工程实际，自己亲自实践过的应用案例，激发学生的求知欲。利用网络开展自主学习:为充分发挥校园网的优势，培养学生自主学习的能力，我们把课程教学大纲、电子教案、教师精心制作的教学课件等教学资源上网供学生自学，并利用电子邮件、系网站的交流园地与学生进行课外交流，为学生答疑解惑，为学生提供了更为广泛的沟通渠道与环境。不断根据企业需要来调整教学大纲:单片机技术在不断发展，其应用也在不断的变革，市场的需求就是企业的需求，也是我们培养学生的需求，为此我们要根据这些变化的需求来调整教学大纲，培养具有企业需求的技能学生，提高学生的就业技能。

（三）考核方式的改革

传统教学注重知识和理论的学习，考核以期末闭卷理论考核为主。高职教育在保证新知识传授和理论系统性的同时，特别强调职业技能的训练，考核的内容和方式要“以能力的考核为中心”作相应改革。这就是能力与知识、操作与理论并重的考核模式。因此，在传统的期末闭卷笔试考核基础上，我们增加了“操作考核”的项目，并且将学生的课外小制作也纳入平时成绩。

三、开设大型综合设计实验，培养学生的创新能力

大型综合的设计实验需要在学生完成基础实验之后视学生掌握程度而开设，这个环节在整个单片机教学中非常重要，只有经过完整的项目训练，学生才会建立起完整的系统的概念。学生需要根据设计任务书上的要求（包括软硬件的资源配置、实验要求达到的效果）进行设计实验。这样的训练可以将科技方法的训练、机电综合设计、创新设计及毕业设计等实践内容融合到大型综合设计实验项目中，使原来分散的小规模设计和训练集成为一个大型的系统设计项目，从而培养学生的创新能力。此外，在单片机实验开发的基础上，在学生参与下开发一些应用板，组成机电一体化的实验平台，如我院已经开发出的步进电机的单片机控制实验平台。这些训练可以使学生更加熟悉单片机的组成、工作原理、程序开发、系统的扩展。更重要的是，学生可以积累自己实践的经验，增强工程意识，为将来顺利进入实际的工程环境打下坚实的基础。

篇7

作者简介：许景辉（1978-），男，河北藁城人，西北农林科技大学水利与建筑工程学院，讲师；张成凤（1978-），女，山东安丘人，西北农林科技大学水利与建筑工程学院，讲师。（陕西 杨凌 712100）

基金项目：本文系西北农林科技大学本科优质课程建设项目（项目编号：2013-53）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）35-0074-02

“单片机原理及应用”是电气工程及其自动化专业的一门重要学科基础课，是专业建设方向中“强弱电结合、软硬件结合”的重要体现课程之一。该课程帮助学生理解嵌入式控制系统的原理、工作模式和常用芯片参数，是目前信息技术在电力系统中应用的入门级课程和基础课程。

“单片机原理及应用”经过多年的教学实践和改革，从教学方法和教学手段上进行了不断创新，教学效果日益提高。但在新科技时代背景下，随着现代科学技术的飞速发展，更多的技术和方法可应用到“单片机原理及应用”教学中，为课程改革的不断推进注入了活力。[1]2012年新的专业目录调整后，专业课程设置及学时要求发生了一定变化，这也为该课程的改革提出了新的要求。

一、单片机课程教学现状

单片机课程是目前高校电类专业的骨干课程，虽然从课程名字上有所不同，但教学内容基本为MCS-51单片机基本原理及其应用方法，故课程名字多为“单片机原理”、“单片机原理及应用”、“单片机原理与接口技术”等。根据教学任务要求及课程设置不同，单片机课程学时从32学时到64学时不等。结合现在专业培养方案变化，目前该课程以48学时居多，同时根据教学需要增设1～2周的课程设计。从教学形式上来看，各校基本延续课堂讲授和课程实验相结合的传统教学模式。由于多媒体的推广及实验设备价格的降低，学生知识掌握和实践动手能力都较过去有了很大进步。以单片机为主的应用电路设计一直是各个学校学生科技创新活动的主流，通过各类实践活动，学生在毕业时的理论和实践能力显著增强，为学生进入工作单位打下了坚实的基础，受到社会各个用人单位的青睐。

然而，目前单片机教学中也存在很多问题，需要不断进行教学研究，进一步提高该课程的教学效果。首先，该课程的教学内容需要适度更新，以适应当前社会对单片机技术人才的需求。在课程教学内容上，多年来该课程以MCS-51系列单片机为例，从单片机硬件结构、常用指令、编程方法和单片机硬件扩展等方面进行单片机的教学和实践锻炼。但实践中发现，单片机汇编语句部分应增加C51对照程序以加强学生实际应用开发的能力和水平。在单片机知识结构上，应对目前普遍使用的I2C、SPI、ICP和ISP等加以介绍，让学生了解目前广泛采用的单片机技术。除了MCS-51单片机外，还应对日常广泛采用的PIC和AVR系列单片机进行适当介绍，使学生不至于与实际脱节，降低课程教学效果。在实践环节中，很多学校仍采用传统的试验箱，这虽然在一定程度上方便了学生实验，但与学生进行单片机系统开发脱节，容易造成学生眼高手低的教学弊病。实践教学中，应将具有在线可编程功能的单片机引入到实验课程之中，让学生真正体验单片机开发的实际环境，更好地了解系统设计过程及调试过程。结合现代虚拟仿真技术，应将PROTEUS等仿真软件引入到教学和实践体系之中，让学生能够在理想的环境下进行软硬件调试，增强学习兴趣。

二、单片机课程教学改革实践

“单片机原理及应用”课程改革主要包括课程内容优化、实践教学创新、教学方法改革、考核体系完善及创新人才培养等几个部分，通过不同部分的教学改革实践，可优化教学内容体系，提高学生综合素质，培养学生具有“理论基础扎实、实践创新能力强”的创新型人才。

1.明确培养目标，优化教学内容

单片机课程是一门理论和实践性都比较强的课程。由于该课程较为抽象，需要学生用“有限硬件资源”的思想去考虑各类复杂的自动控制问题，这就要求课程的理论教学和实践教学内容合理，能通过相互补充的方式提高教学效果。目前，“重基础、宽口径、重应用、高素质”是电气专业培养的原则，在这个培养目标下，学生应该掌握坚实的课程基础，建立较为全面的课程知识结构，在实践教学环节的基础上，具有较强的动手实践和科技创新能力。但在新的专业培养大纲修订中，专业学时不断压缩，因此更需要认真考虑教学内容，满足现在培养目标的要求。

单片机教材多种多样，但在教学内容上基本相似。单片机课程内容主要有数字电路基础、MCS-51单片机硬件结构、单片机指令系统、汇编语言程序设计、单片机中断及定时/计数器、单片机存储器及扩展、单片机串行通信、单片机接口技术、D/A和A/D转换电路设计、单片机系统设计方法、单片机应用及开发举例等内容。从内容上来看，单片机硬件结构、指令系统及汇编程序设计、中断及定时/计数器、单片机存储器及扩展和单片机串行通信等是该课程基础知识，应通过各种教学手段进行重点讲授。不论学时如何压缩，这些基本内容应该保留并保证教学的实际效果。D/A和A/D转换理论在数字电路课程中有所介绍，因此可以结合单片机应用及开发举例等内容进行讲授，结合实践教学要求，还可将其放入到实践环节之中。单片机汇编语言部分教学内容应补充C51编程方法及实例，但汇编语言不应省略，因为它是锻炼学生软硬件编程思维的重要内容，不应过分追求与社会接轨而让学生建立空中楼阁式的课程知识结构。在串口通信教学中，可对RS-232接口及单片机串口工作方式进行简要介绍，但应增加I2C、SPI等串口总线教学内容以适应现在硬件接口设计的时代需要。[2]PIC和AVR单片机作为现在单片机应用的主流，在课堂中应对其特点加以介绍。

2.加强实践教学，提高学生创新能力

单片机课程实践性非常强，只有通过理论和实践相结合，学生才能真正掌握单片机的使用方法和应用技巧。单片机课程实践教学分教学实验、课程设计两个部分。两部分应结合课堂教学内容，相互补充，相互呼应。

在教学试验中，首先应采用切近实际生产的教学设备。目前很多高校仍采用传统的实验仿真箱，这种设备让学生关注于程序设计，单片机硬件部分只需插线即可完成。从目前教学效果来看，采用这种设备进行教学，学生对软硬件知识的掌握程度不尽理想。现在广泛采用的单片机均有ISP（在线可编程）功能，其单片机ROM多采用可擦写的flash芯片，因此延续过去烧写器时代的仿真实验箱将给学生造成错觉，让其在实际硬件开发中有种无所适从的感觉。单片机实践教学要求学生能够掌握单片机基本指令和使用方法，掌握单片机系统的开发流程及操作技巧，因此需要学生在软硬件上均应进行实践锻炼，这就要求启动新型实验教学仪器的应用。目前，单片机开发板功能日益完善，其价格越来越低，因此可以通过单片机开发板，让学生进入单片机系统开发的实战环境，真正让学生对系统硬件结构和软件指令有一深入的了解和掌握。在实践教学中，采用了积木式单片机硬件系统，单片机建立最小系统后，其设备均通过经典电路制作成模块，学生在实验中要对其电源、总线等设计，需要通过引线组件不同功能电路，这充分锻炼了学生的动手能力和系统设计能力。

在单片机实践教学中，PROTEUS软件是取代传统实验仿真箱的另一利器。PROTEUS软件是英国Labcenter electronics公司开发的EDA软件，是目前唯一能够进行单片机软硬件仿真的计算机辅助软件。[3]该软件有丰富的元器件模型库，能以较为形象的方式进行51系列、PIC系列、AVR系列和ARM7等软硬件仿真。[3]该软件注重于器件的关键引脚连线，能结合Keil等编程环境，对单片机系统进行主要功能检验和输出结果仿真，这有效提高了单片机学习和开发的效率。PROTEUS软件在软件环境中集成了各类检测仪表，学生只需一台计算机即可进行相关知识的学习和功能开发，其应用范围越来越广。[4]西北农林科技大学（以下简称“我校”）根据教学中常用电路及实验仿真箱等经典电路开发了“基于PROTEUS的单片机实验平台”，通过模块化的方式排列了教学和实践中常用电路模块，学生需要通过硬件连线和软件编程完成相应控制功能，对学生软硬件设计能力提高起到很大促进作用。

3.采用多种教学手段，不断提高教学效果

近年来，随着国家教育改革的不断深入，“强基础、宽口径”已是目前高校专业教学目标的主流，与之呼应的专业培养方案修订使得专业课程学时不断压缩，但教学大纲中对课程内容要求并未减少，这就势必造成教学效果的下降。为了适应这种状况，教学中必须采用新式教学方式，以提高教学效率。

现代教学手段中，多媒体授课形式已经不是新的创意，但多媒体课件如何设计却是一个常说常新的话题。目前，对于如何进行多媒体课件制作的论文已经很多，[5，6]但如何设计课件内容及如何设计内容展示方式的论文却不多。多媒体教学中，对于抽象的内容需要用POWER POINT中动画功能予以演示，如单片机工作方式内容讲解时，学生很难想象单片机取指令、编译指令和取数据的过程，而通过动画显示的方式，学生就很容易理解PC指针的工作方式以及CPU进行取、解译和执行指令的过程。现在网上资料非常多，在进行单片机硬件扩展内容讲解时，可将学生分成几组，分别对常用的电容、晶振、液晶显示器、数码管等进行型号和图片的搜集和整理，然后利用课堂5分钟进行各组的讲解和展示，这不但拓展了学生的视野，而且锻炼了学生的能力，起到了教学相长的目的。

除了多媒体教学外，还应充分利用各种资源，为学生进行立体式教学环境布置。应充分利用板书、多媒体、网络等手段，扬长避短，充分发挥各自优势。教师通过板书给学生以思考的时间，利于学生进行理论知识的课堂消化。网络是目前知识学习的宝库，丰富的网络资源为课程难点解答提供了多种版本的解释，为学生正确理解知识点提供了帮助。比如说单片机型号多样，课本讲解是有限的，学生就可查阅论坛和精品课程网站来了解新知识，各类国家、省级优秀精品课程网站为学生学习提供了良好的平台。

4.建立多样考查方式，注重学生学习效果考核

各种教学方式改革，目的是为了给学生提供一个良好的学习环境，因此学生学习效果还需通过多种考核方式进行评测，为学生质量鉴定提供一个标尺。单片机课程应用性较强，死记硬背式的学习方式不能适应现代社会对人才的需求。因此从课程考核方式上应将作业、出勤、实验报告、课堂测试、大作业及期末考试结合起来，通过教学过程中的引导，调动学生学习积极性。随着社会思潮对大学校园的冲击，每一届学生的学习特点各有不同，因此需灵活确定各类考核比例，引导学生加强某个教学环节的学习和锻炼。比如说，某届学生实验积极性不高，那这届考核中的实验出勤和实验报告比例就要加大，而且其考核比例要及早通知学生，这样才能引导学生重视实践教学环节。在不同考核方式中，也应该注重考核形式。如课堂点名时，很多教师拿点名册进行点名，由于缺课情况无法展示给学生，容易让不爱上课的学生懈怠。而通过大屏幕式Excell点名，情况就不一样了。这不仅利于学生出勤情况的统计，还可以让全体同学掌握各自出勤情况，利于彼此的监督和提醒。

三、积累教学经验，不断加强教学创新

不同教学方式的改革都是围绕创新性人才这个培养目标进行的。已有的教学经验利于当时的教学，但随着时代的变化，其教学方式就需要不断创新。

教学方式改革的主导者是教师，只有加强师资队伍建设才能形成良好的教学和学风，才能不断创新教学形式，提高教学水平和效果。在师资队伍建设中，应通过教案编写、课程讲授、专题研讨和学术交流的形式不断加强教师素质，提高教学水平。应鼓励和支持教师参加各类单片机产品会和学术团体会议；通过科研活动、全国性技能竞赛和学生科技创新活动，积累理论和实践经验，为教学工作积累丰富的教学素材；应积极创造教师进修和考察机会，开拓眼界，丰富经验，为树立其正确的教学理念创造条件。

学生创新型教育是时代赋予高等教育的目标和使命，是促进国家发展和生产力提高的重要保障。在教学中，应积极引导学生发挥创新性思维用单片机的思维解决生活中的自动控制问题。同时应在作业、课程设计选题及综合性、设计性实验项目中积极贯彻创新型人才培养思路，让学生多动脑、多动手。结合目前实验室开放和PROTEUS平台，让学生多进行创新性思考和科技创新活动。学生素质的进步既是高等教育创新的成果，也是教学创新的动力。

教学创新是课程生命力的动力和源泉，教学改革实践是课程永葆青春的法宝。教师只有不断创新，才能让学生由浅入深、由易到难地进行单片机概念、原理、使用方法的学习，才能通过丰富多样的实践创新活动掌握单片机控制系统设计、制造方法，才能培养出一批又一批的高素质创新型人才。

参考文献：

[1]吴允平.单片机教学改革与学生工程素质和创新意识的培养[J].福建师范大学学报（自然科学版），2004，20（1）：111-113.

[2]翟玉文.单片机课程教学改革探究 [J].吉林化工学院学报，2013，30（4）：34-37.

[3]张靖武，周灵彬.单片机系统的 PROTEUS 设计与仿真[M].北京：电子工业出版社，2007.

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1.引言

《单片机应用技术》是电气工程及自动化类专业的核心专业课程，也是一门硬件与软件相结合的实践应用性极强的综合性课程。这门课程涉及数字电路、微机原理、汇编语言程序设计等相关知识，逻辑严谨、内容抽象，不容易理解。教好《单片机应用技术》这门课程，是对教师在学识、能力、技巧诸方面的一种严峻考验。目前，我校电专业《单片机应用技术》课程教学普遍存在的问题是，大部分学生在掌握基本理论的基础上，只能看懂教师写的程序，自己动手编写程序普遍比较困难。因此，课程教学改革的目标是让学生能积极动手，将所学的知识运用到单片机产品的设计开发上，能独立设计制作一般的单片机控制电子产品，使这门课程成为学生所感兴趣的课程。笔者以“培养学生分析问题、解决问题的能力，提高实践动手能力”为目标，在《单片机应用技术》教学中从课程教学内容、教学方法、考核方法三个方面作了一些探讨。

2.教学内容的探讨

在单片机课程教学过程中，将单片机应用系统作为教学主线贯穿始终。在讲授第一堂课时，首先向学生展示并演示单片机应用系统在日常生活中的典型应用实例，如电子时钟系统、音乐电子琴系统等。通过演示学生建立了单片机应用系统的初步概念，直观地感受到了单片机应用系统的实际应用，从而明确了本课程学习的目标。

改革教学内容，最重要的是对教学内容进行精选，突出实践性环节。在教学中，教师应力求做到纵观全书，抓住关键，突出重点，解决难点；把主要时间花在讲解重要概念、基本原理和基本方法上，注重讲清难点，分析并引导学生掌握课程内容的内在关联性，而不是把一本书一堂课从头讲到尾。

《单片机应用技术》课程体系包括理论知识讲授、实验和课程设计三大部分，理论知识64课时，实验12课时，课程设计2周。在理论课教学中，按照“理论教学以应用为目的，以必需、够用为度”的原则，精选教学内容。单片机理论讲授涵盖的内容包括以下几个方面的内容：

（1）单片机概念、发展概况、以51为核心的MCS-51系列及其广泛应用。

（2）MCS-51单片机的逻辑结构，信号引脚，以及内部存储器；单片机的I/O口的功能，以及时钟电路与时序、复位方式和复位电路。

（3）单片机的寻址方式、指令系统和伪指令。

（4）程序设计的基本方法，要求学生能独立编写一些简单的程序。

（5）中断的基本概念、中断源、中断控制、中断响应过程；定时/计数器的功能、控制寄存器及工作方式的应用。

（6）串行通信的基础知识；MCS-51单片机串行口的UART结构及串行通信控制、MCS-51单片机串行口通信工作方式及其应用。

（7）I/O口的直接使用，I/O编址技术和I/O控制方式、简单I/O扩展及用8155可编程接口芯片实现I/O扩展。

（8）键盘的接口设计和程序设计、LED显示器的接口设计和程序设计。

（9）存储器扩展机构及其实现、程序存储器和数据存储器的扩展及其地址映像范围。

（10）单片机与A/D、D/A转换器的接口及其应用。

在设计实验教学时，针对教学要点设计实验内容，引导学生用不同的方法实现同一个任务，让枯燥的理论知识融会贯通到实践中去。具体实验安排为：单片机实验箱、仿真系统的认识；广告灯实验；定时/计数器实验；中断系统实验；数码管显示实验；串并口实验六个实验。

两周的课程设计是学生进行单片机应用能力的综合训练，是建立在学生已学完理论课程及实验教学和相关课程之后所进行的综合实训。可给出若干题目，学生按照长处、性格，采取自愿的原则，组织若干个小组。在实施过程中，要求严格按照软件工程的要求，完成实物的制作。要求给出具体的阶段计划、人员分工、设计说明书、原理图、PCB图、程序、测试计划、测试方案、测试结果等。学生通过设计初步了解项目立项、方案论证、电子元器件的选型和焊接、硬件设计、软件设计、系统调试等全过程，充分发掘学生的潜能和创新意识。另外，组织学生到实习基地实习，通过多种形式的实践环节，着重培养学生对于单片机系统的综合分析能力和实际应用能力。

3.教学方法的探讨

在教学方法上，教师不仅要向学生传授知识，更要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。

（1）在讲解一个新的理论时，强调以实际应用引入理论体系。以一个具体的项目实例为主线，理论教学和实践教学均围绕如何实现这个项目进行。

比如在讲MCS－5l单片机汇编语言程序设计时，通过具体的课题提出问题，比如“广告灯如何控制？”“十字路通灯如何控制？”在讲定时计数器时，给学生提出“电子钟如何实现”的课题。每一章节围绕“提出问题，思考问题，解决问题”的思路，使学生达到理解和灵活应用知识的目的，引导学生在不同的设计方案中寻求设计程序的最佳方案，激发学生的学习兴趣和成就感。学生在学习单片机知识的同时学会解决实际工程应用问题的思路和手段，通过采用“教”“学”“做”合一的方法，笔者不仅向学生传授了知识，而且教会了学生学习的方法，锻炼了学生动手能力。

（2）在教学手段上，多媒体教学和板书教学相结合，教学内容中涉及逻辑图、原理图、结构图等图、表之类的知识时，采用多媒体教学更加直观，比如单片机内部逻辑结构、中断控制系统等内容采用多媒体教学。另外，用MCS-51仿真软件直接在课堂上对程序进行运行调试、与理论配套的相关器件的演示等。基本的重要的概念反复强调，贯穿整个教学活动。

（3）硬件和软件结合紧密是《单片机应用技术》课程的特点之一。在教学上笔者采取了一些教学方法，比如直观教学法。在介绍“什么是单片机”时，将单片机芯片实物展示给学生，使学生了解到在这样一个小小的集成电路芯片中集成了微型计算机的主要部件，用这种方法给学生建立起单片机的感性认识。在硬件知识的讲解上，力求教学内容的条理性。比如，在讲授“单片机中断系统”时，画出中断过程结构图，将中断系统所有的知识点全部标识在结构图中，按照“中断源―中断控制寄存器―中断响应―中断处理―中断返回”的思路讲解中断系统，使学生有一个明确的学习思路。

在讲解“程序设计”这一章时笔者作了这样的处理：在顺序、分支、循环三种结构的程序中各举一个例子，重点放在讲述解题思路上面，而将其它各种类型的程序设计的内容放在习题课中进行讲解。这样使得学生能够及时将所学的理论应用于实践，使前面提到的教学规划得以实施。

（4）在组织课堂教学时，注意调动学生的主观能动性，启发学生，多用提问的方式，让学生自己动脑筋解决问题。在每一章节中为几个知识点设计提问和讨论，使学生不是完全被动地听课，而是边学边想、边学边问。另外，交互式教学方法在实践中也是切实可行的。以学生为中心，进行分组教学，这样既可以提高学生的自主性学好知识，又可以因材施教，更可以提高学生的团结与协作能力，而这种能力在产品开发过程中更是不可缺少的。

4.考核方法的探讨

目前的考试形式尚存在诸多问题：

（1）考试内容不合理。考试内容局限于教材，每到期末复习时给学生划范围、定重点，这样助长了一部分学生的惰性，有些学生会认为平时可以不来听课，只要最后一节复习课来了划好范围就能过关，造成了学生实际掌握知识的程度和卷面成绩不相一致的后果，严重降低了教学质量和教学意义。

（2）考试方式单一。考试闭卷多，开卷少；笔试多，口试、答辩方式少，理论考试多，技能、操作、实践能力考查少；一次考试定结论多，数次考试综合评价少。

（3）考试题型不合理。客观性试题比例大，而综合性题少，这很不利于学生思维、分析、综合能力的培养和创新精神的形成。

针对以上几点问题，笔者对《单片机应用技术》课程的考核方法的改革提出以下几点思考：

（1）丰富考试方法。根据《单片机原理及应用》课程的特点，我们可以采用笔试、口试、做设计、写论文、进行实际操作，以及开卷、闭卷等多种方式。考试如果能够强调能力，必然会引导教学走上“打好基础、培养能力、发展智力”的正确轨道。

（2）改革考试成绩评定分布。考前不划重点，严肃考场纪律。坚持集体阅卷，阅卷后对试卷进行分析。平时成绩占40%，包括出勤、作业、课堂回答问题的能力；实验占30%，包括实验报告成绩及实验考试成绩。这些在课程开始即告之学生。由于平时成绩占比例较高，学生从一开始就会注意避免重理论、轻实际，重考试、轻能力的倾向。另外，教学结束后，教师根据学生的专业，以及学习情况让学生按要求完成一个综合设计实验，作为学生本门课程总成绩的加分项。

（3）合理分配考试题型。针对大纲的要求，教师应合理分配客观题目和主观题目的比例，注重考核学生熟悉运用知识的能力。

（4）建立考试结果分析制度，不断总结教学经验。当发现问题时，教师应及时纠正，拓宽、疏通教学质量的有效反馈渠道，建立健全沟通机制。

5.结语

《单片机应用技术》是高职电专业学生一门重要的技术课程，学好该课程不但要掌握硬件知识，还要掌握软件知识，是学生感到最难学的一门技术课之一。笔者本着激发学生的学习兴趣，扩大学生的知识面，培养学生的创新精神的原则，提出了《单片机应用技术》课程改革的具体思路，所探讨的教学的内容、方式和考核方法已经部分在实际教学过程中得到贯彻，有了一些初步的成果。《单片机应用技术》发展极快，要讲好该门课程，教师要具有相当的实践经验和科研能力，并且要不断地学习充实自己。教学是一门艺术，教学过程是一项复杂的系统工程，要建立一个完善的、更加合理的单片机课程教学体系，我们还需要不断地进行探索和实践。

参考文献：

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随着自动化技术、计算机技术和网络通信技术的飞速发展和广泛应用，论文工业过程的智能化、自动化监测与控制系统的应用日益广泛．单片机系统由于其抗干扰性能较好被大量应用到工业过程控制的各个领域。因为工业现场环境较恶劣，单片机系统在使用过程中通常会出现一些设计时想不到的新情况、新问题，这就需要进一步修改和完善．因此，有必要设计一套单片机综合实验系统，根据工业现场反馈的各种问题，随时对系统中的功能模块进行实验研究和分析，解决工程实际问题．本文设计的这套单片机综合实验系统具有自动采集多路模拟量、对采集的数据进行处理和显示、根据设定的参数自动调节和控制输出、与计算机进行远距离数据通信等功能．

1系统组成及工作原理

综合实验系统主要由以下几部分组成：89C51单片机及其仿真系统，温度、压力等模拟量传感器及其接口电路，A／D转换模块，数据存储模块，按键控制模块，日历时钟模块，看门狗电路模块，FP—GA模块，液晶显示模块，通信模块及上位计算机，其组成框图如图1所示．系统采用89C51单片机作为主控芯片，A／D转换模块将多路模拟信号转换为数字信号；外部数据存储模块为该系统采集的数据提供存储空间；按键控制模块向CPU传回键值，用来设置和调节系统参数；日历时钟芯片不仅可以给系统提供准确的时间，而且为系统提供掉电保护功能；看门狗电路模块为系统提供了精确复位和低电压监控功能，一旦系统出现故障或程序跑飞，它就可以在超时周期之后使CPU复位，提高系统的整体可靠性和抗干扰能力．FPGA模块是现场可编程逻辑门阵列，通过编程可将它作为多种数字逻辑器件使用；LCD液晶显示模块可以同时显示多行字符及自造图形，主要用来显示采集到的数据、系统时间等；兼容RS485和RS232两种协议的全双工串行通信接口，可以与上位计算机进行远(约1200m)近(约15m)距离的数据通信[1]；上位计算机将接收的数据进行存储、显示、绘制模拟曲线、打印曲线和数据文件，按照用户的具体要求作进一步的数据分析和处理，同时发送控制参数，对被测对象的温度、压力等进行控制和调节．

2系统硬件设计

2．1单片机仿真系统

单片机仿真系统可以模拟CPU在仿真机上运行用户程序(程序和数据存储器借用仿真机的)，也可以连接外部电路来实现动态监测与控制功能．仿真机一般都具有单片机的基本功能部件，如CPU、RAM、用户程序存储区、键盘等；具有单步、设置断点(以便随时观察内部各RAM、特殊功能寄存器的数据变化)、连续运行用户程序的功能[2]．

监控程序放置在仿真机内，要仿真的CPU器件位于仿真机外仿真线的端头，毕业论文更换不同的仿真头和CPU，该机可以仿真8031、89C2051、89C51等类型的单片机，该机的调试软件可以直接编辑汇编源程序．通过仿真机进行编程和调试减少了对芯片的频繁写人、擦除和修改操作，只有当程序调试顺利通过才将程序写入芯片，编程方便且节省时间．

2．2传感器的选择及信号变送电路的设计

传感器作为系统的感知器件，直接影响着系统的精度和稳定性．本实验系统中，温度传感器选用精度高，线性度好，使用方便的LM335传感器；压力传感器选用标准应变式压力传感器，它具有精度高、响应速度快、分辨率高等特点．传感器接El电路的设计采用了模块化设计方法，设计了温度、压力等专门接口电路，直接与上述各种传感器相连．由于从传感器输出的模拟电信号非常微弱，需对这些模拟信号进行放大，同时为了确保信号不失真，选用了线性度好、抗干扰能力强的高精度运放OP07，其特点是输入失调电压较高、温漂较小、开环电压增益较高、共模抑制比较大，它输出的模拟信号经10位A／D转换器TLC1543转换成数字信号后，送人89C51进行处理．

2．3通信模块的设计

计算机(PC)串行通信端口是RS232负逻辑电平，该实验系统上既有RS232接El，又有RS485接口，可以通过RS232总线进行点对点通信，也可以通过RS485总线进行多机通信_3]，RS485总线上最多可挂接32个综合实验系统，总体布局如图2所示．所以实现计算机和该实验系统之间的近距离通信，通过RS232接口即可；若要实现计算机和该实验系统之间的远距离通信，则必须将RS232电平转换为RS485电平后，才可将实验系统挂接在RS485总线上．RS232-RS485电平转换原理如图3所示，通过MAX485的差动输入(A、B)与RS485总线相连进行信号的收／发，由于RS485总线上只能进行半双工通信，所以MAX232和MAX485之间除了接收和发送线外，还有一个信号线来控制MAX485的接收使能(RE)和发送使能(DE)，在PC与RS232相连的这一侧，通过PC的请求发送(RTS)来控制．

2．4串行总线I*2C

I*2C总线是PHILIPS公司开发的一种简单、双向二线制串行总线[4]．它只需两根线(串行时钟线SCL和串行数据线SDA)就能完成挂接在总线上的若干个IC器件与微处理器之问的数据交换．该实验系统采用具有IC总线接口的看门狗芯片CATll61和可编程实时时钟芯片PCF8563，由于单片机89C51自身没有IC总线接口，所以采用软件合成IC总线与它们相接．

IC串行总线与并行总线的最大区别在于：并行总线有地址总线，CPU通过地址总线访问从器件；而IC总线利用数据传送中的前几个字节传送地址信息，所以占用CPU的口线大大减少[5]．随着智能化测控仪器日趋小型化和集成化，IC串行总线正在逐步取代传统的并行总线．．5抗干扰设计

工业监控现场工作环境一般较差，干扰较严重，为了保证系统可靠工作，必须解决抗干扰问题．针对工业监控现场可能产生的干扰、干扰来源、传播途径等，采用了软硬件方法对系统进行抗干扰设计．硬件抗干扰设计主要包括：对电源噪声进行滤波、大功率驱动电路接口进行光电隔离、集成电路芯片的VCC与地之间并连电容、优化电路板的布线、看门狗监控等；软件抗干扰设计主要包括：软件陷阱、软件自恢复、数字滤波、求平均值等．

对于数据输入通道的干扰，采用软硬件结合的方法进行滤波．当存在随机干扰而使被测信号中混入了无用成分时，硕士论文首先经过一个时间连续的RC滤波电路，再经A／D变换成二进制数字量后，进行数字滤波．因为硬件滤波能很好地抑制高频干扰，而对低频干扰的滤波效果却较差；而软件数字滤波算法对低频干扰具有较好的抑制能力．

在控制强电设备的开关量输出通道中，为防止现场强电磁干扰或工频电压通过输出通道反串到监控系统，采用了光电隔离技术．因为光信号的传输不受电场、磁场的干扰，可有效地防止干扰信号因耦合而进入系统，达到电气隔离的效果．

3系统软件设计

系统软件包括单片机软件和PC机软件．单片机软件采用模块化结构，利用MCS一51汇编语言编写．根据要实现的功能，该软件由主程序以及数据采集、A／D转换、数据通信、日历时钟编程、键盘中断调控、液晶显示、D／A转换、数码管显示等程序模块组成．下面以加热炉的炉温控制为例，给出系统程序流程图如图4所示．

PC机软件的主要功能是对单片机系统采集的数据进行存储、处理、动态模拟显示、报表绘制、打印输出等．PC机软件采用VisualBasic6．0编写，医学论文PC机与单片机之间的实时通信程序主要是通过计算机的串行通讯口进行数据的实时采集和双向通信，此外，PC机程序还将单片机采集过来的数据按照用户的具体要求进行动态显示、数据统计、生成报表和数据文件等，并对不同情况下得到的数据进行对比分析，总结出变化规律．

4实验结果与分析

为了测试该系统的实时性，将5台综合实验系统与工业计算机组成分布式多机通信系统，单片机串口工作方式1(传送一帧信息10位)，波特率2400bps，一帧数据采用5个字节(其中数据占2个字节是因为A／D转换结果是10位)的格式，如表1所示．5台实验系统各采集一次数据给PC机传送时，理论上连续发送速率为2400／(10*5*5)===9．6次／s．经过测试发现，计算机在120ms后收到了5台综合实验系统发送的共250位数据，实际发送速率约为8次／s，这是因为有状态转换和等待时间；为了测试系统的可靠性和稳定性，将调试好的程序写入单片机芯片，使系统连续运行，120h后观察系统仍然在按设定的流程工作，没有出现死机现象．该系统经过多次改进和实验验证后，据此设计了工业加热炉炉温控制系统并在工业现场安装使用，结果系统能连续正常工作(工业计算机故障除外)，测量随机误差为±0．01℃，控制结果满

足了实际要求．

5结论

该综合实验系统不仅能为以单片机为核心的系统前期探索研究提供一种方便的实验装置，而且能在远离工业现场的实验室解决工业应用中的实际问题．实验结果表明该系统可以将许多分散的实验项目整合在一起进行研究和分析，节约资源，降低成本；实验数据正确率高，通信实时性强，系统工作可靠；单片机串行网络构成的分布式通讯系统灵活性强，易于扩充，其基本原理适用于工业现场的分布式数据采集、检测及控制系统，具有很大的实用价值．

参考文献：

[1]李朝青．PC机及单片机数据通信技术[M]．北京：北京航空航天大学出版，2001．

LIChao-qing．DataCommunicationTechnologyofPCandSCM[M]．Beijing：BeijingUniversityofAero—nauticsandSpaceflightPress，2001．(inChinese)

[2]杨文龙．单片机原理及应用[M]．西安：西安电子科技大学出版社，1993．

YANGWen—long．PrincipleandApplicationofSCM[M]．Xi’an：Xi’anUniversityofElectronicsTechnol-ogyPress，1993．(inChinese)

篇10

1、嵌入式系统的概述

（1）从技术的角度定义：嵌入式系统是以应用为中心，基础是计算机，能够适应应用系统对功能、可靠性、及功耗严格要求的专用计算机。

（2）从系统的角度定义：嵌入式系统是能够完成复杂功能的软件和硬件的组合，并使其紧密粘合在一起的计算机系统。“嵌入式”反映出的这些系统是更大系统中的一个完整部分，称为嵌入式系统。

2、Proteus、ARM软件介绍

Proteus是由英国Labcenter公司开发的嵌入式系统仿真及开发平台，该软件具有以下特点：

（1）能进行智能原理布图；进行单片机软件调试和单片机与外围电路的协同仿真；满足单片机软件仿真系统的标准。

（2）支持常见的单片机类型和飞利浦公司ARM7（ LPC系列） 处理器及常见的外围器件如8255，ADC0809。

（3）可以与Keil Version3，ADS1两个集成开发环境结合，，把用汇编和C语言编写的程序编译后，进行软、硬件结合的系统仿真。

3、Proteus软件的应用

3.1 Proteus软件在教学中的应用

在教学的过程中，老师可以将Proteus和Keil 建立的虚拟实验平台搬到课堂上，能够将实践教学和理论教学融为一体，从而让教学的效果得到提高。下面笔者引进一个实际的课堂教学实例。在讲到外部中断处理过程这一章节时，我们可以将Proteus和Keil进行联调，然后通过仿真处理的步骤，可将单片机处理中断的软件执行过程以及单片机内部资源变化的情况以一种直观地感受呈现给学生，从而能够达到单纯的理论教学难以达到的效果。

在运行Protues软件的状态下，按住Proteus中的电路闭合键，P3.2引脚会有一个下跳沿，PC= 0x0003H，指向AJMP INT0的转移命令，堆栈的指针SP= 0.9H，数据存储器的0.8H和0.9H单元存放着0.1H和0.5H，即该处存放着下一条指令的地址。因此，学生能够迅速的知道，当外部有中断地请求时，程序的自动存储功能可以保存断点的地址，同时程序将会转到中断服务程序的入口地址，因为中断请求是由外部中断0产生的，因此程序就会转到外部中断0的入口地址0003H。通过外部中断执行的例子我们可以看出，在课堂教学上使用Protues和Keil 联调建立的实验平台，我们可以将许多抽象概念直观的介绍给学生，使学生不仅能观察到软件执行时单片机内部的I/ O口和存储器的变化，还可以观察到软件程序和外围电路之间的互动过程。

3.2 Proteus软件的应用

目前所拥有的单片机实验教学包括两个关键的环节，即课内的实验以及课程的设计。所有的实验操作步骤基本上都是在实验箱上完成的。由于受硬件实验箱结构以及资源的限制，学生在做实验的时候不能将所学的知识和软件充分的融会贯通。所以当我们的学生进行自主设计的时候，很多的学生几乎无法完成综合性的实验。假设采用了Proteus软件的仿真实验，就可以弥补硬件实验能力的不足。基于Proteus软件的实验可以分为以下3个阶段。

（1）验证阶段。此阶段的主要任务是让学生熟悉Proteus与Keil软件的运行环境，使学生对单片机虚拟系统的仿真有自身的认识。实验指导方面的教材只需要列出实验的任务和要求、Proteus软件的实验原理图、操作的步骤、流程以及和程序相关的源代码等。学生就可可自行根据实验步骤或实验操作得到录像进行操作、调试，以及观察程序的运行结果。

（2）程序设计阶段。这个阶段主要是培养学生用Proteus绘制系统原理图，以及使用Keil软件进行源程序设计的能力，学生可以根据实验的原理图用Proteus绘制硬件电路图，按照实验的要求完成程序的设计，在Keil的环境下编写出源代码，调试成功后，加载程序到Proteus硬件图仿真。

（3）综合学习阶段。此阶段的主要目的是激发学生学习兴趣，提高学生的主观能动性、以及培养学生的创新能力。学生自主的根据实验的任务和要求设计出硬件额电路（包括CPU型号、元器件及参数的设置等） 并绘制出Proteus的硬件原理图；根据硬件的功能模块对软件进行设计。完成对软硬件设计之后，需对两者进行联调，充分利用Proteus与Keil软件间的联合仿真的功能，及时的发现并改正硬件电路以及程序源代码的错误。系统仿真成功后，再进行实物的制作。在对课程的设计环节中，需要学生在Proteus环境下绘制出硬件的电路图，在Keil软件中编写出设计程序的源代码，并且在设计硬件电路时后尽可能的考虑到实验箱的有限资源，便于在Keil中编写的程序能够更好的被移植到实验箱上。学生可以针对不同的应用类型，选择最适合的单片机，而不是仅仅局限于课堂上常讲解到的单片机。学生也可在联合仿真成功之后，再去进行电路的焊接、软件系统的调试以及程序的固化等，可以避免因设计方案的不正确所造成的不必要的浪费。

4、结语

Proteus和ARM的嵌入式软件在教学中的运用，能充分的利用机房的现有设备，减少了实验设备的硬件维护又与实际的工程系统接近，拉近学习和就业之间的距离。实践证明，这种嵌入式的教学方法不但能降低成本，经济优势明显，而且还具有较高的推广价值。

参考文献

[1]万军，马正华.嵌入式系统及应用课程实践教学的研究[J].中国现代教育装备，2009（15）：7779.