時(shí)間：2023-03-22 17:44:54
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中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）36-8369-02
單片機(jī)課程實(shí)踐是高校自動化專業(yè)集中實(shí)踐環(huán)節(jié)的必修課，是學(xué)生學(xué)習(xí)《單片機(jī)原理》課程后，進(jìn)行的一次全面的綜合實(shí)踐，其目的旨在加深對單片機(jī)基礎(chǔ)理論和基本知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生具有單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)和開發(fā)的能力，在具體實(shí)現(xiàn)過程中強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐意識，提高應(yīng)用能力、創(chuàng)新意識和合作精神。在項(xiàng)目的實(shí)踐中，使得學(xué)生掌握一定的理論與技術(shù)知識，而且應(yīng)該樹立管理理念，建立項(xiàng)目工程思維觀念，而這一點(diǎn)正是高級語言編程思維的一種體現(xiàn)。
通過將單片機(jī)課程實(shí)踐和高級語言程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，使學(xué)生在理解單片機(jī)理論和高級語言編程思想的基礎(chǔ)上，實(shí)際動手開發(fā)一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)，來提高綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識的能力。
1 研究內(nèi)容或?qū)ο?/p>
引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已學(xué)的單片機(jī)理論知識、單片機(jī)程序設(shè)計(jì)方法和高級語言編程思想，具體設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)用的小型單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，開發(fā)設(shè)計(jì)過程按以下順序進(jìn)行――選定課題、調(diào)查用戶需求、總結(jié)歸納數(shù)據(jù)流程、分析性能、書寫需求分析及總體設(shè)計(jì)報(bào)告（包括組成原理圖、硬件連接、程序流程、系統(tǒng)功能模塊）、完成應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)、撰寫課程實(shí)踐報(bào)告、系統(tǒng)驗(yàn)收、組織課程實(shí)踐答辯。讓學(xué)生在這一系列工作中綜合運(yùn)用單片機(jī)系統(tǒng)原理以及編程語言等相關(guān)課程知識，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。
根據(jù)單片機(jī)課程實(shí)踐和專業(yè)課程實(shí)踐兩個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)各有4～5周但分散的實(shí)際情況，考慮將其進(jìn)行整合。并在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中安排相應(yīng)的指導(dǎo)老師對學(xué)生進(jìn)行必要的指導(dǎo)和幫助，為學(xué)生提供分析思路，解決學(xué)生項(xiàng)目完成中碰到的實(shí)際問題。
2 研究擬達(dá)到目標(biāo)
通過在單片機(jī)課程實(shí)踐中結(jié)合高級語言編程思想，使學(xué)生在掌握單片機(jī)理論基礎(chǔ)知識的同時(shí)，通過參與項(xiàng)目的分析、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，建立軟件工程理念，具備一定的理論與單片機(jī)實(shí)物實(shí)踐相結(jié)合、解決實(shí)際應(yīng)用問題的能力。同時(shí)在完成項(xiàng)目的過程中，鍛煉科研開發(fā)能力和科研論文寫作能力，為大四的畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)論文的順利完成奠定基礎(chǔ)，并為以后工作中的理論與實(shí)踐相結(jié)合奠定良好的基礎(chǔ)。
使學(xué)生在單片機(jī)課程實(shí)踐和高級語言程序編程實(shí)踐相結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，利用所學(xué)的單片機(jī)系統(tǒng)原理和C語言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，解決單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用中的實(shí)際問題，掌握高級語言編程思想，借助相關(guān)編程工具，完成一個(gè)小型項(xiàng)目的自主分析、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
3 主要研究方法
教師提供部分項(xiàng)目供學(xué)生選擇，學(xué)生亦可自擬項(xiàng)目，但課題的選擇要由教師審查核準(zhǔn)。項(xiàng)目盡量選擇實(shí)際需求的題目，讓學(xué)生走出校園，通過調(diào)查走訪，了解國內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用發(fā)展的狀況，開闊眼界，而且在開發(fā)一個(gè)真實(shí)項(xiàng)目的過程中，帶來求知的源動力，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的渴望以及創(chuàng)造力；對于虛擬項(xiàng)目，要求學(xué)生做到切合實(shí)際需求，能解決一定的應(yīng)用問題，有一定的應(yīng)用價(jià)值。
編程開發(fā)工具原則上推薦學(xué)生使用KEIL C，如果學(xué)生認(rèn)為其它開發(fā)工具更適合可由學(xué)生自主選擇。由于實(shí)際可用的編程開發(fā)工具與日俱增且不斷更新，為此在課程實(shí)踐中，對學(xué)生開發(fā)工具的選擇不做過多限制，使得學(xué)生可以選擇自己感興趣的程序設(shè)計(jì)工具進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)，既鍛煉了學(xué)生自學(xué)的能力，又能讓學(xué)生成為項(xiàng)目開發(fā)的決策者，這種主人翁意識使得學(xué)生變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，從而激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。
為了防止學(xué)生對課程實(shí)踐任務(wù)敷衍了事，對課程實(shí)踐的考核方式由原來的提交程序和文檔改變?yōu)榇疝q的方式。且在集中教學(xué)環(huán)節(jié)之前就讓學(xué)生明確單片機(jī)課程實(shí)踐的任務(wù)，同時(shí)考慮在集中教學(xué)環(huán)節(jié)結(jié)束后適當(dāng)放寬學(xué)生上交可運(yùn)行的項(xiàng)目程序和課程實(shí)踐報(bào)告以及組織答辯的時(shí)間，讓學(xué)生能更好的延續(xù)自主學(xué)習(xí)的積極性并進(jìn)一步完善項(xiàng)目的開發(fā)。
4 特色、創(chuàng)新及推廣應(yīng)用價(jià)值
通過將單片機(jī)課程實(shí)踐和高級語言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，讓學(xué)生在項(xiàng)目的分析、設(shè)計(jì)、與實(shí)現(xiàn)的過程中掌握單片機(jī)理論知識、單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的設(shè)計(jì)方法和高級語言程序編程思想 ，提高自動化專業(yè)學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動性，提高學(xué)生解決實(shí)際應(yīng)用問題的能力。
《單片機(jī)原理》課程實(shí)踐教學(xué)，將單片機(jī)課程實(shí)踐和高級語言程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)兩個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)有機(jī)整合，讓學(xué)生能在該實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中綜合運(yùn)用單片機(jī)系統(tǒng)原理和高級語言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)以及相關(guān)編程思想等多種知識，培養(yǎng)初步的科研能力和科研論文寫作能力以及團(tuán)隊(duì)合作精神。并通過組織課程實(shí)踐答辯使學(xué)生進(jìn)行類似畢業(yè)答辯的演習(xí)。
1 Proteus 簡介
Proteus是英國Labcenter公司研發(fā)的多功能EDA（電子設(shè)計(jì)自動化），它實(shí)現(xiàn)了從電路設(shè)計(jì)到測試、仿真、調(diào)試的整個(gè)過程。仿真運(yùn)行通過后再制作實(shí)際電路的話，就大大縮短了開發(fā)周期，并且降低了開發(fā)成本。所以說它為電子電路、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)以及教師的教學(xué)、學(xué)生的學(xué)習(xí)提供了非常有效的方法。
2 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真實(shí)例
下面通過制作一個(gè)簡單的單燈閃爍，說明如何使用Proteus實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真。要求發(fā)光二極管一亮一滅的不停閃爍。
2.1 設(shè)計(jì)電路
利用Proteus繪制電路原理圖的步驟如下：
⑴運(yùn)行Proteus ISIS程序；
⑵單擊P命令進(jìn)入元件選擇對話框，選擇電路設(shè)計(jì)中所需的元件；
⑶放置元件到繪圖區(qū)簡單制作，布好局；
⑷設(shè)置好元件的參數(shù)；
⑸連接導(dǎo)線。
繪制完成的單燈閃爍硬件電路圖如圖1所示。
圖1 單燈閃爍硬件電路圖
2.2 編寫程序
ORG0030H
LOOP: SETB P1.0
LCALL DELAY
CLR P1.0
LCALL DELAY
LJMP LOOP
DELAY: MOVR3, #250
L:MOV R4, #250
LL:DJNZ R4, LL
DJNZ R3, L
RET
END
編輯好程序保存時(shí)，文件的擴(kuò)展名必須是ASM格式。
編譯程序，若編譯通過，便得到HEX格式的文件論文開題報(bào)告范例。
2.3 加載程序文件
雙擊原理圖中的單片機(jī)元件AT89C51，便出現(xiàn)單片機(jī)的屬性編輯窗口，在“Program File”欄指出HEX格式的程序文件所在的位置，就可將該程序文件加載到單片機(jī)中。
2.4 啟動仿真，看電路運(yùn)行效果
單擊仿真控制按鈕，觀察電路的運(yùn)行狀況。
Proteus可以總體仿真運(yùn)行，也可單步或設(shè)置斷點(diǎn)仿真。
啟動仿真后，能清楚地觀察到單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，各硬件所處的實(shí)時(shí)狀態(tài)。
若電路設(shè)計(jì)合理、程序編寫正確，就會看到發(fā)光二極管不停地閃爍。
2.5 調(diào)試簡單制作，修正電路、程序代碼
若未出現(xiàn)想要實(shí)現(xiàn)的功能，就需進(jìn)行軟硬件調(diào)試。
對于硬件電路，可用Proteus中提供的測量儀器儀表對電路進(jìn)行測試、觀察；至于程序，可采取單步或設(shè)置斷點(diǎn)進(jìn)行仿真調(diào)試。
不斷修正電路及程序代碼，直到能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能，并改變元件參數(shù)使電路的性能達(dá)最優(yōu)。
注：每次修改完程序后，都必須再編譯一次，然后裝載到單片機(jī)中。
2.6 仿真運(yùn)行通過，制作實(shí)際電路
仿真運(yùn)行通過后，根據(jù)設(shè)計(jì)的原理圖，購買元器件、制板、焊接、測試調(diào)試，直至產(chǎn)品制作成功。
Proteus仿真模型是根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的技術(shù)參數(shù)文件來建立的，仿真極接近實(shí)際簡單制作，所以仿真運(yùn)行通過后制作的實(shí)際電路的成功率相當(dāng)高。
3 引入Proteus的好處
3.1 教學(xué)中
1. 教學(xué)內(nèi)容生動形象化
利用Proteus仿真軟件和多媒體教學(xué)設(shè)備，在課堂中通過實(shí)例仿真，演示從單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)到軟件調(diào)試的全過程，并演示運(yùn)行結(jié)果，使教學(xué)內(nèi)容生動形象化。
2. 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量
教學(xué)中對實(shí)例用Proteus進(jìn)行仿真，這種結(jié)合實(shí)際講解知識點(diǎn)的方法，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使知識點(diǎn)變得容易理解、接受，從而提高了教學(xué)質(zhì)量。
3. 拓展學(xué)生思維
講解完知識點(diǎn)后，針對實(shí)例，向?qū)W生提出相關(guān)拓展性問題。比如上例中：
⑴P1.0口線上能否多并聯(lián)幾個(gè)發(fā)光二極管？改變R2阻值大小的話會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？
⑵能不能將P1.0換為32根I/O口線中的其他線呢？若能的話，改為P0的某一口線時(shí)需注意什么？
⑶P1.1~P1.7能否像P1.0一樣都接發(fā)光二極管以及電阻呢？
⑷硬件電路改了簡單制作，程序相應(yīng)地要如何修改呢？。。。論文開題報(bào)告范例。。。
通過提問，并適當(dāng)演示，這樣不僅拓展了學(xué)生的思維，同時(shí)加強(qiáng)、深化了學(xué)生對知識點(diǎn)的理解。
3.2 實(shí)踐中
1. 提高開發(fā)速度，降低開發(fā)成本
從上例可看出，利用Proteus軟件，在繪圖區(qū)繪制好電路原理圖，并將編譯后的程序文件加載到單片機(jī)中，進(jìn)行仿真就能觀察整個(gè)電路的運(yùn)行情況，驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否達(dá)到要求，未達(dá)到，即可修整設(shè)計(jì)方案、修改程序、測試電路，直至成功。這樣就無須多次購買元器件板、制板、焊接測試調(diào)試等簡單制作，省時(shí)、省力、省錢，同時(shí)也提高了設(shè)計(jì)效果和質(zhì)量。
2. 敢于嘗試，勇于創(chuàng)新
根據(jù)仿真通過后的電路原理圖來制作產(chǎn)品，學(xué)生就不用擔(dān)心元器件損壞等問題，就敢于動手去嘗試設(shè)計(jì)電路。通過自己動手，加深了對理論知識的理解，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生勤思考、勇于創(chuàng)新的精神。
4 結(jié)語
教學(xué)與實(shí)踐中引入Proteus，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。產(chǎn)品制作成功，學(xué)生就會很有成就感、滿足感，這是一個(gè)良性循環(huán)。通過不斷的實(shí)踐，學(xué)生的動手開發(fā)、創(chuàng)新能力就得到了較大的提高。
參考文獻(xiàn):
[1]彭勇.單片機(jī)技術(shù).電子工業(yè)出版社,2009.8
關(guān)鍵詞:89C52;定時(shí)/計(jì)數(shù)器;串行通信
Key words: 89C52; time/counter; serial communication
中圖分類號:TP302.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1006-4311(2010)17-0100-02
0引言
根據(jù)紅外密集度立靶測試系統(tǒng)原理,要準(zhǔn)確的測量彈丸通過不同光幕的時(shí)間間隔,可以用多種方法實(shí)現(xiàn),如CPLD器件,單片機(jī)等。在本論文中選用的是用單片機(jī)89c52來實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能。89c52一般有可靠性高,易擴(kuò)展,控制能力強(qiáng),體積小,開發(fā)周期短,成本低等優(yōu)點(diǎn)。在許多領(lǐng)域中,單片機(jī)以其體積小,指令豐富,控制技術(shù)成熟,修改方便,適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn),在現(xiàn)場得到廣泛的應(yīng)用。鑒于這些優(yōu)點(diǎn),本文的測時(shí)電路系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn),以89c52為主[1]。
1紅外密集度立靶測試系統(tǒng)原理
紅外密集度立靶測試系統(tǒng)是利用四光幕交匯原理研制而成。紅外密集度立靶測試系統(tǒng)測量原理圖如圖1所示:當(dāng)彈丸依次通過1,2,3,4光幕時(shí),系統(tǒng)中的計(jì)時(shí)部分分別記錄相應(yīng)的飛行時(shí)間,再加上光幕1和4之間的靶距、光幕2與光幕3的夾角、光幕3與光幕4的夾角等已知量,根據(jù)速度V即可以求出彈丸的著靶坐標(biāo)。
2系統(tǒng)方案
本論文的測時(shí)電路系統(tǒng)的控制方案如圖2所示。系統(tǒng)前續(xù)電路把四個(gè)脈沖信號送入單片機(jī),第一個(gè)脈沖信號將成為三路測時(shí)電路的啟動信號;第二個(gè)脈沖信號將終止第一路測時(shí)電路;第三個(gè)脈沖信號來到時(shí),第二路測時(shí)電路停止工作;同樣的,第四個(gè)脈沖信號將停止第三路測時(shí)電路。這三路測時(shí)電路即測得了時(shí)間,單片機(jī)通過串行接口把時(shí)間發(fā)送給PC機(jī),完成與PC機(jī)的通信。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,此測時(shí)電路系統(tǒng)需要三路計(jì)時(shí)功能。
3測時(shí)電路硬件設(shè)計(jì)
測時(shí)電路硬件原理圖如圖2所示。時(shí)鐘電路由一個(gè)12MHZ的石英晶振和兩個(gè)30pf的電容組成;復(fù)位電路由一個(gè)30uf的電解電容、兩個(gè)電阻、一個(gè)復(fù)位鍵接至5v電壓組成。設(shè)彈丸通過第一光幕,第二光幕,第三光幕,第四光幕所得到的脈沖信號分別為第一脈沖,第二脈沖,第三脈沖,第四脈沖。把第一脈沖連接一個(gè)非門74ls04后送入89c52的T0(P3.4)引腳,此時(shí)對于定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0來說,上升沿有效。把第二,三,四脈沖分別接至P2.0,P2.1,P2.2引腳。[2]
4通信電路硬件設(shè)計(jì)
在本文中,測時(shí)電路得到的時(shí)間要傳送給PC機(jī),必須有單片機(jī)與PC機(jī)之間的通信電路。本文中采用串行接口標(biāo)準(zhǔn)RS-232來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)間的通信;用MAX232芯片實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)的RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口通信電路。
5測時(shí)電路軟件設(shè)計(jì)
設(shè)置T0以計(jì)數(shù)方式工作在模式2,賦初值TL0,TH0都為0XFF,啟動T0,用查詢方式查詢,當(dāng)?shù)谝幻}沖到來時(shí),其上升沿將使T0產(chǎn)生溢出中斷,TF0將置1,同時(shí)用軟件清TF0位為0,停止T0,同時(shí)再設(shè)置T0以定時(shí)方式工作在模式3,賦初值TL0,TH0都為0X00,啟動T0;設(shè)置T2作為一個(gè)16位二進(jìn)制的定時(shí)器工作,啟動T2。三路計(jì)時(shí)電路開始工作后等待第二,三,四脈沖的到來就會停止工作。在脈沖還沒有到來時(shí),由于TL0,TH0是8位的定時(shí)器,在定時(shí)達(dá)到256us時(shí)會溢出,所以我們定義兩個(gè)靜態(tài)無符號長整型變量overflow-count1和overflow-count2,定時(shí)器一旦溢出,即TFX(X=0,1)為1時(shí)相應(yīng)的變量就加1。用查詢方式查詢,當(dāng)P2.0引腳的由0變?yōu)?時(shí),說明第二脈沖到來,此時(shí)終止TL0;當(dāng)P2.1引腳的由0變?yōu)?時(shí),說明第三脈沖到來,此時(shí)終止TH0;當(dāng)P2.2引腳的由0變?yōu)?時(shí),說明第四脈沖到來,此時(shí)終止T2。測時(shí)電路的流程圖,如圖3所示。
6通信電路軟件設(shè)計(jì)
通信協(xié)議約定:①PC機(jī)與單片機(jī)都可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù);②設(shè)置PC機(jī)與單片機(jī)通信的波特率,為9600bit/s③設(shè)定幀格式:因?yàn)榇型ㄐ?單片機(jī)的串行口方式1真正用于串行發(fā)送和接收,所以幀格式為:一位起始位,8位數(shù)據(jù)位,1位停止位。④數(shù)據(jù)校驗(yàn):采用累加和校驗(yàn),每傳送10個(gè)數(shù)據(jù)就進(jìn)行一次累加和校驗(yàn)。⑤通信方式:查詢方式⑥為了保證數(shù)據(jù)可靠、有效,單片機(jī)開始發(fā)送時(shí),先送一個(gè)AA信號,PC機(jī)收到后,回答一個(gè)BB信號,表示同意接收。當(dāng)單片機(jī)收到BB信號后,開始發(fā)送數(shù)據(jù),每發(fā)送一次便求校驗(yàn)和。假定數(shù)據(jù)塊長度為16字節(jié),數(shù)據(jù)緩沖區(qū)為buf,數(shù)據(jù)塊發(fā)送完后馬上發(fā)送校驗(yàn)和。其中f=12MHZ,SMOD=0,波特率=9600bit/s,據(jù)此可以推出X=0FDH,TH1=TL1=0FDH。然后,初始化串行控制寄存器SCON,根據(jù)通信協(xié)議約定,幀格式為10位,串行口工作方式為1,允許接收,所以SCON寄存器初始值應(yīng)該設(shè)為01010000B=050H。因?yàn)椴捎玫氖遣樵兎绞桨l(fā)送和接收數(shù)據(jù),所以發(fā)送一幀數(shù)據(jù),應(yīng)該在TI位為低電平時(shí),將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器SBUF,即自動開始發(fā)送,當(dāng)檢測到TI位由0變?yōu)?時(shí),說明此幀數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送完畢,此時(shí)軟件清零TI,為發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)做好準(zhǔn)備。在接收一幀數(shù)據(jù)時(shí),先置REN=1,RI=0,當(dāng)檢測到RI由0變到1時(shí),說明可以從接收緩沖器SBUF中讀取數(shù)據(jù)了,此時(shí)軟件應(yīng)清0RI,為下一次接收做好準(zhǔn)備。在本次設(shè)計(jì)中,測時(shí)電路測得時(shí)間后,將與PC機(jī)進(jìn)行通信,把時(shí)間傳送給PC機(jī)。因?yàn)闇y時(shí)部分得到的時(shí)間為整型十進(jìn)制,我們把時(shí)間統(tǒng)一都化為二進(jìn)制,把這個(gè)過程稱為二進(jìn)制轉(zhuǎn)化過程。在把十進(jìn)制轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制后,單片機(jī)串行口初始化,然后開始進(jìn)入通信流程,通信流程圖如圖4。
7結(jié)論
本論文給出了紅外密集度立靶系統(tǒng)測時(shí)電路設(shè)計(jì)的具體設(shè)計(jì)過程,通過理論與實(shí)踐的結(jié)合,我們得出結(jié)論:利用單片機(jī)89c52實(shí)現(xiàn)測時(shí)電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是完全可行。
參考文獻(xiàn):
引言
目前，單片機(jī)在我國的各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，眾多院校均開設(shè)了單片機(jī)原理與應(yīng)用方面的課程，這是一門技術(shù)性和實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，必須通過一系列的軟硬件實(shí)驗(yàn)、理論聯(lián)系實(shí)際，才能學(xué)好、學(xué)懂，取得較好的學(xué)習(xí)效果。因此，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是單片機(jī)原理及應(yīng)用課程中必不可少一部分[1]。而獨(dú)立本科院校的學(xué)生要想在眾多的大學(xué)生中具有更強(qiáng)的競爭力，必須在掌握理論知識的基礎(chǔ)上，更加注重實(shí)踐動手能力的訓(xùn)練，這樣將來踏上社會，應(yīng)聘且從事與本技術(shù)相關(guān)的工作時(shí)，才能脫穎而出。
傳統(tǒng)的單片機(jī)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍然是利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備以驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主，各實(shí)驗(yàn)之間相互獨(dú)立，聯(lián)系不緊密，在實(shí)驗(yàn)課上學(xué)生僅僅需要將現(xiàn)成的軟件和硬件進(jìn)行驗(yàn)證，就完成了一次實(shí)驗(yàn)任務(wù)。由于教學(xué)設(shè)備是成品，線路大多在實(shí)驗(yàn)箱或者實(shí)驗(yàn)電路板中已經(jīng)設(shè)計(jì)好了，從外部根本看不到電路是如何連接的，且生產(chǎn)商很少配備完整的電路原理圖，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，要求連的線很少，很難參與到電路設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)中，動手能力也就很難在實(shí)驗(yàn)課程中得到訓(xùn)練和提高，導(dǎo)致學(xué)生缺乏整體設(shè)計(jì)能力，動手能力普遍較差[2]。因此在這類實(shí)驗(yàn)課中學(xué)生既不能得到有關(guān)硬件設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，也不能得到軟件編程的訓(xùn)練，這樣學(xué)生不能充分的發(fā)揮他們的主觀能動性和創(chuàng)新能力，教師的課堂教學(xué)效果也不夠理想。針對以上傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中出現(xiàn)的弊端，筆者憑借多年從事“單片機(jī)”課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，積極認(rèn)真地對“單片機(jī)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法進(jìn)行探索和嘗試，發(fā)現(xiàn)一種行之有效的方法――單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)法。這種方法需要教師提前設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，然后將系統(tǒng)分解，按照實(shí)際的教學(xué)周分步驟，按照相關(guān)的理論教學(xué)內(nèi)容分層次來安排教學(xué)順序，這樣安排的實(shí)驗(yàn)課就為學(xué)生提供了一定的設(shè)計(jì)平臺。
在此，以“4×4矩陣式鍵盤計(jì)算器”這個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)為例，從實(shí)驗(yàn)任務(wù)的設(shè)計(jì)、教學(xué)安排的設(shè)計(jì)及考核方案的制定等三個(gè)方面對“單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)法”進(jìn)行陳述。
一、實(shí)驗(yàn)任務(wù)的設(shè)計(jì)
當(dāng)有按鍵按下時(shí)，將其鍵值顯示出來，同時(shí)有按鍵按下時(shí)發(fā)出蜂鳴。在按鍵上有+1鍵，可實(shí)現(xiàn)當(dāng)前數(shù)值加1，并通過數(shù)碼管顯示；在按鍵上有-1鍵，可實(shí)現(xiàn)當(dāng)前數(shù)值減1，并通過數(shù)碼管顯示。P1口使用灌電流方式驅(qū)動一個(gè)共陽級8段數(shù)碼管，P2口則以行列掃描的方法連接16個(gè)按鍵，為了能在有按鍵按下時(shí)發(fā)出聲音提示，使用P0.0引腳通過NPN三極管驅(qū)動一個(gè)蜂鳴器。圖1所示為“4×4矩陣式鍵盤計(jì)算器”系統(tǒng)原理圖。系統(tǒng)包含單片機(jī)最小系統(tǒng)、4×4矩陣式鍵盤、蜂鳴器輸出和數(shù)碼管顯示模塊。
圖1：單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)原理圖
二、教學(xué)進(jìn)度的設(shè)計(jì)
根據(jù)以上對整個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的描述，可以使學(xué)生明確最終的設(shè)計(jì)目標(biāo)。按照整個(gè)系統(tǒng)的功能，對該系統(tǒng)進(jìn)行分解，并結(jié)合單片機(jī)教材的理論內(nèi)容整理出一份詳細(xì)的教學(xué)進(jìn)度安排表，認(rèn)真設(shè)計(jì)每一次實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容及要求，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和實(shí)踐，這樣可以較大地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣，如表1所示。表1是根據(jù)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)為16課時(shí)的教學(xué)計(jì)劃給出的針對單片機(jī)原理課程的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，要求每周安排2課時(shí)的實(shí)驗(yàn)課，因此根據(jù)理論課程的進(jìn)度大致安排從每學(xué)期的第9周開始進(jìn)行，至第16周結(jié)束，共計(jì)8周。
表1：“4×4矩陣式鍵盤計(jì)算器應(yīng)用系統(tǒng)教學(xué)進(jìn)度安排表”
建議采用“單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)法”的教師在制定教學(xué)計(jì)劃時(shí)，可以根據(jù)不同的教學(xué)要求設(shè)計(jì)出一個(gè)或多個(gè)“單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)度安排表”。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師可以對一個(gè)班級進(jìn)行分組，由教師指定按照2～5人為一個(gè)小組，這樣在鍛煉動手能力的同時(shí)，又培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的每個(gè)階段都必須與教師充分地交流和探討，這對于教師來說，雖然增加了輔導(dǎo)的工作量，但可以及時(shí)地把握學(xué)生對課程的理解程度、掌握程度、學(xué)習(xí)水平和完成情況等，也可以為今后對不同學(xué)習(xí)層次的學(xué)生進(jìn)行更有針對性的輔導(dǎo)打下基礎(chǔ)，另外也保證了絕大多數(shù)學(xué)生完成的進(jìn)度。
三、制定考核方案
為了更全面、客觀、公平地反映出學(xué)生實(shí)驗(yàn)的實(shí)際水平，尤其是學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動手能力和分析、解決問題的能力，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的安排，對學(xué)生的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行量化評分，如表2所示，為“4×4矩陣式鍵盤計(jì)算器應(yīng)用系統(tǒng)”的實(shí)驗(yàn)成績考核量化表。以小組為單位，對每個(gè)階段的進(jìn)展情況進(jìn)行評價(jià)，在最后一個(gè)階段對成果進(jìn)行驗(yàn)收，檢查是否滿足設(shè)計(jì)要求，并以答辯的形式對每位學(xué)生進(jìn)行考核，要求每位學(xué)生展示和講解設(shè)計(jì)內(nèi)容，并回答至少2個(gè)有關(guān)該系統(tǒng)的硬件、軟件、仿真、制作等方面的問題，最后由教師根據(jù)以上完成情況進(jìn)行成績評定。按照此類考核方案對學(xué)生進(jìn)行打分，可以確保從各方面對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)綜合能力的考察。教師還可以針對每個(gè)階段的特點(diǎn)制定出更為詳盡的評分細(xì)則。
表2：考核量化表
四、結(jié)束語
由于單片機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，社會上對此類人才的要求也越來越高，大學(xué)生更加渴望在踏入社會之前就能掌握這些本領(lǐng)，這無疑給教師提出了更高的要求，因此，教師應(yīng)該更加重視實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，合理地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓學(xué)生學(xué)有所成。本論文提出的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)法給學(xué)生提供了一個(gè)自主學(xué)習(xí)單片機(jī)、進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新的平臺，能夠在很大程度上激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也為學(xué)生創(chuàng)建了一個(gè)鍛煉團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的機(jī)會，能夠使學(xué)生在專業(yè)能力、社交能力、團(tuán)隊(duì)合作和自信心等諸多方面得以鍛煉，教學(xué)效果非常明顯。
[參考文獻(xiàn)]
[1]王鵬峰.項(xiàng)目式單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的研究.時(shí)代教育[J].2013.7
中圖分類號：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
文章編號：1671-489X（2013）33-0100-02
1 引言
單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)，把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器、隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在電力、化工、家電和儀器儀表等工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。單片機(jī)原理及應(yīng)用課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，課程的開設(shè)不僅能提高學(xué)生的理論基礎(chǔ)知識，而且能提高學(xué)生的實(shí)踐能力[1-2]。
但在日常教學(xué)中，多采用以教材教授為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式，教學(xué)過程中有一些課時(shí)的實(shí)驗(yàn)。對于工程專業(yè)學(xué)生來言，只依靠教學(xué)過程中的實(shí)驗(yàn)，很難掌握單片機(jī)的教學(xué)內(nèi)容。在本文中，以泰山醫(yī)學(xué)院電子信息專業(yè)的單片機(jī)課程教授為例，在教學(xué)實(shí)踐中將理論教學(xué)與科技競賽結(jié)合[3-4]，采用“賽教結(jié)合”的教學(xué)方法，取得了較好的教學(xué)效果。
2 課程特點(diǎn)以及教學(xué)方法的改革
單片機(jī)原理及應(yīng)用課程的基本任務(wù)是使學(xué)生掌握單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)、接口技術(shù)以及相應(yīng)的軟件編程方法，掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)、開發(fā)、調(diào)試技術(shù)，具有較好的單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用能力，為進(jìn)一步提高科學(xué)技術(shù)水平打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[5]。課程的特點(diǎn)是：
1）知識含量高，課程要求在掌握數(shù)字電路、模擬電路和微機(jī)原理的基礎(chǔ)上才能很好地學(xué)習(xí)本課程；
2）內(nèi)容結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本課程包括單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)、匯編指令系統(tǒng)和軟硬件設(shè)計(jì)；
3）實(shí)踐性強(qiáng)，單片機(jī)目的在于工程應(yīng)用，所以要求學(xué)生能動手設(shè)計(jì)和開發(fā)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。
理論教學(xué)方法的改革 針對以上課程的特點(diǎn)，對理論教學(xué)方法進(jìn)行了改革。
1）在教學(xué)過程中樹立了“以學(xué)生為本”，以提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)及創(chuàng)新思維能力為基點(diǎn)的指導(dǎo)思想。以學(xué)生為本，就是以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生作為一切教學(xué)活動的主體、出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，加強(qiáng)師生互動，調(diào)動課堂內(nèi)外一切手段，讓學(xué)生主動地掌握課程知識，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的分析思維能力及創(chuàng)新能力，提高學(xué)生科學(xué)的專業(yè)素質(zhì)。
2）改進(jìn)課堂教學(xué)，講究講課藝術(shù)。注重把講課的科學(xué)性、系統(tǒng)性、啟發(fā)性和趣味性相結(jié)合，配合現(xiàn)代化多媒體教學(xué)手段，努力增強(qiáng)教學(xué)效果。
3）在課堂教學(xué)中，講授理論知識時(shí)，結(jié)合課程相關(guān)內(nèi)容，以山東省機(jī)電大賽參賽項(xiàng)目為例，講解理論知識。這樣既避免了講授理論知識的枯燥，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，又激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生更積極地參與到科技競賽中來。
4）針對醫(yī)學(xué)院相關(guān)專業(yè)的實(shí)際情況，編寫《單片機(jī)原理及應(yīng)用》教材，教材內(nèi)容中不僅保留傳統(tǒng)教材中的理論知識，并且將與專業(yè)相關(guān)的科技競賽案例作為題例來加以體現(xiàn)，使學(xué)生可以采用更得心應(yīng)手的教材。
賽教結(jié)合在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用 為了掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐是非常必要的一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。提高學(xué)生的動手能力，最好的方法就是讓學(xué)生參與項(xiàng)目研究和開發(fā)，但是受實(shí)際情況限制，學(xué)生參與企業(yè)項(xiàng)目研究的機(jī)會比較少。山東省機(jī)電大賽是為加強(qiáng)大學(xué)生創(chuàng)新意識、合作精神和實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，激發(fā)大學(xué)生科學(xué)研究與探索的興趣和潛能，促進(jìn)山東省高校機(jī)電類專業(yè)教育教學(xué)改革而設(shè)置的，每年舉行一次。泰山醫(yī)學(xué)院每年都參加，參賽產(chǎn)品中電氣部分可以采用單片機(jī)設(shè)計(jì)，正好為學(xué)生通過實(shí)際項(xiàng)目研究，提高單片機(jī)設(shè)計(jì)與開發(fā)能力，掌握單片機(jī)課程提供了絕佳的機(jī)會。在教學(xué)中采用了以下方法。
1）以學(xué)生為主體，組建興趣小組。為了讓學(xué)生了解山東省機(jī)電大賽，每年讓往年參加機(jī)電大賽的教師和學(xué)生做報(bào)告，使下一級學(xué)生了解大賽情況；并以學(xué)生為主，按照自愿原則組建興趣小組，小組成員按照能力進(jìn)行搭配，一個(gè)小組中既要有進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)的，也要有進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)的。
2）以學(xué)生為主體，按照大賽主題，構(gòu)想符合要求的項(xiàng)目。每年大賽舉行完，組委會會公布下一屆大賽的主題，教師將大賽要求告訴每一個(gè)興趣小組，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新性，讓小組構(gòu)想符合要求的項(xiàng)目，這樣可以調(diào)動學(xué)生積極性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。當(dāng)然，在構(gòu)想過程中，教師會全程對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。
3）利用已有實(shí)驗(yàn)設(shè)備，為學(xué)生搭建實(shí)踐的平臺。項(xiàng)目要加以實(shí)現(xiàn)，需要學(xué)生去努力實(shí)踐，在教學(xué)中利用已有實(shí)驗(yàn)設(shè)備，讓學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和開發(fā)。為了支持學(xué)生進(jìn)行科技競賽項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)室延長了開放時(shí)間，利用每年參加大賽獲得的獎金購買電子元器件，并提供一些開發(fā)板，為學(xué)生實(shí)踐搭建一個(gè)良好的單片機(jī)研究平臺。
4）在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中構(gòu)想與大賽有關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，將大賽中用到的知識點(diǎn)融合到基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中，并且結(jié)合機(jī)電大賽，構(gòu)想了一些綜合性實(shí)驗(yàn)。這樣不僅加強(qiáng)了學(xué)生對基本理論知識的理解，同時(shí)使學(xué)生體會到知識在實(shí)際工程中的應(yīng)用，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。
5）堅(jiān)持理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)的考核原則。根據(jù)單片機(jī)課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，在課程考核中，理論知識考核占70%，實(shí)驗(yàn)考核占30%，實(shí)驗(yàn)以報(bào)告結(jié)合實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果形式提交，報(bào)告從內(nèi)容、格式、結(jié)果和創(chuàng)新性等方面進(jìn)行了詳細(xì)要求，實(shí)驗(yàn)結(jié)果在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場考核。
理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)，以實(shí)驗(yàn)報(bào)告結(jié)合實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果為考核依據(jù)的教學(xué)模式，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。
教學(xué)改革成果 科技競賽活動是課堂知識的綜合運(yùn)用和延伸，將賽教結(jié)合方法融進(jìn)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅促進(jìn)了學(xué)生掌握單片機(jī)知識，還對這種實(shí)踐性強(qiáng)的課程的教學(xué)模式進(jìn)行了有益的探索，教學(xué)改革取得了以下成果。
1）對于這種實(shí)踐性強(qiáng)的課程的教學(xué)觀念得以改變，不再過分強(qiáng)調(diào)學(xué)科本位，偏重和局限于理論知識，而是加強(qiáng)課程內(nèi)容與學(xué)生生活和社會發(fā)展的聯(lián)系，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
2）對單片機(jī)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了探索。研究了將科技大賽與理論教學(xué)結(jié)合的教學(xué)方法，以及科技競賽內(nèi)容融合進(jìn)日常實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式方法。
3）在參加大賽后，讓學(xué)生進(jìn)行總結(jié)，將他們的成果以論文和專利形式予以體現(xiàn)，學(xué)生已經(jīng)發(fā)表兩篇科技論文，申請兩個(gè)國家實(shí)用新型專利，促進(jìn)了學(xué)生科學(xué)研究的能力。
4）促進(jìn)了學(xué)科交叉，在機(jī)電大賽中，結(jié)合醫(yī)學(xué)院特點(diǎn)，提出了很多與醫(yī)學(xué)結(jié)合的項(xiàng)目，如“背部按摩式多功能橢圓護(hù)理床”等項(xiàng)目。
5）參加大賽取得了優(yōu)秀的成績。課題組組織學(xué)生參加山東省機(jī)電大賽，獲得一等獎兩項(xiàng)、二等獎四項(xiàng)、三等獎五項(xiàng)，這樣的成績在同類醫(yī)學(xué)高校中是十分優(yōu)異的。
實(shí)踐表明，這種以“賽教結(jié)合”形式進(jìn)行的教學(xué)形式，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)激情，還可以加強(qiáng)學(xué)生科學(xué)研究的能力，更好地培養(yǎng)了理工結(jié)合、理論基礎(chǔ)扎實(shí)、素質(zhì)全面、實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力強(qiáng)的高級人才。同時(shí)在競賽題目設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生查閱大量各個(gè)行業(yè)的資料和文獻(xiàn)，拓展了他們的視野。
3 結(jié)束語
在單片機(jī)原理及應(yīng)用課程教學(xué)中，采用了“賽教結(jié)合”的教學(xué)方法，將其融合進(jìn)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過實(shí)際參加山東省機(jī)電大賽，學(xué)生進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，進(jìn)而掌握單片機(jī)的理論知識和實(shí)際應(yīng)用。通過問卷調(diào)查，大多數(shù)學(xué)生反映良好，并且反映在理論知識的理解和動手能力方面都有很大的提高。因此，通過實(shí)踐表明，這種教學(xué)方法是行之有效的。
參考文獻(xiàn)
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中圖分類號：TP216 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 論 文 網(wǎng)專業(yè)寫作教育教學(xué)論文和畢業(yè)論文以及服務(wù)，歡迎光臨DyLW.neT
Design of Equivalent Circuit Parameter Analyzer for
Two Port Passive Circuit
TANG Zhengming1 ， ZHANG Sanmei2 ， Zeng Jing1
（1 School of Electronic Information and Engineering， China West Normal University， Nanchong Sichuan 637009，China；
2 Experiment Center， China West Normal University， Nanchong Sichuan 637009， China）
Abstract： Equivalent circuit parameter is very important for the process of circuit analysis and design. Based on the refined numerical algorithm of AC impedance， a digital equivalent circuit parameter analyzer is designed. In this system， MCU is used to control frequency synthesizer to generate excitation signal. By adjusting the capacitance and current trends ， the load impedance characteristic is determined. Finally， the AC impedance and equivalent circuit parameter are displayed， which can be obtained under different operating frequency.
Keywords： MCU； AC Impedance Characteristics； Equivalent Circuit Parameters
0引 言
電路交流阻抗隨信號源的頻率變化，其具體表現(xiàn)為一定電阻R、電容C和電感L的串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)在給定信號頻率下所得到的等效阻抗。頻率相對較高時(shí)，電路還可能產(chǎn)生相對較大的寄生電容、電感，從而出現(xiàn)寄生阻抗。如何快捷準(zhǔn)確地獲取電路在不同工作頻率下的等效電路參數(shù)，對電路的分析與設(shè)計(jì)來說有著特殊重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。
已有的交流參數(shù)測試儀，其測量對象主要鎖定在對交流電路頻率、有效值、功率，或者單個(gè)元件阻值、電感量、電容量的測試，而對交流阻抗的智能化測量的探討研究仍舊較少，且未曾涉及到負(fù)載為黑盒子電路（其可能為RLC元件，某用電器或電路模塊，以下統(tǒng)稱為負(fù)載電路）的等效參數(shù)測量[2-6]。本設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的電路交流等效電參數(shù)分析儀的核心即為交流阻抗特性分析，通過采用單片機(jī)產(chǎn)生激勵信號，能分析出給定工作頻率下負(fù)載電路的交流阻抗特性，并進(jìn)一步得到其等效電路參數(shù)。
1硬件電路
系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。主要電路模塊包括單片機(jī)（MCU）、放大電路、整流濾波電路、含雙可調(diào)電容的RC振蕩器等[7-8]。
圖1 等效電參數(shù)分析儀原理圖
Fig.1 Schematic diagram of equivalent circuit parameter analyzer
MCU的型號為MSP430F169。放大電路用于將采集到的弱信號放大，再送入整流濾波電路，便于單片機(jī)（MCU）接收識別，放大電路型號為AD620。整流濾波電路，用于將采樣信號轉(zhuǎn)化為單向脈動波并濾除附帶產(chǎn)生的雜波信號，使有用信號免受干擾，易于下一級電路的操作處理?？勺冸娙軨結(jié)合555定時(shí)電路模塊構(gòu)成RC振蕩器，所產(chǎn)生的信號頻率送入單片機(jī)識別，進(jìn)而確定出接入電路的電容值。其中，可調(diào)電容C與電路的連接通過開關(guān)控制，該可調(diào)電容C為特制的雙可調(diào)電容（構(gòu)成RC振蕩器的電容與接入測量電路的電容相同，并由同一旋鈕控制調(diào)節(jié)），這樣，可在隔離電路影響的情況下，獲得接入電路電容的精確值。 為定值電阻，主要起限流作用，如當(dāng)電路串聯(lián)諧振時(shí)，使電路電流不至于過大，損壞儀器。 為采樣電阻，為小阻值錳銅電阻，用于將負(fù)載電流轉(zhuǎn)換為電壓信號，再送入放大電路。 為負(fù)載電路。
2算法設(shè)計(jì)
根據(jù)有效值、功率因素的計(jì)算結(jié)果[9]，可得到電路總阻抗
（1）
其中， 、 、 分別表示電路電壓有效值、電流有效值、功率因素。 的正負(fù)與負(fù)載的特性有關(guān)，若負(fù)載為非電容性；則 ，若負(fù)載為非電感性則 。令 ，則有
（2）
系統(tǒng)采用調(diào)節(jié)可變電容C并結(jié)合單片機(jī)采集到的電流大小變化情況的方法，確定（2）中的正負(fù)符號，即實(shí)現(xiàn)負(fù)載阻抗特性的判定。由于可調(diào)電容與被測負(fù)載并聯(lián)，設(shè)被測負(fù)載的電導(dǎo)和電納分別為 和 ， 可調(diào)電容電納為 ，其等效電路如圖2所示。
圖2 阻抗特性的判斷原理圖
Fig.2 Schematic diagram for the judgement of impedance characteristic當(dāng)端電壓有效值恒定時(shí)，電流有效值
（3）
即： （4）
可見，當(dāng) 與 同號，即被測負(fù)載為電容性時(shí)，電容增大，電流 單調(diào)上升；而當(dāng) 與 異號，即被測負(fù)載為電感性負(fù)載時(shí)，電容增大，電流 將先減小而后增大。因此，單片機(jī)可根據(jù)電容調(diào)節(jié)過程中采集到電流變化情況，判斷出負(fù)載的阻抗特性。在此基礎(chǔ)上，設(shè)負(fù)載 的等效阻抗為 ，由于測量電路為可調(diào)電容C與負(fù)載 并聯(lián)，然后再與定值電阻 串聯(lián)，根據(jù)電路串并聯(lián)關(guān)系，則有：
（5）
聯(lián)立（1）-（2）和（5），在已判斷得到負(fù)載的特性的情況下，便可以解出 中的電阻R和電抗X。結(jié)合頻率值即可得
（6）
（7）
因此，對于給定負(fù)載（如某單元電路），該測試儀能夠獲得給定工作頻率下的交流等效電路參數(shù)，便于電路的分析與設(shè)計(jì)。
3 系統(tǒng)測試
系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，通過鍵盤設(shè)定激勵信號幅值和頻率，調(diào)節(jié)電容旋鈕，即可讀出負(fù)載的等效電路參數(shù)。首先測試并選取了三個(gè)R、L、C電路元件，其參數(shù)值分別為10，10mH，1uF。再將電路元件安插在萬用板上，借助萬用板連接線使其形成簡單的串聯(lián)電路和并聯(lián)電路，并同時(shí)具有典型的二端口結(jié)構(gòu)，然后分別測試了信號頻率為1KHz時(shí)，負(fù)載的等效電路參數(shù)。用 Idealization（I）和Test （T）分別表示理論值和測量值，結(jié)果如表1所示。
表1 測試結(jié)果
Tab.1 Test results
電阻（） 電感（mH） 電容（uF） 串聯(lián)（；uF） 并聯(lián)（，mH）
I T I T I T I T I T
10 10.02 10 10.33 1 0.97 10 ； 1.65 9.97；1.59 9.91；0.15 10.04；0.23
測量 結(jié)果表明，在1KHz頻率下，所搭建的串聯(lián)電路具有阻容特性，而并聯(lián)電路具有阻感特性。等效電路參數(shù)測量結(jié)果與理論值存在一定差異的可能原因主要在于：除工藝等因素外，導(dǎo)線等所引入的分布阻抗。
4 結(jié)束語
本文設(shè)計(jì)了一種電路交流等效電參數(shù)分析儀，可用于完成無源二端口電路的等效電參數(shù)測量。在測量交流等效參數(shù)時(shí)（特別在用作RLC測試儀的情況下），若測量頻率較高，分布參數(shù)影響將較為顯著，對低標(biāo)稱值元件的測量尤為不利。如何減小分布參數(shù)對測量結(jié)果的影響，還有待進(jìn)一步研究。
參考文獻(xiàn)：
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單片機(jī)把通過測量元件、變送單元和A／D轉(zhuǎn)換接口送來的數(shù)字信號直接反饋到輸入端與設(shè)定值進(jìn)行比較。然后，對其偏差按某種控制算法進(jìn)行計(jì)算，所得數(shù)字量輸出信號經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換接口直接驅(qū)動執(zhí)行裝置，對控制對象進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其保持在設(shè)定值上。
在電氣時(shí)代的今天，電動機(jī)一直在現(xiàn)代化生產(chǎn)和生活中起著十分的重要的作用。無論是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國防、醫(yī)療衛(wèi)生、上午與辦公設(shè)備，還是在日常的生活中的家用電器，都大量地使用著各種各樣的電動機(jī)。對電動機(jī)的控制可分為簡單控制和復(fù)雜控制兩種，簡單控制是只對電動機(jī)進(jìn)行啟動、制動、正反轉(zhuǎn)控制和順序控制。這類控制可通過繼電器、可編程控制器和開關(guān)元件來實(shí)現(xiàn)。復(fù)雜控制是只對電動機(jī)的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩，電壓、電流等物理量進(jìn)行控制，而且有時(shí)往往需要非常精確的控制。以前對電動機(jī)的簡單控制的應(yīng)用很多，但是，隨著現(xiàn)代步伐的邁進(jìn)，人們對自動化的要求越來越高，使電動機(jī)的復(fù)雜控制逐漸成為主流。
國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
PID控制器最先出現(xiàn)在模擬控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的模擬控制器PID控制是通過硬件（電子元件和液壓元件）來實(shí)現(xiàn)它的功能。隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，把他一直到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中來，將原來的硬件實(shí)現(xiàn)的功能用軟件來代替，因此稱為數(shù)字PID控制器，所形成的一整套算術(shù)則稱為數(shù)字PID算術(shù)。數(shù)字PID控制器與模擬PID控制器相比，具有非常強(qiáng)的靈活性。電動機(jī)的的控制技術(shù)的發(fā)展得力于微電子技術(shù)，電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、微機(jī)應(yīng)用技術(shù)、自動控制技術(shù)、微機(jī)應(yīng)用技術(shù)的最新發(fā)展成就。正是這些技術(shù)的進(jìn)步使電動機(jī)控制技術(shù)在近二十年內(nèi)發(fā)生了翻天覆地的變化。其中電動機(jī)的控制部分已由模擬控制逐漸讓位予以單片機(jī)為主的微機(jī)處理控制，形成數(shù)字與模擬的混合控制系統(tǒng)和純數(shù)字控制系統(tǒng)的應(yīng)用，并正相全數(shù)字控制方向發(fā)展。電動機(jī)的驅(qū)動部分所用的功率器件經(jīng)歷了幾次更新?lián)Q代，目前開關(guān)速度更快，控制更容易的全控制功率件MOSFET和IGBT成為主流。功率器件控制條件的變化和微電子技術(shù)的使用也使新型的電動機(jī)控制方法能夠得到實(shí)現(xiàn)，脈寬調(diào)控方法、變頻技術(shù)在直流調(diào)速
由單片機(jī)作為電動機(jī)的控制器具有以下特點(diǎn)：
1．使電路更簡單。
模擬電路為了實(shí)現(xiàn)控制邏輯需要很多電子元件，使電路復(fù)雜。采用微機(jī)處理后，絕大多數(shù)控制邏輯可通過軟件來實(shí)現(xiàn)。
2．可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制。
為基礎(chǔ)理由很強(qiáng)的邏輯功能，運(yùn)算速度快、精度高，與大容量的存儲單元，因此有能力實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制。
3．靈活性和適應(yīng)性
微處理得控制方式是由軟件來完成的。如果需要修改控制規(guī)律，一般不必修改系統(tǒng)的硬件電路，只修改程序即可。在系統(tǒng)調(diào)試和升級時(shí)，可以不斷嘗試選擇最優(yōu)參數(shù)，非常方便。
4．無需零點(diǎn)飄逸，控制精度高
數(shù)字控制不會出現(xiàn)模擬電路中經(jīng)常出現(xiàn)的零點(diǎn)漂移問題。無論被控制量的大小，都可以保證足夠的控制精度。
5．可提供人機(jī)界面，多機(jī)聯(lián)網(wǎng)工作
現(xiàn)在普遍采用單片機(jī)作為電動機(jī)的控制器。實(shí)際上可作為電動機(jī)控制器的元件還有很多種，例如工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、可編程控制器、數(shù)字信號處理器。
工業(yè)控制計(jì)算機(jī)科委功能強(qiáng)大，它有極高的速度、強(qiáng)大的運(yùn)算能力和接口功能、方便的軟件環(huán)境；但由于成本太高、體積大，所以只用于大型控制系統(tǒng)。
可編程控制器則正好相反，它只能完成邏輯判斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)和簡單的運(yùn)算。由于功能太弱，所以它只能用于簡單的電動機(jī)控制。
單片機(jī)介于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和可編程控制器之間，它有較強(qiáng)的控制功能，低廉的成本。人們在選擇電動機(jī)的控制器時(shí)，常常是再先滿足功能的需要的同時(shí)，優(yōu)先選擇成本低的控制器。因此，單片機(jī)往往成為優(yōu)先選擇的目標(biāo)。從最近的統(tǒng)計(jì)數(shù)字也可以看出，世界上每年要有25億片各種單片機(jī)投入使用。彈片及時(shí)目前世界上使用量最大的微機(jī)處理器。
三、主要內(nèi)容與待解決的問題
主要內(nèi)容:
1、學(xué)習(xí)直流電動機(jī)原理及驅(qū)動技術(shù)，掌握數(shù)字PID控制技術(shù)；
2、完成相關(guān)設(shè)備的接口硬件設(shè)計(jì)；
3、通過MCS-51單片機(jī)編寫軟件控制程序；
4、系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試，寫出相應(yīng)的使用說明。
現(xiàn)有條件： 直流電動機(jī)、直流發(fā)電機(jī)、MCS-51單片機(jī)、微型計(jì)算機(jī)
重點(diǎn)解決的問題：
利用數(shù)字PID技術(shù)實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)的閉環(huán)控制
四、設(shè)計(jì)方法與實(shí)施方案
畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)施主要是結(jié)合直流電動機(jī)及單片機(jī)的理論知識，利用與其配套的實(shí)驗(yàn)箱，完成預(yù)期要解決的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，從而對其結(jié)果進(jìn)行分析與總結(jié)，通過數(shù)字PID技術(shù)提高電動機(jī)的效率。通過收集各種資料，完成畢業(yè)論文的撰寫。
五．進(jìn)度計(jì)劃 畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的相關(guān)資料的收集與整理，熟悉系統(tǒng)的相關(guān)操作和原理，完成開題報(bào)告。
第3周至第4周
系統(tǒng)學(xué)習(xí)直流電動機(jī)、直流發(fā)動機(jī)原理，完成硬件安裝與線路聯(lián)接。
第5周至第12周
系統(tǒng)學(xué)習(xí)數(shù)字PID控制技術(shù)、數(shù)字濾波技術(shù)。通過MCS-51單片機(jī)編寫軟件控制程序；完成直流電動機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)；
第13周至第14周
聯(lián)機(jī)調(diào)試；開始整理相關(guān)資料，撰寫使用說明書和畢業(yè)論文。
第15周至第16周
全面完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備進(jìn)行答辯
預(yù)期成果：通過該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)，為實(shí)現(xiàn)直流電動機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)字化控制奠定基礎(chǔ)。
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中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
應(yīng)用型本科院校電子信息類專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)一般要求學(xué)生獨(dú)立完成課題的方案設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、原理圖與PCB圖設(shè)計(jì)、實(shí)物制作與調(diào)試、撰寫論文以及答辯等多個(gè)環(huán)節(jié)，是對電子信息類畢業(yè)生工程實(shí)踐技能和科學(xué)研究能力的綜合考核。但是，近年來由于高校擴(kuò)招和生源質(zhì)量的下降，以及畢業(yè)生就業(yè)壓力增大的影響，導(dǎo)致電子信息類專業(yè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的質(zhì)量出現(xiàn)明顯的下降。因此，如何提高畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的質(zhì)量已成為高校教學(xué)改革研究的一個(gè)重要課題。
1 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中的主要問題
1.1 學(xué)生缺乏工程實(shí)踐能力
我校工程實(shí)踐教育中始終存在著“重理論、輕實(shí)踐”的認(rèn)識傾向，忽視了大學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，因此學(xué)生在做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，有的不會做方案設(shè)計(jì)；有的缺乏研究思路和方法；有的儀器操作不熟練，不會排除在實(shí)物制作與調(diào)試中遇到的故障和問題，導(dǎo)致實(shí)物沒調(diào)試成功；這些極大地挫傷了學(xué)生的積極性，影響了畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。
1.2 學(xué)生投入的時(shí)間、精力嚴(yán)重不足
我校的畢業(yè)設(shè)計(jì)安排在第8學(xué)期的1～16周，正是企事業(yè)單位招聘的高峰時(shí)刻，由于如今經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，大學(xué)生就業(yè)壓力巨大，尋找一個(gè)好單位，需要花費(fèi)大量的時(shí)間去參加招聘會和面試，如果面試成功，用人單位希望學(xué)生馬上頂崗實(shí)習(xí)，使得學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中實(shí)際投入的時(shí)間和精力不足，當(dāng)然還有極少數(shù)學(xué)生忙于補(bǔ)考等遺留問題的解決也牽扯了大量的精力，影響了畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。
1.3 學(xué)生對畢業(yè)設(shè)計(jì)認(rèn)識上有誤區(qū)
我校大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為畢設(shè)對尋找工作單位沒有影響，同時(shí)認(rèn)為畢業(yè)設(shè)計(jì)總是可以通過的，沒有將畢業(yè)設(shè)計(jì)看成是大學(xué)實(shí)踐活動中最重要的綜合實(shí)習(xí)，是對自己工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，是自己清晰了解設(shè)計(jì)過程的學(xué)習(xí)，是自己論文撰寫能力的培養(yǎng)，對自己在以后的實(shí)際工作中盡快適應(yīng)社會，影響巨大。
2 提高畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的措施和建議
2.1 合理設(shè)置課程體系，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容
我校作為應(yīng)用型本科院校，為培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，對人才培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱進(jìn)行了修改，突出學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，使學(xué)生有進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)分析和數(shù)據(jù)處理的能力。課程體系改革中進(jìn)行了如下修改：（1）將課程體系分為公共基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)必修課、專業(yè)選修課、實(shí)踐教學(xué)五個(gè)模塊。（2）重視專業(yè)基礎(chǔ)課程平臺建設(shè)，對電路分析基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化，主要強(qiáng)調(diào)電路理論的基本理論和概念，電子器件的外部特性，突出實(shí)踐運(yùn)用，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在實(shí)驗(yàn)性教學(xué)中增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。（3）對一些實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，如單片機(jī)，將其由專業(yè)基礎(chǔ)課調(diào)整為選修課，考核方式為項(xiàng)目設(shè)計(jì)，突出學(xué)生的實(shí)踐能力。（4）針對應(yīng)用型本科的特點(diǎn)，調(diào)整專業(yè)選修課程內(nèi)容，突出實(shí)踐運(yùn)用，將一些理論性較強(qiáng)的選修課進(jìn)行調(diào)整，如模式識別、圖像處理等，調(diào)整為射頻電路及CAD技術(shù)、FPGA通信設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、ARM原理與應(yīng)用等。（5）優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，增加了電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，專業(yè)實(shí)踐課程體系更加合理有序，符合認(rèn)知規(guī)律，學(xué)生在一、二年級注重專業(yè)基礎(chǔ)訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的儀器操作能力和建立基本的系統(tǒng)概念，掌握基本的設(shè)計(jì)流程和動手制作實(shí)物的能力；三、四年級則是專業(yè)工程設(shè)計(jì)的培養(yǎng)，使學(xué)生具備獨(dú)立設(shè)計(jì)一個(gè)完整電子系統(tǒng)的能力。（6）為提高學(xué)生實(shí)踐能力，建立實(shí)驗(yàn)室開放機(jī)制，電子工藝實(shí)驗(yàn)室全天開放，學(xué)生自主管理，其他專業(yè)實(shí)驗(yàn)室由學(xué)生申請，系部批準(zhǔn)后對申請學(xué)生開放，盡可能提供實(shí)驗(yàn)室給學(xué)生使用，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。（7）改革教學(xué)方法和教學(xué)手段，在課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入仿真工具和軟件，如MATLAB，MULTISIM，PROTELL等。尤其是單片機(jī)教學(xué)采用CDIO模式取得了較好的效果。（8）校企合作，與企業(yè)合建實(shí)驗(yàn)室，如與TI公司合建單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室，將最新的電子技術(shù)引入教學(xué)中；并設(shè)立大學(xué)生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新基地，鼓勵大學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探索和開展科研活動。（9）開設(shè)科技講座，擴(kuò)展學(xué)生的知識面，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和興趣。
2.2 對畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的時(shí)間、模式進(jìn)行調(diào)整
（1）由具有中級職稱以上的有責(zé)任心的中青年教師組成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）選題小組和指導(dǎo)小組，對選題的綜合性、實(shí)用性、創(chuàng)新性和時(shí)效性進(jìn)行評價(jià)和篩選，強(qiáng)調(diào)選題以設(shè)計(jì)類題目為主，要求軟硬件相結(jié)合。（2）學(xué)生的選題時(shí)間可靈活調(diào)整，我校鼓勵學(xué)生參加各種學(xué)科競賽。如大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽，在做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)可選取與學(xué)科競賽相近的題目；參加飛思卡爾的可選取智能車的題目；還有一些學(xué)生可在第6學(xué)期單片機(jī)實(shí)踐時(shí)就選取自己感興趣的題目作為選題，如有學(xué)生在單片機(jī)實(shí)習(xí)時(shí)做的是電子搶答器，畢設(shè)時(shí)做的是無線搶答器，學(xué)生完成得非常好。（3）對學(xué)生加強(qiáng)教育，認(rèn)真開好畢業(yè)設(shè)計(jì)動員大會，提高學(xué)生的主觀能動性，畢業(yè)設(shè)計(jì)是一個(gè)自主學(xué)習(xí)、實(shí)踐、探索和創(chuàng)新的過程，是學(xué)生參加實(shí)際工作的一個(gè)預(yù)演，對學(xué)生很重要，消除學(xué)生的認(rèn)識誤區(qū)，提高學(xué)生的積極性。（4）嚴(yán)格畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）考核制度，對在畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查中不合格的給予警告，如在畢業(yè)設(shè)計(jì)中確實(shí)不合格的要求二次答辯，二次答辯還不合格的則畢業(yè)設(shè)計(jì)判定不合格。
3 總結(jié)
近年來我校通過不斷地探索和調(diào)研，借鑒其他學(xué)校的一些經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合本校的實(shí)際情況，科學(xué)設(shè)置課程體系，優(yōu)化突出應(yīng)用型教學(xué)內(nèi)容，合理安排畢設(shè)時(shí)間和組織機(jī)構(gòu)，整合學(xué)校實(shí)驗(yàn)室教學(xué)資源，與企業(yè)合建實(shí)驗(yàn)室，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，達(dá)到提高畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量的目的，從實(shí)施的效果來看，已初步扭轉(zhuǎn)質(zhì)量下滑的趨勢。
參考文獻(xiàn)
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中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）21-0165-02
0 引言
“互聯(lián)網(wǎng)+”是創(chuàng)新2.0下的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新業(yè)態(tài)，是知識社會創(chuàng)新2.0推動下的互聯(lián)網(wǎng)形態(tài)演進(jìn)及其催生的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展新形態(tài)?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”是互聯(lián)網(wǎng)思維的進(jìn)一步實(shí)踐成果，推動經(jīng)濟(jì)形態(tài)不斷地發(fā)生演變，從而帶動社會經(jīng)濟(jì)實(shí)體的生命力，為改革、創(chuàng)新、發(fā)展提供廣闊的網(wǎng)絡(luò)平臺。互聯(lián)網(wǎng)+”是兩化融合的升級版，將互聯(lián)網(wǎng)作為當(dāng)前信息化發(fā)展的核心特征提取出來，并與工業(yè)、商業(yè)、金融業(yè)等服務(wù)業(yè)的全面融合，其具體的應(yīng)用包括工業(yè)、金融、商貿(mào)、智慧城市、通信、交通、民生、旅游、醫(yī)療、教育等方面。這個(gè)充滿創(chuàng)新的“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，給相關(guān)的技術(shù)人員帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
本文重點(diǎn)探討了在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代技術(shù)背景下，如何有效把握單片機(jī)相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐方法的改革，才能突出培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識和技能解決實(shí)際問題的綜合應(yīng)用能力。
1 單片機(jī)教學(xué)與“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代技術(shù)的特點(diǎn)
《單片機(jī)原理與應(yīng)用》是工科院校相關(guān)專業(yè)的重要的專業(yè)必修課，是一門集電子、計(jì)算機(jī)、語言編程等技術(shù)的應(yīng)用性很強(qiáng)的課程[1-2]。了解單片機(jī)的工作原理，掌握單片機(jī)技術(shù)，將理論知識指導(dǎo)實(shí)踐生產(chǎn)，成為相關(guān)專業(yè)大學(xué)生的重要任務(wù)[3]。傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)方式，學(xué)生可掌握單片機(jī)的基礎(chǔ)編程方法和接口基本使用，而結(jié)合實(shí)際需求針對具體功能的單片機(jī)系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)能力還有一定的欠缺。目前的單片機(jī)教學(xué)中，存在著理論課和實(shí)驗(yàn)課結(jié)合力度不強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊、缺乏時(shí)效性，綜合實(shí)驗(yàn)難以開展，教學(xué)方法陳舊，實(shí)踐教學(xué)重視度不夠，并且實(shí)驗(yàn)手段單一且脫離實(shí)際，對實(shí)踐操作考核針對性不強(qiáng)等不足之處?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”時(shí)代對單片機(jī)或嵌入式教學(xué)改革提供了機(jī)遇與挑戰(zhàn)，并對單片機(jī)教學(xué)在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和課程體系設(shè)置上都提出新的迫切要求。 “互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的技術(shù)載體是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其是物聯(lián)網(wǎng)思維的進(jìn)一步實(shí)踐成果。物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的三個(gè)層次包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，其關(guān)鍵技術(shù)都涉及到單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的具體應(yīng)用，這也為單片機(jī)教學(xué)改革提供了很好的教學(xué)題材、研究內(nèi)容、方法探討。將“互聯(lián)網(wǎng)+”的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用到“單片機(jī)原理與應(yīng)用”這門以實(shí)踐為主的教學(xué)中，鍛煉學(xué)生解決實(shí)際問題的綜合設(shè)計(jì)能力，為學(xué)生將來在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代相關(guān)產(chǎn)業(yè)的就業(yè)提供技術(shù)儲備。
2 教學(xué)內(nèi)容和方法改革
傳統(tǒng)的微機(jī)原理、單片機(jī)和嵌入式系統(tǒng)等相關(guān)課程傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容是8086、51內(nèi)核、ARM7內(nèi)核單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、匯編程序設(shè)計(jì)、中斷技術(shù)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行通信、存儲器擴(kuò)展技術(shù)、接口系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)等。結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的產(chǎn)業(yè)技術(shù)要求，計(jì)劃將單片機(jī)整個(gè)教學(xué)過程更改為基礎(chǔ)理論研究和實(shí)踐動手創(chuàng)造兩個(gè)階段。基礎(chǔ)理論研究階段即采取課堂集中授課的方式完成，其課程包括微機(jī)原理接口與技術(shù)、單片機(jī)原理和嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用三門課程，此三門課具備實(shí)踐為主的特點(diǎn)，需要增加實(shí)驗(yàn)課程的課時(shí)比例，各課程若總課時(shí)設(shè)定為48學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)最低要保證16學(xué)時(shí)。同時(shí)結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用在基礎(chǔ)理論研究教學(xué)任務(wù)完成后，增加實(shí)踐動手創(chuàng)造必要階段，即在大三大四增加單片機(jī)課程設(shè)計(jì)階段及開展嵌入式短學(xué)期學(xué)習(xí)，特別是針對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的學(xué)生，開展卓越工程師計(jì)劃，讓學(xué)生進(jìn)公司進(jìn)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，可參與具體的物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)嵌入式產(chǎn)品設(shè)計(jì)。具體教學(xué)內(nèi)容和方法改革如下。
2.1 課堂教學(xué)內(nèi)容和課時(shí)安排
“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的單片機(jī)課程的教學(xué)重點(diǎn)在于如何將單片機(jī)與無線通信的“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)緊密聯(lián)系在一起。單片機(jī)的課程基礎(chǔ)包括C語言、模擬電路、數(shù)字電路等課程，在進(jìn)行單片機(jī)正式授課內(nèi)容前，教學(xué)安排中要學(xué)生對重點(diǎn)基礎(chǔ)課程內(nèi)容進(jìn)行對應(yīng)的復(fù)習(xí)。傳統(tǒng)的單片機(jī)課程內(nèi)容一般離不開89C51相關(guān)的內(nèi)容，這里建議單片機(jī)課程的對象可以采用新型市場上比較熱門的芯片進(jìn)行對應(yīng)的介紹學(xué)習(xí)，筆者課堂教學(xué)采用意法半導(dǎo)體主控制芯片STM8，總課時(shí)一般設(shè)定在至少48學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)至少設(shè)置在16學(xué)時(shí)。32學(xué)時(shí)的課堂教學(xué)計(jì)劃見表1。此教學(xué)計(jì)劃中只針對性的講述STM8單片機(jī)常用的匯編指令以及循環(huán)和跳轉(zhuǎn)等匯編語言程序設(shè)計(jì)方法，重點(diǎn)講解單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)和物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)知識的教學(xué)內(nèi)容，重點(diǎn)讓學(xué)生掌握單片機(jī)最小系統(tǒng)以及應(yīng)用設(shè)計(jì)方法的教學(xué)內(nèi)容。
其中，用10學(xué)時(shí)進(jìn)行嵌入式產(chǎn)品設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)，包括GPRS接口、藍(lán)牙接口、WIFI接口、GPS接口、溫濕度傳感器接口等，并提供給學(xué)生相關(guān)的學(xué)習(xí)資料和調(diào)試源代碼及過程，此過程以學(xué)生自主消化吸收為主。這一部分知識的掌握好壞程度在后續(xù)的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)階段將得到進(jìn)一步的提高。
2.2 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和課時(shí)安排
課程的基本實(shí)驗(yàn)安排是至少16個(gè)學(xué)時(shí)，與32個(gè)學(xué)時(shí)的課堂教學(xué)穿行，有效提高學(xué)生動手能力及學(xué)生學(xué)習(xí)掌握STM8片內(nèi)資源使用及相關(guān)類似單片機(jī)的開發(fā)環(huán)境安裝、開發(fā)工具使用單片機(jī)軟件的編程方法。在實(shí)驗(yàn)過程中，采用STM8單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱，實(shí)驗(yàn)2人一組，編程語言采用C語言為主，匯編語言為輔的方式，完成4個(gè)題目的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)題目以及內(nèi)容要求見表2。
這6個(gè)實(shí)驗(yàn)涵蓋了學(xué)習(xí)任何一種單片機(jī)的基本思路和STM8單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)的具體課堂教學(xué)內(nèi)容。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，建議學(xué)生上機(jī)之前對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了解，上機(jī)過程中集中時(shí)間進(jìn)行調(diào)試，在實(shí)驗(yàn)教師的幫助下，學(xué)生了解單片機(jī)的使用方法及掌握單片機(jī)編程知識的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加強(qiáng)其發(fā)現(xiàn)問題以及解決問題的能力，為后續(xù)的短學(xué)期課程設(shè)計(jì)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)一步實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
2.3 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容和課時(shí)安排
在學(xué)生完成單片機(jī)的課堂教學(xué)以及基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后，在大二下學(xué)期即可安排短學(xué)期進(jìn)行單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，時(shí)間安排在兩周較好，課程設(shè)計(jì)內(nèi)容為設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整功能的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)（這里強(qiáng)調(diào)不局限某種單片機(jī)），學(xué)生2-3人一組，每個(gè)組成員項(xiàng)目分工，最終課程設(shè)計(jì)考核采用現(xiàn)場實(shí)物與PPT答辯的方式，在這個(gè)過程中，每個(gè)小組成員通過查閱論文資料選擇自己小組的設(shè)計(jì)題目，然后題目需有教師確認(rèn)后方能進(jìn)行。學(xué)生整個(gè)過程中，主動完成設(shè)計(jì)總體方案、設(shè)計(jì)原理圖與PCB、最后焊接PCB板、硬件調(diào)試、軟件調(diào)試等一系列實(shí)踐相結(jié)合的工作，其中教師需要安排4個(gè)學(xué)時(shí)的答疑時(shí)間給同學(xué)，幫忙解決一些同學(xué)解決不了的問題。在課程設(shè)計(jì)考核過程中，學(xué)生以組為單位匯報(bào)PPT（PPT內(nèi)容必須包括項(xiàng)目進(jìn)行過程中遇到的問題，如何解決的），教師集中評點(diǎn)，指出各小組設(shè)計(jì)方案中的優(yōu)缺點(diǎn)，給班級同學(xué)一個(gè)共同交流學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的機(jī)會，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)作熱情。
電子信息工程專業(yè)作為實(shí)踐性、應(yīng)用性非常強(qiáng)的理工科專業(yè)，學(xué)生必須具備扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識，具有較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)技能，今后才能順利地從事電子設(shè)備和信息系統(tǒng)的維護(hù)和研發(fā)。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，必須十分重視相關(guān)課程的建設(shè)，搞好實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。而單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程作為電子信息專業(yè)的一門專業(yè)主干課程，其應(yīng)用性非常強(qiáng)，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)開設(shè)質(zhì)量對于學(xué)生今后就業(yè)、工作至關(guān)重要。
一、教學(xué)現(xiàn)狀
單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程是電子信息工程專業(yè)核心課程之一，理論的重要性不言而喻，但在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面大都還是停留在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ缴?，離培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動手能力和創(chuàng)新精神還有差距。很多學(xué)生反映，課程學(xué)習(xí)下來理論基本掌握了，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)也能順利完成，但要真正完成一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目時(shí)，卻無從入手。出現(xiàn)這種現(xiàn)象原因是多方面的，筆者認(rèn)為主要有：
1.教學(xué)模式方面的原因。傳統(tǒng)教學(xué)方式中，教師主要注重于理論的完整性和知識結(jié)構(gòu)的完備性。理論上從單片機(jī)的結(jié)構(gòu)講起，然后講匯編指令和c語言編程，再講硬件接口及相關(guān)的程序編寫，最后講一兩個(gè)實(shí)例，課時(shí)也就差不多用完了，再想講其他東西就沒有時(shí)間了。實(shí)驗(yàn)也注重基本原理和基本方法的訓(xùn)練，為了讓學(xué)生認(rèn)識單片機(jī)的基本組成和基本指令，所開出的實(shí)驗(yàn)就占了大部分實(shí)驗(yàn)課時(shí)，最后只能做幾個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)或做一個(gè)簡單的設(shè)計(jì)，這樣就結(jié)束了整個(gè)課程的學(xué)習(xí)。
2.教師方面的原因。自從高校擴(kuò)招以后，學(xué)生的數(shù)量劇增，而教師并沒有同比例增長，教師承擔(dān)的課時(shí)量太大，教學(xué)壓力過重。具體到單片機(jī)原理與接口技術(shù)這類專業(yè)性和實(shí)驗(yàn)性都非常強(qiáng)的課程，存在著精力投入不夠的問題。如果要改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式，以設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為主的話，教師就要投入非常多的精力。
3.評價(jià)體系方面的原因。就評價(jià)體系而言，目前通行的仍然是以分?jǐn)?shù)的高低來評價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)成績的好壞。一般采用平時(shí)成績、實(shí)驗(yàn)成績、考試成績各占總成績的一定比例來得到學(xué)生課程的最后得分。對有些課程來說這種方法是比較科學(xué)的，但對單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程，就會存在這些問題：學(xué)生成績不低，但一旦面臨實(shí)際問題時(shí)，無從入手，沒有達(dá)到本課程的教學(xué)目標(biāo)。
二、解決對策
為提高單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，筆者認(rèn)為，提高設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)開設(shè)的質(zhì)量是教學(xué)改革的重點(diǎn)，應(yīng)該從以下幾點(diǎn)來改革：
1.教學(xué)模式。提出和采用新的教學(xué)模式，實(shí)驗(yàn)開設(shè)要特別注重開出的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)質(zhì)量。新的教學(xué)模式主要包含理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩個(gè)方面。在理論教學(xué)中，單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本指令講解要精，應(yīng)通過實(shí)例來將相關(guān)的知識串起來，力求通過具體實(shí)例的講解達(dá)到以較少的理論課時(shí)就讓學(xué)生真正掌握單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和指令的目的。在實(shí)驗(yàn)方面，則采用以開設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為主、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為輔的方法，并提高實(shí)驗(yàn)課的課時(shí)數(shù)。適量開設(shè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，在課堂內(nèi)只做1～2個(gè)，而將大部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容放在課堂外，由學(xué)生通過開放實(shí)驗(yàn)室單獨(dú)完成。增加較多的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，供學(xué)生選做，在教師精心指導(dǎo)下，讓學(xué)生在課外準(zhǔn)備，課內(nèi)完成，切實(shí)提高學(xué)生的實(shí)戰(zhàn)技能。
2.教師自身的定位。教師應(yīng)自覺提高自身做項(xiàng)目的能力，并保證足夠的精力投入到教學(xué)中去。教師要注重平時(shí)積累，一方面，要自己動手，精心制作好幾個(gè)作品。另一方面，也可以通過提出選題，指導(dǎo)學(xué)生去做，將完成后的作品及文檔全部存檔。只要通過2～3年的積累，就可以形成難度、層次區(qū)分較為合理的項(xiàng)目選題庫和作品庫，既為后續(xù)班級的教學(xué)創(chuàng)建了良好的條件，對后續(xù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)起到示范和引領(lǐng)作用，又為今后的教學(xué)工作減輕了負(fù)擔(dān)。要做好這些，就要求教師充分明確自身職責(zé)，牢固樹立以教學(xué)為中心的觀念，保證有足夠的精力投入教學(xué)中。
3.評價(jià)體系。作為評價(jià)體系，要改變傳統(tǒng)的基本是以分?jǐn)?shù)論英雄的模式。單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程如果只是掌握了一些理論知識而沒有實(shí)戰(zhàn)能力，分?jǐn)?shù)再高都不能算是學(xué)好。作為對學(xué)生的評價(jià)，筆者認(rèn)為一定確立以實(shí)踐能力為主體的評價(jià)體系，通過對學(xué)生做的項(xiàng)目難易程度、項(xiàng)目完成的效果等驗(yàn)收情況來給出合適的評價(jià)。
三、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)開設(shè)與評價(jià)體系建立中要注意的幾個(gè)問題
想搞好單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程建設(shè)，提高學(xué)生的實(shí)戰(zhàn)能力，就要以設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)為重點(diǎn)來進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。筆者認(rèn)為需要特別注意抓好以下四個(gè)銜接：
1.理論與實(shí)驗(yàn)的銜接。理論教學(xué)是單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程教學(xué)中必不可少的組成部分，但其開設(shè)方式不能采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，而應(yīng)設(shè)計(jì)出一種項(xiàng)目教學(xué)或稱為專題講授的形式來進(jìn)行。首先，要講透基礎(chǔ)部分，筆者認(rèn)為可以分成單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、單片機(jī)的指令系統(tǒng)、程序編寫的基本思想、硬件接口構(gòu)建等四個(gè)專題進(jìn)行。其次，要針對課程特點(diǎn)，做好五個(gè)簡單項(xiàng)目，如外部中斷的使用、定時(shí)器中斷的使用、并口的擴(kuò)展、串口通信、ad和da轉(zhuǎn)換。最后，要對相關(guān)知識點(diǎn)全面整合，綜合演練，實(shí)戰(zhàn)2～3個(gè)較為復(fù)雜的綜合性項(xiàng)目，進(jìn)行原理圖分析、算法設(shè)計(jì)和程序分析，并制作出作品進(jìn)行演示。按這種思路設(shè)計(jì)，理論教學(xué)大致課時(shí)數(shù)為36～48個(gè)課時(shí)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)數(shù)為24～36個(gè)課時(shí)。
據(jù)此分析，實(shí)驗(yàn)教學(xué)則應(yīng)充分重視設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)。與理論教學(xué)相對應(yīng)，每講完一個(gè)項(xiàng)目，就要依托該項(xiàng)目開設(shè)一個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)3～5個(gè)課時(shí)。通過簡單的5個(gè)項(xiàng)目和較復(fù)雜的2～3個(gè)項(xiàng)目的訓(xùn)練后，學(xué)生能掌握單片機(jī)開發(fā)和設(shè)計(jì)與實(shí)物制作的基本方法和技能。當(dāng)積累了2～3年后，有了很多已成功的項(xiàng)目可參照時(shí)，不同的學(xué)生就可以選做不同的設(shè)計(jì)性項(xiàng)目。在進(jìn)行單片機(jī)原理與接口技術(shù)的課程設(shè)計(jì)時(shí)，則應(yīng)要求學(xué)生在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步深化，將多個(gè)部分綜合在一起設(shè)計(jì)制作一個(gè)更復(fù)雜、具有較完備功能的實(shí)際系統(tǒng)。這是一個(gè)由理論出發(fā)，通過基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、簡單的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、復(fù)雜的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，最后完成復(fù)雜的課程設(shè)計(jì)過程，符合循序漸進(jìn)的教學(xué)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了該課程理論與實(shí)踐的完美結(jié)合。在此過程中，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)基本覆蓋了單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程的所有知識點(diǎn)，使學(xué)生牢固掌握基本理論，熟練掌握基本設(shè)計(jì)思路，綜合應(yīng)用基本設(shè)計(jì)方法，從而達(dá)到學(xué)以致用的根本目的。
2.驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的銜接。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是指為驗(yàn)證已經(jīng)學(xué)習(xí)過的理論知識所設(shè)置的實(shí)驗(yàn)；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是指給定實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊蠛蛯?shí)驗(yàn)條件，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并加以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)作為一種傳統(tǒng)的教學(xué)方法，在現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中也還有一定的作用，可為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)提供一些必要的基礎(chǔ)?，F(xiàn)在的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)一般是在相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)箱上完成，通過開設(shè)1~2個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)可讓學(xué)生了解單片機(jī)的基本構(gòu)成和基本工作原理，所以在開設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)前開設(shè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是非常必要的。同時(shí)，一些設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)可在實(shí)驗(yàn)箱上對驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改造而成，特別是對于開始的簡單的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)更是如此。比如一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，所有的電路硬件在實(shí)驗(yàn)箱中是現(xiàn)成的，同時(shí)給出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)程序范例，學(xué)生就可以在實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行驗(yàn)證，對所做實(shí)驗(yàn)的功能進(jìn)行分析。教師只需要在理論教學(xué)時(shí)將程序流程圖和涉及的算法講述清楚，最后要求學(xué)生去編寫程序，然后再進(jìn)行功能驗(yàn)證即可。采用這么一種由驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)作為基礎(chǔ)并進(jìn)行改造的方法對于以基本原理的掌握為目標(biāo)的簡單的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)具有很強(qiáng)的可操作性，有利于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)到設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的自然銜接。
3.課堂與課外的銜接。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)開設(shè)要做好課堂與課外的銜接。因?yàn)樵O(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是要學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并加以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)，所有的實(shí)驗(yàn)方案不可能僅在幾個(gè)課時(shí)的實(shí)驗(yàn)課上完成，主要工作要在課外完成。一方面，實(shí)驗(yàn)方案的制訂、原理圖的設(shè)計(jì)、實(shí)物的制作等主要在課外完成，實(shí)驗(yàn)課中主要是在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行調(diào)試和測試。另一方面，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)很難一次性成功，往往需要多次嘗試、反復(fù)修正才行，這些必須在課外完成。要使設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)真正達(dá)到較好的效果，除了在理論教學(xué)中要注重和實(shí)驗(yàn)教學(xué)銜接外，課外的銜接尤其重要，要做好實(shí)驗(yàn)室開放，讓學(xué)生在課外能夠較方便地利用實(shí)驗(yàn)室的資源，也應(yīng)鼓勵學(xué)生采購一些比較簡單的單片機(jī)開發(fā)工具，如簡易開發(fā)版、燒錄器等。
4.評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的再定位與評價(jià)體系建立的思路。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)往往只涉及一門課程的一個(gè)章節(jié)或一個(gè)知識點(diǎn)的內(nèi)容，學(xué)生通過驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，可以使所學(xué)理論知識具體化和形象化，加深對所學(xué)知識的理解與掌握，培養(yǎng)基本動手能力。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)突出它的自主設(shè)計(jì)性，可以是單一知識的運(yùn)用，也可以是多知識點(diǎn)的綜合運(yùn)用，給出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、要求和?shí)驗(yàn)條件，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并加以實(shí)現(xiàn)，所以設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)帶有試探性、研究性，在時(shí)間上也需要課內(nèi)與課外相結(jié)合。
由于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)性開設(shè)的目標(biāo)不同，所以最終的考核方式也不同。對于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，教師可以直接根據(jù)學(xué)生所做的實(shí)驗(yàn)報(bào)告評判其實(shí)驗(yàn)成績。傳統(tǒng)的做法是百分制。一般每個(gè)實(shí)驗(yàn)成績包括三個(gè)部分：實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)（20分）、實(shí)驗(yàn)操作（40分）、實(shí)驗(yàn)報(bào)告（40分）。使用傳統(tǒng)的百分制，可以評價(jià)學(xué)生是否掌握了基本理論和設(shè)計(jì)方法。但設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)所涉及的知識點(diǎn)數(shù)量不同，綜合運(yùn)用的效果不同，設(shè)計(jì)方案是否得當(dāng)，步驟是否簡易可行，實(shí)驗(yàn)的成本、效率是否令人滿意等等，都不能一概而論，因此需要結(jié)合各方面進(jìn)行綜合的評定。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的考核要貫穿這樣一個(gè)原則：淡化結(jié)果，注重過程。對于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)我們更重視學(xué)生在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中的表現(xiàn)，而測定結(jié)果只作為考核的次要因素。學(xué)生在設(shè)計(jì)方案中是否有獨(dú)到新穎的想法，整個(gè)實(shí)驗(yàn)思路邏輯是否清楚，實(shí)驗(yàn)過程是細(xì)節(jié)嚴(yán)密還是顧此失彼，結(jié)果是否可信等都是評定設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)成績的重要因素?？己酥幸浞止膭詈涂隙▽W(xué)生在設(shè)計(jì)過程中所表現(xiàn)出的敢于挑戰(zhàn)、主動學(xué)習(xí)、大膽創(chuàng)新的精神，以及由此帶來的思維水平和實(shí)踐水平的全面提高。
因此，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)不宜采用傳統(tǒng)的百分制，筆者認(rèn)為，宜采用優(yōu)、良、中、及格、不及格5個(gè)檔次來進(jìn)行評定。首先明確“優(yōu)”和“及格”的標(biāo)準(zhǔn)，在“優(yōu)”的標(biāo)準(zhǔn)下，適當(dāng)下降一點(diǎn)作為“良”的標(biāo)準(zhǔn)，“及格”標(biāo)準(zhǔn)高一點(diǎn)作為“中”，達(dá)不到“及格”標(biāo)準(zhǔn)的就判定為“不及格”。比如，每一個(gè)項(xiàng)目都設(shè)定多個(gè)指標(biāo)，完全達(dá)到指標(biāo)并有所創(chuàng)新的評為“優(yōu)”；完全達(dá)到指標(biāo)而無創(chuàng)新的可評為“良”；實(shí)現(xiàn)主要指標(biāo)可評為“中”；實(shí)現(xiàn)部分指標(biāo)，能體現(xiàn)設(shè)計(jì)者掌握了基本相關(guān)基礎(chǔ)知識則可評為“及格”；沒有實(shí)現(xiàn)任何指標(biāo)，或沒有做的評定為“不及格”。這樣就應(yīng)在設(shè)定實(shí)驗(yàn)指標(biāo)上著手，針對具體的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行不同的設(shè)定，才能比較準(zhǔn)確地定性評價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，這一點(diǎn)仍需在實(shí)踐中不斷探索和改進(jìn)。
四、結(jié)語
單片機(jī)原理課程是電子信息科學(xué)與技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)學(xué)生的必修課，但從多年學(xué)生平時(shí)上課的表現(xiàn)和考試的結(jié)果，以及從學(xué)生走向工作崗位的問題反饋來看，我校的單片機(jī)原理課程教學(xué)當(dāng)中存在著一些不足之處。如教學(xué)內(nèi)容過于陳舊，匯編語言的教學(xué)方式過于死板，實(shí)踐的方法跟不上當(dāng)今工作崗位的要求等。為響應(yīng)學(xué)校創(chuàng)建省級示范應(yīng)用型本科院校的要求，全面提高我校的辦學(xué)質(zhì)量和辦學(xué)水平，在2008年，我們對實(shí)用性較強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)課單片機(jī)原理的教學(xué)進(jìn)行了探索性的改革實(shí)踐。
1課程教學(xué)存在的問題
多年來，我們的單片機(jī)原理課程教學(xué)都是以匯編語言為主，從每屆學(xué)生考試的結(jié)果來看，學(xué)生對匯編語言部分知識的掌握比較差。對于單片機(jī)這樣的以培養(yǎng)學(xué)生的產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用能力為主要教學(xué)目標(biāo)之一的課程來說，編程語言掌握不好，學(xué)生對單片機(jī)原理的掌握可想而知。究其原因，主要是匯編語言是低級語言，僅是機(jī)器指令的簡單符號化，寄存器使用相對高級語言操作繁雜，并且要求學(xué)生具有一定的硬件基礎(chǔ)知識，顯然學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)難以完全掌握。
目前大多數(shù)高校的理論教學(xué)過程都是采用先基礎(chǔ)后應(yīng)用的模式，即單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、匯編語言設(shè)計(jì)、外部系統(tǒng)擴(kuò)展、接口技術(shù)和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這種方法雖然思路清晰，但是存在著過于機(jī)械性的弊端，缺乏生動、直觀的實(shí)物等輔助教學(xué)手段，這樣便使學(xué)生覺得學(xué)習(xí)單片機(jī)枯燥乏味，沒有現(xiàn)實(shí)意義，缺乏興趣，嚴(yán)重影響了教學(xué)效果。實(shí)踐教學(xué)上形式單一且重視不夠。當(dāng)前的實(shí)踐課教學(xué)大多以單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱為實(shí)驗(yàn)平臺，而開設(shè)的也多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。觀察中我們不難發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)大都是用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上已經(jīng)寫好的程序資料，幾乎沒有多少同學(xué)去分析程序的流程，更不用說去研究讀懂那些代碼了。另外，對于用到電路硬件的實(shí)驗(yàn)，也只是按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書要求在實(shí)驗(yàn)箱上做簡單的連線，沒有一個(gè)整體的電氣原理圖概念，再加上實(shí)驗(yàn)條件的有限，不可能每個(gè)同學(xué)都能得到老師的輔導(dǎo)。導(dǎo)致學(xué)生過度追求實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而忽略了硬件設(shè)計(jì)、軟件調(diào)試等過程。
另外，我們的單片機(jī)教學(xué)都是以8031或MCS-51為例來進(jìn)行的，多年來基本沒有變化，實(shí)際在市場上單片機(jī)已經(jīng)發(fā)展出了很多品種，即使是51系列的單片機(jī)也是非常豐富的。比如:有內(nèi)置看門狗的，有內(nèi)置PWM的，有內(nèi)置SPI的和內(nèi)置A/D，/D/A的等等。但是學(xué)生們卻知道的很少。
2課堂教學(xué)改革
2. 1多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)模式相結(jié)合
隨著大學(xué)教育教學(xué)改革的深人，多媒體教學(xué)將更加廣泛地應(yīng)用于各種教育教學(xué)領(lǐng)域。傳統(tǒng)教學(xué)方法是以課堂教學(xué)為主，以教師為中心進(jìn)行的教學(xué)，而對單片機(jī)原理課程這種實(shí)踐性較強(qiáng)的課堂教學(xué)，顯然傳統(tǒng)的教學(xué)方法不能充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，而多媒體教學(xué)方法是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)和現(xiàn)代教學(xué)方法進(jìn)行的教學(xué)活動，集文字、圖像、聲音、視頻影像、動畫等各種信息于一體，教學(xué)更加形象、直觀和生動。例如通過使用豐富的網(wǎng)絡(luò)資源，同學(xué)們能夠了解當(dāng)前有關(guān)單片機(jī)的新書訊、新技術(shù)、新信息和相關(guān)領(lǐng)域的內(nèi)容，了解單片機(jī)應(yīng)用和發(fā)展的現(xiàn)狀。同時(shí)在每章節(jié)的最后把網(wǎng)絡(luò)上具有代表性的和應(yīng)用性的問題搬到課堂上，組織大家一起進(jìn)行討論和分析等，能使課堂學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識和實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系在一起。這樣就可以引導(dǎo)同學(xué)們學(xué)會搜集和消化網(wǎng)絡(luò)上的有關(guān)資源，學(xué)會查閱單片機(jī)廠家提供的芯片技術(shù)資料，為將來自己進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。
2. 2在匯編語言教學(xué)中引入標(biāo)準(zhǔn)C語言
鑒于匯編語言不容易掌握，教師在講授完單片機(jī)原理硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)和匯編語言程序設(shè)計(jì)章節(jié)之后，可引人單片機(jī)標(biāo)準(zhǔn)C語言的教學(xué)內(nèi)容。其內(nèi)容主要包括C的基本語法、C的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、C的存儲結(jié)構(gòu)和C的流程控制等知識要點(diǎn)，并且在講解的過程中跟匯編語言作對比，理解兩者在端口和中斷等定義上的不同，同學(xué)們在了解單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，理解C的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)與單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的相互對應(yīng)關(guān)系。另外，在學(xué)習(xí)的過程中，要讓同學(xué)們認(rèn)識到C語言相對匯編語言的優(yōu)點(diǎn):如C語言的可讀性、可維護(hù)性好，便于維護(hù)和調(diào)試以及代碼重用和移植等。
這樣以采用匯編語言和C語言進(jìn)行對照的教學(xué)模式，學(xué)生可以很快地在短期內(nèi)掌握單片機(jī)原理應(yīng)用的編程，無疑會對后期的學(xué)習(xí)有相當(dāng)大的益處。
2. 3引入單片機(jī)最常用的開發(fā)工具Keil C51
集成電路的發(fā)展使得單片機(jī)的性能不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域日益廣闊，單片機(jī)編譯調(diào)試工具也在不斷完善。最常用的開發(fā)工具Keil C51是由美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面，同時(shí)該軟件系統(tǒng)隨著Windows版本的更新不斷地完善，另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。圖1為操作的軟件系統(tǒng)界面圖，窗口標(biāo)題欄下緊接著是菜單欄，菜單欄下面是工具欄，工具欄下面的左邊是項(xiàng)目管理器窗口，在該窗口既可以查看項(xiàng)目的文件情況，也可以查看程序執(zhí)行時(shí)寄存器的實(shí)時(shí)值J在管理器窗口的右邊是編輯窗口，它的下面是命令窗日和各種輸出信息窗口，對于這些窗口可以通過視圖菜單( View)下面的命令打開或關(guān)閉。
在引入標(biāo)準(zhǔn)C語言的基礎(chǔ)上，為了大學(xué)生們走向社會后，能夠更快適應(yīng)工廠企業(yè)的單片機(jī)相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)，我們又引導(dǎo)同學(xué)們掌握此開發(fā)平臺的使用方法，這樣為在以后打下一個(gè)很好的工作基礎(chǔ)。
3實(shí)踐教學(xué)改革
3. 1變革傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?/p>
我們嘗試改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過程中以驗(yàn)證性為主的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑笇?dǎo)教師僅提供實(shí)驗(yàn)的方向，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅崆邦A(yù)習(xí)，自己到圖書館或者網(wǎng)上查閱相關(guān)資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，編寫相關(guān)的實(shí)驗(yàn)程序。在實(shí)驗(yàn)中遇到問題可與小組成員討論解決，最后得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生應(yīng)根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)過程撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括學(xué)生實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，以及提出的解決方案。同時(shí)教師也可以組織學(xué)生間進(jìn)行交流，對各組實(shí)驗(yàn)結(jié)果與報(bào)告展開分析和討論叫，從而提高大學(xué)生的研究能力和科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>
3. 2充分利用好課外時(shí)間
