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在開發單片機嵌入式系統時，使用最多的軟件就是Keilc51軟件，此軟件是由Keil公司研發出來的，軟件以uVision2為開發平臺，具有的功能包括項目管理、編碼、程序生成器等。Keilc51的優點在于：其界面的友好性較高、操作便捷，支持對匯編語言、C語言及混合語言的編程、編譯和調試工作，可以在很大程度上縮短設計周期，在對程序進行修改時也是很方便的。與此同時，Keilc51還能夠加載Proteus軟件的VSM仿真器，加載之后就可以和Proteus軟件進行聯機調試。
一、課程設計流程
1.編寫相關指導文件
在對課程設計著手之前，需要對課程設計的流程進行文檔編寫，為扎實掌握單片機技術打下基礎。相關指導文件包括：單片機項目開發的相關教程和例程材料，Keilc51和Proteus軟件的教程和例程材料，單片機課程設計完成程度的標準，課程設計大綱等。
2.選擇題目
在制作課程計劃時，需要根據每個章節內容的不同和課程進展程度對學生的實際學習情況進行考量，通過對學生掌握情況的判斷再對課程設計進行擬題。課程設計的題目包括針對各章內容的，也包括針對綜合應用的：關于MSC-51與A/D轉換方面的課程設計題目，關于MCS-51串口方面的課程設計題目，關于定時器與中斷方面的課程設計題目，關于I/O接口方面的課程設計題目，關于MCS-51的綜合使用方面的題目等。除此之外，還要列出詳細的元件表，供學生選擇和參考，并對課程設計題目的實現提出相應的具體要求。
3.使用仿真軟件和實現電路功能
在課程設計實現中，教師可指導學生分組進行，根據學生所選題目對學生如何在軟件和硬件等方面進行設計給予指導，以完成設計的初步內容。在對學生進行指導時，可按照以下步驟進行：
（1）繪制程序流程圖，可以使用Visio或Word進行繪制。學生在繪制程序流程圖時，不但要依據所選題目的設計要求，還要結合教師的指導內容進行繪制，為接下來的程序設計做鋪墊。
（2）設計硬件電路，可以使用Proteus軟件進行設計。在這一步驟中，首先要對Proteus軟件進行學習，在掌握基本應用原理和方法的基礎上，再依據設計要求設計電路。在學習Proteus軟件的基礎上，由教師組織學生先進行軟件的實際操作學習，需要學生掌握的內容有：建立工程文件、選取和使用元件、連接電路和進行調試運行等。
（3）編寫程序和編譯調試，根據上一步驟得到的硬件電路使用匯編語言編寫源程序，再在Keilc51軟件中進行編譯和調試。教師要指導學生，讓他們依據課程設計要求把編寫好的匯編代碼導入到Keilc51軟件中，進行編譯調試。
（4）聯合調試，對Proteus軟件和Keilc51軟件進行聯合調試。將在Proteus中畫好的原理圖在ISIS上打開，在Proteus軟件里的DEBUG菜單中選擇use remote debug monitor選項，并對聯機仿真參數進行設置。將在第三步中編譯好的Keilc51工程文件打開，并設置相關參數：在Keilc51的project菜單中點擊進入option for target“工程名”，在DEBUG選項的右上方下拉菜單中選擇Proteus VSM Monitor-51 Driver，并設置聯機仿真參數。
4.面包機設計和電路功能的實現
在這一階段，教師要先組織學生對集成芯片的用途和管腳功能進行學習，之后再在面包板上建電路，電路連接無誤后，使用編程器將程序燒寫到單片機的CPU上，最終使電路功能得以實現。
5.實行課程設計考核答辯制
教師采用答辯制的形式對學生的課程設計進行考核，在答辯中真正判斷出學生對課程設計的體悟到底有多深。
二、成果總結
本課程設計將軟件和硬件的使用集合了起來，完成了對單片機的開發設計，在實踐過程中取得了良好的結果，讓學生對軟件電路、硬件電路以及軟硬件聯調設計和面包板設計都有了更加深入的了解。
1.理論與實踐結合
在教學中，不僅要將學生的實際情況與學習內容結合起來，還要單片機學習中各個章節的內容和實際動手操作結合起來。在本課程設計中，擬定了MSC-51與A/D轉換、MCS-51串口、定時器與中斷、I/O接口、MCS-51的綜合使用等方面的數十個設計題目，并對課程設計提出了具體要求。
2.讓學生告別“眼高手低”
仿真聯調的結果雖然不能完全代表在實際情況中的結果，但是在很大程度上已經實現了電路設計的功能在虛擬情景中的實現，為判斷抉擇提供依據。根據仿真聯調的結果，我們可以在硬件操作中實際運行，通過這種方式，可以對仿真結果的正確性和準確程度進行校正。在學生進行實踐之前，要讓學生對集成芯片的芯片用途和管腳功能有所了解，之后在面包板上建電路，然后將程序通過編程器燒寫到單片機的CPU上，這樣就可以完成對電路功能的實現了。在課程設計的一系列環節中，學生既可以學習到各環節所需工具的相關知識，又可以提高學生的動手能力，增強學生的學習積極性。
3.對能力的培養
在實踐課程設計的過程中，通過繪制流程圖、畫電路圖和編程等，可以鍛煉學生有步驟地實現目標的能力；通過要求學生對程序進行標注，可以有效鍛煉和提高學生的編程能力，增強他們獨立思考的能力。
先進和完善的軟件能夠使硬件的運行達到更好的效果。在單片機課程設計中引入軟件，可以使學生在了解和掌握單片機的設計流程的基礎上，熟悉聯調的技巧與方法。與一般的單片機仿真軟件不同，在課程設計中所使用的仿真軟件除了能仿真單片機CPU的實際情形，還能仿真單片機周邊電力和未參加工作的電路情況。此仿真實驗能夠很好地將實驗和工程銜接起來，仿真結果的無誤將為電路的實際實現提供重要依據。同時這樣的課程實訓也是工程師的最基本實踐內容，這也為學生今后的學習和工作奠定了基礎。
參考文獻：
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關鍵詞：民族地區；高職院校；單片機；課程教學；改革探析
中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）24-0161-02
Abstract： Through the field research of the current teaching situation of the Microcontroller Unit course （MCU） of higher vocational colleges in Qiannan， Qianxi’nan and Qiandongnan minority area in Guizhou province， this article analyze and discuss proper teaching methods and evaluation mechanism of MCU course suitable for the practical situation of minority area from the perspectives of novel creation of teaching environment， arrangement of curriculum， training mode and evaluation mechanism.
Key words： Minority areas； Higher vocational colleges； Microcontroller Unit； teaching of curriculum； reform analysis and discuss
單片機是電子信息類專業十分重要的課程，也是高職院校完成高素質技能技術型人才培養必不可少的專業課程。貴州少數民族地區高職院校雖地處欠發達山區，自身發展受到諸多因素的制約，但對人才培養質量的要求從未降低，緊密圍繞地區經濟發展需要開設電子信息及相關專業。
伴隨貴州大數據、大健康產業的蓬勃發展，早期“三線建設”駐黔電子企業及本土民營企業對其人才需求的增多，電子信息類專業已逐步成為貴州少數民族地區高職院校重點建設專業。但在專業課程教學，尤其是難度較大，實踐性較強的單片機課程教學方面還存在諸多有待提高和改善之處，需結合貴州少數民族地區高職院校自身實際，進行單片機課程的教學改革，探索符合當地人才培養及職業崗位能力需要的教學思路和方法。
1貴州少數民族地區高職院校單片機課程教學現狀
基于對貴州黔東南州、黔南州、黔西南州三地少數民族地區高職院校的走訪調研及師生的深入座談交流，發現貴州少數民族地區高職院校單片機課程教學存在如下的現狀。
1.1 課程教學環境
1.1.1 學生素質現狀
貴州少數民族地區高職院校電子信息類專業所錄取學生少數民族較多，高考分數偏低，專業選擇盲目被動；基礎知識薄弱，理論學習困難，專業實踐技能訓練積極性與主動性不高；自我控制能力差，未來職業發展無規劃；團隊合作意識薄弱，自信心與創新精神欠佳等。
1.1.2 師資現狀
貴州少數民族地區高職院校能夠承擔單片機課程教學的師資嚴重不足，引進困難，尤其是具有單片機技術開發經驗的專業技術人員及學術帶頭人甚少。現行單片機任課教師存在理論知識扎實，但項目開發經驗缺乏；教學經驗豐富，但課程實踐教學欠缺；專業網絡學習獲取較多，但融入行業企業進行實際開發較少；外派學習較多，但真正與單片機技術相關的學習較少等。
1.1.3 實訓條件現狀
貴州少數民族地區高職院校受地方財政困難，教育經費注入不足的影響使單片機課程教學實訓設備陳舊、配置不足；專項資金投入不夠，實訓條件簡陋；實訓室缺乏專人負責，管理不規范；實訓教師對實訓重視程度有待加強，學生對實訓開展積極性有待提高等。
1.2 課程教學內容與考核
在單片機課程教學內容安排方面，貴州少數民族地區高職院校普遍仍以單片機理論教學為主，注重培養學生程序編寫能力，尤其是匯編程序的編寫能力，缺乏基于實際項目開發的創新性教學方式。部分院校甚至沒有開展實訓教學，僅完成基于匯編語言的單片機最小系統理論教學，對單片機的通信功能、傳感器技術及C語言在單片機中的應用等重要內容并為涉及。同時，在單片機課程與專業基礎課程開設的先后、課時分配、任課教師安排等方面也存在諸多不足。
在課程考核評價方面，大多數院校僅考核學生的理論學習內容，而對課程的學習過程，實訓項目及課程設計完成情況等核心內容并未進行考核，考核評價過于單一，不能較好地進行學生課程掌握情況的客觀綜合評價。
2 貴州少數民族地區高職院校單片機課程教學改革思考
貴州少數民族地區高職院校單片機課程教學應結合自身特點，培養符合區域經濟發展需要的高素質技能技術型人才。
2.1 現行課程教學環境改變探索
在學生素質提升方面，貴州少數民族地區高職院校很難在招生錄取階段來提高進入電子信息類專業的學生文化素質，但可從學生進校后對專業興趣的培養方面著手，改善學生綜合素質。如在專業基礎課中增加動手能力訓練環節（仿真實訓也可），為后續難度更大的單片機學習興趣的培養打下基礎；成立單片機學習興趣小組，通過興趣小組的積極主動性來帶動整個大環境的改變；積極組隊參加校、州、省及國家的單片機技術應用及相關技能大賽，以大賽營造學習環境；通過專升本考試中對專業課程的要求和學生對進入本科院校繼續深造的渴望，引導學生主動學習等。
在師資水平優化方面，貴州少數民族地區高職院校應結合當地經濟發展及院校需要，積極爭取電子信息類緊缺人才，尤其是高層次人才的引進政策，解決單片機骨干教師及學術帶頭人缺乏現狀；積極從行業企業或校企合作單位尋求師資及師資培養，讓行業專家融入教學，讓一線教學人員融入行業，進行交互式學習交流，實現自我培養，進而提高教學質量；現行單片機教學人員應通過網絡，積極尋找單片機學習途徑，爭取單片機技術學術交流會議及培訓；積極以大學生電子設計大賽、區域行業單片機應用設計競賽等為引領，主動找項目、做項目、總結項目，從而來提高教師自身的單片機應用技術水平。
在實訓條件改善方面，貴州少數民族地區高職院校應積極尋求資金注入，建立校內單片機技術應用實訓室；或尋求校企合作單位、行業企業、院校共建等方式建立實訓室。針對實訓設備，沒有必要購買昂貴的實驗箱或實驗平臺等，通過電子商務，購買設計合理、功能模塊齊全、支持在線調試、便于攜帶、支持C語言、具有配套教程及完整的程序實例等的單片機開發板即可。同時，要為開發板配套邏輯分析儀、萬用表、示波器等常用電子儀器儀表及工具。在實訓室建設經費充足的情況下，可考慮配備臺式電腦，若經費不足，鑒于當代大學生筆記本電腦覆蓋率較高的條件下，可兩人配套一臺自帶筆記本電腦，即可滿足實訓條件要求，又為學生課余自學、課程設計及畢業設計等后續環節服務。
2.2課程合理安排
2.2.1 微控制器選擇
當下，單片機種類及型號較多，合理選擇一款單片機種類及型號是初學單片機技術的關鍵，是引導學生學習單片機技術的重中之重。單片機種類及型號的選擇一定要結合實訓室所配套的開發板或校企合作單位等所使用的機型，但主要還是以便于教學和學生學習單片機技術為主。因51單片機市場份額占有量大、使用年限長，網絡資源和學習參考資料豐富且獲取容易，考慮到初學者對硬件資源的應用能力，建議以宏晶科技生產的STC89C52RC單片機作為主控芯片進行教學。
2.2.2 課程及內容安排
單片機課程應安排在電路理論、模擬電子技術、數字電子技術、C語言等專業基礎課程完成之后，可與電子元器件識別與檢測、電子線路繪圖與制板、傳感器技術應用等專業課程同時進行。在開設上述專業基礎課程的基礎之上，建議單片機課程總學時為108（即每周6學時），其中理論占20%左右，實踐占80%左右。單片機技術是在實踐中學習，教學內容應以實踐為主導，理論融入實踐過程且夠用為原則，邊做邊學，不能只強調理論而輕實踐。
鑒于貴州少數民族地區高職院校授課對象特點，課程主要內容應包括微型計算機基礎知識簡介、單片機概述、所選單片機結構及內部資源介紹、單片機時序及工作方式、匯編指令及時序簡介、中斷系統、定時器/計數器、并行I/O接口、單片機串行通信（主要有UART、I2C、SPI、485通信等）、A/D和D/A轉換等。在教學過程中，所應包括的硬件主要有LED、LED點陣、數碼管、LCD、矩陣按鍵、步進電機、蜂鳴器、傳感器（如溫度、紅外、壓力等傳感器）、A/D和D/A轉換芯片、時鐘芯片、存儲芯片等。
2.3 實訓教學開展
單片機課程教學應以實訓教學為主并綜合考慮學生特點，實訓開展應包含單個實訓項目、綜合實訓項目和課程設計三個環節。實訓環節中注重“做中學，學中做，邊學邊做”。任課教師在單個實訓項目中應在講解硬件原理和程序設計的基礎上，對實訓內容進行操作演示的同時指導學生操作，直至完成實訓效果。效果出來后，任課教師針對實訓過程中出現的問題進行總結，同時對所做的實訓內容進行再一次的總結性講解，以達到學生掌握所布置實訓內容的目的。綜合實訓項目應預先布置任務和學生分組（2人一組為宜），課堂由任課教師對任務中所涉及的硬件和軟件及前期所學本實訓所需用的知識進行講解。學生結合老師的講解和所提供的硬軟件參考資料，以組為單位，開展實訓項目，完成實訓任務。課程后期，應專門安排1到2周，以3人為一組，進行課程設計環節。選用適合高職院校學生及難度適中的課題作為單片機課程設計的題目，引進全國大學生電子設計大賽流程及相關規則融入課程設計，體驗項目開發過程，培養學生項目開發能力。同時鑒于對學生仿真能力培養的必要性，建議在課程設計環節中融入Keil和Protues仿真教學。
實訓教學中應制作實訓項目任務書或課程設計任務書及考核評價表，教學過程采用項目化教學，任務驅動，融入“資訊、計劃、決策、實施、檢查及評價”的教學組織形式并做好學時分配。
2.4 課程考核評價創新
鑒于課程實踐性較強，考核不能單一的出套紙質試題進行考核，尤其不能只進行理論而忽略實踐的考核，應以過程考核，綜合評價學生課程學習效果。
3 總結
綜上所述，現行貴州少數民族地區高職院校單片機課程教學還存在諸多不足和有待改進之處。身處該地區的單片機課程任課教師應在課程教學條件、課程內容安排、實訓教學方式、課程考核評價等方面結合自身院校實際，探索符合授課對象及課程特點的教學方法，提高貴州少數民族地區高職院校人才培養質量，進而為地區經濟的發展服務。
參考文獻：
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[2]胡漢才.單片機原理及其接口技術[M].北京：清華大學出版社，2010.
關鍵詞：C+PROTEUS；科技創新；單片機綜合設計
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）30-0094-02
《單片機應用技術》課程是一門理論與實踐性均很強的學科，是工科電類專業一門很重要的專業基礎課，它將數字電路和模擬電路的基礎知識、匯編語言及C語言編程技術、通信原理和微處理器知識等綜合在一起，屬于技術性、工程性、實踐性很強的一門課程。
《單片機原理及應用》課程的特點是涉及硬件結構復雜，涉及知識面較廣，經常涉及到電子技術基礎、電路原理及編程C語言等知識，因此，要想將課堂所學的單片機系統結構及應用技術與所學知識有機融合，能夠在實踐中游刃有余地應用，還需要反復的實際設計與實踐。針對《單片機原理及應用》課程抽象難學，尤其難于應用于實踐開發的現狀，我們在教學中注意做到理論聯系實際，將課堂教學與科研開發和科技創新緊密結合。
在課堂教學中，初期階段，采用C+PROTEUS的教學模式，引導學生應用C語言編寫應用驅動程序，然后在PROTEUS環境下仿真運行，逐步理解和領會單片機的設計思路。在綜合應用階段，通過引入實際工程應用實例，接觸實際科研項目中設計開發產品，使學生了解所學知識的應用價值，激發學生的學習興趣，深化學生對知識點的理解。
在實踐環節，由專業課教師指導，學生設計為主，帶動學生自己設計單片機課程的實驗開發平臺，并在所設計的開發系統基礎上，增設大量綜合性、設計性實驗，啟發學生的思維，以提高學生綜合分析問題和解決問題的能力。同時，在大學生科技創新和各類電子設計競賽活動中，積極引導學生應用所學單片機技術進行開發設計，進而培養學生實踐能力、創新能力。
通過上述各個環節，分層次、分階段，層層深入，真正在單片機課程教學中做到理論與實踐緊密結合，真正實現提高學生應用單片機技術解決實際問題能力，進而探索一條在課程教學中如何提高大學生科技創新能力的可行之路。
一、改革教學環節
1.初期的課堂教學中，將C語言與PROTEUS軟件有機結合，提高學生對單片機的實際應用能力。從目前單片機技術應用層面上看，對單片機系統的開發一般采用C語言完成，因此，在課堂教學中強化推廣采用C語言進行編程設計的技術，并逐步取代原來采用匯編語言進行設計的模式。從而，提高學生對單片機技術的實際應用水平。PROTEUS軟件是一種近年來逐漸流行的單片機系統設計的專業仿真軟件，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU，并提供周邊設備的仿真，例如373、led、示波器等。Proteus提供了大量的元件庫，有RAM、ROM、鍵盤、馬達、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件，編譯方面支持Keil和MPLAB等編譯器。在單片機教學初期，采用C語言+PROTEUS仿真的教學模式，引導學生應用C語言編寫應用驅動程序，然后在PROTEUS環境下，繪制原理圖并仿真運行，觀察設計效果是否正確，發現問題在修正編寫的C語言程序，如此反復，逐步提高學生控制單片機和設計單片機系統的能力。
2.綜合應用階段，通過工程設計實例，深化學生對知識點的理解。作為多年從事單片機課程教學的教師，具備多年來單片機開發與實踐的工作經驗，在應用單片機技術進行智能儀器儀表開發上有許多成功的設計項目，如基于單片機系統設計的大慶油田的井地電位成像監測系統、開關磁阻電機設計、過套管電阻率測量儀開發設計等等，都是應用單片機處理器進行設計的，在課堂教學中，結合上述實際開發項目，講述單片機的設計及應用技術，使學生直接接觸實際科研項目中設計開發產品，深化學生對知識點的理解，認識到所學知識的應用價值，從而，激發學生的學習興趣，啟發學生思維。以單片機中應用IO端口控制數據采集芯片為例：模數轉換器是實際工程應用中較為常用的一種數據采集芯片，目前，主流的控制數據采集芯片的技術是通過單片機IO引腳控制方式實現，通過單片機的引腳模擬數據采集芯片的工作時序，再通過C語言編程，完成對數據采集芯片的控制。在學習中，學生對于模數轉換芯片的工作時序圖始終感到很抽象，因此，在編程設計上往往不知從何入手。我們在教學中，結合橫向科研項目“過套管數據采集”中數據采集，通過實物演示、數據讀取實際設計案例講解，從工程數據采集需求，到硬件電路設計原理，以及最終程序上的編程實現，在講解中，學生不僅了解了數據采集芯片的工作時序邏輯，而且也能夠獨立應用單片機IO端口進行數據采集接口的設計。
二、改革實踐環節
1.在單片機課程實驗內容上更多增設綜合性、設計性實驗，提高系統設計能力。由專業課教師指導，學生設計為主，更多增設綜合性、設計性實驗，以提高學生的系統設計能力。預計增加設計性、綜合性實驗：8_8LED點陣掃描輸出實驗、直流電機正反轉調速實驗、基于I2C通信接口的數據采集顯示實驗和基于串行通信接口的智能遠程數字鐘實驗等。通過大量綜合性設計性實驗，要求學生自行設計電路，編寫驅動控制程序，不僅可以幫助學生加深對單片機知識結構的理解，而且可以提高基于單片機處理器的系統設計能力，培養學生的實際動手能力、學習興趣和創新精神。
2.強化單片機綜合課程設計環節，提高應用單片機綜合設計能力。在完成單片機基本課程及實踐基礎上，對機電、自動化、儀器類專業應強化安排綜合課程設計，以課題項目的形式要求學生組隊共同完成，采取開放式管理的模式，在2～4周內，首先運用所學電子技術基礎知識，查閱相關文獻資料、電子線路參考設計手冊、電子元器件手冊，進行電路設計、程序編制，在設計過程中，鍛煉自己熟練掌握和使用先進的計算機電路仿真軟件工具，提高設計效率；其次進行電子市場調研、購買相應元器件，完成電路設計制作、功能調試、參數測定、寫出設計總結報告；最后由教師組織全班進行設計交流、現場功能演示和提問答辯，同時教師完成每組的成績評定和設計總結，為下次的課程設計提出合理化建議。在課程設計的選題上，發揮廣大教師的積極參與，不斷對課程設計的題目進行更新，修改課程設計的內容，增加設計性、綜合性設計內容。目前，開設的新增加的課程設計題目包括：模擬交通信號燈控制系統；基于P89C51RD2單片機數據采集板卡設計實現；基于凌陽單片機的音樂播放器設計開發實例；公交語音報站播放器設計；簡單計算器設計實現；通過大量新穎的具有高技術含量的綜合設計，充分調動學生的熱情，讓學生從實驗中既學到知識，由學會探索問題進而解決問題，發揮潛能，提高創造能力。
3.積極引導學生將所學單片機技術應用于大學生科技創新和各類電子設計競賽活動。單片機技術是現代電子系統設計開發的主流技術，在科技創新和電子設計競賽中應用這些技術，往往有事半功倍的效果。鼓勵單片機課程學習好的同學積極參與科技創新和電子競賽，應用單片機技術進行相關項目和題目的設計，以2013年為例，我校學生參加北京市電子設計競賽，設計中采用單片機技術進行設計開發，獲得二等獎2項、三等獎3項，為學校爭光。通過學生間影響，激發學生學習單片機技術的熱情，形成一個較好的學習氛圍。
三、結束語
單片機原理及應用課程是一門應用性和實踐性很強的專業課，把握課程特點，了解學生理解上的薄弱環節，通過課堂教學和實驗環節的改革與創新，各個環節，分層次、分階段，層層深入，真正在單片機課程教學中做到理論與實踐緊密結合，激發學生學習的興趣，啟發學生的創造力，將單片機課程教學中所亟待解決的提高學生應用單片機技術解決實際問題能力落到實處，進而，使學生創新能力和綜合實踐能力得到提高。
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關鍵詞：單片機；教學；Proteus；仿真
作者簡介：張蘭紅（1968-），女，江蘇鹽城人，鹽城工學院電氣工程學院，教授；陸廣平（1974-），女，江蘇鹽城人，鹽城工學院電氣工程學院，副教授。（江蘇 鹽城 224051）
基金項目：本文系鹽城工學院2013年度教改研究項目“基于實踐能力和創新能力培養的《單片機原理與接口技術》課程改革”的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）05-0076-02
單片機廣泛應用于工業控制、汽車電子、機器人、通信、能源與軍事等眾多領域，成為電子技術智能化最普遍的手段，因而單片機課程已成為高校電氣信息類專業重要的專業基礎課程。[1，2]但在多年的教學實踐中筆者發現學生的學習效果并不理想，有些同學在經過一個學期的學習后甚至連基本概念都建立不起來，根本談不上進行單片機應用系統設計了。究其原因，最重要的一點是：單片機是一門涉及計算機硬件與軟件的多學科綜合性課程，實踐性極強，[3]但在教學過程中枯燥繁雜的理論知識缺乏一種有效的方式進行及時演示與驗證，使得學生理解與記憶困難。盡管該課程都有實驗，但傳統的實驗教學只有十幾學時，而且受實驗時間與場地等條件限制，一般不能及時進行，因此該課程教學的理論和實踐常常是脫節的，這導致學生學習困難、興趣低、效率低。如何讓學生通過單片機課程的學習盡快熟練掌握單片機原理及應用系統設計，英國Labcenter Electronics公司開發的用于電子電路和單片機系統仿真的軟件Proteus解決了這一問題。為提高本門課程的教學效果和質量，筆者將Proteus仿真技術用于單片機教學的全過程，做到理論與實踐隨時相結合。具體做法介紹如下：
一、Proteus仿真在理論教學中的應用
1.建設基于Proteus仿真實例的教材
為了有一本起良好引導作用、實現理論與實踐相結合的教材，筆者編寫了機械工業出版社普通高等教育電氣工程與自動化（應用型）“十二五”規劃教材《單片機原理及應用》，[4]該教材特點為：以51系列單片機為主講對象，加強Proteus仿真實例教學，每學完一個功能結構單元，均給出便于學生實踐的Proteus仿真實例，大部分實例都是獨立完整的單片機控制系統。通過對多個應用實例的仿真操作，使學生及時有效地掌握相關知識點，同時可模仿性地做出自己的系統，使學習過程是一個充滿趣味的過程。當知識點全部學完，學生就具備了初步的開發單片機產品的能力。
2.設計基于知識點的仿真模型
針對51單片機的所有知識點，筆者都精心設計了Proteus仿真模型。[4]模型設計的原則一是幫助學生明確概念，解決重點與難點問題；二是盡量多與日常生活中的應用實例結合，加強趣味性與實用性；三是盡量多使用Proteus的調試功能，讓學生明白單片機工作的詳細過程。下面列舉兩個典型的例子。
（1）中斷及其嵌套一直是較難理解的概念，設計了圖1所示的仿真電路。圖中要求單片機在主程序中控制P1口流水燈循環點亮，當外部中斷INT0引腳出現負跳變時，P1口全部發光二極管亮5秒，當外部中斷INT1引腳出現負跳變時，P2口所接的共陰極數碼管顯示數字“1”，保持時間為5秒。其中INT1為高優先級，INT0為低優先級。通過對中斷寄存器的不同設置，該模型既可讓學生觀察在主程序執行過程中INT0與INT1分別出現負跳變，即發生單級中斷時的效果，也可讓學生觀察INT0先出現負跳變、INT1后出現負跳變時的中斷嵌套效果。通過對此仿真實例的編程、調試與運行，學生就很容易掌握中斷與中斷優先級嵌套等抽象概念的含義了。
（2）定時器/計數器T0、T1的工作原理較復雜，其原理涉及工作模式控制（選擇定時器模式還是計數器模式）、運行控制（選擇運行還是停止）、工作方式選擇（選擇不同計數范圍的四種工作方式中的一種）和中斷控制（計數溢出后如何處理）四部分。為了講解定時器/計數器的工作原理，設計了圖2所示的電子秒表仿真電路，使它從0～59s不停地計數。
但在晶振為12MHz的情況下，定時器四種工作方式中定時時間最長的一種也只有65.536ms，達不到1s，要達到1s的延時，只能采用多次中斷的方式。因此實現秒表功能，筆者選擇了定時器/計數器T0，讓它工作在定時器模式；選擇工作方式1，定時時間為50ms；每隔50ms中斷1次，在中斷程序中修改計數初值，并使中斷計數器加1；中斷20次時達到1s，此時在中斷服務程序中除修改計數初值，使中斷計數器清零外，還使輸出到數碼管的數值加1。
該仿真實例編程時需要對定時器T0的計數寄存器TH0與TL0、方式控制寄存器TMOD、控制寄存器TCON以及中斷寄存器IE進行設置，用到了定時器的所有相關寄存器及全部控制，可使學生全面掌握定時器的原理與使用方法。
圖2中秒表處于仿真運行狀態，管腳上的紅、藍、灰塊分別表示管腳電平為高、低和不定狀態，色塊可以幫助學生分析與調試電路。
3.進行基于Proteus仿真的現場教學
教師事先根據教學內容準備好Proteus仿真模型，課堂上講解完相關知識點后，就運行Proteus仿真模型，使學生看到實實在在的運行現象或結果，增強教學的直觀性、生動性和趣味性。
因目前絕大部分學生均有筆記本電腦，所以要求學生將電腦帶進課堂。對于驗證性實例要求學生用電腦與教師同步觀察程序運行時寄存器、存儲器和變量內容的變化，觀察電路的工作狀況及控制效果。在課堂上教師還現場指導學生對實例進行編程，設置單片機的特殊功能寄存器，調試并下載運行程序，觀察運行結果。現場教學方式使學生及時理解相關知識點，掌握單片機內部功能部件與器件工作原理，領會抽象與復雜概念的含義。
4.開發用Proteus仿真的小實驗型課后作業
對C51語言、單片機內部的定時/計數器、中斷系統、并口、串口及可編程外設的課后練習，筆者都開發了大量的小實驗型作業，[4]學生須利用Proteus仿真軟件在自己的電腦上完成硬件電路的連接與軟件程序的調試。鼓勵學生寫出不一樣的答案，以調試結果通過為準。通過大量的課后練習，既促使學生掌握了知識點，也為真正進行設計性與綜合性實驗做好準備。
二、Proteus仿真在實驗教學中的應用
1.進行全設計型虛擬實驗
目前單片機實驗教學中大部分實驗器件以及電路都是預先固定在實驗箱上的，學生缺乏自主搭建電路的機會；同時實驗箱系統大，集成度高，驗證性實驗多，這些均導致實驗過程不清晰。因此筆者要求學生用Proteus軟件進行全設計型虛擬實驗。方法為：每一次實驗前將實驗原理、所需元器件及實驗要求提供給學生，學生首先要在理解原理的基礎上，用Proteus軟件搭接電路、編寫控制程序、編譯并下載到單片機、仿真運行，出現問題后再對電路和程序進行反復修改與調試，直到出現所需結果。如此完成一次完整的虛擬實驗的過程接近于實際系統的開發過程，有利于學生理解和掌握單片機系統設計的原理和方法。
2.利用虛擬實驗來指導實際實驗
進行完Proteus全設計型虛擬實驗后，大部分學生已經理解了電路的工作原理，并使用了充足的時間來進行程序的調試，這樣可以有效地指導實際實驗，保證實際實驗的成功。
進行實際實驗時，學生根據proteus虛擬實驗結果，連接實際電路，下載程序并調試運行，在此過程中讓學生初步體會仿真電路與實際電路的區別，將更多的精力用來解決實驗中出現的各種實際問題上。有了Proteus虛擬實驗的指導，實際實驗一般會很快完成，剩余時間讓學生進行各種設計性、綜合性實驗，或將課本中的實例拿到實驗儀器上進行驗證等。
三、Proteus仿真在課程設計中的應用
1.選擇Proteus仿真與實際制作均可的題目
因課程設計時間較短，學生的獨立工作能力較弱，為使學生充分體驗單片機系統設計過程，首先由教師在選題上做精心準備，選取一些軟件與硬件兼顧結合，工作量不是太大，用Proteus仿真模擬和實際制作均可行的題目，如：八路搶答器、滾動顯示的點陣顯示屏、電梯數字顯示器、電子密碼鎖控制系統、電子琴、交通燈控制系統、波形發生器、數字電壓表、溫度顯示器、電子鐘等，以達到先仿真再用仿真指導實物制作的目的。
2.利用Proteus仿真指導實物制作
課程設計要求所有同學都完成印刷電路板作品。為了保證成功率，減少反復修改電路，重新制板等工作量，課程設計組織如下：第一步首先完成相關課題的proteus仿真設計，完成電路原理驗證與控制程序的調試；第二步根據Proteus仿真結果，準備元器件，在多孔電路板上焊接電路，下載程序，調試實物作品；第三步根據多孔板實物調試結果完成硬件的PCB設計，加工PCB電路板，完成程序的下載與調試。
3.總結Proteus仿真與實際電路的差別
通過課程設計，大部分同學均深刻體會到單片機應用設計中Proteus仿真所起的非常有效的輔助作用，但也認識到仿真與實際電路之間還存在差別，部分同學反映課題用Proteus仿真能夠實現，在實際電路中實現不了，還必須解決實際電路中出現的各種新問題。在課程設計結束后，筆者會組織學生討論并總結Proteus仿真與實際電路的差別，促使學生用好Proteus仿真這個輔助工具。
四、結束語
筆者將Proteus仿真應用于單片機課程的理論教學，使學生及時有效地掌握了知識點；將Proteus仿真應用于實驗與課程設計，使學生深刻體會了單片機應用系統設計的全過程，同時也認識到仿真不能完全代替實物，在實際應用中會遇到很多新的問題，只有將Proteus仿真和實際單片機應用系統的設計有效結合起來，才能真正鍛煉自己的單片機軟硬件綜合開發能力。通過近兩年將Proteus仿真引進單片機教學全過程的實踐，學生普遍反映，該課程教學趣味性高，理解容易，有利于自己實踐和創新能力的培養。有許多同學通過單片機課程的學習，學習熱情被大大激發，自行購買了元器件或學習板，借助于proteus仿真的前期開發，很快做出了新產品，在各種電子大賽、創新課題與畢業設計中取得了優異的成績。
參考文獻：
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[2]徐武雄.proteus軟件在單片機課程教學中的應用[J].中國電力教育，2010，（10）：54-56.
關鍵詞 系統工程 實踐教學 課程設計 單片機 A/D轉換芯片
中圖分類號：G424 文獻標識碼：A
0 前言
實踐教學是高等應用型人才培養體系中的一個重要環節，它對培養學生的工程素養和實踐動手能力起著極其重要的意義。實踐教學包括專業課程實驗、開放性實驗、課程設計、電子競賽和畢業設計等，其中課程設計、電子競賽、畢業設計按教學組織大多是由專業教師承擔教學任務。
如何制定人才培養流程，使整個實踐教學過程做到系統化和整體性，一方面需要合理安排與本專業學科基礎類課程相關的實驗教學環節，另一方面要探索課程設計、電子競賽、畢業設計等專業工程實踐環節的規劃，充分擴展專業特色課程相關的實踐教學的內涵。其中后者是提高學生動手能力和綜合思考問題最佳方式。
1 以系統工程的思想構建專業實踐教學體系
系統是由互相關聯、互相制約、互相作用的若干組成部分構成的具有某種功能的有機整體。系統工程是運用系統思想直接改造客觀世界的一大類工程技術的總稱。專業實踐課程活動涉及到學生專業學習的整個階段，也可以看作是一項系統工程。為了提高專業實踐教學活動的教學效果，保證專業知識的可持續性發展，就應該按照系統工程的思想和方法，協調專業實踐教學活動中各項因素。在實際工作中，一方面要重視每一項工作，將每一項工作做到位，另一方面要重視各項工作的內在聯系，建立系統的、整體的教學體系，這樣才能使實踐教學的功能最大化。
目前在高校的實踐教學中常見的問題是缺乏大學四年整體的實踐教學體系，學生每一年都在做不同的實驗不同的設計，設計的系統性和完整性被割裂開，學生不能用聯系的眼光去看全部的設計，不能體會到各專業課程之間的聯系和傳承。針對這一情況，必須做好系統化統籌安排。
結合各個階段專業課程的學習，合理安排專業實踐環節，最大限度激發學生的主動性和能動性，是專業教師必須思考的問題。下文以浙江科技學院測控專業某小組四年的課程設計、專業實驗和畢業設計為例，詳細介紹如何將教師和學生結合起來，系統地完成四年的專業教育。
2 改革與探索――以數字電壓表的設計為例
基于系統化工程的實踐環節，專業教師根據學生學習的各個階段，合理安排與專業課程相對應的課程設計環節，有效地發掘各個環節的密切聯系，培養學生系統化的設計理念。
在一年級本科始業教育和專業認知實習環節，專業老師提供各種設計題目供學生進行分組選擇，這些題目必須具有傳承性的，并且說明各個設計要用到的專業知識，比如說電子課程設計要有電路原理、數字電路和模擬電路相關知識；下一階段就要用到單片機和傳感器等知識；再下一個設計可能要用到虛擬儀器、控制系統等知識，讓學生在一年級就對本專業的整體構造有感性認識，從而激發他們專研專業知識的興趣。
2.1 基于ICL7107的多量程直流數字電壓表的設計
根據教學計劃的安排，在一二年級學生所接觸的主要是專業基礎課，學生能自由掌控的專業知識有限，因此在二年級電子課程設計中，我們要求學生設計一款直流數字電壓表，具體要求是能實現0mV～2V測量范圍。專業教師只負責提出任務以及實現的功能，學生自行查閱資料，提出解決方案，然后師生一起討論可行性。在實踐中，學生提出了以ICL7107，ICL7135等芯片不同的解決方案。
2.1.1 數字電壓表的組成
數字電壓表基本量程200Mv，可以擴展量程2V和20mV。整個電路設計沒有超越學生現有理論知識，學生有能力獨立完成，同時功能的擴展又要求學生綜合運用所學的各門專業課程，完成復雜電路的設計，鍛煉了綜合分析問題并獨立解決問題的能力。
2.1.2 總結分析
這一階段學生只能使用電路模電和數電的相關知識，結合電子綜合實驗，學生查閱資料，了解ICL7107的原理，掌握雙積分式芯片的基本電路的設計，完成了芯片的供電模塊―― 直流穩壓電源的設計，并可以在此基礎上開拓量程自動切換的功能（如圖1所示）。
2.2 基于單片機的數字電壓表的設計
隨著二三年級大量專業課程的學習，學生可以運用的專業知識更加豐富了，他們可以完成設計的功能也隨之更加強大。在此基礎上，學生延續前面的設計，改進了電壓表的設計。
2.2.1 基于單片機的數字電壓表的設計
由于ICL7107沒有BCD碼輸出，沒有像ICL7135那樣的BUSY信號，在與單片機連接時，學生遇到了障礙，于是又展開了一場討論，如何利用單片機只是完成直流/交流電壓的測試任務。根據大量查閱的文獻資料，有學生提出采用ICL7135芯片的想法，該芯片與ICL7107工作原理相似，是4 1/2位A/D轉換器，加上電路ICL7135可組成一個滿量程為2V的數字電壓表。ICL7135可以采用并行采集方式與單片機系統進行連接。如圖2所示，模擬電壓送到ICL7135進行A/D轉換，然后送到單片機中進行數據處理。處理后的數據送到數碼管中顯示。其中ICL7135電源部分可以沿用上學期的直流穩壓電源。
2.2.2 總結分析
現階段可以要求學生用到所學的單片機等知識，完成功能更多、精度更高的課程設計。在單片機等課內實驗中，學生完成了單片機最小實現系統，結合前期所做的電子課程設計，學生可以開發基于單片機的數字電壓表。該設計引入單片機編程實現從數字量編碼轉換到七段譯碼，最后送到數碼管顯示輸出測量結果。學生利用單片機最小實現系統，擴展單片機系統的應用，專業知識得到了綜合運用。
2.3 基于ICL7135的畢業設計
ICI7107/7135都是CMOS雙積分A/D轉換芯片，可以轉換輸出 000個數字量，對外提供6個輸入、輸出控制信號。因此，除用于數字電壓表外，還能與異步接受/ 發送器、微處理器或其他控制電路連接使用。
因此，在選做畢業設計題目過程中，學生對需要進行模擬信號處理的設計中大多選用這兩款芯片，如圖3所示，在選用ICL7135作為A/ D 轉換器，模擬信號由傳感器采集，由ICL7135 轉換后數字量送入單片機，由單片機對ICL7135 輸出的信號進行處理，在數碼顯示管（LED）上顯示。并可通過鍵盤輸入溫度設定值。單片機根據設定溫度進行相關運算（如PID、模糊運算等），產生控制信號。
當然還可以挖掘更多的基于ICL7107和7135的應用的實例，這里我們致力于讓學生對知識點的綜合運用，當他們能用課堂上所學到的知識，系統地解決一個實際的問題，這里面的滿足感和成就感能大大激發學生的學習潛能，提高學習效率。
【單片機課程設計心得體會一】 這次這個單片機的課程設計我們完成的不太理想，我們小組兩個人都是交流生，并且不是在物理學院學習，同時選課時沒有認真全面的了解這門課程的安排導致沒有選上和課程配套的實驗課，一個學期也就沒有做過一次實驗，在后來的制作過程中遇到了很多困難，所以這次這個課程設計的作品完全是在沒有任何單片機制作經驗甚至是沒有做過任何相關電路的基礎上開始的。選題的時候其實只上了幾個星期的課，對單片機能做什么或者說以我們的水平能讓單片機做什么根本沒有一個清晰的認識，很擔心自己的選題最后做不出來，所以當時選題時的原則是盡量的簡單可行，因為畢竟我們沒有實驗課，一學期下來必定會比物理系的同學在具體的實驗方面落后不少，同時平時我們都在南新校區，與老師和同學的交流都很困難，在后來的具體制作過程中遇到什么困難幾乎不可能跑到實驗室去向老師請教，同時現在社會上都在大力提倡節能，于是我們打算從這點出發在我們的身邊發現問題，當時我們聽周圍的同學說起濟南的夏天白天相當的炎熱，可是晚上退涼很快特別是深夜的時候溫度其實已經不高了，但是同學們一般晚上睡覺都比較早，都會叫風扇一直開著最大檔，可是到了深夜后已經沒有必要這么強的風速了，這樣一夜下來將會浪費很多電能，同時還容易把同學們吹感冒。于是我們想能不能做一個單片機系統來解決這個問題，基于以上原因我們確定了這個方案，在最初的計劃中我們還準備加入對風扇轉向的控制，使之能實現人體追蹤功能，不過在后來的具體設計中發現現在風扇的風扇轉向控制基本都是純機械裝置，要用單片機控制比較的困難，而電子控制裝置一般都出現在高端的風扇之中且價格比較昂貴，而且機械部分方面我們也無法解決。所以最后決定放棄對轉向的控制，等以后對機械方面的只是有所學習之后再做。
通過這次的課程設計作品的制作讓我對單片機的理論有了更加深入的了解，同時在具體的制作過程中我們發現現在書本上的知識與實際的應用存在著不小的差距，書本上的知識很多都是理想化后的結論，忽略了很多實際的因素，或者涉及的不全面，可在實際的應用時這些是不能被忽略的，我們不得不考慮這方的問題，這讓我們無法根據書上的理論就輕易得到預想中的結果，有時結果甚至很差別很大。通過這次實踐使我更深刻的體會到了理論聯系實際的重要性，我們在今后的學習工作中會更加的注重實際，避免稱為只會紙上談兵的趙括。
課程設計貢獻排序：這次課程設計從最初的規劃到后來的理論設計到最后的具體制作都是我們兩共同完成的，實在無法區分貢獻排序。各取50%吧。
課程改革建議：我們強烈建議將這門課程的理論學習和實驗部分合并成一門，以避免想我們這種情況的再次發生。
【單片機課程設計心得體會二】 作為一名自動化專業的大學生，我覺得做單片機課程設計是十分有意義的，而且是十分必要的。在已度過的大學時間里，我們大多數接觸的是專業課。我們在課堂上掌握的僅僅是專業課的理論知識，如何去鍛煉我們的實踐能力?如何把我們所學的專業基礎課理論知識運用到實踐中去呢?我想做類似的課程設計就為我們提供了良好的實踐平臺。
在做本次課程設計的過程中，我感觸最深的當屬查閱大量的設計資料了。為了讓自己的設計更加完善，查閱這方面的設計資料是十分必要的，同時也是必不可少的。我們是在做單片機課程設計，但我們不是藝術家，他們可以拋開實際盡情在幻想的世界里翱翔，而我們一切都要有據可依，有理可尋，不切實際的構想永遠只能是構想，永遠無法升級為設計。
接下來的4月，我意外的接到系學生工作處主管陳老師來電，說我系承辦了院校園文化藝術節的南方擂臺知識搶答競賽，而學校又沒有搶答器，要我組織幾個學生做一個搶答器。我當時想，那好啊，做搶答器不難。以前有用與非門做過，于是我便爽快的答應了陳老師，并保證沒有問題，保質保量完成。當是可能是我想得太簡單了，搶答器不就八個按鍵一個數碼管顯示不就完了么，把最先搶到的組別顯示出來。可是到主任給我們提要求的時候才發現搶答器要實現我功能遠不只這么多，倒計時、蜂鳴提示、范規報警、電子計分器，這些我都沒有考慮進來。主任也說了，這是一次院級的比賽，電子系做的東西要拿的出手，要做就做點樣子出來。我想也好，雖有點難度，但符合我喜歡挑戰難度的性格。我說行!這個活我做了!
接到任務開始布屬，我把計分電路分了出去由其它幾個同學做，我專攻搶答部分。由于沒有獨立設計電路的經驗，剛開始得一步步慢慢深入，正好我會PROTEUS。軟硬件的調度都靠它完成，這樣可以省很多的時間。做搶答器，我們花了一個月的時間，沒日沒夜的調試程序(當時單片機課程還沒學到定時器中斷，還得一邊自學。)做PCB板，采購元器件，安裝，調試，運行。那時，他們的計分電路也做好了，用了16個數碼管做顯示。我們將計分和搶答電路板及數碼管安裝在了事先木制的外殼上，進行整體調試。記得那時正趕上五一放假，而五月8號就是比賽了。我們都沒有休息，將工作間從實驗室搬到了寢室。那段時間雖然辛苦，但很充實，每個人收獲都特別大。
為了讓自己的編程水平能進一步提高，我將自己編寫的程序發到了論壇里與大家共享，并下載網友們的程序進行分析。電子鐘程序、液晶密碼鎖程序、跑馬燈程序、大屏幕點陣屏程序、上下位機通信程序等等，這些我都能熟練的掌握。我認為，學編程讀別人的程序非常重要，每個人都有不同的思維，相同的任務卻有很多不同的方法，在每個程序里都能找到些經典的段子，讓人回味。從中可以學到很多的方法，并且有些可以直接的引用。一個出色的程序員在編程時，并不是從零開始，而應該是先找出類似的例子進行分析，參考，看看有沒有值得引用和借鑒的地方，加以修改，為自己所用。實踐證明，這樣做是對的。從當初不知如何著手到現在隨手就能寫個幾百行，短短幾個月，我進步還是蠻快的。
做單片機課設那會，我幫助了班上不少的同學，幫他們調試過硬件，修改過程序，并為他們解答了一系列的疑惑。當同學們投來羨慕的目光時，我很自豪，這些都是我努力的結果。當然，努力歸努力，方法也很重要。在這里，我總結一下，與大家共勉：
1、基本功要雜實，要有一定的數模電基礎。學單片機首先要搞清楚它的基本結構和存儲單元的分配。
2、在學單片機的過程中，最好自己動手做一個單片機系統。先找現成的程序，現成的電路圖，做成實物，并以這個例子為開端，帶著疑問學習，往往更有目的，更主動。
3、有條件的話先個好的開發板，便實驗時之用。沒開發板，PROTEUS軟件仿真也行。
4、多讀有代表性的程序，讀得多了自然就會學到很多的好方法。可買本單片機子程序集看看，也可網上下載程序分析。
5、多泡泡單片機相關的論壇，與大家多交流交流，單片機完全可以自學的。
我覺得以上幾點相當重要，因為它對我幫助很大，算是將我領進了單片機的大門，以至于我學起來不那么吃力，沒有感覺到像大家說的那樣的難。我看過很多的程序，也調試過很多的程序，每一次收獲都不小。我的實驗室就是KEIL和PROTEUS。這使我做實驗很方便。雖是虛擬的，但調試程序還是可以的，省去了很多的時間提高了效率。最近我在學CX51，因為學單片機掌握C語言是非常重要的，C語言的通用性對學習其它類型的單片機有很大的幫助。今后，我想做嵌入式系統工程師，想學ARM，想搞操作系統。所以我現在必須打好基礎，這樣才能進步。
我學單片機的一些經歷。其實我并不是很厲害，我懂的也只是一點皮毛，只是曉得單片機是怎么回事，能編幾個小程序罷了。寫這些我只是想記錄一下我初學單片機的經歷。同時對于那些想開始學習單片機的朋友們，還是可以有一些值得借鑒的地方。希望大家都能學好單片機，那些覺得難的學得吃力的同學要對自己有信心，要多做多練，這樣才能培養學習興趣。只要堅持就能如愿，同志們，加油!
【單片機課程設計心得體會三】 做了兩周的課程設計，有很多的心得體會，有關于單片機方面的，更多的是關于人與人之間關系方面的。
我們組一共有三個人，但其他兩個人是真的神龍見首不見尾，除了在最后答辯的時候他們一起坐在了我旁邊，冠冕堂皇的指著我畫了幾遍的圖說了幾嘴，我想可能他們自己都不知道自己在說怎么，雖然有的東西他們也答出來了。我佩服他們的勇氣，羨慕他們的運氣(我見到的很多做了10天的人最后的成績都有不如他們的)，但是鄙視他們的做法。
所幸的是，我得到了很多同學的幫助。我想沒有他們我可能都要放棄了，因為我本人對單片機也并不是很熟悉，學的東西好像它是它，我是我似的，理論聯系不了實際。以前的匯編語言沒學好，一開始的程序這塊兒就要令我抓狂了。后來請教我們班的一個男生，每次跟他一起到試驗室調試程序(他們組也只有他一個人動手)，看他邊做邊給我講解。最后在開發機上做出來的時候，雖然不是我自己寫的，但看他那么高興，我也有一種分享到的成就感。后來我們組就用了他寫的程序，他自己又抽空做了些拓展。
接下來就是做硬件方面的焊接工作了。沒想到這項看起來不需要多少技術的工作卻是非常的勞心勞力。很多次是早上起來帶瓶水帶些吃的到實訓中心，一泡就是一天。我看到有很多人跟我一樣，不同的是他們是三三兩兩，而我大部分時間都是一個人做。在這個時候也有很多人幫助我，或是熱心的幫我帶飯，或是在我打盹兒的時候幫我做點焊接。大家都鼓勵我，即使最后出不來東西，但是一定要堅持把它做完。當我想放棄的時候，我也這么對自己說，即使你做出來的是次品甚至不合格品，但是你一定要拿出來一件成品。
在要驗收前，終于做了一件成品出來，不幸的是它真的是一件不合格品。幫我的那個男生做的已經出來了，所以最后應該還是我的焊接方面的問題。有一點灰心，想再重做來不及了，單是檢查線路卻也查不出來什么問題。那么就準備答辯吧。我對著電路圖再看課本，發現以前很多覺得很難記的東西現在記起來容易多了，因為整天都在同它們打交道。51的引腳及其功能，A/D轉換器的，驅動器的，所有我用到的我都一再的看書了解，同時請教同學我看書過程當中的疑惑。在這個過程中又發現了以前焊接當中出的一些問題，能改的就改，不能改的，咳，要是時間再多一些，或者我能早點做好，要是不只是我一個人動手算了吧，不要想那些如果，還是準備我自己的，做好我現在能做的吧。
分類號：G642 文獻標識碼：A
1.單片機課程特點及現狀分析
單片機原理是一門理論性和實踐性都較強的課程，在工業控制，人工智能，儀器儀表等
方面都得到了廣泛應用[1]。為滿足市場需求和生產需要，高等院校工科專業都開設了單片機技術課程。
傳統的單片機教學有很多不足，比如理論與實踐教學脫節，理論課講授比例過大，理論教學老師占主體，學生被動學習，課后配合一定學時的實驗，這樣的教學方式使教師與學生互動較差，難以激發學生學習興趣。另外，單片機是一門實踐性較強的課程，學生只有通過硬件電路設計、程序編寫、系統調試等過程，才能較好掌握單片機相關理論知識和實踐能力。然而目前大多數高校單片機實驗設備都是采用現成實驗箱，其硬件電路都是模塊化的，學生不需要進行任何設計，只需簡單連線、輸入程序、檢查運行結果，而對于實驗過程中涉及的相關原理不是很清楚，這與會利用單片機進行實際系統設計的要求相差很遠[2]。
基于以上情況，結合筆者這些年實際教學經驗與體會，針對課堂教學、實驗教學和考核方式等方面改革做一些相關探討。
2.課堂教學的改革
2.1變革課程教學方式
傳統的教學方式多數為填鴨式教學，這種方式很難充分調動學生學習積極性，也不能有
效引導學生創新性思維。而現代教學強調“研究型”教學，在教學中增加更多的互動環節，積極引導學生對所學知識進行深入挖掘，強調學生自主學習能力培養[3]。傳統型教學方式重視基礎知識講授，教師在單片機教學中應將研究型與傳統型教學方式合理結合，既側重基礎知識講授，同時也要引導學生積極思考、勤于實踐，為以后工程實踐活動打下堅實理論基礎。
2.2充分利用多媒體
目前，單片機教學中已普遍采用多媒體技術。計算機圖文聲像并茂的特點對激發學生學
習興趣有一定積極作用，多媒體使課堂教學不再枯燥，但學生從多媒體演示圖片中也只知其然而不知其所以然。因此，在使用多媒體教學中，還需要結合單片機開發調試軟件，比如Keil等，實時演示程序設計過程中每一條指令執行后單片機數據存儲器、程序存儲器、寄存器的變化，以及PC如何引導指令的執行順序等。
2.3在單片機課程教學中引入Proteus軟件
單片機課程內容復雜抽象，為在最短時間內，將單片機基本知識和應用實例立體化呈
現給學生，筆者在課堂教學中引入Proteus。Proteus軟件是一款包含大量系統資源、豐富硬件接口電路，具有強大調試功能和軟硬件相結合的仿真系統[4]，它在單片機系統開發中占有極重要地位。
在課上，老師可以使用Proteus軟件，先將實例電路原理圖畫好，然后再將程序源代碼裝入單片機仿真元件中，在仿真系統運行過程中，學生能看到跟實際電路板一樣的運行效果，這樣將使抽象的單片機軟硬件設計過程具體化、形象化。學生在課堂上不僅能看到單片機應用電路搭建畫面，還看到了調試過程，再加上老師的詳細講解，這非常有利于提高學生的學習興趣。教學實踐表明，Proteus的應用，不僅能有效解決單片機教學中理論知識講解和實際應用脫節的問題，還能增強教學的生動性，提高教學效率。
3.實驗教學內容的改革
單片機課程實踐性和應用性很強，因此教學上不僅要培養學生具備扎實的理論基礎，還要注重實踐教學，培養學生動手能力和應用能力。
3.1合理安排實驗內容
實驗是將課堂理論知識轉化為實踐能力的重要環節。在保證實驗教學課時的基礎上，適當提高綜合設計實驗在實驗環節中的比重，以培養學生綜合解決實際問題的能力。另外，教師在實驗前將指導書及實驗任務提前布置給學生，讓學生利用Proteus仿真軟件在計算機上搭建硬件電路，然后根據實驗指導書中實驗內容編程調試，調試成功后再到實驗室進行硬件驗證。這樣做可以節省實驗時間，同時也能讓學生掌握仿真軟件的使用。
3.2加強課程設計環節，提高系統設計能力
課程設計是培養學生單片機相關應用系統設計與開發能力的重要環節。單片機課程設計應以學生為主體，設計題目要多樣化。學生選好題后，先查找資料，確定設計方案，然后利用Proteus設計硬件電路，并通過Keil進行編程調試。仿真調試成功后，再購買電子元器件，進入實際系統軟硬件開發流程，最終做出實物。通過扎實的訓練，學生基本可以掌握單片機產品開發流程，為畢業后走上相關工作崗位打下基礎。
3.3引導學生參加科技競賽
單片機作為一種通用的微控制器，非常適合應用到各類科技競賽中去。組織一些學習興
趣濃厚、基礎扎實、創新能力較強的學生參加省級、國家級各類科技競賽。實踐證明，該方法能調動學生學習積極性，激勵學生更深入的鉆研單片機系統開發相關知識。目前，我校成立了創新實驗室，在平時讓實驗室成員自己選購元器件，進行相關系統開發訓練，積累經驗，指導老師給與必要技術支持。近年來，實驗室學生參加了多個電子設計大賽、機械創新設計大賽等，均獲得了不錯的成績，這些對教學工作產生了積極的影響。
4.考核方式上的改革
目前，單片機課程考核是由平時成績、實驗成績和期終成績三部分組成，期終測試重點考核理論知識，而且通常采用閉卷考試。這種考試形式會使學生誤以為學習單片機只需死記硬背知識原理即可。改革后的課程考核結合開卷考試、實驗考試和開放性自選作業考核三種方式。改閉卷考試為開卷考試是由于單片機課程是一門偏應用性課程，它側重于學生對單片機的掌握并將其應用到實踐中的能力，而不強調學生對知識點的記憶，開卷考試更能考察學生對知識靈活運用能力。同時，借助實驗環節考核，來加強學生動手實踐能力培養。最后在平時布置些開放性作業，讓學生自由選擇。開放式作業大多是讓學生借助Proteus軟件完成一些小的作品設計。仿真軟件的使用讓學生不再受限于有限實驗課時和實驗設備，使其能夠更加靈活深入地學習單片機知識。
Abstract： Against the problems in the traditional SCM teaching， this paper discusses the SCM teaching reform mode based on subject design as a unit from teaching content，teaching tools and methods， teaching equipment， teaching environment and conditions， teaching assessment. Specifically unit clearance assessment and subject design respondent assessment form in teaching assessment，gives full play the main role of student learning under the guidance of teacher. This teaching mode is to stimulate the students' interest in learning and cultivate the students' actual ability and the spirit of teamwork， which reached good teaching is effects.
關鍵詞： 單片機；課題設計；單元過關；教學改革
Key words： single chip microcomputer（SCM）；course design；unit clearance；teaching reform
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2012）29-0232-02
0 引言
單片機課程是高校工科專業的一門重要專業必修基礎課，單片機的應用性很強，所以在課程設計中，單片機的實驗教學成為整個課程的重要組成部分。傳統的教學模式不注重學生實際應用能力的培養，已經不能適應當前單片機應用產業的快速發展，單片機教學改革勢在必行。
本項目將單片機傳統的教學模式改為以課題設計為單元的教學模式，理論與實踐相結合，重點培養學生的實際動手能力和工程開發的創新能力，達到了很好的教學效果。
1 傳統教學課程設計中存在的問題
1.1 教學手段和設備落后 由于實驗教學的教學經費有限，設備條件不足，不能保證學生良好的實驗環境。在實驗教學中，往往是教師講授完所有操作后，讓學生再做一遍，這時學生記不住操作步驟，往往感覺無從下手；或者教師講一步，讓學生操作一步，沒有讓學生真正思考為什么這么做，而是盲目的跟著操作，只是對理論和實例的驗證，影響了學生獨立思考能力和創新思維的培養。
1.2 實驗考核選題不當 通過調查，許多高校單片機實驗課的題目多年來一成不變，一部分學生從高年級直接獲得程序源代碼和實驗報告；還有一種情況是實驗設計題目由學生自己選擇，很多學生為了應付實驗課，把題目選擇的過于簡單，甚至是書上的一個實例。這樣就失去了單片機實驗課的教學意義。
1.3 重理論，輕實踐 國內的教育制度雖然進行了幾次改革，但給學生留下的傳統思維中還存在理論重于實踐的觀念。學生重視理論課的知識學習，對于實驗課，只要模仿教科書的實例，寫好實驗報告就可以拿到實驗課的成績，學生的動手能力并沒有得到真正的鍛煉。
1.4 沒有真正培養學生的團隊協作精神 傳統的課程設計一人一組，學生個體意識強烈，或者幾個學生一組，由于學生個體差異較大，往往每組真正動手做實驗的學生只有2-3個，助長了其他學生的惰性，沒有達到預期的教學效果，沒有培養學生的團隊協作精神。
2 課題設計為單元教學的改革方法和途徑
2.1 教學內容的改革
傳統教學一般是學習完全部指令后，學習應用部分，然后進行實驗操作。這個過程隨著理論難度的增加，學生的學習興趣下降，而且對指令記憶不深刻，真正實驗應用時容易混淆，教學效果不理想。
為提高學生的動手能力和學習興趣，將傳統的教學內容改為以課題設計為單元的教學內容。從上百個日常生活中的應用實例篩選出經典的實例，組合成七個單元，每個單元由若干相似的實例課題組成。七個單元的內容分別是數碼管原理及應用、A/D和D/A工作原理、液晶顯示屏原理、時鐘芯片、溫度傳感器、定時器/計數器、串行口應用。每個單元通過實例講解基本指令，硬件線路，程序設計等內容，這就需要教師將每個實例都驗證準確，將實例課題由易到難、科學合理的安排講解順序。改革結果將單片機知識點分散到各個單元，使學生在學習實例課題的過程中，學習相關知識，完成課題要求，消除枯燥的理論講解，調動了學生學習的積極性。
單片機課程設計的經典實例，往往被重復引用，至多換幾個參數，這就導致課程設計題目重復率較高、不夠創新。另外，一些教師為了不禁錮學生的思維，在課程設計開題時只給出題目，盡可能少的提出具體要求。在書籍和網絡等教學資源相當豐富的今天，卻讓學生鉆了空子，通過搜集資料照搬照抄完成任務，既違背了教師的本意，也失去了課程設計的作用。也就是說，現在的單片機教學方式難以吸引學生，更不用說入門提升。他們走上工作崗位時就會感覺到所學知識與現實技術存在相當大的差距。針對這個現狀，我們提出了基于產品設計的教學方法，讓學生完成一件產品或產品的一個模塊，達到系統學習、綜合運用單片機知識的目的，培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力。
二、教學法可以通過以下五步來實現
1）應用論證學生根據自身興趣和能力，選定需要制作的產品，通過分析應用背景、產品造價、市場需求等論證產品可行性，同時選定2-3人形成產品設計小組。為避免學生自定題目過于簡單或照搬，學生選好項目、擬好方案后需由教師審核。2）方案整合學生收集信息、處理信息、整合資源、敲定方案。整個過程中，學生為主體，教師為主導，教師只起到指導和督促作用。如果時間相對緊張，教師可以在敲定方案時把關，避免設計實施時返工。3）設計實施。根據既定方案，進行硬件電路搭建、電路圖繪制、程序編寫、后期調試，做出具體產品。建議在通力合作的基礎上，根據個人特長分配具體任務，發揮每個人的優勢，提高工作效率。此過程遇到的難關最多，所以能很好地訓練學生處理問題的方法和技巧，培養學生團隊合作能力。4）歸納總結即產品簡介、使用說明的撰寫和后期答辯。產品簡介、使用說明的撰寫是對成型產品的整體描述；后期答辯學生暢談心得、交流收獲。教師選取典型進行講解點評，使學生對知識的理解更深入、更透徹。5）實踐應用學校的實驗室、實訓基地終歸不是產品生產線，做出來的產品和能投入生產的產品之間肯定存在差距。將成型產品帶到公司請有經驗的一線工程師再次測評、改進，使產品真正具有實踐性和實用性。當然，要真正實施產品設計式教學，需要學校、教師、學生密切協作。1）學校要“請進來”、“走出去”“請進來”，即外引，包括軟件和硬件。軟件上，學校在選聘教師時，優先考慮有公司工作經驗的應聘人員，或者直接聘請企業專業人才到學校做兼職教師；硬件上，通過校企合作等方式，建設校內實訓基地，有條件的，可以建設校內生產流水線。“走出去”，即內培。學校應鼓勵教師利用寒暑假到企業實踐，或者支持教師帶薪入企，到生產一線工作，讓教師向“雙師型”發展，提升教師業務水平。2）教師要統一思想、大膽創新按照產品設計教學法，教師需探索“教、學、產”一體化模式，最好由企業人員參與，共同研究課程體系、共同完成課程教學。產品設計的根本目的是使用，所以產品的選擇要根據時代、技術的發展不斷更新、修改；對于典型產品，方案必須要有創新。比如，可以選擇歷年電子設計大賽的比賽題目，即鍛煉學生的系統設計能力，也為各種科技競賽創新活動做準備；也可以選擇教師的科研項目，讓學生參與真正的產品研發，鍛煉項目實踐能力。3）學生要堅持不懈、化零為整單片機產品設計的實施不是獨立的實踐教學，是在模擬電路、數字電路、C語言程序設計等專業課的基礎上，對單片機知識進行重組后的單片機知識系統。
三、學生應具備以下能力：
