基于单片机的课程设计篇1

关键词：单片机；教学模式；教学过程；实践教学

中图分类号：G642.4文献标志码：A文章编号：1674-9324（2014）15-0201-03

单片机又称为微控制器（MCU），由于其体积小、功能强、价格便宜等优点，得到了广泛的应用，现已被应用于自动测量、仪器仪表、工业控制及家用电器等各个方面。民办高校电子信息工程专业是培养电子信息工程领域中的应用型人才，单片机课程是该专业重要的专业技术基础课程；同时本课程所研究单片机技术是电子工程师必备的应用技能，因此本课程在专业人才培养中占有非常重要的地位与作用。

一、民办高校电子信息工程专业单片机课程教学目标

根据民办高校电子信息工程专业单片机课程教学大纲的要求和学生实际，单片机课程的教学目标如下：

1.知识目标：使学生掌握单片机的基本概念、典型应用电路、程序设计方法等知识。

2.技能目标：使学生具备单片机控制系统电路分析、设计，程序编写，仿真，安装，调试的能力。

3.素质目标：培养学生独立思考、资料查询、沟通协调、团队协作、科技创新的素质。

二、传统单片机课程教学的弊端与民办高校电子信息工程专业学生的特点

（一）传统单片机课程教学的弊端

1.理论与实践脱节。传统单片机教学都是以教学为主，实验为辅。学生们对单片机的系统结构、硬件接口、编程语法都能学得很好，可是一提到利用单片机系统开发产品时，真正能动手的学生就寥寥无几了。

2.教学内容与社会需求脱节。在教学过程中，往往单片机课程教学大纲得不到及时的更新[1]，教材得不到及时的更换，因此出现教学内容跟不上社会对单片机人才的需求。

3.教学方法与教学手段落后。单片机课程授课过程中，仍是以教师为主，学生为辅，学生被动地学习知识，缺乏学习兴趣，学习效率较低。

4.实验简单。许多高校都增加了实验课的比重，尽管学生们可以在实验设备上进行一些实验，但由于实验设备大多是由生产厂家做好的试验设备，程序大多数也是由厂家提供好的，许多学生做实验只是将现成的程序下载到实验设备上，观察一下结果，学生的动手能力得不到真正的提高。

5.实践少，动手能力不强。目前许多高校都认识到提高学生动手能力的重要性，也鼓励学生参加各种电子类竞赛。但对于大多数学生来说，由于之前的实践机会很少，动手能力不强，就没有勇气参加竞赛。因此，在平时的教学当中就应该多为学生提供实践的机会。

（二）民办高校电子信息工程专业学生的特点

民办高校电子信息工程专业学生男生比例大，思维活跃，爱动手操作，对喜闻乐见的实例感兴趣，可塑性强，但是一部分学生缺乏良好的学习习惯，学习主动性不高，与专业相关的知识有限。

三、单片机课程教学模式的构建与实践

根据民办高校电子信息工程专业单片机课程的定位与学生的特点，对单片机课程教学内容、教学方法、教学手段及实践教学进行了研究和改革，构建出了适合民办高校电子信息工程专业单片机课程的教学模式[2]，并且在我院电子信息工程专业进行了实践，取得了非常好的教学效果。具体内容如下：

（一）教学内容的研究与改革

1.教材。教材的选择上，应选择应用性强、案例分析多的教材。例如，我院选用了哈尔滨工业大学出版社的、张毅刚主编的《单片机原理与应用》作为教材。该教材论述清楚、实例丰富、通俗易懂，适合民办高校学生。

2.教学内容。单片机课程教学内容可分为单片机基本原理与单片机接口技术两大部分。根据课程目标，以实际工程应用能力要求为核心、以工作项目为基本参照点、以学生的个性发展为根本，突出实用性与应用性，作为教学内容的选择依据，舍去了第七章存储器的扩展，因为现有的单片机片内存储器资源已经足够用了，不用再扩展，同时增加了编程仿真软件的使用与单片机应用领域中的一些前沿知识。如果完全按教材顺序进行授课，各知识点的学习相对独立，因而学生很难掌握单片机开发的完整过程。本着“以应用能力开发为教学目标，以学习项目为教学载体，以行动导向进行教学过程”这些原则为依据，打破现有的教材体系，把教学内容重新整合为10个学习项目，具体有流水灯、电机控制器，键控彩灯、双机通信，简易计算器、数字电压表、波形发生器等。这些项目从简单到复杂，从单项到综合，其教学目的具体而明确，能够激发学生浓厚的学习兴趣，有利于学生知识的掌握，更有利于学生动手能力及工程实际应用能力的培养。

（二）教学方法及手段的研究与改革

1.教学过程的研究与改革。传统的教学方式以“教师中心，教材中心，课堂中心”的“三中心”为理论核心，强调教师的主导作用，这种教学模式不利于学生实践能力与创新能力的培养。在单片机课程教学改革中，根据教学目标、课程体系及学生特点，为了更好地提高教学效果，精心构建了教学过程[3-4]。下面以键控彩灯项目为例说明教学过程的设计，整个教学过程共分为5个阶段。

第一阶段：任务布置。在上一个学习项目完成时，利用20分钟布置下一个学习项目。具体操作为首先用单片机开发板或实验箱演示键控彩灯项目实验现象，让学生感受控制现象，从而激起学生的浓厚的学习兴趣，调动学生学习的积极性，提高学习效率；然后下达项目任务书，每个项目任务分为4个层次，以满足不同层次学生的需要。项目4的任务描述：没有键按下时，控制8个LED循环点亮（流水灯）。通过按键（采用外部中断方式）随时改变彩灯的运行方式。（1）基本任务1：按一次K1，8个LED同时闪烁4次，然后恢复按键前的状态。（2）基本任务2：按一次K2，8个LED反向循环点亮一次。（3）提高任务3：按两次K1，LED以自定义花样闪亮1次。（4）发挥任务4：K2按下后，同时按下K1，中断嵌套。（5）课后电子创新：音乐彩灯。这样学生就可以利用课余时间自己去查资料，发挥自己的能动性和想象空间来完成任务。同时可以提高学生独立解决问题的能力，学生有很大的发挥空间。第二阶段：知识学习。分为三方面：（1）理论讲解。讲解中断系统的结构、原理及使用方法等必需的知识点。（2）示例分析。通过实例分析，引导学生掌握中断的应用模式，同时突出重点，突破难点。（3）课堂提问。通过课堂随机提问，检查和强化学生对中断知识的学习效果。第三阶段：系统设计。具体实施分为三步：第一步分组讨论，以小组为单位进行讨论，论证键控彩灯项目设计方案；第二步共同决策，老师下到每一组，对设计的方案进行评价，师生共同决策，选择最佳方案；第三步分工合作，每小组根据分工分别设计硬件电路和程序。第四阶段：操作实施。分为三步：首先用软件仿真验证软硬件设计的正确性，调试直至成功，然后使用实验箱进行软件调试，调试直至成功，最后学生可以利用课余时间制作电路板实物。第五阶段：评价总结。可以分为三步：第一步教师检查每组学生的实际完成情况；第二步根据考核标准进行评分，考核标准见表1；最后总结本项目中学生的完成情况，提出优点和不足，并总结本项目涉及的知识点，强调重点。

键控彩灯项目的学时安排为第一阶段和第二阶段2学时，第三阶段2学时，第四阶段和第五阶段2学时，共计6学时。

2.教学方法的研究与改革。以“实用、有趣、建立学生自信”为指导思想，本课程采用了多种教学方法。（1）项目教学法。它的关键是紧紧围绕这10个学习项目组织教学。通过这种教学方法确实激起了学生极大的学习兴趣，从而在教学内容的掌握和动手能力的培养方面取得了显著地效果。（2）分层次教学法。考虑到学生学习基础的差异性，对于学习基础好的，提高要求；对于学习基础差的，只要求达到基本目标。例如在学习项目4中，项目任务分为四个层次，即基本任务、提高任务、发挥任务、课后电子创新。（3）启发式教学。为了让学生顺利完成相关学习任务，在教学中注意通过“设计问题”、“引导思考”、“假设结论”、“探索求证”等过程启发学生，从而使学生积极主动地探索问题、解决问题。（4）分组教学与角色扮演法。在完成学习项目时，以3人为一个团队，让每个学生扮演相应的角色，如项目经理、软件工程师、硬件工程师，通过这种教学方法能够激起学生的学习兴趣，而且进一步培养了他们的团队协作能力。（5）案例教学法。兴趣是学好单片机这门课程的前提和基础。如果我们能够通过引入一些有趣的教学案例，让枯燥的知识趣味化，就可以引发学生的学习激情，激发学生的学习潜能，点燃学生的智慧火把。例如在讲授PWM知识时，我们引入“小星星”播放控制的教学案例，学生面对的不再只是寄存器、分频、占空比等一些抽象枯燥的概念理论，而且可以欣赏到一段美妙的音乐。他们对所学的内容立即会变得兴趣盎然，甚至跃跃欲试。这样学习的兴趣和积极性就调动起来了。

3.教学手段的研究与改革。为了提高教学效果，本课程采用了多种教学手段辅助教学。（1）实物教学。课堂上利用实验箱、仿真器、开发板等实物辅助教学，有利于学生动手能力的培养。（2）虚拟仿真技术。虚拟仿真技术受到了学生的普遍欢迎。例如，传统的单片机控制交通灯实验，需要购买元器件，并进行焊接，然后进行调试，成本较高，耗时较长，效率较低。若设计方案有误，还要重新进行制作。给学生实验带来了一定的困难。通过虚拟仿真技术，可以有效克服这些问题，学生想做什么实验，都可以完成。而且通过仿真验证后的控制系统，可以直接做成电路板实物。因此虚拟仿真技术可以有效地激发学生的成就感，从而提高学生的求知欲和学习兴趣，提高学习效率。（3）技能竞赛。组建电子协会、鼓励学生积极参加校内外竞赛，有利于学生单片机系统应用水平和创新能力的提高。（4）板书与多媒体的和谐配合。对需要精讲的重点内容用板书边讲边写，而对一般性的内容、理论联系实际的大电路图、动画及模拟仿真电路等用多媒体讲，以提高课堂实效。（5）网络技术。制作单片机教学网站，为学生提供了丰富的网络资源，如授课课件、授课计划、项目任务书等，有利于学生课前预习与课后复习，网站还提供了“在线答疑”、“常见问题解答”等内容。

通过教学过程的精心设计与教学方法和教学手段的改革和创新，能够很大程度上践行因材施教，有效调动学生学习的积极性和主动性，提高学生的学习兴趣，受到学生的普遍欢迎，教学效果明显。

（三）实践教学的研究与改革

单片机是一门技术性很强的课程。为了使得学生的应用能力符合社会对单片机人才的需求，设计了多层次的实践环节，提供了大量的实践机会，提高了学生的实践水平。

1.精心设计课程实验。通过在实验室授课，把课堂实验贯穿在整个教学过程的10个学习项目中，使它由原来的20学时变为现在的40学时，大大增强了课堂实践环节。

2.充分重视课程设计。课程设计是在课程结束后对课程内容进行综合性应用。要求学生在两周时间内以小组为单位协作完成一个简单的实际单片机课题开发，包括资料查阅、方案设计、软硬件开发。通过一些实际的例子，让学生系统掌握单片机系统的设计方法，具有单片机系统设计开发的实践能力以及独立分析、解决问题的能力。

3.加强科技创新。科技创新是学生自发组队，利用课余时间预约实验室，自主开发创新项目。目前参加科技创新的学生积累了丰富的单片机开发经验，进一步培养了创新能力。最近两年我院学生在全国大学生电子设计竞赛、飞思卡尔智能车竞赛、全国电脑鼠竞赛等中都取得了优异的成绩。

4.鼓励学生参与竞赛与科研课题。为了更好地培养学生从系统角度设计和开发单片机产品，积极培养和组织学生参与各种层次的竞赛，通过准备和参与竞赛，学生完成方案确定、元器件选择、原理图设计、PCB板绘制、程序设计和调试整个开发过程，使得学生充分增强了自身的实践创新意识、团队协作意识和理论联系实际的综合应用能力。另外，教师根据自身的科研课题可以设计多个功能比较完善、规模较小的子课题，让感兴趣与有能力的学生参与进来，充分培养学生的自主学习、科技创新和知识综合应用的能力。

5.选择提供毕业设计课题。毕业设计是大学四年所学知识的综合检验。教师可结合单片机的实际应用，提供与学生实践创新及实际工作相关、受益面大的毕业设计课题，比如监控系统、智能家电等，不仅要求学生从系统的角度进行分析与设计，还要求考虑系统的可靠性、准确性等功能要求。通过毕业设计，学生的综合应用能力大大提高，为毕业生择业奠定基础。

四、根据自身条件改善师资

单片机专业的知识更新很快，民办高校需要鼓励参与单片机教学的任课教师参加各种单片机技术专题的会议和培训，使其了解行业技术发展的动态。定期派遣教师到相关企业进行学习，把实际的工程经验和企业的技术发展方向引入到单片机教学中，从而丰富教学内容，同时更多地参加工程和科研项目，把最新的应用技术和最前沿的研究成果吸纳到课程中。因此也培养出了适应民办高校学情和培养目标的双师型青年教师。

五、结语

根据单片机课程的教学目标、课程体系的自身特点以及学生特点，在教学中整体采用基于工作过程的项目驱动法，具体实施采用教、学、做结合，理论、实践一体化模式，同时根据实际需要采用多种教学方法与手段，能够取得较好的教学效果，提升学生的就业能力。

参考文献：

[1]吴伶锡，詹杰，周仁龙.电子信息科学与技术专业特色课程体系研究[J].当代教育理论与实践，2010，2（1）.

[2]张淑艳，马春龙，等.嵌入式系统课程教学改革与实践[J].中国科教创新导刊，2012，11（1）.

[3]赵方，赵霞，等.“教学做一体化”教学模式在高职单片机教学中的应用[J].中国现代教育装备，2010，（22）.

[4]许芝龙.项目教学法在单片机课程教学中的应用[J].中国科技信息，2008，（17）.

基于单片机的课程设计篇2

专业课程改革

专业课程是相对于专业基础课而言的，是学生在学完专业基础课后对本专业知识的进一步加深和提高，从我院专业课设置来看，尽管各专业之间存在差异，但是《单片机原理及应用》、《传感器应用》、《高频电子》、《EDA技术》和《C程序设计》是各专业必须开设的课程。这些课程的开设相对于专业基础课更接近学生将来的工作岗位的真实工作任务，重要性不可替代。电子设计竞赛为这些课程的学习提供了一个非常好的平台，众所周知，电子设计竞赛的题目不少是控制类的题目，比如AD采样、PWM控制、人机界面设计等等，如果全部用单纯的模拟和数字电路实现显然是行不通的，“单片机就成了学生的必选器件，然而用好单片机又是一门比较大的学问，它与各课程之间有着千丝万缕的联系，以它为载体，能将其他专业课程有机的联系到一起。

1“C语言课程和“单片机课程结合

传统的“单片机课程教学模式是将MCS-51单片机的汇编语言作为贯穿该课程教学以及实践教学的始终，汇编语言本身拥有它自身的优点，比如编译速度快、暂用存储空间小，但它的缺点也是致命的，语句抽象，可读性差，难理解、编程效率低、学习难度大、代码结构复杂、难以维护更新，最致命的在单片机完成复杂的控制系统中，总伴有比较复杂的控制算法，汇编语言难以编制比较复杂的控制算法程序,如多字节的乘方和开方运算等。随着单片机的存储器容量和运行速度大幅度不断的提高，如今在工程实践中C语言的应用越来越广泛，C语言具有丰富的库函数，可以直接实现对系统硬件的控制，可以实现复杂的控制算法，编译效率高，最为突出的它是一种结构化程序设计语言，设计的程序可以方便地在不同类型的单片机上实现移植。目前我们把这两门课结合在一起，就让“C语言课程为“单片机课程服务，重点学习单片机C语言的编程技巧，掌握一些常用的基本语句，降低学习难度，而从电子设计竞赛中所分解出来的各个小项目，正好是学习练兵的好素材，让学生保持较高的学习兴趣。

2“传感器课程和“单片机课程结合

传感器技术作为高端的现代技术,已成为电子设计中不可缺少的器件。长期以来,我们往往在教学内容上偏重于讲解各种传感器原理以及典型的接口电路,这种枯燥无味的教学方式使学生对传感器缺乏感性认识，应用传感器也就更加无从谈起。众所周知，传感器的种类虽然繁多,但各种传感器的原理都是基于各种物理效应和物理现象的,都体现了实践性和应用性。在教学中,应侧重于应用。以电子设计竞赛平台为切入点，让“传感器课程和“单片机课程两者结合在一起，直接让学生在单片机的控制下实现传感器的应用。具体做法是将“传感器课程内容分“光电传感器、“热释电红外传感器、“声传感器、“温度传感器、“位移与角度传感器、“磁学量传感器、“气敏传感器、“光纤传感器、“力传感器教学单位，每一个教学单位选择一款有典型代表的传感器，提供与单片机的硬件接口电路、数据传输特性参数以及参考例程，让学生按照教师所提出的要求，自行完成电路的设计与制作。通过这种实践式的学习，可以确立学生的学习动机，从而激发学生的学习兴趣。

实验课程改革

目前大部分学校所开设的实验多以验证性为主，不能为学生提供自由发挥的空间，无法提高学生创新能力，因此学生的独立思考、观察分析、研究、解决问题的能力很难培养。参加电子设计竞赛以后，我们发现有必要在各科验证性试验的基础再增加一门综合类的实验选修课——《电子设计综合实验》，按照电子设计竞赛的要求将实验的内容分为：（1）电源电路；（2）信号源电路；（3）测量仪器仪表类电路；（4）各类放大电路；（5）多路数据采集电路。建立的实验教学模式分三个层次即基础实验、综合设计性实验、研究性实验。基础实验的内容为基本电子元器件的应用性实验，旨在培养学生装配与测试能力，加深对基本电路的理解，提高学生对基础实验的兴趣；综合设计性实验的教学内容包括信号的检测、控制、传输和处理等有较强应用性的实验，强调创造性思维能力的发挥，让学生以各种设计方案来实现，鼓励突破与创新；研究性实验教学内容包括电子学科的科研课题或学生自拟的课题(学生的创新设计课题或者学生将来的毕业设计课题)，要求学生自拟设计方案并自行设计电路，查阅资料，应用新器件、新技术，目的是培养学生创新设计能力。

基于单片机的课程设计篇3

关键词：C语言；高职；单片机

中图分类号：G642文献标识码：B

“C语言程序设计”是高职高专电子专业的专业必修课。传统教学以理论为主，以学科本位的逻辑体系来设计课程的教学内容。课程内容没有与高职电子专业的其他课程有机衔接，不符合高职高专技能培养的特点。学生在学习C语言之后，不能用之有效地解决实际问题，学生的学习积极性难以调动，因此有必要对该课程进行改革。

1现状分析

目前高等学校都把“C语言程序设计”作为理工科非计算机专业的计算机基础教育课程，属于计算机基础教育课程的一部分。但课程设置并没有考虑与其他专业课程之间的关系，没有针对高职应用电子技术的专业特点，成了非计算机专业学生的“计算机通识教育”课程。

虽然许多学校对“C语言程序设计”课程从教学内容、教学手段、教学方法等方面进行了大胆的改革，把逻辑与编程解题思路(算法)放在主体地位，讲解如何分析问题和解决问题；但是受“在学校里牢固掌握基础知识，毕业后在实践中积累经验”这种传统的教学理念的影响，把培养学生阅读程序、设计程序的能力，分析问题、、解决问题的能力和逻辑思维能力作为教学目标。课堂上学到的也只是用C语言解决一些数学问题，所学内容和实际应用相脱节，认识不到“C语言程序设计”和自己专业之间的关系，学生在学习C语言之后，不能用C语言编写为本专业服务的应用软件。特别对高职高专电子专业学生来说，C语言的知识成了他们专业知识结构中的一个“孤岛”。

2改革的必要性

C语言是影响深远的、传统的、优秀的面向过程的结构化程序设计语言。C语言功能丰富、表达能力强、使用灵活方便、应用面广、代码转换质量高。C语言方便进行模块化软件设计，还可以实现C语言和汇编语言的混合编程。C语言既具有高级语言的优点，又具有低级语言的许多特点，能像汇编语言那样直接利用CPU的硬件特性进行程序设计。既可以编写应用软件，又可以编写系统软件。和汇编语言相比，C高级语言程序设计快、可读性、可移植性和可维护性好。一般情况下，完成同样的任务，使用C高级语言比用汇编语言可提高工作效率5－10倍，在调试阶段更容易体会到这一点，因此C语言特别适合单片机的开发。嵌入式系统中使用的嵌入式操作系统绝大部分也都是以C高级语言为基础的，很多直接将源代码提供给使用者。目前在单片机应用领域，C高级语言越来越受到人们的重视。用C语言进行单片机程序设计已经成为单片机开发的一个主流，是单片机开发与应用的必然趋势。

单片机课程是应用电子技术及相关专业的一门重要的专业主干课，在专业基础课和其他专业课方面起着重要的桥梁作用。它涉及到的基础理论知识较广，应用范围广，是一门实践性、工程性很强的技术课程，在电子技术及相关专业课程中群中占有十分重要的地位。电子专业的学生普遍将单片机用于课程设计、毕业设计和电子产品设计大赛等许多实践环节。单片机应用也是学生将来在电子类公司或电子行业工作的最基本的技能。“单片机原理与应用”课程都是基于汇编语言的，高职高专学生很难应用汇编语言去搞程序设计，学生学到的单片机知识不能得到应用。

高等职业教育的培养目标是：培养既有一定理论基础又有较强实践能力，在生产服务第一线工作高层次的实用型、技术型人才，它不同于一般本科院校的学术型、工程型人才的培养目标。就高职应用电子技术专业而言，它培养强电弱电相结合，以弱电为主，并能熟练应用电气技术、计算机技术和控制技术等现代科学技术，具有较强实践能力的技术管理人才。强调应用性、实用性是高职教育的特色，教学内容突出基础理论知识的应用和实践能力培养的原则，以应用为目的，以“必需、够用”为度，加强针对性和实用性。

因此，高职应用电子专业的“C语言程序设计课程”应不同于本科相应专业，也应不同于高职其他专业。“C语言程序设计”课程的开设应紧扣本专业的特点，为本专业的培养目标服务。如果将“C语言程序设计”变成“单片机C语言程序设计”，学生通过本课程的学习掌握单片机C语言程序设计方法，达到独立利用C语言编写单片机应用程序的目的。将C语言“知识孤岛”和单片机“知识孤岛”连接起来，结合所学其他专业知识，使学生学会应用单片机开发电子系统的基本方法。如果学生以后需要用C语言或其他高级语言开发整理计算机系统的应用软件或系统软件，有了“单片机C语言程序设计”的基础，可以触类旁通，很容易掌握其他高级程序设计语言。这也符合从特殊到一般，再从一般到特殊的认知规律。

3课程改革设想：

3.1课程内容的改革

把“C语言程序设计”置换为“单片机C语言程序设计”，放在“单片机原理与应用”课程之后开设，将“计算机基础教育”课程变成“单片机开发技能”课程。课程内容适用于C高级语言的初学者，包括数据类型、运算符和表达式、数组、指针和函数、程序的顺序结构、选择结构和循环结构、程序设计基本知识和单片机的C编程等内容。对C语言中较难或单片机程序不常使用的内容，比如多维数组、指向指针的指针、链表等进行删减。相关例题应本着“深入浅出，突出实用”的指导思想，难度应与高职高专学生的基础相适应，算法不要过于复杂。单片机的C语言编程部分主要应包括中断、定时器／计数器、串行口、键盘和显示等相关应用，适当包含少量可编程芯片的应用。所选内容应体现先进性、实用性和技能培养的特点，抛弃一些过时或不实用的内容，把提高学生的职业技能放在突出的重要位置。整门课程应将单片机和C语言有机结合起来，强调知识点在单片机程序设计中的应用，体现“单片机C语言”的特色，避免把课程内容分为“C语言程序设计”和“单片机C编程”两部分。

3.2编译开发环境

以80C51系列为基础，开发环境选择德国KeilSoftware公司的KeiluVision集成开发环境(当前版本是uVision3)。这是一个基于Windows的开发平台，集成了编辑器、项目管理器、Cx51编译器、Ax51宏汇编器、BL51／Lx51连接定位器和调试器，用户群极为庞大，符合教学特点的典型性。其中Cx51是专为80C51单片机设计的C语言编译器，生成的程序代码运行速度高，存储空间小。KeiluVision还提供了强大的项目管理功能，可以十分方便地进行结构化多模块程序设计，特别是Keil提供的纯软件模拟仿真功能(也支持硬件目标板在线仿真)，非常适合教学使用。Keil调试器支持断点管理和程序代码的多种执行方式(全速、单步、执行到指定行等)。在调试状态下有寄存器窗口、存储器窗口、观察窗口和命令窗口，用于程序执调试过程中显示单片机寄存器、存储器、局部变量和观察点的状态和输入各种调试命令。KeiluVision的集成功能(Peripherals)菜单可以打开中断系统、I／O接口、串行口、定时器计数器等状态窗口，通过这些状态窗口可以观察软件仿真结果。

KeiluVision可以与PROTEUS整合构建单片机虚拟实验室。PROTEUS是目前世界上最先进最完善的嵌入式系统设计与仿真平台，可以实现数字电路、模拟电路及微控制器与外设组成的混合电路系统仿真、软件仿真、系统协同仿真和PCB设计等全部功能。由于PROTEUS软件包逼真、真实的协同仿真功能，得到了包括剑桥在内的众多大学用户的认可，作为电子学或嵌入式系统的课程教学、实验和水平考试平台。KeiluVision与PROTEUS通过设置联机调试单片机系统，在PROTEUS中完成单片机系统的电路原理图绘制后，在KeiluVision集成开发环境中进行程序设计、项目的创建、编译链接和调试，同时可在PROTEUS查看直观的结果(如键盘输入和LCD显示等)。

3.3教学方式的改革

高职教学应该是基础和技能的教学同步进行，甚至先教技能再教理论，在不断实践中掌握技能，在技能学习中提高基础理论。在高级语言程序设计教学中，不能期望高职学生对每一个算法都理解。一些太复杂的算法、单片机应用系统中常用芯片的驱动程序，可以以函数库或软件包的形式直接提供给学生，供学生在程序设计中调用，降低理论教学难度。

确立以学生为中心的教学理念。从学生实际出发，以学生为本，采用多样化、层次化的教学方法，贯彻循序渐进、深入浅出的原则。学生没有高级语言程序设计的基础，在“单片机C语言程序设计”教学中要注意分散难点，缩小台阶。在内容体例的设计上以实用为主，抛弃过多的语法细节和非整理的或实际用途很少的语言特性，理出重点和教学主线；采用一体化教学方法，以程序样例为主实施教学。淡化语法教学，以程序设计带动基本语法的学习。

上机实验是掌握单片机C语言程序设计的必要手段。不能简单地认为上机实验只是辅的教学。程序设计的能力是在实际动手实践中练就的，通过上机操作和验证可进一步加深各种语句的理解，提高学生的编程能力。通过KeiluVision与PROTEUS组成的联机调试环境，熟练使用KeiluVision和PROTEUS软件对学生的深入学习有巨大的帮助。

基于单片机的课程设计篇4

【关键词】工作工程；一体化教学；单片机课程

1.引言

单片机是一种常用的嵌入式微控器，由其构成的计算机系统，在工业生产、日常生活的电子电气设备中有着广泛的应用，并随着技术的进步在不断地发展。在高等学校中，单片机课程是应用电子、自动化、机电一体化等多个专业的专业必修课，是培养单片机应用以及嵌入式技术的重点课程，也训练学生综合能力的核心课程。对于想从事电子信息类专业工作的学生，学习单片机是学习ARM、DSP等高性能微处理器的必经阶段，学好单片机既能为低端微控器应用打下坚实基础，又将为学好高端微处理器做好准备。

同时，现代企业与电子电气信息类相关的岗位招聘，大都要求从业者具有良好的单片机技术综合应用能力，包括软件编程、硬件设计以及综合调试等能力。并且随着单片机技术的发展，企业对从事单片机应用技术的应聘者能力要求越来越高。这就要求单片机课程教学应适应企业人才发展要求。在高校中，特别是高等职业院校，探索和研究单片机课程新型教学模式是适应我国产业调整、技术升级和经济发展对单片机应用技术人才培养需求的必然要求。

2.单片机教学现状

单片机课程教学是理论性和实践性相互融合、相互促进的复杂过程，它是以培养学生的工程实践，技术创新和团队协作等职业能力为目标的[1]。目前，单片机课程教学远远不能满足现代企业对单片机技术人才的要求，突显了教学过程中的诸多问题。

（1）理论教学形式单一，理论与实践分离。跟据笔者调研，当前大多数高校单片机教学采取的模式为按照知识体系讲解。此种教学模式，能够使学生了解单片机内部结构，理解指令执行过程，建立知识体系，但学生普遍感觉内容枯燥无味，知识点难以理解，缺乏具体实践锻炼，导致多数学生失去兴趣。在实践教学上，通常大都采取课先理论后实践，理论多实践少，理论和实践分别由不同教师教授，实践和理论脱离。

（2）实践内容、方法滞后企业生产需求。大多数的单片机教学仍以汇编语言为核心进行讲授，实践手段以试验箱、集成学习板为平台进行。以汇编语言为核心的程序设计早已不适应现代产单片机开发设计高效率的要求。教学实验设备的集成化，使学生忽视了单片机技术应用能力要求的硬件设计。实践教学环境与企业工作环境相差较大，学生面临学无所用的境地。

（3）学生学习方式不当。知识点死记硬背，缺乏灵活应用。软硬件设计照猫画虎，注重结果，忽视过程，缺乏分析问题、解决问题的环节。

（4）课程考查评价方式落后。单片机课程考核评价方式主要以卷面成绩为主，严重忽视了单片机课程的应用性，也使学生在思想中形成只要掌握知识点就掌握了单片机技术的错误观念。

由于以上问题的存在，学生普遍反映单片机知识点琐碎，概念抽象、编程难，硬件设计无从着手等。教师感到教学效果不理想。因此，研究适应现代企业发展需求的单片机课程教学模式迫在眉睫。

3.基于工作过程的单片机一体化教学模式探讨

在企业生产中，工作过程是为完成一项工作任务并获得工作成果而进行的一个完整的工作程序[2]。

为适应企业人才的需要，职业教育研究专家提出了基于工作过程的教学模式。基于工作过程的一体化教学就是构建一种学校教学环境与企业工作环境深度吻合的教学效果，是教学内容与工作内容一体化，是教学方法与工作方法一体化，是教学场景与工作场景一体化，是“教、学、做、研”的融合。

基于工作过程的单片机课程一体化教学模式是以职业能力培养为目标，以教学计划为先导，以项目教学[3]为载体，以教学方法为途径，“教、学、做、研”深度融合、相互促进的综合教学过程，打破了传统的单片机课程教学环境和模式。

教学计划是整个教学的关键环节，教师在制定计划时要围绕单片机课程目标，又要充分考虑高职学生的知识水平和能力，对教学内容进行优化整合。

将单片机课程知识体系划分为多个工作项目，知识点以项目作为载体，贯穿教学过程。项目制定由浅入深，由易到难，有简单到复杂。相关理论知识讲解以完成项目任务为原则，并在满足大多数学生学习的基础上加以深化扩展。项目实施可以分为三个阶段。

（1）基础阶段：以单片机内部资源为核心的验证性项目。重点掌握I/O口、定时器/计数器、中断系统、并行接口、串行接口的工作原理及使用方法等重要知识点。

（2）研究型阶段：通过相关项目任务，重点掌握1602、12864液晶显示、AD/DA转换、RAM/ROM扩展、8255A扩展、TWI/SPI总线等单片机接口技术，激发学生自我学习的潜能。

（3）创新型阶段：该类阶段通常为简单的综合项目，重点解决学生学习过程中发现的问题，培养学生分析问题、解决问题以及研究问题的能力，并引导学生自由发挥，实现创新。

表1

项目任务使用DS18B20数字温度传感器设计温度采集系统

项目目标通过本项目，利用数字温度传感器和1600LCD完成一个基于AT89S52单片机的温度采集系统，已达到以下要求。

（1）熟悉芯片手册使用方法。

（2）巩固1602液晶显示编程方法。

（3）掌握“1-Wire”C语言程序实现方法。

（4）实现综合调试。

教学设备硬件：电脑，自制形式主义式单片机实验平台，温度传感器DS18B20等。

软件：KeiluVision4，Proteus以及AltiumDesigner软件。

完成结果形成报告文档，包括：原理图，PCB图，C51程序文档，设计流程图。仿真演示以及实物演示等。

项目拓展声光报警，多路温度采集，串口通讯。

知识讲解采取行至有效的教学方法。制作生动形象的多媒体课件；在教学过程中，采用计算机辅助教学和实物演示相结合；用文字、图像、声音等多种信息表达形式；将学生分组讨论和实践等。多种教学手段的恰当运用，丰富了单片机课程的教学过程，提高了教师的教学效率，增强了学生的学习积极性。

整个教学过程，学生实践为主，教师指导为辅，突出学生学习、探究自主性，在“教、做、学、研”中提高能力。

4.基于工作过程的单片机一体化教学实践

下面以单片机课程教学中研究型阶段的一个项目为例，如表1所示，来介绍下基于工作过程的单片机课程一体化教学实践。

整个教学流程如下：

课前任务：布置资料查找任务。让学生利用现有网络查找BS18B20芯片手册，以及相关的编程实例，并圈定预习的重点，让学生自主学习。

教学过程：整个教学过程包括教师的教与演示和学生的学与做。

（1）教师工作：

①项目介绍。将整个项目的任务、目标以及完成结果做详细地介绍，使学生明白项目的要求。

②结果演示。教师利用Proteus仿真或开发平台综合演示项目结果，激发学生的兴趣和求知欲。

③相关知识讲解。对于程序设计，结合芯片手册，教师利用多种教学手段重点讲解“1-Wire”的编程方法，并在keil软件用C语言实现。对于硬件设计，结合芯片手册，可以利用Proteus仿真搭建，也可以在自制的单片机实验平台上快速搭建，并讲解硬件设计的原则和方法。

④教师进行完成项目方案指导。

（2）学生工作：教师完成工作之后，学生按已定分组开始项目的实践。学生组内自定分工，确定方案，制定单片机设计流程，依次完成原理图、PCB设计、硬件搭建和软件编程以及综合调试。教师则巡回检视，对于共性问题及时讲解，对于个性问题分别指导。鼓励学生深入探究，对于完成好的，教师鼓励其设计进行深化和扩展。

（3）考核评价：项目的考核和评价采用自我评价，小组互评和教师点评相结合，以学生自我评价为主，小组内学生互评为辅，教师在评价过程中起引导的作用。以项目成果展示，任务完成情况，团队合作等方面做出综合评价。

教学过程与企业工作过程高度吻合，“教、学、做、研”深度融合，突出了学生的自主学习、自主探究的主体地位，体现了单片机应用技术的工作过程，培养了学生综合能力。

5.结语

通过基于工作过程的一体化教学模式在我院单片机课程教学过程中的实践，学生改变以往的对单片机课程的厌学状态，课内外积极投入，很多学生设计出功能实用、思想新颖的单片机产品。培养的毕业生在企业实际工作中的能力表现也得到认可。表明：这种教学模式，激发了学生的浓厚学习兴趣，明确了学生学习任务的现实目标，培养了学生自主学习的习惯，锻炼了学生职业能力，增强了课堂教学效果。

参考文献

[1]葛广军，王羲，董燕飞.强化三个能力培养的《单片机》[M].课程教学研究[J].科技广场，2011，1：231-233.

[2]姜大源.世界职业教育课程改革的基本走势及其启示——职业教育课程开发漫谈[J].中国职业技术教育，2008（27）.

基于单片机的课程设计篇5

关键词单片机教学仿真

中图分类号：TP391.9文献标识码：A

单片机课程是电子信息、自动化和机电等专业的一门专业必修课，成为电子信息类专业学生就业的一个主要专长。而单片机又是一门实践性很强的课程，加强实践教学环节，使学生充分掌握单片机应用系统设计的基本概念和方法，是提高教学质量和培养实用型人才的一个重要内容。

1传统教学中存在的问题

目前，涉及单片机方面的主要教学环节是单片机课堂教学、课内实验、课程设计及毕业设计中的单片机应用系统设计。而在这几个方面都不同程度存在一些问题。

在单片机课堂教学中，主要介绍的是单片机片内资源、程序设计及接口电路。学生在一开始接触这些问题时，缺乏感性认识，对片内资源的应用、程序的执行及接口的意义总是有些不明就里，甚至有些学生在学完课程后，还不知道中断服务程序是什么时候开始执行的，其原因之一是缺乏某种有效的演示方法。即使在多媒体教学广泛应用的今天，光有几幅幻灯片还不能解决这些问题。通常，在课内实验和课程设计中，一般都是采用实验箱或实验成。课内实验主要是一些验证性实验，实验过程主要是：连接导线一运行程序一观察效果。学生按部就班做完实验后，对实验的具体硬件电路和程序编写却知之甚少。比如问及本实验中包含哪些模块或芯片，或某条语句的作用等，就无法回答了。一旦实验出现问题，原因查找更为困难。如存在实验箱和使用软件的通讯问题；实验箱本身的线路通断、焊点虚实及芯片好坏等问题。由于实验箱系统比较大，维护也很困难。因难以对损坏的设备维修，只能更换设备。

使用实验箱的另一个问题就是，设计只能在现有系统上完成，使得很多设计结果有些牵强附会。学生也不能针对具体的功能要求进行设计。对于可以简化的问题，也以为只能通过总线模式来完成，误认为无论是怎样的系统，都得设计成一个庞大的结构。对于学生的毕业设计，一般要求在原理结构的基础上设计实物。这时原理图的正确性就成为一个至关重要的问题。原理图不正确，就会给以后的设计工作带来很多问题，甚至做出的印制板不能用。另外，对于没有实践经验的学生来说，设计过程中容易造成器件和仪器仪表的损坏。故学生的课程设计和毕业设计需要购置的元器件数量增多，开支增大。

2Proteus在单片机教学中的应用

2.1Proteus在单片机教学中的意义

目前企业单位对单片机应用人才的需求量仍然很大，但对技术水平的要求也越来越高。面对传统教学中存在的诸多问题，Proteus等仿真工具为我们的教学提供了一个很好的辅助手段。借助Proteus的对CPU和电路强大的仿真能力以及丰富的资源库，可以有效替代硬件仿真器进行先期的软硬件调试。等到仿真结果基本理想时再进行实际的硬件调试。这样的开发过程不仅高效，而且会尽可能地减少损失，这对于解决实验室资源紧张的问题是一个很好的思路。

2.2将Proteus引入单片机课堂教学

在单片机课堂教学中，首先，采用Proteus可以进行实例演示，增强教学生动性和直观性。比如教师可以制作一些典型的应用系统，如流水灯、交通灯、数字钟及LCD显示等实验。让学生对单片机应用系统有一个感性认识，明白一个完整系统的含义，清楚单片机在一个系统中的作用和地位以及应用情况。其次，采用Proteus有助于明确概念，解决难点。在单片机教学中，P口作为准双向口的这个概念以及如何应用是较难掌握的一个问题。还有如中断如何产生，LED灯的位选和线选如何区别，串行通信如何实现等等教学中的重点和难点，都可以通过Proteus的演示让学生掌握清楚。而且，Proteus具有用色点显示芯片管脚状态的功能，教师可通过单步调试的方法让学生观察引脚的高低电平变化。另外，也可通过示波器、逻辑分析仪和发光二极管进行观察。还有，Proteus也有助于理解指令含义。通过改变某段程序或指指令，观察运行效果，从而理解语句含义。

2.3用Proteus改进单片机实验教学

单片机课程的实践性很强，实验环节的教学应引起高度重视。而单片机课程的课内实验学时有限，使用实验仅停留在演示性及验证性实验的层次。为了解决这个问题，可以应用Proteus所提供的元器件模型和外设模型按照实验内容来设计原理图，再利用仪器仪表的输入输出效果对实验结果进行检测。这样，学生一方面了解了单片机应用系统硬件电路结构，锻炼了编程技术，也学习了仪器仪表的使用，提高了设计水平。

2.4用Proteus单片机课程设计和毕业设计

在课程设计中，要求学生首先应用Proteus自主设计仿真，在设计硬件电路时最好能考虑实验箱的资源状况，以使仿真的结果可以在实验箱上实现。等编程调试通过后可以移植到实验箱上实现，验证实物效果。在进行毕业设计时，也可以让学生根据爱好和掌握知识的程度自由选择设计题目，培养学生的自主创新意识。教师与学生共同探讨方案的可行性之后，由学生在Proteus中设计硬件电路，编制程序并调试。等仿真成功之后，再购买元器件进行电路焊接、系统调试和程序固化，最终每组独立完成一件作品。这种方法可以节省因方案不正确所造成硬件投入的浪费，并且在实验过程中不会出现元器件的损耗问题。而使学生实验能力和开发能力都得到较大提高。

Proteus仿真软件在单片机教学中的应用，有利于促进课程和教学改革，提高学生的学习兴趣和创新能力。利用Proteus提供的可靠的虚拟仪器和仪表，不但经济优势明显，而且大大提高了教学效率，对学生实践能力的培养具有现实意义。但必须指出，仿真不能完全代替实物，在实际应用中会遇到很多新的问题，我们不可能抛弃已有的教学模式和实验手段而仅仅依靠虚拟的实验环境。只有将Proteus的仿真结果应用于具体电路系统，才能真正锻炼学生的软硬件综合开发能力。

参考文献