韓翠娥 郭清晨

中國人民解放軍軍械工程學院四系 河北石家莊 050003

單片機自問世以來，以其極高的性能價格比，以及抗干擾能力強、控制功能強的顯著特點，廣泛應用于實時工業(yè)控制、機電一體化產(chǎn)品、智能化儀表、通信產(chǎn)品、家用電器及軍事裝備等領(lǐng)域。因此，即使為選修課，該課程也越來越受到學生的追捧?！奥槿鸽m小，五臟俱全”，單片機雖只是一個芯片，但其內(nèi)涵非常豐富，知識點多，內(nèi)容抽象，要在短時間內(nèi)使學生既熟練掌握單片機原理又能夠嫻熟應用于實踐的難度很大。那么，怎樣才能大幅提升課程教學質(zhì)量呢？在對單片機教學實踐過程中，筆者在以下幾方面進行了有益的探索。

1 合理設(shè)計教學內(nèi)容，提高授課質(zhì)量

教學內(nèi)容的設(shè)計包含兩個層面：

1.1 內(nèi)容的優(yōu)化整合

在很短的學時(僅20學時)內(nèi)，如何使學生最大限度地掌握單片機知識，是一個急需解決的問題。針對這一問題，筆者在以下兩方面進行了嘗試。

1.1.1 內(nèi)容的取舍

我院學生在學習單片機原理與應用課程之前已經(jīng)學過很多前序課程，如計算機組成原理、C語言程序設(shè)計、操作系統(tǒng)、模擬電子電路、數(shù)字電路、計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)等。并且，在計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程中，學生已系統(tǒng)地學過尋址方式、指令系統(tǒng)、程序設(shè)計方法、存儲器、并行接口(以8255為例)以及模擬I/O接口等內(nèi)容。因此對數(shù)制與碼制、數(shù)字電路、程序設(shè)計的基本方法等基礎(chǔ)知識不須重復講授；將8086指令系統(tǒng)與單片機指令系統(tǒng)采取對比的方式進行講授；減少了8255芯片的內(nèi)容，增加了8155芯片，且更注重這些芯片與單片機之間的電路連接及編程使用；減少了A/D，D/A轉(zhuǎn)換芯片介紹，注重其與單片機之間的連接方式及編程應用。

1.1.2 內(nèi)容的重組

通常，本課程教材的編排順序是微型計算機基礎(chǔ)→MCS51單片機結(jié)構(gòu)和時序→單片機指令系統(tǒng)→匯編語言程序設(shè)計→中斷系統(tǒng)→定時器/計數(shù)器→并行I/O接口→A/D及D/A接口技術(shù)→串行通信等內(nèi)容。如果完全按照教材的編排順序授課，各知識點之間相對獨立，不能使學生建立起整體的概念。因此，整合教學內(nèi)容，合理安排教學順序，顯得至關(guān)重要。

在教學過程中，主要以單片機最小系統(tǒng)組成及原理、單片機指令系統(tǒng)、程序設(shè)計、單片機系統(tǒng)的擴展及I/O擴展技術(shù)四大模塊為設(shè)計主線，以如何組建單片機應用系統(tǒng)并實現(xiàn)其功能為設(shè)計思路，將各部分內(nèi)容有機聯(lián)系成一個整體。首先將教學內(nèi)容分成兩大部分(如圖1所示)—單片機原理與單片機應用。

單片機原理主要包括硬件和軟件兩部分，其中硬件部分重點講授單片機最小系統(tǒng)的組成原理(以51系列單片機為核心的單片機硬件結(jié)構(gòu)與原理、存儲器配置、單片機外圍工作電路、4個并行I/O端口電路結(jié)構(gòu)、中斷系統(tǒng)、定時/計數(shù)器)；對于軟件部分，將指令系統(tǒng)和程序設(shè)計融合在一起，不再講授教材的簡單與分支程序設(shè)計、子程序設(shè)計和運算程序設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容，不再逐條介紹MCS51單片機的111條指令，而是重在梳理歸納總結(jié)，特別指出51匯編與X86匯編的相同和不同之處；對于一些關(guān)鍵指令，結(jié)合具體的程序進行講解，加深學生的理解和掌握，如利用DJNZ指令設(shè)計循環(huán)程序，利用MOVC A，@A+PC和MOVC A，@A+DPTR兩條指令設(shè)計查表程序，分別用相應的程序舉例進行講解。在軟件部分，還引入了C51內(nèi)容，指出C51與普通C的區(qū)別。同時針對單片機的I/O端口、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)也給出具體的編程實例。

在單片機應用部分重點講授單片機的外圍擴展技術(shù)，主要包括：單片機應用系統(tǒng)的擴展(程序存儲器的擴展、數(shù)據(jù)存儲器的擴展、并行I/O端口的擴展)、單片機對鍵盤和顯示器件的擴展技術(shù)、單片機對A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的擴展技術(shù)以及單片機與單片機、單片機與PC機之間的串行通信技術(shù)。針對這些內(nèi)容的特點(應用性非常強)主要以一些典型器件為例進行講授。例如，程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的擴展電路連接有相似之處，教學過程中以新型的EEPROM芯片2817(既可作為程序存儲器也可作為數(shù)據(jù)存儲器)為例來講授其與單片機之間的電路連接。對于顯示器件的擴展，除了介紹單片機對LED數(shù)碼管的擴展技術(shù)外，還增加了單片機對LCD顯示器的擴展內(nèi)容。

單片機原理和應用兩大部分的內(nèi)容并不是孤立的，同時在教學過程中也不是獨立講解的，單純的講原理，內(nèi)容很抽象，學生也不易理解和掌握，而在單片機原理的基礎(chǔ)上，穿插各種典型設(shè)計案例的講解，將原理教學融入生活或工程實際中的相應案例，既加深了學生對相關(guān)內(nèi)容的理解和掌握，又對學生以后進行單片機系統(tǒng)設(shè)計有一定的啟發(fā)。

1.2 不斷更新

單片機的發(fā)展日新月異，為了避免教學內(nèi)容陳舊跟不上時代的發(fā)展，就必須把握單片機發(fā)展趨勢，將最新的技術(shù)引入教學中，及時更新課程內(nèi)容。開闊學生的知識面，激發(fā)學習興趣，調(diào)動學習積極性，進一步培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

如對單片機編程語言的選擇，以C51為主，匯編為輔。由于C語言的突出優(yōu)點(它兼顧了多種高級語言的特點，并具備匯編語言的功能)，針對8051的C語言日趨成熟，成為了專業(yè)化的實用高級語言，國內(nèi)最通用的是Keil C51。但匯編語言也不能被完全舍棄，它在某些情況下具有一定的優(yōu)勢，如與硬件有關(guān)的程序用匯編語言編寫，用C51編寫主程序和運算子程序。所以除了引入C51的相關(guān)內(nèi)容外，還引入了針對匯編和C51的混合編程舉例。除此之外，LCD顯示器接口技術(shù)也是新增內(nèi)容。

2 融入多種教學手段，提升教學效果

在有限的學時內(nèi)，不僅要使學生學到更多的知識，讓學生在短時間內(nèi)將所學知識融會貫通并牢固掌握，也是值得每個教師深思的問題。筆者認為，采取多樣化的教學手段是提升教學效果的有效途徑。

目前主要以課堂授課為主，大多采用多媒體和黑板相結(jié)合的方式進行。多媒體教學雖然減少了教師在黑板上的書寫時間，但是課堂上單純的程序和電路講解，內(nèi)容枯燥，學生學習也沒有積極性，不利于學生對知識的掌握。并且，單片機課程既不像一些理論課那樣具有大量的公式需要推導，也不像機械結(jié)構(gòu)課可以采用動畫形式進行內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理的演示。它本身所固有的特點就是實踐性和應用性很強，針對這一點，在教學過程中，一方面采用多媒體教學，節(jié)省學時，以便在有限的時間內(nèi)能教授更多的內(nèi)容；另一方面將程序和電路仿真軟件——Keil μVision和Proteus引入教學，針對所有引用的程序和電路在課堂上進行仿真，這一做法不僅吸引了學生的眼球，激發(fā)了他們的學習興趣，更加深了學生對所學知識的掌握，同時也掌握了這兩個軟件的應用。這里僅舉兩個例子。

例1：對MOVC A，@A+DPTR和MOVC A，@A+PC兩條查表指令的使用，分別如圖2和圖3所示。圖中兩段程序均使用查表指令進行平方值的查詢，程序雖然短小，卻足以說明這兩個查表指令的具體用法，非常有利于學生的理解和掌握，尤其是MOVC A，@A+PC，在使用之前需要加一個偏移量。從圖中左側(cè)寄存器A中的值可以讀出具體結(jié)果。利用Keil μVision除了可以驗證程序的正確與否之外，還可以使學生更好地了解單片機內(nèi)部存儲器的配置，如這兩段程序中，具體的平方值都是以常數(shù)形式存放于程序存儲器中，從圖右下側(cè)可以看出，它們存放在以2000H單元開始的ROM中。

例2：單片機對ADC0808芯片的擴展技術(shù)(如圖4所示)。圖中以一分壓電阻作為輸入的模擬信號，輸入ADC0808的IN3通道，單片機通過P0口擴展了4位LED數(shù)碼管來顯示模擬電壓對應的數(shù)字量。滿量程顯示255(FFH)，改變分壓值(圖中分壓比為65%)，對應的數(shù)字量輸出也會相應改變。AD轉(zhuǎn)換需要通過程序來實現(xiàn)，這就用到了Proteus和Keil μVision軟件的聯(lián)合仿真，以Keil μVision軟件對程序進行編譯生成HEX文件供Proteus電路調(diào)用，然后在Proteus軟件中運行電路和程序，即可得到仿真結(jié)果(如圖4所示)。

3 以案例推動教學，培養(yǎng)學生動手能力

雖然將程序和電路仿真軟件引入教學，確實提高了課堂的授課效果，但畢竟沒有給學生親自動手實踐的機會。所以，為了培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新能力，達到學以致用的目的，在教學方法上，我們引入了案例教學。不僅在課堂上引入大量生活中或工程中的實例，如加入單片機在軍事、通信、能源、機器人、交通、IT以及現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、儀器儀表、汽車電子系統(tǒng)、家用電器、玩具及個人信息終端等諸多領(lǐng)域的應用案例，增加學生的感性認識；更重要的是通過讓學生選擇不同的設(shè)計題目，親自動手設(shè)計硬件電路和軟件編程實現(xiàn)相應的功能，大大提高了學生的動手能力和創(chuàng)新能力。

由于是大班教學(50～60人)，而且課時又少，不便于開展實驗教學，同時，原有的單片機實驗箱，課程實驗固定，不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。通過設(shè)立不同的設(shè)計任務，有效調(diào)動學生的學習積極性，使學生積極開動腦筋完成任務，以任務推動教學，突出學生在學習中的主體地位，進一步鍛煉學生的動手能力，達到熟練掌握本課程的目的。

在教學過程中，設(shè)立10個題目供學生選擇，平均每題4～6人。由于時間有限，題目不宜選得太大太難，以能鍛煉學生動手能力，并按時完成任務為原則，題目如下。

(1)定時鬧鈴LCD，(2)密碼鎖控制，(3)8051八音盒，(4)基于單片機的數(shù)字鐘，(5)機箱活動門(如光驅(qū)門)的控制，(6)8通道自動溫度檢測系統(tǒng)，(7)多功能信號發(fā)生器設(shè)計，(8)用單片機來設(shè)計計算器，(9)單片機與微機之間的無線數(shù)據(jù)傳輸，(10)紅外遙控器的設(shè)計。這些設(shè)計題目可充分鍛煉學生對8051定時器、按鍵掃描、LCD顯示器、密碼比較處理、歌曲旋律設(shè)計、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的接口設(shè)計、串行通信及單片機對電機驅(qū)動的設(shè)計方法。在學生完成項目過程中，給予適度的指導，關(guān)鍵是讓學生自己獨立自主、保質(zhì)保量地完成設(shè)計任務，把上課時的被動學習變?yōu)檎n外實踐中的積極主動思考。一方面提高了學生的動手能力、解決問題的能力和創(chuàng)新能力；另一方面讓學生帶著問題學習，激發(fā)了其學習興趣和熱情，增強了學生的自信心，在課程教學實踐中收到了很好的效果。

4 結(jié)束語

這些做法在教學過程中收到了非常好的效果。通過合理設(shè)計教學內(nèi)容，提高了課堂授課信息量及授課效率，解決了學時少與授課內(nèi)容多之間的矛盾；課堂引入Keil和Proteus仿真教學手段，大大提高了課堂的授課質(zhì)量；案例教學法的實施，激發(fā)了學生的學習熱情和學習興趣，提高了學生分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)了學生的動手能力和創(chuàng)新能力。

[1]靳達.單片機應用系統(tǒng)開發(fā)實例導航[M].北京:人民郵電出版社,2003.

[2]陳明熒.8051單片機課程設(shè)計實訓教材[M].北京:清華大學出版社,2004.

[3]段英宏,田志宏,劉秀紅.《單片機原理及應用》課程改革與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2009,19(13):282-284.

[4]陳艷麗,劉小燕.“單片機原理與應用”教學改革探討[J].中國電力教育,2010(1):74-75.