夏鯤　陳國(guó)平

【摘要】通過總結(jié)單片機(jī)理論、實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及教學(xué)研究心得，以某高校電子電氣信息類本科專業(yè)為例，分析了如何完善單片機(jī)課程體系建設(shè)，如何在課程教學(xué)過程中通過理論與實(shí)踐相結(jié)合加強(qiáng)大學(xué)生對(duì)理論的深入理解，構(gòu)建系統(tǒng)化的教學(xué)工作。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 理論與實(shí)驗(yàn) 課程設(shè)計(jì) 協(xié)同教學(xué)

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）31-0243-01

引言

單片機(jī)理論、實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)相關(guān)課程體系是各高等院校電子電氣信息類工科專業(yè)基礎(chǔ)專業(yè)課程設(shè)置的重要組成部分，為大學(xué)生深入學(xué)習(xí)掌握單片機(jī)的基本原理，設(shè)計(jì)方法，實(shí)踐應(yīng)用等打下基礎(chǔ)。大多數(shù)理工科高校開設(shè)這些課程，對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合培養(yǎng)。對(duì)于單片機(jī)的理論與實(shí)踐教學(xué)，既可以選擇匯編語言，也可以選擇C語言進(jìn)行。在高校的實(shí)際教學(xué)工作中，大多數(shù)老師是選擇匯編語言進(jìn)行教學(xué)的，因?yàn)閺膮R編語言入手能更好的掌握單片機(jī)的硬件資源使用原理等，也有部分老師是直接使用C語言進(jìn)行教學(xué)，認(rèn)為匯編語言編程過于繁瑣，而C語言編程能夠在將來的實(shí)踐工作中得到更好的應(yīng)用。本文通過總結(jié)作者多年來在單片機(jī)相關(guān)課程教學(xué)積累的經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)研究心得，以51單片機(jī)理論、實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)教學(xué)為例，對(duì)如何在使用不同編程語言進(jìn)行繁瑣和復(fù)雜的教學(xué)中使學(xué)生更好地掌握單片機(jī)知識(shí)體系進(jìn)行了探討。

1.單片機(jī)理論教學(xué)

1.1 匯編語言理論教學(xué)

單片機(jī)是一個(gè)把中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、程序存儲(chǔ)器ROM、并行IO接口、串行IO接口、定時(shí)器計(jì)數(shù)器、時(shí)鐘振蕩電路等集成在一起的控制芯片，硬件資源簡(jiǎn)單且豐富，也易于擴(kuò)展外圍電路，所以單片機(jī)的學(xué)習(xí)側(cè)重點(diǎn)首先在于掌握硬件資源使用方法。因?yàn)閰R編語言實(shí)際上是CPU能夠識(shí)別的機(jī)器碼的助記符，從匯編語言入手開始教學(xué)，能夠使學(xué)生更好地掌握單片機(jī)的硬件資源使用原理。使用匯編語言編程可以很方便地對(duì)單片機(jī)存儲(chǔ)器地址直接進(jìn)行存取操作，也能很方便地對(duì)存儲(chǔ)器地址進(jìn)行整體安排分配，前提是對(duì)單片機(jī)硬件資源非常熟悉，能夠靈活調(diào)用。比如指令MOV、MOVC和MOVX可以分別訪問單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器和外部擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。匯編編程的缺點(diǎn)在于進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯判斷跳轉(zhuǎn)等比較繁瑣。

1.2 C語言理論教學(xué)

國(guó)內(nèi)的單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)教程多數(shù)的編排都會(huì)在前面開始的章節(jié)介紹單片機(jī)硬件資源以及匯編語言指令系統(tǒng)，然后以更大篇幅講述C語言程序設(shè)計(jì)語法和針對(duì)硬件資源的編程。針對(duì)單片機(jī)的C語言程序設(shè)計(jì)語法與計(jì)算機(jī)C語言高級(jí)程序設(shè)計(jì)編程語法基本一致，而針對(duì)硬件資源的指令又類似于匯編語言指令系統(tǒng)，所以應(yīng)該可以說單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)C語言高級(jí)程序設(shè)計(jì)和匯編語言指令結(jié)合體。要掌握好C語言編程依然要對(duì)于單片機(jī)的硬件資源理解透徹并能靈活調(diào)用。但是C語言針對(duì)硬件資源的指令與匯編語言指令比較起來卻不如匯編那么直觀，也不如匯編指令那樣更加有助于單片機(jī)硬件體系結(jié)構(gòu)的理解。

為了使初學(xué)者能夠更好地理解單片機(jī)硬件體系結(jié)構(gòu)，掌握硬件資源的調(diào)用，選擇匯編語言進(jìn)行教學(xué)顯然是更加合適的。

2.單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

單片機(jī)作為電子電氣信息類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)核心課程，比某些專業(yè)基礎(chǔ)課程如電路原理、數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)等更加注重編程實(shí)踐的練習(xí)。單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程一般都是配套安排在單片機(jī)理論課程的下半學(xué)期，這樣能夠更加有助于理論的理解和掌握。作為理論課程的配套課程，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程在教學(xué)上必須與理論課程保持一致性，選擇匯編語言進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是必然和最好的選擇。

在實(shí)驗(yàn)設(shè)備的選擇上，學(xué)院實(shí)驗(yàn)室早期購置過星研單片機(jī)Star ES51實(shí)驗(yàn)箱，后來又購置了大批光佑STC開發(fā)板，可以兩者選其一。

早期的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)都是集中在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，兩人共用一臺(tái)實(shí)驗(yàn)箱，通過連線和讀寫配套程序仿真運(yùn)行來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這樣的實(shí)驗(yàn)有一些明顯的不足，比如配套程序調(diào)用了很多鍵盤顯示的子程序，而這些子程序沒有直接給出來，實(shí)驗(yàn)箱的很多硬件電路連接也沒有給出詳細(xì)原理圖，所以造成了實(shí)驗(yàn)結(jié)束后多數(shù)學(xué)生也是對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和編程似懂非懂的結(jié)果。

有了STC開發(fā)板后，每個(gè)學(xué)生可以分配一塊開發(fā)板，各自進(jìn)行單片機(jī)的編程仿真實(shí)驗(yàn)，還可以將開發(fā)板帶回宿舍課后繼續(xù)練習(xí)，實(shí)驗(yàn)可以更方便地進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)開發(fā)板的原理圖清晰，例子程序豐富，通過讀寫配套例程可以較好的掌握單片機(jī)的基本原理。

顯然使用匯編語言選擇STC開發(fā)板進(jìn)行單片機(jī)實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最好安排。實(shí)驗(yàn)課程的要求注重于單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握和硬件資源的調(diào)用。

3.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)教學(xué)

單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的安排是為了進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)踐能力，所以課程設(shè)計(jì)的教學(xué)就不再局限于基本原理的掌握，而是必須達(dá)到更高程度的實(shí)踐效果。匯編語言編程有利于對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和單片機(jī)硬件資源的掌握，卻不利于復(fù)雜邏輯的處理。所以在學(xué)生已經(jīng)基本掌握了基礎(chǔ)理論的情況下，課程設(shè)計(jì)選擇C語言編程，可以讓學(xué)生更加方便的進(jìn)行復(fù)雜程序的編寫。

單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐項(xiàng)目?jī)?nèi)容的安排上，必須注重單片機(jī)內(nèi)部和外部硬件資源的綜合調(diào)用，以便完成具有實(shí)際意義的綜合程序的編寫。課程設(shè)計(jì)實(shí)踐項(xiàng)目安排了可以綜合調(diào)用單片機(jī)I/O口資源進(jìn)行鍵盤掃描數(shù)碼管顯示以及中斷處理的實(shí)現(xiàn)計(jì)算器功能的程序編寫，和能夠使用I2C總線進(jìn)行通訊的AD/DA處理的程序編寫。這兩種程序的綜合度和復(fù)雜度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單片機(jī)實(shí)驗(yàn)題目的要求。從實(shí)踐結(jié)果來看，通過這種綜合性復(fù)雜程序的編寫練習(xí)，能夠大大提高學(xué)生的開發(fā)設(shè)計(jì)實(shí)際項(xiàng)目的動(dòng)手實(shí)踐能力。

結(jié)束語

在我國(guó)大力實(shí)行人才戰(zhàn)略強(qiáng)調(diào)人才培養(yǎng)的大環(huán)境下，本文作者所在高校也響應(yīng)國(guó)家號(hào)召加強(qiáng)本科生培養(yǎng)，實(shí)施卓越工程教育，取得了積極可喜的成績(jī)。本文積極探索和提高單片機(jī)理論實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)協(xié)同教學(xué)的方法，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展，也得到了學(xué)生的高度認(rèn)同。以此方法培養(yǎng)出來的本科生在參加全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的過程中也取得了驕人的成績(jī)。本文作者經(jīng)驗(yàn)和方法也可以為兄弟院校相關(guān)專業(yè)的教學(xué)提供參考和借鑒。

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