“单片机原理及应用”课程教学改革的研究
摘要：本文以培养技术应用型人才为目标，介绍我院“单片机原理及应用”课程体系教学改革的基本思想，从课程教学内容、实践教学体系，教学手段，考核方法，教材建设等方面进行了研究和探索。并总结了实施后的教学效果。
关键词：单片机；教学内容体系；教学方法
中图分类号：G64文献标识码：B
文章编号：1672-5913(2007)18-0091-03
1引言
“单片机原理及应用”是电气信息类专业的核心专业课程，也是一门技术性和实践性很强的学科，必须理论结合实践，通过一系列实验、实践训练，才能取得较好的教学效果。根据本课程的特点，并结合高职高专教育培养应用能力的宗旨，我们对该课程教学体系进行了改革与探索。课程改革的基本思路是以培养技术应用性人才为指导，以教学内容体系改革为核心，以教学方法改革为手段，以实践教学改革为特色，加强实践性教学环节，融入足够的实践内容，构建新的单片机课程体系和学生应用能力的培养体系。
2教学内容、实践教学体系的改革
在教学内容、实践教学体系上，体现高职高专特色，坚持“够用为度，培养技能”的原则，以提高学生的实践能力和应用能力为指导，对课程内容体系进行了重构。“单片机”课程体系包括理论讲授、实验和课程设计三大部分，理论知识64课时，实验20课时，课程设计2周。
在理论课教学中，按照“理论教学以应用为目的，以必需、够用为度”的原则，精选教学内容，增加了基本知识、基本技能的比重。单片机理论讲授涵盖的内容包括以下几个方面的内容：
1) 单片机概念、发展概况、以51为核心的MCS-51系列和AT89系列及其广泛应用；
2) MCS－51单片机的逻辑结构、信号引脚以及内部存储器；单片机的I/O口的功能及时钟电路与时序、复位方式和复位电路；
3) 单片机的指令格式及寻址方式及指令系统和伪指令；
4) 程序设计的基本方法，能独立编写一些简单的程序；
5) 中断的基本概念、中断源、中断控制、中断响应过程、外部中断及中断请求的撤除；定时/计数器的功能、控制寄存器及工作方式；
6) 存储器扩展机构及其实现、常见程序存储器和数据存储器的型号及其工作方式，程序存储器和数据存储器的扩展及其地址映像范围；
7) I/O口的直接使用，I/O编址技术和I/O控制方式、简单I/O扩展及用8155可编程接口芯片实现I/O扩展；
8) 键盘的接口设计和程序设计、LED显示器的接口设计和程序设计、了解LCD显示器的接口设计和程序设计；
9) 串行通信的基础知识；MCS-51单片机串行口的UART结构及串行通信控制、MCS-51单片机串行口通信工作方式及其应用；
10) 单片机与A/D、D/A转换器的接口及其应用；
在讲解一个新的理论时，强调以实际应用引入理论体系。例如，在讲解单片机硬件结构时，首先给学生演示由单片机控制的一组发光管L0~L7的亮和灭，应用这个电路可以编写不同程序显示多种发光形式。通过这个简单的实例，不仅使学生知道使用单片机控制的硬件系统，可以通过软件的编程就能实现不同的功能，而且也激发了学生对单片机的学习兴趣。
在实践教学中，以培养专业技能和综合实践能力为目标。精心设计实验内容和方式。针对教学要点，既设置了堆栈、位操作等难理解的指令实验，也设置了数据传送、多字节无符号数的加减法、极值查找和数据排序等51汇编程序实验，还设置了包括P1口应用、定时器应用以及8155组成的键盘显示器等硬件实验等。
两周的课程设计是学生进行单片机应用能力的综合训练。通过课程设计，要求学生初步掌握单片机的应用设计。组织学生到实习基地实习，通过多种形式的实践环节，着重培养学生对于单片机系统的综合分析能力和实际应用能力。
3改革教学方法、更新教学手段
在理论教学中，实行多媒体教学、网络教学和课堂教学相结合的教学模式。多媒体教案和板书相结合、应用MCS-51仿真软件直接在课堂上对程序进行运行调试、与理论配套的相关器件 (如8031芯片、数码管、按键等) 的演示等。基本的重要的概念反复强调，贯穿整个教学活动。为学生提供CAI课件以及仿真软件，帮助他们复习、消化和归纳。加强教师与学生的交流，每周一次答疑和交流，指导学生学习。同时设有答疑和交流邮箱，以及时解决学生的疑问。
在实验教学中，要求学生独立实验，独立调试，独立验证。教师以启发、引导为主，不进行示范，鼓励学生相互讨论。对基础较好的学生，鼓励他们在做好基础实验后，再对思考题或自己设计问题进行实验；对动手能力较强的学生，强调联系理论解决实际问题；而对实验能力较差的学生，鼓励他们独立解决问题，培养他们的实验兴趣。实验教学的重点是程序调试和故障排除，要求学生逐步学会单步、断点、全速运行的调试方法，并能使用寄存器窗口、存储器窗口等仿真器的功能分析各种实验现象。通过假设出现另一种实验结果来改动程序，培养学生举一反三能力，使学生在反复的修改程序中牢固掌握知识。
在单片机实验教学中，常见的难点、疑点主要有以下几个方面：
1) 学生往往不清楚PC机与仿真器是如何通信的。在学习仿真器软件之前，教师先介绍PC机与仿真器的连接，学生知道了PC机的COM1、COM2串行口和仿真器的串行接口功能及如何通过三根电缆连接时，才能了解整个系统的工作情况。若发现不能通信时，就能判断可能是软件串行口设置不对，然后使用Ctrl-C命令对PC机串行口进行选择。
2) 学生难以理解仿真态和单板态的区别，什么时候用仿真态，什么时候可直接使用单板态。对外中断实验、定时器实验，仿真器虽然连接了实验板，但发光管是直接和单片机的P1口连接，所以它们仍是单板态。而8155接口、键盘显示器、A/D转换等实验需外部口地址，则是仿真态。
3) 在硬件实验中，往往会遇到一些难度较大的问题。学生在连接好控制线、片选线，写出相应的口地址后，还要对照相应的硬件线路图，然后才能编程。
例如A/D转换实验，连接好各线路后，0通道的地址为EFF0，然后编写如下的0通道模数转换程序：
ORG0000H
AJMPSTART
ORG0030H
START：MOVSP，#40H
MOVIE，#00H ；禁止中断
MOV DPTR，#0EFF0H
MOVX@DPTR，A ；启动转换
JBP3.3，$ ；等待转换结束
MOVDPTR，#0EFF0H
MOVXA，@DPTR ；取出转换结果
MOV 50H，A；转换结果送内部RAM 50H
END
看起来程序没错，但调试结果不对。到底错在哪里？其实是在编程前没有注意硬件线路的连接。在实验板上，通道选择的ADDA、ADDB、ADDC是直接连在数据总线的D0、D1、D2上。此程序在启动转换前根本没有选择好通道，应该在启动转换指令MOVX@DPTR，A 前对累加器A置通道号，即在转换指令前加上CLRA指令。若实验板的通道选择线接在地址总线的A0、A1、A2，则前面的程序就正确。碰到诸如此类的问题，教师应尽量先提示，再让学生在调试过程中找到问题的关键，然后独立解决。
4改革考核方式
与课程教学改革相配套，进行教学内容考核的改革。在考核方法上采用教考分离，建立试卷库。考前不划重点，严肃考场纪律。坚持集体阅卷，阅卷后对试卷进行分析。平时成绩占40%，由出勤、作业、课堂回答问题的能力，实验动手能力，实验报告成绩及实验考试成绩综合评价后得出。这一点在课程开始即告之学生。由于平时成绩占比例较高，学生从一开始就注意避免了重理论、轻实际，重考试、轻能力的倾向。
5加强教材建设
为了体现教学内容体系的改革与建设，突出理论与实践相结合，我们根据培养目标和教学大纲的要求和多年从事单片机教学的经验，组织编写了《单片机原理与应用》理论教材以及配套的《单片机原理与应用实训教程》。2004年2月由科学出版社出版，经过多轮使用，效果良好。
《单片机原理与应用》在内容选取上注重应用性，通过大量的例子把在工程中广泛应用的知识、技术讲透，以达到触类旁通、举一反三的目的；在内容组织上注重高职高专学生的特点，力求循序渐进、深入浅出。《单片机原理与应用实训教程》在突出了技能训练，加强编程能力的训练和培养，每一章除编写一个详尽的实训实例供参照外，都安排了多个难易程度不同的实训项目，以便不同学校根据各自不同的专业要求和生源情况进行选择。
6结束语
本课程教学体系的改革，主要取得了以下几方面的成效：首先提高了学生对这门课的学习兴趣，学生的学习热情很高，做实验态度认真，爱动脑筋。对于专科生，这种现象在以前是很难看到的。另外，课程组教师还积极开展教学、科学研究活动，自编适合学生特点的教材，既注重讲透基本原理等重要的知识点，又重视对学生实践能力的培养，采用课堂讨论、教学实习、社会实践等多种形式，注重教与学的互动，教学效果显著提升。
参考文献
[1] 李广弟. 单片机基础[M]. 北京航空航天大学出版社，2001.
[2] 徐正惠等. 单片机原理与应用实训教程[M]. 北京：科学出版社，2004.
[3] 朱月秀等. 单片机原理与应用[M]. 北京：科学出版社，2004.
作者简介：朱月秀(1965-)，女，浙江温州人，硕士，温州大学城市学院副教授，电子邮件：zhuyx@mail.wz.zj.cn