单片机课程改革体验

摘 要 单片机应用技术是高职院校电气与电子信息类专业的一门核心课程，对学生的职业岗位能力培养起着重要作用。采用任务驱动教学模式是本课程一贯的教学方式，课程中所设计的任务内容 ，能够充分体现职业技能训练的综合性和系统性。本课程改革主要体现在教学项目、实训设备两方面，针对目前市场上单片机的应用技术，采用51单片机作教学任务，C语言完成程序编制，与单片机的应用现状紧密联系。

关键词 单片机 岗位能力 51单片机 C语言

中图分类号：G424 文献标识码：A

1 单片机课程介绍

作为职业院校，我们的毕业生将走进企业，从事基本的生产与操作，在校期间除了个人素质培养还要进行专业培训，各专业课程的设置，各门课程如何展开教学，都直接影响学生的质量。今年带了一个毕业班，学生通过顶岗实习，回校反馈的意见中就提到单片机这门课，上岗之后用的最多的就是这门课程所学的知识，也就是在电子信息、机电一体化、通信技术、应用电子等一系列专业应用领域都涉及单片机或嵌入式的一些应用。正如单片机技术已经渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。企业需求这方面的人才，而人才培养是高职院校的根本任务。

单片机课程是一门实践性、应用性和创新性很强的专业课程。由于单片机课程内容的抽象化，决定了单片机课程教学必须通过大量的实践锻炼和动手操作训练来强化其知识结构，仅学习单片机芯片的基本知识而不综合运用单片机软、硬件技术动手解决实际问题，等于纸上谈兵。单片机广泛的应用性和单片机技术日新月异的发展又决定单片机的学习，必须举一反三，通过创新的思维方式去掌握新技术，创造性地拓展其应用空间，这就对创新型高技能人才的培养提供了坚实的平台。

2 单片机课程实训条件

现阶段单片机实训设备种类与名目并不少，大多是实验箱、实验开发装置或综合实验平台。这样的实验设备造价昂贵，且无法设计完成贴近工程实例的项目，在教学实践中暴露出很多不足，不太适合于职业院校，体现在以下几个方面：

（1）使用设备方法过于复杂：对理论水平要求过高，只有专业理论知识扎实的学生才能使用。（2）设备过于复杂：有些设备不仅仅是针对单片机课程的，会涉及通信、GPS技术、自动控制等，不是针对学生特点定制。（3）资源浪费严重：单片机成套设备中大部分功能根本使用不到，一旦个别器件失效，整套实验设备都搁置。（4）设备价位过高：学校负担较重。（5）实验设备的扩展接口少，给学生自行设计的空间太小，没有真正体现单片机的优越性。

3 单片机课程改革

由于原有单片机实验设备无法正常使用，本学期改用机器人作为实验媒体，所开设的实验内容都是软件与硬件相结合，并尝试用C语言编程。此批机器人已经购买时间很长，部分元器件必须更换，电路也进行了一些改变，在设计与应用中更趋合理。出于教学需要，笔者和企业的老师一起着力研究与开发单片机实训设备。经过一段时间的教学实践，已经看到了一些教学效果，学生们的兴趣也比较高。对比以往的单片机课程教学，主要有这几个方面的改革：

3.1 使用机器人作为实验硬件

机器人技术是多种学科综合的应用，是由各种传统的学科构成。机器人在运行、工作的过程中有许多地方需要修改。那么如何修改这些部分？也是从两方面入手。首先是从硬件上进行改造， 通电前要检查机械部件是否安装正确，各种接线连接是否准确，机器人里有许多传感器，会大大影响它的运行情况，学生要通过修改程序来使其工作正常。在执行任务的过程中，学生可以充分发挥自己的想象力，随时都可能会有新的创意，例如：可以在程序里加一些定时器，来节省运行时间；可以任意改变参数值，以达到工作的理想状态。这些工作可以帮助学生提高对外界事物的观察力。当机器人走近学生，大家似乎又回到了童年，对事物又有了不同的理解。这些机器人比普通的机器人内容要丰富得多，通过玩这些机器人，学生不仅练习了单片机的软、硬件结合，还可以战胜困难，挑战自我。

3.2 应用C语言编写程序

C语言是一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能。C语言有功能丰富的库函数、运算速度快、编译效率高、有良好的可移植性，而且可以直接实现对系统硬件的控制。

C语言是一种结构化程序设计语言，它支持当前程序设计中广泛采用的由顶向下结构化程序设计技术。此外，C语言程序具有完善的模块程序结构，从而为软件开发中采用模块化程序设计方法提供了有力的保障。因此，使用C语言进行程序设计已成为软件开发的一个主流。用C语言来编写目标系统软件，会大大缩短开发周期，且显著地增加软件的可读性，便于改进和扩充。在单片机教学中，以往大多使用汇编语言编程，而现在改用C语言完成软件功能，下面结合8051介绍单片机C语言的优越性：

（1）用C语言编写单片机程序，不需要懂得单片机的指令集；

（2）无须懂得单片机的具体硬件，也能够编出符合硬件实际情况的程序；

（3）不同函数的数据实行覆盖，有效利用片上有限的RAM空间；

（4）程序具有坚固性：数据被破坏是导致程序运行异常的重要因素。C语言对数据进行了许多专业性的处理，避免了运行中间非异步的破坏；

（5）C语言提供复杂的数据类型（数组、结构、联合、枚举、指针等），极大地增强了程序处理能力和灵活性；

（6）提供了专门针对8051单片机的data、idata、pdata、xdata、code等存储类型，自动为变量合理地分配地址；

（7）提供small、compact、large等编译模式，以适应片上存储器的大小；

（8）中断服务程序的现场保护和恢复，是直接与单片机相关的，由C编译器代办；

（9）提供常用的标准函数库，以供用户直接使用；

（10）头文件中定义宏、说明复杂数据类型和函数原型，有利于程序的移植和支持单片机的系列化产品的开发；

（11）有严格的句法检查，错误很少，可容易地在高级语言的水平上迅速地被排掉；

（12）可方便地接受多种实用程序的服务：如片上资源的初始化有专门的实用程序自动生成；再如，有实时多任务操作系统可调度多道任务，简化用户编程，提高运行的安全性等等。

C51是广泛应用于8051系列单片机编程的高级语言，具有C语言的开发效率高、可读性强、可移植性强等诸多优点。keil C51编译器提供了大量功能丰富的库函数，能够对C51源程序编译生成高效的目标代码，从而提高了程序的开发与维护效率，因此采用C51语言编写8051系列单片机应用程序是单片机课程教学的必选内容。

3.3 在线仿真调试

单片机常用开发软件Keil具有强大的仿真功能，C51和汇编语言都是适合的。它最大的好处就是简单、方便，容易使用，不需要使用任何电路，也没有特殊的要求；甚至可以在硬件电路制作好之前就将串口部分的程序编写、调试完毕。对于51单片机，只要充分掌握其特点，能够熟练利用它，就可以解决应用中的大部分问题。很多任务都可以使用软件仿真来完成，根本无需任何硬件仿真器；只有一些新的外部器件的时序、接口的调试才有可能需要用到硬件仿真器。

3.4 企业专家作为执教人员参与教学

本学期的单片机课程教学由企业专家与专任教师合作完成。由于是试点，所有实验项目都是根据机器人设计的。单片机实训项目包括项目概述、项目要求、系统设计、硬件设计、软件设计、系统仿真及调试，提供完整的程序清单和电路原理图。教学中采用实际应用项目实例，力求理论和实践相结合，同时考虑培养学生解决工程实际问题和综合应用的能力。典型实例都来自实际工程应用，有助于学生动手能力的培养和锻炼。

4 结论

目前，单片机已经成为电子设计的潮流。单片机应用的意义不仅在于它的广阔范围及所带来的经济效益，更重要的意义在于，单片机的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。

高职院校的电子技术相关专业学生要加强这门课程的学习与实践，将有助于今后的就业与创业，电子行业需要大量的单片机人才，它也可以成为学生自主创业、研发智能电子产品的好帮手。

参考文献

[1] 林立.单片机原理及应用.北京：电子工业出版社，2013.

[2] 郭天祥.51单片机C语言教程.北京：电子工业出版社，2009.

[3] 赵建领.单片机C语言程序设计.北京：机械工业出版社，2012.

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