單片機原理與接口技術
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單片機原理與接口技術范文第1篇
[關鍵詞]課程教學 教學改革 獨立實驗 單片機
[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）01-0158-03
隨著計算機應用技術的迅速普及，單片機原理與接口技術課程是作為機電等相關專業(yè)的主干課程開設的，是理論與實踐結合非常緊密的課程。[1]主要介紹一種典型類型單片機的基本硬件組成，指令系統(tǒng)和程序結構，單片機常用接口芯片的接口電路及編程，單片機的實際系統(tǒng)應用等。[2]通過該課程的學習，學生具有開發(fā)單片機應用系統(tǒng)的初步能力，包括軟件、硬件及系統(tǒng)等，為后續(xù)的專業(yè)課程設計和畢業(yè)設計打下良好的基礎。為了提高單片機的教學效果，人們也不斷進行教學方法、內容、手段的改革與探索實踐，取得了一定的成績。[3] [4]不過學生仍感覺到課程內容抽象，建立單片機系統(tǒng)的概念困難。當然這與學生自身的相關知識儲備有關，但從單片機教學的角度出發(fā)仍然有許多方面值得教師研究和探索，切實有效提高課程的教學質量。
一、單獨開設單片機理論課程和實驗課程
單片機課程的傳統(tǒng)教學模式是把理論教學和實驗教學作為一門課程來進行的，也就是常說的理論和實驗混編課程，實驗形式叫課內實驗，這是大多數(shù)課程采用的教學模式。[5] [6]這種模式對實驗內容多、實踐要求很高的單片機課程教學明顯不足。
首先，是實驗學時數(shù)明顯不足且難以協(xié)調。原來的單片機課程總學時為48，其中包括安排了10個學時的實驗。這對于課程實驗學時的占比來說已經(jīng)是比較高的了，但對于單片機這類課程要進行較全面系統(tǒng)的實踐訓練是遠不夠的，只能安排少學時的驗證性實驗，同時也給出了參考程序和實驗步驟。這樣雖然加快了實驗周期，但學生獨立思考能力、動手實踐能力和創(chuàng)新能力得不到有效的鍛煉。同樣隨著單片機技術的發(fā)展，串行通訊及低功耗串行器件在微控制器中的廣泛應用，要求掌握的內容也在增加和變化，38學時的課堂理論學時也是不夠的。在課程總學時確定的情況下，調整實驗與理論之間的學時分配也很困難。
其次，理論教學限定了實驗時間的靈活性和內容的擴展性。對于混編課程，課堂理論教學和實驗教學最終給出一個總成績，理論和實驗各占一部分，兩者在時間上就存在制約。一般是課堂教學結束，實驗也基本上要完成，否則將會影響考試的時間安排和成績的評定。這樣就造成實驗周期較短且相對集中，在這段時間實驗室的負荷非常高，實驗的時間安排非常緊密，靈活性受到很大的限制，甚至影響正常的實驗開展。
為了加強單片機課程的教學，特別是加強實驗教學，將原單片機原理及應用混編課程改為單片機原理與接口技術理論課（學時48）和實驗課（學時24），兩門在形式上完全獨立的課程。這不僅僅是學時數(shù)和內容的增加，而且使得課堂理論教學和實驗教學能夠根據(jù)各自的不同特點和差異，改革完善各自的教學模式及教學方法，有助于實驗教學改革，改變實驗長期作為課堂理論教學輔助地位的狀況，實現(xiàn)理論教學和實踐教學兩條腿走路。
二、單片機課堂理論教學模式及方法探索
對初學者來講單片機的內容抽象，同時需要一定的電子技術知識支撐，對知識綜合性、實踐性要求都比較高，學生總感覺內容零散難以構成系統(tǒng)應用。因此在大力加強實踐教學的同時，對單片機課堂理論教學的模式及方法等許多方面同樣需要改革和探索。
（一）模塊及層次化的教學內容組合
單片機常規(guī)教學一般都是按照教材的先后順序講授單片機的硬件結構、指令系統(tǒng)，匯編語言程序設計方法和技巧、定時計數(shù)器及中斷系統(tǒng)、串行口通訊，單片機的擴展、人機和機電接口應用等，知識點較多，前后知識有機聯(lián)系弱，難以構成完整系統(tǒng)性的概念。為此，從系統(tǒng)角度出發(fā)將單片機內容劃分為硬件結構、軟件程序、外部擴展、應用實例等四大模塊，每個內容模塊中又劃分有不同的知識層次子模塊。[7]如硬件結構模塊劃分為單片機核心基礎層（包括寄存器、存儲器結構、端口等）和片內功能層子模塊（包括中斷、定時器、串口等）;軟件程序模塊包括指令基礎子模塊和基礎程序設計子模塊等。在課程講授的開始就讓學生對單片機三大模塊的關系有初步的感受，并在后期交叉講授過程中不斷強化認識，建立知識與系統(tǒng)的概念。
如何建立軟硬件之間的聯(lián)系對理解單片機是非常重要的，教學中要加強軟硬件模塊之間聯(lián)系的講解。指令是編程的基礎，但一條條指令的講解又是非常枯燥的事情，因此要求學生強化課下的指令記憶，課堂上著重講解典型指令、指令對比以及和硬件存儲關系等。如傳送指令MOV、MOVX和MOVC的區(qū)別和對應存儲空間的位置;堆棧指令PUSH、POP對指針的影響及調整初始指針的原因;比較指令CJNE和減法指令SUB實現(xiàn)同樣功能的編程等;對于功能部件及擴展器件則加強軟件與硬件結合的講解，如何實現(xiàn)接口的編程。這樣使學生逐步建立單片機軟硬件系統(tǒng)結合的方法。
（二）適當引入虛擬仿真教學
單片機的廣泛應用使得其軟件的虛擬仿真技術也得到了迅猛的發(fā)展。Keil軟件是單片機開發(fā)軟件，它支持包括51系列等流行單片機的宏匯編及C語言的程序編譯、連接及仿真調試等;Proteus軟件電路設計和分析軟件，可以進行硬件電路原理圖設計、PCB電路板布線及電路仿真，還可以結合單片機的軟件實現(xiàn)軟硬件的聯(lián)合仿真。因此通過Keil軟件環(huán)境中編寫單片機程序，Proteus軟件環(huán)境中設計相應的單片機硬件電路，然后通過兩個軟件的關聯(lián)就可以模擬將程序加載到單片機中進行仿真了。[8]
在單片機的課堂教學中適當引入Keil和Proteus軟件，用它們編寫軟件、設計電路和虛擬仿真，不僅可以培養(yǎng)學生嚴謹仔細地編寫指令和設計硬件電路的態(tài)度，還可以使枯燥的單片機學習變得直觀、形象和生動，激發(fā)學生學習的興趣和主動性，提高教學的效果。當然，軟件仿真和單片機的實際系統(tǒng)還是有差異的，只是驗證其邏輯關系。但在單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)過程中先在PC電腦上進行軟硬件結合的虛擬仿真，不僅可以縮短開發(fā)時間，節(jié)約硬件成本，而且使開發(fā)的初期過程變得簡單、直觀，對于既要學習單片機并不需要進行實物開發(fā)的廣大學生來說更是很好的學習軟件。
（三）一個應用實例貫穿教學始終
學生對單片機比較困惑的是相關的內容學完后認識還是比較零散，不知道該如何應用。老師在講授過程中，不同的章節(jié)也會舉一些局部的應用實例，各個實例僅僅是局部詳細的，但缺乏整體性，不同章節(jié)例題很少有關聯(lián)性，老師感覺基本應用都講解了，但學生仍難以有效建立整體系統(tǒng)應用的觀念。
為了強化學生單片機系統(tǒng)應用的理解，在教學的開始就提出一個具體的應用實例，并貫穿整個課堂教學活動中。例如溫度對學生來說是一個很熟悉的，因此就提出單片機溫度測量系統(tǒng)設計的實例，可以是教室的、宿舍的溫度測量，給出實時溫度顯示，并模擬給出控制信號（模擬空調電機控制）、超限報警等。教師還可將相關的內容分散到各個章節(jié)中介紹，最后構成一個完整的系統(tǒng)。在講解軟件程序設計時，介紹如何根據(jù)已知數(shù)（模擬采集的溫度數(shù)據(jù)）通過查找比較編程來確定溫度;在講解中斷及定時器時，介紹如何用定時中斷的方法進行定時溫度信號的采樣;在講解鍵盤及顯示時，如何設定溫度值，顯示鍵盤功能及數(shù)據(jù)，然后再返回顯示實時溫度等接口編程;在講解A/D時，以AD590集成溫度傳感器講解電壓與溫度的關系（輸出電壓可以用電位器模擬），A/D轉換后的數(shù)字量對應關系;在講解D/A時，講如何輸出電壓或電流信號，以模擬控制調節(jié)空調電機。然后進行問題實例總結，給出完整的軟件編程和硬件電路，并進行Keil和Proteus軟件的仿真。這樣學生比較容易將單片機的知識點串成一個有機的系統(tǒng)，有效掌握設計的基本方法。
三、單片機獨立實驗教學模式改革
獨立開設單片機實驗課程的學時數(shù)大大增加了，實驗內容的系統(tǒng)性得到了充分的保證，可以使學生對單片機的存儲器結構、匯編程序編寫設計、定時/計數(shù)器和中斷應用、并行/串行通訊方式、A / D和D / A轉換、鍵盤和顯示、系統(tǒng)實際應用等方面得到較為完整系統(tǒng)的訓練。與原來的單片機課內實驗的模式相比優(yōu)勢是顯見的，更能反映學生實驗的本質特點。獨立課程的實驗使得實驗在時間安排上更寬泛和靈活了，不再受課堂教學的嚴格束縛，實驗時間可以安排在整個學期內。學生選做實驗項目的自由度大大提高了，前期有充足的時間對實驗內容進行預習和軟件仿真，有助于學生自主實驗的開展，實行開放式的實驗教學[9]，也促進實驗教學管理模式及方法的改革。
單片機的實驗教學中除開發(fā)系統(tǒng)的使用及基本編程操作實驗進行集中指導之外，大多數(shù)實驗是學生以實驗小組為單位自由與實驗室聯(lián)系，自主地決定實驗時間。不再按課堂教學時間，而是按上、下午及晚上三個單元安排實驗，這樣使學生有充足的時間進行實驗操作、分析，同時也考慮到學生快慢層次上的差異。
在單片機實驗獨立開設課程之前，實驗的學時少且實驗的時間跨度有限，實驗內容一般都是由指導教師安排的，學生主動選擇實驗內容的機會很少。而獨立開設實驗課程后，大大增加了選修實驗的內容，實驗安排上指定實驗和選做實驗的學時數(shù)基本上各占50%左右。這樣即能夠保障學生對單片機主要內容實踐的基本要求，又能讓學生可以根據(jù)自己的興趣選擇不同的實驗內容，培養(yǎng)自主實驗的意識和主動探究知識的動力。
四、結束語
單片機的理論教學和實驗教學分別獨立開課，使得理論和實驗的教學內容得到了加強。特別是獨立實驗課的開設，除了實驗內容更加系統(tǒng)化，時間更加靈活，提高學生做實驗的主動性和興趣，還有效提升了實驗教學的地位，有利于加強學生對實驗教學的重視。教學課堂采用軟件仿真和系統(tǒng)的實例，使得枯燥呆板的指令、電路變得生動形象，有效提高學生單片機知識的綜合和實際應用能力。單片機課程的教學改革雖然也取得了較好的效果，但對于這類實踐性要求很強的課程，需要進一步加強實驗和實驗室教學，改變傳統(tǒng)的課堂與實驗的認識，深化高等教育的改革。
[ 注 釋 ]
[1] 胡晶晶，李娟.虛實結合的單片機實踐教學探討[J].赤峰學院學報（自然科學版），2013（4）：206-208.
[2] 李朝青，劉艷玲.單片機原理及接口技術（第4版）[M].北京：北京航空航天大學出版社，2013.
[3] 姜寧，樊延虎.單片機教學改革與實踐[J].延安大學學報（自然科學版），2011（1）：45-46.
[4] 張江印.高校單片機教學模式的研究[J].實驗室研究與探索，2011（9）：103-106.
[5] 陳向奎，李元臣.單片機教學的思考與探索[J].洛陽師范學院學報，2012（5）：84-86.
[6] 汪萬維.單片機課程教學改革探討[J].武漢大學學報（理學版），2012（S2）：95-97.
[7] 朱敏杰，羅珩，余亞東.改革單片機教學培養(yǎng)應用型人才[J].實驗室研究與探索，2012（2）：144-147.
單片機原理與接口技術范文第2篇
近幾年，筆者一直擔任電子專業(yè)單片機原理與接口技術課程的教學，在教學過程中發(fā)現(xiàn)了如下問題：首先，不少學生對電工基礎、模擬電路、數(shù)字電路等電子專業(yè)基礎課的內容掌握不牢，影響了該課程的學習；其次，單片機原理與接口技術課程內容抽象，理論性、實踐性和綜合性很強，又同時涉及軟件和硬件知識，對學生的綜合素質要求比較高，而學生水平跟不上，教學難度大。針對這些問題，怎樣才能讓學生比較容易地理解和掌握這一門課程，成為本課程教學研究與改革的重點任務。因此，筆者在教學實踐中，通過不斷試驗，多次與單片機教研組老師交換意見，總結教學經(jīng)驗，認為一體化教學能讓學生在做中學、學中做，把復雜的知識直觀化、項目化，有效地調動學生的學習興趣，可以收到較好的教學效果。
一、傳統(tǒng)教學與一體化教學比較
傳統(tǒng)教學一般先理論講授，后實踐操作，在理論指導下完成實操。理論教學通常在教室進行，實踐教學實訓室進行，理論與實踐分開授課。這種模式的突出弊端在于理論教學與實踐教學脫節(jié)，導致理論知識難以及時消化，操作訓練不能連續(xù)，學生雖然經(jīng)過多次訓練仍不能掌握操作技能，教學效果不理想。
一體化教學是指在同一空間和時間內同步進行的教學，理論和實踐交替進行，直觀和抽象交錯出現(xiàn)，沒有固定的先實后理或先理后實順序，而是做中學，學中做。一體化教學具有三個特性：①空間和時間的同一性；②認識過程的同步性；③認識形式的交錯性。
下面，以“輸入/輸出接口技術”為例，具體說明這兩種教學方法的區(qū)別。
傳統(tǒng)教學：教學以老師講解為主，先介紹輸入/輸出端口名稱、作用、特點等各知識點，讓學生在識記的基礎上做作業(yè)，并利用單片機實驗箱驗證各知識點。
一體化教學：教學以老師為主導，學生為主體。教師先下達項目書（制作霓虹燈），然后組織學生研究討論，制訂方案，補充制作過程所需要的知識（輸入/輸出端口名稱、作用、特點等），然后進行項目制作，完成作品，并在教師指導下進行項目評價和總結，最后針對學習成績好、有興趣的同學布置技能拓展項目。
二、一體化教學實施
為培養(yǎng)培養(yǎng)技能過硬的單片機實用型人才，學校單片機教研組以教學改革為手段，以單片機實訓室為依托，將單片機原理及應用技術課程內容分解為單個彩燈閃爍（單片機基本知識介紹）、霓虹燈（輸入/輸出接口技術）、鍵盤接口顯示（鍵盤接口技術）、計費器（定時/計數(shù)器）、報警器（中斷技術）、秒表（數(shù)碼靜態(tài)顯示）、學號顯示器（數(shù)碼動態(tài)顯示）、數(shù)字溫度計（a/d轉換器）、信號發(fā)生器（d/a轉換器）、密碼鎖（i2c總線）等10個項目，采用邊講邊演示邊操作的教學模式，讓學生通過實踐操作掌握相關理論知識和基本技能，做到實踐中有理論，理論中有實踐，使學生既掌握理論知識又懂得實踐操作，將理論教學與實踐教學真正融為一體，實現(xiàn)理論教學與實踐教學的高度融合。
下面以報警器的制作為例，具體介紹“中斷技術”一體化教學實施過程。
（一）課前準備
在實施一體化教學前，要做好充分的教學準備，首先要購置編程器、89c51cpu、電路板和發(fā)光二極管等常用單片機實訓元件，然后安裝proteus、編程器、偉福等單片機常用軟件，組建一體化單片機教學場地。
（二）下達項目書
目前技工學校在校生素質普遍較低，因此，設計項目時，難度不能太大，難度較大的章節(jié)，須將內容分散到各個小項目中，否則會導致學生失去信心。“中斷技術”是單片機原理與接口技術課程的教學難點，為了減輕學生的學習難度，筆者實際教學時，要求學生先制作一個接觸式閃光燈，再制作報警器，這樣每個項目包含的新知識點就不會太多。制作接觸式閃光燈所需要用到的知識點有：① 發(fā)光二極管的使用；②中斷控制。報警器隱含的知識點有：①中斷控制（舊知識點）；②探測器的使用；③報警聲的產(chǎn)生。
（三）分析項目
項目下達后，先讓學生自行分析，遇到難題時，教師應當啟發(fā)學生思考、提問，與學生共同分析項目，并制定具體的實施方案和詳細的項目指導書。
例如，在接到制作報警器項目后，教師可讓學生先停下來，引導學生思考：電路中的揚聲器如何報警？報警燈如何點亮？如何識別報警信號？拋出學生當時迫切想知道的幾個問題，這樣，學生的好奇心和求知欲必將受到極大的激發(fā)，他們便會主動探索，去尋找解決問題的最佳途徑。
（四）項目實施
學生按照項目指導書的要求進行操作，在老師的指導協(xié)助下，通過查找圖書和網(wǎng)絡資源，與同學探討，完成報警器的制作，培養(yǎng)學生的協(xié)作意識、交流能力以及主動思考、解決問題的能力。
在項目制作過程中，針對學生提出的問題，教師可進行篩選，采用不同的教學方法。對于簡單問題，可以鼓勵學生自己討論解決；對于復雜問題，教師應當主動引導學生，應用知識，啟發(fā)思路；對于涉及的新問題、新知識，可與學生共同研究，再由學生去完成項目。比如：在制作報警器時，會涉及到三個知識點：其中，中斷控制屬于舊知識范疇，在制作接觸式閃光燈中已經(jīng)學過，可以根據(jù)學生的反應，采用不講或串聯(lián)回憶式教學；而探測器的使用、報警聲的產(chǎn)生屬于新知識范疇，教師應當及時補充此內容，讓學生現(xiàn)學現(xiàn)用。
（五）項目評價、總結
在一體化教學中，學習效果主要由完成項目工作的質量來衡量，主要包括自我評價、學習小組評價和教師評價。圍繞學生在項目設計過程中，從項目剖析、任務分解、知識點學習、知識點應用、目標搭建、目標組合等項目完成的一些列活動中，通過師生間的互動交流、學生間的互助協(xié)作，考察學生對項目的理解、知識點的學習領悟、單片機知識的應用以及語言表達能力。
（六）知識拓展、能力提升
對于學有余力的學生，可布置多路報警器等項目，通過制作多路報警器擴展項目，鞏固“中斷技
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術”學習內容，開拓多任務設計思路，通過查找資料，與同學和老師交流，提升學習能力和知識的應用能力。
三、實施一體化教學需要注意的幾個問題
（一）教學計劃、教學大綱與教材
按照傳統(tǒng)教學模式編寫的教學計劃、教學大綱和教材難以滿足一體化教學要求，一體化教學要按照企業(yè)發(fā)展需要和技能人才的培養(yǎng)規(guī)律，根據(jù)國家職業(yè)標準，以綜合職業(yè)能力為培養(yǎng)目標，通過典型工作任務（即項目）分析，構建課程體系，并以具體工作任務為學習載體，按照工作過程和學生自主學習要求設計和安排教學活動的課程。
教材是教師組織教學、學生學習的主要依據(jù)和信息來源，因此，一體化教材是實施一體化教學的基礎。一體化教材一般由學校教師和企業(yè)技術人員共同編寫，教材主要以典型項目組織內容，注重教材實用性和可操作性，強調學生的實踐技能、技巧的培養(yǎng)。
（二）教學過程設計與教學準備
一體化教學既要理論講解、示范操作和操作訓練，同時還要突出學生的主體地位，讓學生按照既定目標有序地“動”起來。因此，一體化教學與純粹在講臺上的理論授課或在實訓室的實踐操作有很大區(qū)別。因此，設計好教學過程是上好一體化教學課的關鍵，可以從以下幾個方面考慮：1、明確教學目的：學生需要掌握哪些知識點、技能點，掌握到什么程度，達到什么樣的效果，哪些需要講解。2、準確把握教學對象：學生基礎怎樣，前導課程有哪些，學生有何特點等。3、確定教學重點和難點，做到重點突出，難點分解。4、設計教學策略：建議采用項目教學、任務驅動等教學方法。5、合理組建項目小組，每組以3～5人為宜。分組時要充分考慮小組成員的綜合素質、動手能力，做到好、中、差搭配。
（三）教學硬件與軟件條件
1、硬件條件。一體化教學強調的是空間和時間的統(tǒng)一，即在同一場所和同一時間內完成教學的多種任務。所以，要實施一體化教學，就必須具有既能滿足理論教學，又能滿足實踐教學的一體化教學場所。
單片機原理與接口技術范文第3篇
關鍵詞:微機原理;接口技術;優(yōu)化;多媒體教學
中圖分類號:G642文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)36-10351-02
Research on the Reform in Teaching Contents of the Principles of Micrcomputer & Interfaces
CHENG Yun, XIE Si-lian, ZHAO Zhi-gang
(Department of communication and control Engineering, Hunan University of Humanities and Science and Technology, Loudi 417000, China)
Abstract: By integrating with the course characteristic of "The Principles of Microcomputer & Interfaces", this paper puts forward the reform measures such as optimization teaching contents, proper utilization of multimedia. Teaching practice showed that this reform had achieved good results.
Key words: microcomputer principle;interface technique;optimization;multimedia teaching
《微機原理與接口技術》是電氣信息類專業(yè)的一門重要的專業(yè)技術基礎課[1],也是電子、自動化等專業(yè)學生的研究生考試課程。該課程的主要任務是使學生從理論和實踐上掌握微型計算機的基本組成、工作原理、匯編語言程序設計方法、接口電路及硬件電路的連接,建立微機系統(tǒng)的整體概念,為今后進一步學習打好基礎,同時該課程又是后續(xù)課程如單片機原理及應用、DSP技術、ARM嵌人式系統(tǒng)等課程的基礎。由于這門課的教學內容與后續(xù)課程尤其是單片機原理及應用有較多相似的地方,因此,一些高職院校的做法常常是用單片機原理及應用來取代這門課,作為本科院校,還有必要開設這門課嗎?如果要開的話,其教學內容如何確定才不至于與后續(xù)課程有較多的交叉?本文從如何提高微機原理課程教學質量、增強教學效果,談談在教學上的一些體驗和認識。
1 優(yōu)化教學內容,突出教學重點
由于總的學時的不斷壓縮,使得我們對一些專業(yè)基礎課的課時則不斷壓縮,對于不繼續(xù)開設《單片機原理及應用》這門專業(yè)課的學生來說,《微機原理與接口技術》的內容需要全部開出來,而對于有單片機原理及應用這門課的專業(yè)學生來說,可以只開設微機原理與匯編語言方面的內容,而接口技術則留到單片機原理及應用里面講,把省下的課時加到電子技術和單片機原理及應用的課程設計里,這兩門課的課程設計時間都延長了一周,即由原來的2周延長到3周。另外在每一章節(jié)講授之前,先指出重點和難點,重點部分精講[2],要求學生全面掌握。例如,在講8086/8088結構一節(jié)時,存儲器地址分段是本章的重點和難點,講課時應配以大量圖表形式進行重點闡述并輔以例題和練習題加深理解,而關于計算機硬件一節(jié),學生在前修課程中已經(jīng)學過,只是粗略復習一下即可。其他章節(jié)也采用類似的方法。這樣,學生知道每一章節(jié)的重點、難點,學習有了目標,大大提高了學習效率,增加了學習本課程的積極性。
由于《微機原理與接口技術》課程內容多、 細、 零散、 前后內容交錯且涉及到的知識面又廣,學生初次接觸時往往覺得難學,特別是隨著教學進度的推進,學生感覺所接收到的知識比較散,很能理清頭緒,更談不上好好理解并加以運用了。所以在教學中可利用圖表法[3]對課程內容進行科學地歸納組合,即將相關的內容組合到同一個模塊中,然后抓住課程內容的主動脈用連線將模塊之間的聯(lián)系標識出來并加以說明,從而使課本上那些分散、 零碎的知識點一一串起來,形成一個層次清晰、結構明朗、聯(lián)系緊密的圖表。有了這結構清晰的圖表,學生即可以對相關內容進行總體上的把握又可對某一個具體的知識點進行縱向的擴展和橫向的比較,學生學習起來也不會感到混亂,且會激發(fā)學習的興趣。
2 恰當應用多媒體教學,提高教學效果
《微機原理與接口技術》課程中微機的工作原理部分是很抽象的、看不見的、摸不著的,學生覺得難以理解。若使用多媒體教學,讓關鍵部分具體化、形象化,讓重點凸出、顯示出來,可以促進學生的理解和記憶。這就要求多媒體課件制作必須根據(jù)課程的相關知識,用最合適的應用軟件,制造高標準、高質量的多媒體課件。為加強課堂教學的效果,我們可以采用理論教學和實驗演示同時進行的方法,使學生在輕松有趣的學習(氛圍)中掌握所學知識。例如,在講解芯片引腳圖和芯片的內部結構圖時,可在課件中通過點擊相應文字或按鈕來控制這些圖片的顯示或隱藏,并在圖片旁邊顯示文字說明或語音提示,從而增強圖片的可讀性,如圖1所示;又如,匯編語言指令和數(shù)據(jù)尋址方式是課程的基礎,可在課件中用FLASH動畫來模擬原本無法看到的指令執(zhí)行過程和數(shù)據(jù)流動方向。在此課程中,類似的情況還有很多,采用多媒體教學一方面可以加快教學速度,彌補教學時的不足;另一方面圖文并茂,動感演示,無疑會激起學生的學習興趣,課后閱讀時容易產(chǎn)生聯(lián)想。
3 實踐效果
根據(jù)新的培養(yǎng)方案與所采取的改革措施,我們已經(jīng)實施了兩年,從實際的效果來看,課程內容教學改革是非常成功的。通過微機原理及匯編語言的學習,然后再學習單片機,90%的學生覺得單片機易學易懂,達到了我們的預期效果。
4 結束語
我院《微機原理與接口技術》已被列為2009年湖南省精品課程,我們將以此為契機,認真扎實地開展教學研究,一定要把這門課程建成合格的省級精品課程。
參考文獻:
[1] 周明德.微型計算機系統(tǒng)原理與應用[M].4版.北京:清華大學出版社,2004.
單片機原理與接口技術范文第4篇
（湖北民族學院 信息工程學院，湖北 恩施 445000）
摘 要：以電子專業(yè)微機原理和單片機原理課程為例，提出引入比較教學法和Proteus仿真軟件，通過一個綜合性實驗，從電路結構、程序設計和仿真結果3方面進行對比和分析。最后以問卷調查形式說明比較教學能夠增進學生對課程內容的理解，利用Proteus仿真軟件能使課程變得更加生動和靈活，有利于培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才。
關鍵詞 ：新興產(chǎn)業(yè)；人才培養(yǎng)；比較教學；Proteus仿真軟件；微機原理；單片機原理
基金項目：國家自然科學基金地區(qū)基金項目（61263030，61463014）；湖北民族學院教學研究重點項目（2014JY005, 2013JYZ08）；湖北民族學院教學研究一般項目（2013JY008, 2014JY033）。
第一作者簡介：高林，男，講師，研究方向為嵌入式技術與智能控制，glhust@163.com。
0 引 言
比較教學法是指在教學活動中將兩個或兩個以上的認知對象放在一定的條件下，按照同一標準進行對照比較，從而確定認知對象屬性的同異、地位的主次、作用的大小、性能的優(yōu)劣、問題的難易或認識的正誤深淺，以達到辨識、了解和把握認知對象之目的的一種方法[1]。
在高校電子技術專業(yè)中，微機原理與接口技術課程是重要的專業(yè)基礎課，單片機原理及應用課程則是應用型專業(yè)課。前者偏向于原理性的介紹，涉及的實驗比較簡單；而后者則偏向于應用性，涉及的實驗較多。這兩門課程的實驗過程中使用的芯片及編程方式非常類似[2-3]，可見這兩門課程適合進行比較教學，因為兩個對象既有相同或相近的特性，同時又有相異的特性，這樣的對象才是合適的比較對象[4]。為適應新興產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)方案中這兩門課程的變化，首先對兩門課程內容進行比較分析，然后引入Proteus仿真軟件作為現(xiàn)代化教學手段，再通過一個綜合性實驗對比仿真來具體探討兩門課程的特點，最后通過問卷調查的形式檢驗教學效果，以求摸索出一條適應新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的人才培養(yǎng)途徑。
1 教學內容比較
在新興產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)方案制訂過程中，微機原理與接口技術課程原本先于單片機原理及應用課程一學期開設，現(xiàn)在變成在同一學期開設，而且兩門課程在理論學時減少的同時，實驗學時均有所增加，這樣就給教師授課和學生學習增加了難度，又因為兩門課程存在緊密的聯(lián)系，所以利用比較教學法對課程內容進行比較分析，可得出兩門課程之間存在以下3個主要的關聯(lián)點。
1）兩門課程的核心芯片不同。微機原理與接口技術課程的核心芯片是8086微處理器，單片機原理及應用課程的核心芯片則是51單片機。雖然核心芯片不同，但是它們與外部進行信息傳遞均采用數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線的“三總線方式”，均存在引腳復用且需要外接地址鎖存器，這些內容可在講解時進行對比，便于學生理解。
2）兩門課程的編程語言完全不同，前者是匯編語言，后者則采用C51語言。雖然前者是低級語言，后者是高級語言，看似不相關聯(lián)，但通過對比學習能增進理解。例如匯編語言中關于堆棧以及進棧、出棧指令的知識，能幫助學生在學習C51語言時更好地理解函數(shù)的調用和返回以及函數(shù)的嵌套調用等內容。
3）兩門課程的接口技術內容相似，均包含并口、串口、中斷控制、定時器/計數(shù)器、D/A和A/D等。為避免教學內容重復，一般在前者授課中既講工作原理又講接口電路，而后者中對應部分只講接口電路，不講或少講工作原理。例如，兩門課程在講到并口部分時，前者既要講解可編程并口芯片8255A的工作原理，還要講解8086與8255A的連接電路和編程；后者則重點講解51單片機擴展并口電路和編程，并口工作原理則略去不講。
2 比較教學手段
雖然已經(jīng)對兩門課程的教學內容進行了比較分析，但如果仍然采用傳統(tǒng)的教學方式，并不能有效提升教學效果。在進行理論教學時，通常采用“板書+課件”的教學方式，這樣會把接口電路、程序及運行結果這三者割裂開來，無法檢驗接口電路是否可行、所編程序是否有效以及程序在電路中的運行結果是否正確。在進行實驗教學時，通常采用“電腦+實驗箱”的教學方式，也存在實驗設備昂貴、容易損壞、實驗電路固定、設計內容少等問題，導致學生無法了解接口電路工作原理，從而缺乏電路分析和設計能力。
能否找到同時提升這兩門課程教學效果的手段？解決的方法就是在教學中引入Proteus仿真軟件。Proteus仿真軟件是一款包含大量系統(tǒng)資源、豐富硬件接口電路，具有強大調試功能和軟硬件相結合的仿真系統(tǒng)[5]。Proteus強大的設計與仿真功能被廣泛應用在數(shù)字電路、模擬電路、單片機、嵌入式系統(tǒng)等多門課程的教學和實驗中[6]。
引入Proteus仿真軟件之后，在兩門課程的理論課上，可以預先畫出接口電路的原理圖，然后用相應的編程軟件編寫程序并加載到對應的核心芯片上，最后將運行結果演示給學生看，這樣使課堂變得直觀、生動，還能將接口電路、程序及運行結果有機結合起來。另外，在兩門課程的實驗課上，由于該軟件擁有實驗箱中幾乎所有的元器件和虛擬儀器、儀表，能夠讓學生在實驗箱中完成硬件實驗的同時，也能在該軟件中對實驗電路進行仿真，從而實現(xiàn)與硬件實驗完全相同的效果。在此基礎上，該軟件還擁有很多實驗箱中沒有的元器件，能讓學生進一步修改電路，甚至設計出多種功能的實際應用電路進行仿真，從而鍛煉學生電路系統(tǒng)設計的能力。
3 比較教學實例
以一個綜合性實驗為例，從電路、程序和仿真3個方面來對比探討兩門課程的特點。該實驗名稱是“PC機通過串口控制數(shù)字時鐘”，要求在以8086為核心的微機控制系統(tǒng)和以AT89C52（一種51單片機）為核心的單片機控制系統(tǒng)中均實現(xiàn)這樣的功能——當PC機發(fā)送數(shù)字1時，數(shù)字時鐘運行；當發(fā)送數(shù)字0時，數(shù)字時鐘暫停。
3.1 電路結構
該實驗電路結構框圖如圖1所示，圖中上面虛線框中是以8086為核心的微機控制系統(tǒng)，下面虛線框中是以AT89C52為核心的單片機控制系統(tǒng)。從電路結構來看，前者更為復雜，后者相對簡單。這是因為8086是微處理器，并口、串口、中斷、定時器/計數(shù)器等功能均需要外部擴展；而AT89C52是單片機，這些功能大多數(shù)內部就有。例如8086內部沒有串口，需要通過串口擴展芯片8251A實現(xiàn)串行通信，再經(jīng)由RS-232連接到PC機；而AT89C52則可以通過自身串口經(jīng)由RS-232連接到PC機。類似的情況還有8086需要通過中斷控制器8259A來管理中斷，通過計數(shù)器/定時器8253控制串口波特率，而AT89C52內部具有中斷控制系統(tǒng)負責管理中斷，其內部定時器/計數(shù)器可作為串口波特率發(fā)生器。
3.2 程序設計
8086主程序和AT89C52主函數(shù)流程如圖2所示，圖中左邊是8086主程序流程，右邊是AT89C52主函數(shù)流程。從程序設計來看，8086的控制重點是串行通信接口芯片8251A和中斷控制器8259A，其中包含大量訪問外部接口的程序；而AT89C52的控制對象主要是其內部的兩個定時器/計數(shù)器和相應的中斷，訪問外部接口的程序相對較少。例如8086需要不斷查詢8251A狀態(tài)字的RxRDY（串行接收準備好）標志位來判斷是否接收到數(shù)據(jù)，當完成接收后，再以“CPU get X”（X為所收到的數(shù)據(jù)）的形式回送給PC機，這些程序均要訪問外部接口。而AT89C52則只需不斷查詢內部RI（串行接收中斷）標志位來判斷是否接收到數(shù)據(jù)，當完成接收后，再以“MCU get X”（X為所收到的數(shù)據(jù)）的形式回送給PC機，這些程序全部在單片機內部完成。
3.3 仿真結果
先在Proteus仿真軟件中分別完成8086電路和AT89C52電路的原理圖設計，然后將兩個電路原理圖中的RS-232串口COMPIM的通信波特率均設為2400bit/s，并設置其占用計算機串口COM2，串口調試助手軟件占用COM1，再通過虛擬串口軟件VSPD設置虛擬串口，使COM1口和COM2口虛擬對接[7]。
該實驗在8086電路中仿真結果如圖3所示。圖中數(shù)碼管顯示當前時間是23時59分46秒，RxD端顯示10120，表示已從PC機發(fā)送了5個數(shù)字，依次是1、0、1、2、0。TxD端顯示的就是8086電路回送給PC機的5條字符串，其中數(shù)字從上往下與RxD端顯示順序一致。
該實驗在AT89C52電路中仿真結果如圖4所示。圖中數(shù)碼管顯示當前時間是00時01分50秒，RXD端顯示10130，表示已從PC機發(fā)送了5個數(shù)字，依次是1、0、1、3、0。TXD端顯示的就是AT89C52電路回送給PC機的5條字符串，其中數(shù)字從上往下與RXD端顯示順序一致。
從仿真結果來看，兩個電路均順利完成實驗要求，而且結果清楚、直觀，此結果還能與實驗箱上的實物效果進行比較，便于學生理解實驗箱內部電路的工作原理。
4 結 語
在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的背景下，學院對現(xiàn)有電子專業(yè)進行改造，提出“3+1”培養(yǎng)模式，即“前3年在學校學習，后1年在企業(yè)培訓”，為此還與相關企業(yè)簽訂了人才培養(yǎng)協(xié)議[8]。學院在新興產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)方案制訂過程中，主要依據(jù)時間集中、強化基礎、減少理論、重視實踐”的原則來設置課程，因此，部分課程的開設與以前有較大的區(qū)別，其中微機原理與接口技術、單片機原理及應用”這兩門課程的變化具有代表性。
當兩門課程的教學過程全部結束以后，通過對2011級電子專業(yè)93名本科生進行問卷調查得知，關于比較教學有42%的學生認為效果好，35%的學生認為有一定效果，23%的學生認為效果不好。認為效果不好的原因主要在于微機原理課程中匯編語言難學、部分實驗箱損壞等。關于引入Proteus軟件輔助教學有54%的學生認為效果好，33%的學生認為有一定效果，只有13%的學生認為沒有效果。認為沒有效果的原因主要是Proteus中還缺乏一些實際的元器件模型導致電路不能仿真等。此問卷調查結果表明，大部分學生認為在兩門課程教學過程中采用對比方式能夠增進理解，引入Proteus仿真軟件不僅能夠使理論課變得更為形象和生動，使實驗課變得更加靈活和開放，還有助于培養(yǎng)實際動手能力。
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單片機原理與接口技術范文第5篇
關鍵詞：傳感器；單片機；防盜報警
中圖分類號：TP277
隨著居民生活水平的提高，傳統(tǒng)的防盜越來越不能滿足人們日常防范的要求，本文提出了應用紅外線技術和單片機原理，電話自動報警技術應用到防盜系統(tǒng)中，具有經(jīng)濟科學高效的特點，尤其適用于農村畜牧倉庫，因而具有廣泛的應用前景[1-3]。
1 系統(tǒng)硬件設計
本設計采用T89C51單片機[5-7]，電路見圖1。P3.2（INT0）連接防盜探測器，用來檢測是否有盜情，如果有盜情發(fā)生，觸發(fā)外部中斷0。其中P2.1連接語音電路，實現(xiàn)語音的回放控制；P2.3連接電話接口芯片，實現(xiàn)模擬摘掛機控制； P2.0連接報警蜂鳴器。同時P0.0～P0.3分別與MT8888的D0～D3相連，用做數(shù)據(jù)總線；P2.0與MT8888的RS0相連，控制MT8888內部寄存器的選擇；P2.7與MT8888的CS控制MT8888的選通；P3.3（INT1）連接電話接口芯片的24腳，用來檢測振鈴；P3.6、P3.7分別與MT8888的WR和RD相連，控制MT8888的讀寫操作。
時鐘電路見圖1，AT89C51內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸入端和輸出端。該反相放大器可以配置為片內振蕩器。石英振蕩陶瓷振蕩均可采用。如果采用外部時鐘源驅動件，XTAL2應不接。因為一個機器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期含有2個振蕩周期，所以一個機器周期含有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率12MHZ，一個振蕩周期為1/12us，一個機器周期為1us。單片機AT89C51，構成系統(tǒng)。
圖1 單片機AT89C51電路原理圖
本設計的DTMF電路如圖2所示，設計中的MT8888CE的DTMF信號輸入腳通過一個電阻電容后與空份模塊中的MT8816腳相連，用戶1、2、3、4撥號后信號通過AX1、AX2、AX3、AX4到達MT8816，通過控制系統(tǒng)編程使一路用戶的撥號信號到達MT8888CE。MT8888CE的TONE輸出腳也與MT8816一個腳相連，可以通過CPU向MT8888CE的地址中寫數(shù)字并通過MT8816使產(chǎn)生的DTME音頻信號到達個用戶模塊。
圖2 DTMF模塊電路圖
2 系統(tǒng)仿真與分析
根據(jù)系統(tǒng)達到的總體功能，將其劃分為以下功能模塊：中央控制器、DTMF模塊、蜂鳴電路模塊、語音模塊、電話接口模塊等。由于本設計中的一些元器件，Proteus中沒有或者不具有仿真功能，故本文仿真中的一些元器件，采用其它具有相似功能的元器件代替，其中DTMF模塊是用單片機AT89C51代替，語音模塊是用用發(fā)光為紅色的LED燈代替，電話接口模塊是用發(fā)光為黃色的LED燈。并且仿真圖中綠燈亮表示蜂鳴電路正在響，仿真圖中紅燈亮表示語音模塊正工作，仿真圖中黃燈亮表示電話已報警。
圖3 Proteus正常仿真圖
3 結束語
本文設計了一種基于單片機技術的無線智能防盜報警器。該防盜報警器通過以AT89C51單片機為工作處理器核心，外接熱釋電紅傳感器，它是一種新穎的被動式紅外探測器件，能夠以非接觸方式探測出人體發(fā)出的紅外輻射，并將其轉化為相應的電信號輸出，同時能有效的抑制人體輻射波長以外的紅外光線與可見光的干擾。平時傳感器輸出低電平，當有人在探測區(qū)范圍內移動時輸出低電平變?yōu)楦唠娖剑烁唠娖捷斎雴纹瑱C，作為單片機的外部觸發(fā)信號處理，經(jīng)單片機內部軟件編程處理后，單片機輸出控制信號，驅動聲光報警電路開始報警。該報警器的最大特點就是使用戶能夠操作簡單、易懂、靈活；且安裝方便、智能性高、誤報率低。
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