关于《单片机原理及系统设计》教学改革的实践与思考

张鑫 刘旻

摘要： 本文针对传统的《单片机原理及系统设计》教学的不足，分别从理论教学和实践教学两个方面对该课程进行了改革，以案例为主，加大实践教学力度，把教学的重心放在能力的培养上，付诸实际教学活动，取得了较好的效果。

关键词： 《单片机原理及系统设计》课程教学教学改革理论教学实践教学

1.引言

《单片机原理及系统设计》课程是高等学校工科非计算机专业本科生的一门应用类课程，主要讲述单片微型计算机的硬件结构特点、工作原理、接口电路和程序设计的方法，目的是使学生从应用的角度了解单片机的基本原理和基本应用，从而具备对单片机进行软、硬件设计开发的能力。

2.理论教学内容改革

不同高校在开设该课程时，学时的安排不尽相同，教材的选择面也较宽。但是理论教学的内容基本相同，大致分为单片机内部功能结构，汇编语言及其程序设计，系统扩展三大部分[1]。

根据工科院校的特点，对教学内容做了适当的改革，形成了讲义，并在2012年出版。把教学内容分为单片机的基本原理介绍（基础篇），系统的扩展（扩展篇），应用系统配置及设计（应用篇）三个部分。

基础篇主要涉及单片机的内部功能结构和单片机汇编语言及单片机C语言程序设计。由于单片机的开发环境日益更新，软件的开发环境都已经支持单片机的C语言，为了使学生很好地把所学知识融入今后的工作和满足社会的需求，对单片机C语言内容的教学提上了日程，故在基础知识的教学内容中加入了单片机C语言的教学。

扩展篇的内容主要涉及了单片机的系统扩展，即由于单片机的内容资源有限，必须对相应的资源进行扩展，主要包括对I/O口、存储器的扩展。该部分内容与以往的教学内容没有太多的区别。

应用篇的内容主要涉及单片机外围电路的接口电路设计和应用实例。包括前向通道A/D转换器及其与单片机的接口设计；后向通道D/A转换器及其与单片机的接口设计；人机接口设计即单片机的键盘显示接口电路设计。其中，前向通道和后向通道的内容以最基本的器件为引子，而后在此基础上介绍新型的器件。实际案例以教师的课题、项目[2]或者以竞赛的题目为例介绍如何构造一个单片机应用系统。

最后，在考核方面全部采用设计思考题的形式，既要求学生掌握最基本的概念和原理，又要求学生对所学的知识灵活掌握，举一反三。

3.实践教学内容改革

《单片机原理及系统设计》是一门实践性很强的课程，强调学生的动手能力。所以，在课程设置上一定要注重对学生的动手能力的培养，实践教学的学时数一定要占一定的比重。学生动手实践能力的培养可以在教学上分为如下三个方面。

3.1实验教学方面

实验教学环节是与课程同步进行的。也就是说实验教学环节一定要和理论教学环节同步相结合，而且实验课时要占相当的比重。理论联系实际，让学生对所学的知识有感性的认识，把抽象的理论教学内容通过实验具体化。实验的内容分别为：KeilC软件的使用实验，数据类实验（数据排序），Proteus软件的使用实验，中断系统实验，定时器/计数器实验，串行通信接口实验，存储器扩展实验，8155键盘及显示接口实验，A/D转换实验，D/A转换实验。

所有的实验项目都是与理论教学紧密结合的，在相应理论教学内容结束后，直接安排实验内容。实验指导书采用启发式的方法，而不是“傻瓜式”的。学生必须下去预习并且自己完成接口电路的设计及其程序的编写，而不是按照实验指导书直接进行接口的连接和按照实验指导书把程序输入到计算机，这样能够充分调动学生的主观能动性和培养学生的动手能力。

最具特色的改革是开放实验室并且提供相应的单片机最小系统扩展实验印刷电路板和开发环境，学生可以利用课外时间根据自己设计的电路焊接电路，调试和下载程序，验证自己的所设计电路和编写的程序是否正确。

3.2课程设计方面

课程设计环节是在该课程理论教学和实验教学结束后，学生对该课程的综合应用。也是衡量学生对该课程掌握情况的重要指标和培养学生动手能力的重要手段。

在教材建设方面也涉及了课程设计指导书，并且形成了讲义。主要题目有：水塔水位控制系统设计，电子时钟设计，多功能信号发生器设计，汽车转向灯设计和数字频率计设计等。并且要求指导教师另外给出两个以上的题目供学生选择，学生也可自行选择题目。

学生可以利用开放实验室的便利条件和资源对所选的题目进行实际操作和验证。

3.3指导竞赛方面

鼓励学生参加各类课外的竞赛活动。目前，与该课程紧密相关的竞赛种类很多，如：全国大学生电子设计竞赛、智能车竞赛、挑战杯等。这些竞赛为学生提供了良好的展现自我的平台；而我校学生也在各类竞赛中取得了不错的成绩。

4.结语

《单片机原理及系统设计》课程的教学中通过以上的改革方法的实施，充分调动了学生的积极性，提高了学生对该课程的学习兴趣，增强了学生的实践动手能力，培养了学生独立分析、思考和解决问题的能力。绝大多数学生都利用实验板制作出了自己的“产品”，达到了预期的效果。

参考文献：

[1]李广弟，朱月秀，王秀山.单片机基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.

[2]张蕊萍，赵峰.项目教学在电机学教学中的研究与实践.自动化与仪器仪表，2010（4）：72-77.