单片机实验板的开发与教学改革
2012-10-13韩铮
韩 铮
（赤峰学院 物理与电子信息工程系，内蒙古 赤峰 024000）
单片机实验板的开发与教学改革
韩 铮
（赤峰学院 物理与电子信息工程系，内蒙古 赤峰 024000）
结合单片机教学的实际情况，设计了一种适合学生学习和开发用的单片机实验板，实验板以STC单片机为控制核心，板上资源配置合理，涵盖了单片机学习实验过程中涉及到的大部分内容，可以有效的提高单片机教学效率.除用于单片机实验外，丰富的接口电路可以使其作为课程设计、毕业设计、课外电子设计等方面的通用开发板.通过实验案例和任务驱动的学习方式，可是学生的单片机开发设计能力快速有效的提高.
单片机；开发板；教学改革
1 引言
单片机接口技术是电子类及相关专业的一门专业必修课，学好单片机对电子类人才科研能力的的培养至关重要，同时也对就业奠定良好的基础.然而，现有教学模式存在诸多问题，现结合单片机教学经验将其总结如下：
1.1 长期以来主要以讲授为主的传统教学模式已经不适合素质教育的发展要求，学生中普遍存在理论与实际应用脱节，实际动手能力差的现象.
1.2 教材更新相对滞后，主流教材理论性偏强，其中路论述方法陈旧，学生接受困难.
1.3 学生受以往教学思想及学习习惯束缚，不能很快适应实际应用类课程的学习，导致跟不上从而失去学习兴趣.
1.4 实验条件差，传统的单片机实验箱看不见内部电路，笨重不易携带，已经不能满足学生学习的需要.
综上所述，从改善实验条和创新教学方法件出发，设计一款专门为学生学习和设计用的单片机实验开发板，并可以以此为契机，进一步推进教材建设，教学思维方式转变.
为改变现有教学模式的不足，提高教学水平，激发学生学习的积极性，从实际出发锻炼工程开发能力.注重更新教育观念，积极营造鼓励独立思考、自由探索、勇于创新的良好环境.
2 综合实验开发板设计思路
结合单片机教学与设计的需要，设计思路主要有下面几个方面：
2.1 实验板既要满足单片机学习中的实验要求，又要满足学生课外学习的深入需要.
2.2 实验板体积小，USB下载供电一体化，与笔记本可构成移动实验室，便于学生课下随时随地进行实验.
2.3 典型元器件双面印刷，直观明了，便于检测.性能可靠，具有高性价比.
2.4 适于在任务驱动和案例教学中应用.
3 实验板的硬件电路设计
实验板硬件资源以单片机为控制核心，包含键盘、数码管显示、流水灯、蜂鸣器、继电器、实时时钟、温度传感器、数模模数转换、I2C总线存储器、下载接口、红外收发电路、LCD显示电路接口等硬件电路.结构如图1所示.
图1 实验板结构
3.1 单片机
本实验板选用具有在线下载功能的单片设计，实验过程中直接将编译好的程序利用数据线下载到目标板上，运行分析调试.国产的宏晶单片机价格低、与51单片机完全兼容，性能稳定可靠，可以利用简单的下载电路将程序从单片机串行口直接下载到单片机内部.本设计使用宏晶公式的STC89系列单片机，DIP40封装，接口资源丰富、电气特性优良，完全满足设计要求.
图2 单片机最小系统
3.2 键盘与LED显示电路
键盘的采集与LED的显示控制是单片机学习的入门实验，此部分设计了4*4矩阵键盘电路和独立中断用键盘，作为输入设备.显示和控制电路包含了初级实验所应用到的8个流水灯、蜂鸣器、六位数码管电路和继电器控制电路.适合学生进行单片机接口简单控制程序编写难度低，输出效果好.
图3 键盘与LED显示电路设计
3.3 通信接口
通信接口包含下载电路和红外收发电路，两部分电路结构简单，红外收发可以制作简单实用的程序，激发学生的学习兴趣.
图4 通信接口电路
3.4 采集、存储与时钟电路
数据采集系统是典型的工程应用，本部分实验板上设计了单线温度传感器18B20、串行存储芯片24C02、通用实时时钟DS1302和AD/DA转换器PCF8591，利用以上器件结合输入显示部分可以设计数据采集和闭环控制系统，可以满足项目教学的应用.
图5 采集、存储与时钟部分电路
3.5 时钟与显示接口
实验板上还设计了LCD1602与LCD12864普通液晶显示接口及TFT液晶彩屏的接口电路，为同学们课外兴趣设计及学习提供支持.
图6 液晶接口电路
4 实验板的使用及课程设计
改革教学思维.单片机课程的学习不可能仅仅依靠实验板来完成，应采用教学——实验——引导的模式，进行启发式教学，在学习中实验，在实验中发现问题，在资料查阅中解决问题，在解决问题过程中受到启发，锻炼能力，开阔思维.初步利用实验板设计基础实验20个和综合性试验20个.
渗透人文素质培养.为学生提供实验板套件，学生通过对实验板的焊接、调试、实验、开发，在经受数次的失败和挫折后，获得成功的快乐从而培养学生坚强的毅力和健全的心理素质.鼓励学生进行创新设计，展示设计作品，激发学生创作热情.
培养团队精神.通过参加科技竞赛，团队协作，使同学们通过合作过程中的得与失，妥善处理人际关系，增强团队意识.
5 结论
单片机原理与接口技术是一门应用较强的课程.通过为量身定做实验开发板，能方便、深入、系统的进行单片机的教学活动，让学生焊接制作实验设备，在自己制作的开发板上进行实验，调动了学生学习的积极性和开发热情，为单片机教学改革和课程建设取得良好效果提供了保证.
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TP39
A
1673-260X（2012）07-0031-02
