浅谈高职单片机项目教学综合实验开发板的设计
2014-10-21徐伟杰
徐伟杰
【摘 要】本文针对当前高职学院学生学习单片机应用技术及基于行动导向的项目化教学改革的迫切需要,提出设计一种既能适合学生学习和开发,又能适应新时期课程教学改革需要的单片机综合实验开发板,该实验板最大限度地利用其板载资源,具有成本低,实用性强,可扩展性强等特点。其丰富的接口电路可以使其作为技能抽查、课程设计、毕业设计等方面的通用开发板,学生可灵活的利用其板载资源进行自由的搭建项目应用,从而促使其单片机开发设计能力快速有效的提高。
【关键词】单片机;实验开发板;扩展性;项目化教学
0 引言
单片机应用技术是高等职业院校电类及相关专业一门非常重要的主干课程,是电子信息、电气和自动化技术领域非常关键和非常重要的技术,在工业智能仪器仪表、机电设备、自动测量、信息处理、家电、军事技术等领域有着广泛应用。
1 传统单片机实验系统装置教学存在的问题
长期以来,相关实验设备大多向教学仪器开发厂商采购单片机实验箱。但这些实验箱价格昂贵,而且在现实教学过程中很多功能用不上,且实验资源固定,平台的资源开放不够,只能做一些认识性和验证性的实验,很难在其平台上做二次开发和创新型实验。不能适应新时期单片机应用技术课程基于工作过程行动导向教学改革的需要。
旧式的单片机实验实训平台使用时采用的仿真调试和下载程序的方法,随着单片机芯片技术的发展,已经在技术市场上被淘汰。与目前真实的单片机应用系统项目开发流程已经完全脱节。已经不能适应单片机技术市场和就业市场对高职电类相关专业学生应用型技能培养的要求。
近年来,单片机芯片已经全面引入了FALSH闪存技术,全面支持ISP(在系统可编程),部分支持IAP(在应用可编程)功能。单片机芯片价格也大大下降。这就使得单片机应用系统的仿真调试和下载程序的方法产生了较大的变革。原来的实验箱+仿真器开发模式已经在开发过程中退出市场,转向单片机芯片+系统目标板+程序下载接口=单片机应用系统开发板的模式发展。
原有平台上,学生无法实实在在的认识和了解单片机应用系统的硬件设计与制作过程,模块死板现成,不易扩展和灵活实现课程设计。也不能适应教育部/厅组织的各种技能竞赛和技能抽查的训练要求。目前,部分国家级的示范高职学院中,单片机应用技术精品课程中均已完全淘汰实验箱,转而使用自主设计开发的单片机实训开发板来用于学生的学习和实验实训及课程开发。学生需通过杜邦线连接或自行搭建驱动模块和功能模块来构建系统。通过对系统最底层硬件的设计与制作,能使学生极大的提高学习兴趣和学习积极性,学生在每个项目完成后都会有很大的成就感。而且,对硬件的了解越深入,越能有效的提高学生学习编写软件驱动程序的学习能力和学习兴趣。而本人在2010年参加学院组织的“基于行动导向的工作过程教学改革”讲课比赛中,就是采用我指导学生自制的单片机最小系统开发板+驱动及功能模块的模式。该授课模式和教学过程得到在场的专家评委们的肯定,也深受学生欢迎。
2 单片机开发板设计目标
开发实验开发板的主要目的:为了提高学生的动手能力,帮助学生系统掌握单片机设计开发知识,既要掌握软件编程,又要学会搭建硬件系统,并学会利用ISP技术,进行软硬件综合调试。实验开发板既要方便学生掌握,易于上手,又要能在实验开发板上方便、自由的进行尽可能多的综合性和扩展性的项目设计。
3 单片机开发板设计思路与内容
(1)面向职业岗位,提炼基于工作过程行动导向的单片机产品开发项目,项目的开发,必须要面向职业岗位来进行提炼,并准确的营造学习情境,最终根据这些项目,设计单片机开发板的实验模块,以适应新的职业能力发展需求。
(2)尽可能选择典型电路,并符合单片机常规用法。为学生学习硬件系统的标准化、模块化打下良好的基础。
(3)开发板设计应充分满足学习功能要求,并留有适当余地,以便进行二次开发;比如常用功能芯片使用模块,可以将其全部功能引脚引出,使用时,学生必须完全了解了芯片引脚功能,才能够进行硬件的搭建。芯片可方便插拨和更换,不同的项目应用可以使用不同的芯片来实现,同一项目应用,也可以通过,不同的芯片构建不同的方案。
(4)程序下载方案要求采用最新的免驱动USB供电、程序下载方案,电脑无需安装下载驱动可以直接即插即用。下载方案简单、易于操作、难度适合高职学生层次,能适应专业技能抽查的需要。调试操作非常方便,使学生能集中精力于项目制作和程序设计,而不在调试连接设置上花费过多的功夫。
(5)程序下载方案支持WIN7、WINXP等系统。无需COM口。只需USB接口,方便笔记本电脑使用此开发板。
(6)提供ATMEL公司和台湾宏晶STC公司两种芯片的烧录接口。该两芯片为市场主流芯片。市场占有率高,价格便宜,容易购买。
(7)单片机核心芯片的紧锁插座采用零压力插座,芯片可以方便装取,开发板又可以兼做编程器使用。
(8)积极开发与该实验装置配套的教学资源,如配套教材、实训指导书、多媒体课件、网络视频课程、配套实验模块、实验程序库、学生学习资源库、项目案例库等。
(9)資源配备:单片机最小系统核心模块(51/AVR)、I/O模块、查询式键盘模块、带中断的矩阵键盘模块、LED彩灯控制模块、LED数码管模块、LED点阵控制模块、4路AD/DA转换模块、温度控制模块、存储器模块、时钟模块蜂鸣器模块、MAX232、MAX485串行通信模块、红外发射与接收模块、LCD1602、LCD12864模块(只预留电路接口)、免驱USB程序下载模块等。
(10)教学应用:该学习开发板可以以套件形式应用于电类学生电子综合实训时自行独立安装调试成为成品。该开发板装配难度适中,价格便宜。可作为学生课后自学单片机的硬件平台,方便应用于学生课内和课外的单片机应用技术的基础+提高+精通部分的课程学习、小型应用系统的设计制作、专业技能抽查的辅助训练、专业技能竞赛、课程设计、课程开发、毕业设计等。
4 结束语
单片机应用技术从岗位的目标能力培养来说,强调的是应用和创新。是一门注重实际应用的课程。通过为学生量身定做实验开发板,结合面向职业岗位,提炼的单片机产品开发项目,方能更方便、深入、系统地进行单片机教学。大大提高了单片机应用技术课程教学的质量,增强了学生对这门课程的学习兴趣,从而使课程建设与教学改革取得了良好的成效,得到了学生、同行教师的好评。
【参考文献】
[1]邹家柱,段琼瑾.单片机实验开发板的设计与实现[J].装备制造技术,2011.
[2]安晓莉.AT89S51单片机开发板的设计[J].电子设计工程,2009.
[责任编辑:汤静]