单片机新型开放式实验平台设计与教学改革

刘伟春 黄同城 周建华

邵阳学院 湖南邵阳 422000

单片机新型开放式实验平台设计与教学改革

刘伟春 黄同城 周建华

邵阳学院 湖南邵阳 422000

对单片机原理及应用课程的实验教学现状与问题进行了分析，提出了设计新型开放式实验平台，面向就业市场调整实验教学内容，指导学生项目开发作为教学补充的改革方案，实践证明取得了一定的效果。

单片机；实验平台；项目开发；开放式

随着半导体技术、计算机技术的进步，单片机得到了飞速的发展。各种型号的单片机不断涌现，单片机的性价比也不断提高，开发平台越来越完善，广泛应用于各种控制领域。目前，高等学校自动化、电子、通信等专业都开设了单片机类课程，对单片机的教学研究也加大投入力度，涉及教学方法、教学内容、实验研究等诸多领域。［1］以下从开发新型实验平台入手，提出了单片机教学改革的方法。

1 单片机实验教学面临的问题

在单片机原理及应用课程教学过程中，存在的问题和现状如下。第一，单片机课程相对于其他课程而言比较枯燥，需从汇编指令学起，程序可读性差，并且需掌握硬件电路设计，否则无法完成实验项目，学生在学习过程中会产生畏难情绪，妨碍了学生对单片机知识的学习。［2］第二，单片机技术发展迅速，针对不同的应用场合，出现了许多新型单片机，新的开发平台技术也更加完善，更加便于程序的调试和烧写。企业一般采用高性价比的单片机型号和开发平台，学校教学中的内容更新需要一定周期，教材和实验设备难以同步跟上，让学生难以学以致用。第三，单片机课程实践性强，需要大量的动手设计经验，但高校安排实验课时较少，一般做几个简单的实验，实验设备一般局限于实验箱，无法自主设计实验项目，只是简单的连线，下载程序，观看实验结果。学生短时间就可以完成实验，但完成后对实验电路设计根本没有接触 。

2 传统单片机实验模式分析

传统单片机实验一般采用两种方式进行：一是用PROTEUS搭建实验平台，优点是可以让学生熟悉整个电路设计，直观地看到实验结果，在设计过程中可以多样化；缺点是只能进行软件仿真验证，学生没有真正看到实物，实物制作与仿真还是有很大区别的，能通过仿真验证的程序在真实平台上不一定能成功。二是购买的实验平台，该种实验平台一般只留出少量的端子，学生只能简单机械的连线，下载已经编好程序，做一个验证性的实验，整个实验过程学生十分被动，只是一个验证性实验平台。

3 新型开放式单片机实验平台的研制

设计研制一个新型开放式单片机实验平台。整个单片机实验平台采用模块化设计，集成了一些工业常用的传感器电路，并把市场上应用较广的TI公司生产的MSP430g2553单片机与AT89C51单片机集成在一个实验平台上，两个单片机共用基本外设模块和电源模块。

为了解决传统实验模式存在的问题，新型开放式单片机实验平台把所有芯片引脚单独引出，整个实验电路从电源的引入到I/O端口的规划，从单片机型号的选择到系统资源分配，全由学生自己动手设计，没有固定模式，不同的学生设计出不同的硬件电路，对应编出不同的软件，有助于学生真正理解单片机内部结构及原理，掌握一些芯片的使用和控制，方便学生在原有的电路基础上，设计自己的应用系统。如果要求学生设计一个基于AT89C51的温度控制器，一般用到DS18B20温度传感器模块、LED显示模块和单片机最小系统。学生用杜邦线把温度传感器的3个引脚连到单片机的P1口，把LED显示模块的8条数据线接到单片机的P0口，LED显示模块位选线连接到单片机的P2口，整个系统就搭建成功。其中I/O的连接没有固定模式，不同的硬件连接对应不同的软件代码，可以有效避免学生抄袭。能力强的学生可以进一步创新，采用LCD的显示模块，可以加上自己的个性设计，提高实验的趣味性。新型开放式单片机实验平台留有多组电源接口，只要把新的芯片或外设做成模块，把其所有的引脚连到外接端子上，实验平台就可以随时增加市场上新的芯片和外设。新型开放式单片机实验平台硬件框图如图1所示。

图1 单片机实验平台硬件框图

4 教学改革措施

4.1 实验教学内容的更新与调整

中国的制造业正在起步，需要大量具有嵌入式控制编程能力的人才，单片机实验教学内容的选定必须与就业紧密相连，要关注就业市场，关注嵌入式的出现的新技术。依托新型开放式实验平台，将实验项目分为两个等级，除了基础实验项目外还设置了基于PT100的工业温度控制（见表1），基于CC1000的无线节点设计等较高等级的实验项目，将所要学习的新知识逐步分解到各个实验项目中。高等实验项目只提出功能要求，不设置统一的实验步骤。让学生自由发挥，自主设计系统方案，自己动手搭建实验平台。新型开放式单片机实验平台高级实验项目设置见表2。

表1 新型开放式单片机实验平台基础实验项目表

表1 （续）

表2 新型开放式单片机实验平台高级实验项目表

4.2 指导学生项目开发作为教学补充

单片机课程实践性很强，需要不断地在动手训练中积累经验。可以从两方面实行：一方面是对能力强的学生设置一定的拓展课题，进行奖励性考核，激发他们的学习热情，培养学生创新精神及工程设计实践能力。［3］可以选择曾经开发过的项目做课题，因为项目的研制开发有一定实用性，这些项目都是经过了可行性分析的，能够在实际的工作中运用。此外，做实际项目能提高学生兴趣，发挥其主观能动性。为增加项目来源，开发研究与市场接轨，需组建教师开发团队到沿海开放地区联系开发项目，实现教学科研相互促进。教师采取“一带多”的方式，学生之间可以采用“老帮新”的方式进行项目开发，培养学生团队精神。同时按照市场定向和企业需求选取学生感兴趣的项目，鼓励学生单独进行创新设计和科学研究活动，让学生掌握开发流程，出去后能尽快融入开发团队。另一方面对能力一般的学生，指导他们进行电子产品实物制作，可以购置电子元器件，让学生从电路板的制作到软硬件的调试，全部自己完成，让他们在实践中加深对理论知识的理解，激发他们的学习兴趣，增强学习信心，变被动地接受知识为主动的获取知识。

5 结束语

经过以上对单片机实验教学内容、教学方法和实验平台的改革后，取得了一定的成效。其教学效果从学生角度来看：激发了学生学习主动性和学习兴趣，提高了学生的自学能力和创新能力，开阔了视野，锻炼了实际工作能力，更加适应企业的要求。从教师的角度来看：通过对学生的指导，转变教育观念和教学方式，并通过教师科研团队的建设，提高了自身的科研水平，解决了一部分科研经费来源。从学校的角度来看：为学校建立全新的课程理念，提升了学校的办学思想和办学目标，通过项目的实施，把知识转化为企业的生产力，回报了企业和社会。

［1］崔勇，袁海文.卓越工程师培养目标下的单片机教学改革探讨［J］.中国电力教育，2013，38（5）：80-81，85..

［2］王威.普通高校自动化专业嵌入式技术教学思考［J］.电气电子教学学报，2010，32（3）：9-10，13.

［3］唐炜.基于项目驱动的单片机类课程实践教学改革［J］.实验室研究与探索，2010，29（5）：131-132，154.

Open SCM Experimental Platform Design and Teaching Reform

Liu Weichun， Huang Tongcheng， Zhou Jianhua
Shaoyang College， Shaoyang， 422000， China

Experiment teaching present situation and the problem in the course of principle and application of SCM is analyzed， puts forward the design model of open experiment platform ， adjusting teaching content orient to the employment ， Guide the students implementing the project as the teaching supplement， practice has proved to be a certain effect.

SCM； experiment platform； project development； open

2015-03-09

刘伟春，硕士，讲师。

邵阳学院教学改革研究项目（编号：2014JG25）。