单片机一体化教学设备的开发与实践

吕宁　唐企尧

[摘 要] 介绍自主开发的 “单片机一体化教学设备”。它由5个基本教学模块、8个应用模块及支撑架、操作台、电源控制面板和储备箱等组成。在单片机一体化教学中可单独使用某一模块，也可将若干个模块组合起来。显示部分使用十米之外都能清晰看得见的超大超亮元器件。将其应用于技工院校单片机基础及应用课程，可以把单片机的实际应用与理论教学、技能实训、能力测评和课程设计、毕业设计等有机融合在一起，解决了在单片机一体化教学中不可视、不可摸、不可入的难题，激发了学生学习单片机的兴趣，增强了单片机教学的有效性。

[关 键 词] 单片机；一体化教学设备；实践

[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2016）27-0048-01

随着计算机、微电子技术的发展，单片机技术在智能仪器仪表、传感器、数据采集与处理、家电和计算机控制系统等领域被广泛应用，掌握单片机控制技术已经成为技工院校电气自动化、机电一体化、通信与信息等专业学生必备的能力之一。单片机基础及应用是技工院校电类的一门核心课程，也是多年来公认的“问题课程”。大部分学生在学习单片机时都是第一次接触到这种器件，对其没有任何感性的认识。因此，在学习过程中，对于许多新的概念无法产生相应的实物映像，学习中存在非常大的困难。为了改变传统教学中按照理论教材照本宣科，教师教得费力，学生学得辛苦的现象，我们从技工院校单片機一体化教学特点出发，采用模块化设计开发了“单片机一体化教学设备”。

一、设备组成

“单片机一体化教学设备”由MCS-51系列单片机I/O接口应用、数据采集、数据显示、按键控制、在线仿真器、交直流电源等部分组成，包括支撑架、试验操作台、电源控制面板、主控板和储备箱，其中主控板由8只彩灯显示、8位数码管实时时钟显示、模拟倒计时交通灯控制、16×16点阵显示、单片机电子琴五个基本教学模块和1602液晶字符显示、12864液晶图文汉字显示、语音控制器、温度湿度显示控制器、超声波测距仪、在线仿真器六个应用模块组成。显示部分使用十米之外都能清晰看得见的超大超亮元器件。

二、设备特色

“單片机一体化教学设备”以单片机应用系统为主线，以培养学生应用能力为目标，将具有生活性、趣味性的典型单片机产品按照独立模块集中呈现。模块内容由浅入深，循序渐进，还可以不断扩展。在单片机一体化教学中，可单独使用某一模块，进行教学、演示、实训和考核，也可将若干个模块组合起来，形成课程设计、毕业论文设计的多个课题，是一种灵活性、实用性较强的新型51单片机一体化教学设备。“单片机一体化教学设备” 把单片机的实际应用与理论教学、技能实训、能力测评和课题设计等有机地融合在一起，既兼顾了教学演示验证性实验，又考虑到了综合能力实训和课题研究设计。在教学中使用“单片机一体化教学设备”，可以开展多样性、启发性、创新性教学，使学生清楚地了解单片机的结构与工作流程，建立单片机系统的概念，掌握现代科学技术领域中单片机应用的基本方法、基本技能，能够用单片机控制各种常见的执行机构，完成产品硬件电路的设计及软件程序的编制。

三、教学实践

将“单片机一体化教学设备”应用于教学实践中，可以采用“基础教学—课程设计—毕业设计”三步骤进行分阶段实施。在基础教学中使用基本教学模块，学习单片机I/O接口应用、数据采集、数据显示、按键控制、在线仿真器和Proteus仿真软件的使用。设计制作流水灯、模拟交通灯等项目。在课程设计中，学生仿照应用模块，完成“0～99分倒计时定时器”单片机控制系统的设计、仿真、制作、调试，学习撰写课程设计报告。在技师毕业设计中，以真实的产品“8路抢答器”“单片机万年历”“超声波测距”和“单片机温度控制系统”等作为载体，以产品功能开发的流程作为主线，将单片机技术的学习融合到小型产品的开发与制作的工作中，完成技师论文写作，实现理论与实际应用的紧密结合。

四、应用价值

“单片机一体化教学设备”的开发和实践，全面提升了技工院校单片机一体化教学的内涵，带动了日常化、多方位的单片机教学研究活动的开展，提高了教师单片机课程改革的教学实施能力。通过形象化的模拟仿真，理性内容动态表述，实现了原理可视化，理念概念可视化，理论阐述和动态演示无缝结合。“单片机一体化教学设备”把握住了单片机的核心内涵，将抽象变成直观、枯燥变为有趣，促进了课堂上师生的互动性，真正实现了“教”“学”“做”“评”一体化，解决了学生在理论教学与实训中不可视、不可摸、不可入的难题，激发了学生学习单片机的兴趣，增强了单片机教学的有效性。通过“单片机一体化教学设备”的开发和实践，实现了从理论到实践，从实践再到理论的螺旋式发展，为解决学生课前带来的问题和课后带去新的更深刻问题的递进学习提供了全程的跟进服务。

参考文献：

[1]何立民.单片机实验与实践教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

[2]蔡朝洋.单片机控制实习与专题制作[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.