嵌入式单片机教学与电子工艺实习相结合的课程改革与实践

李雪

摘 要：本文分析了大学嵌入式单片机应用教学的学习实践情况和电子工艺实习的课程实施状况，对嵌入式单片机应用的实验教学环节和电子工艺的教学内容进行的改革与实践，课程实践中着重培养学生的应用能力，从制作硬件外设开始到对外设的使用，了解参与产品设计的全过程，提高学生对学习知识的设计实践的综合能力。

关键词：嵌入式单片机;综合能力;电子工艺

目前电气工程系的各个专业大都开设了嵌入式单片机原理及应用实践、嵌入式单片机原理及应用、嵌入式系统原理及应用等单片机课程，在老师的系统教学过程中要进行相关的实验教学，使学生充分理解课堂相关知识。实验课程主要针对相关的知识点的设计，比如GPIO的跑马灯、DMA的应用等，这些实验设计都很片面，缺乏综合能力的培养，缺乏对产品设计过程的了解和设计的全面认识。原有电子工艺实习教学的内容主要为焊接充电器和组装半导体收音机，购买成品器件，且大多数是插件形式，实习中用于学生手工焊接，这种的实习模式已经不能适应社会对单片机人才的要求。针对这一状况我们对这么课程进行了课程的改革，申请了新的实践环节，融入了电子工艺实习的相关内容，与电装课程相结合，为学生打造了设计、制作、应用实践一条龙的产品生产设计过程。

一、教具制作

硬件设备是单片机教学的基础，包括开发板和外设，要满足学生课堂的需要。在实验过程中，学生要了解硬件如何使用，但目前很多实验课的硬件都用成品，学生不能直观的看到该设备的内部结构，对应用理解上也相对困难一些，我们将其实习内容改为焊接单片机外围功能模块。学生使用已经筛选选定的合适的电阻、电容、数码管、按键、三极管、发光二极管等各种元器件，对其组装焊接。因此需要设计直观的更能帮助学生学习实践的教具。

（一）电子时钟电路板

电子时钟模块主要包含以下器件：2位八段数码管、独立按键、一个无源蜂鸣器，具体如下图所示。学生通过对器件的焊接，了解数码管的构造，位选、段选的设计等。电子时钟电路板满足很多相关实验的需要，为了提高学生的兴趣，还设计了一款软件相匹配，让学生下载使用研究，该软件，可以设置时分秒、正计时、倒计时、蜂鸣闪烁报警。这些都为后续的程序设计实践环节提供坚实的硬件知识储备，也让学生对课程的学习更感兴趣，充分调动了学生参加度。

（二）密码锁电路板

密码锁电路板，包含16按键的矩阵键盘外设的焊接、6个LED跑马灯的焊接、3个独立按键、六个电阻及若干排针的焊接组装。学生在焊接过程中了解相关原件的原理，电路设计，为后续的矩阵键盘和跑马灯等实验设计打下基础。

学生最后留存所有焊接及设计设备成果，平时可以在用在学生的个人爱好设计和《嵌入式单片机原理及应用》的后续课程中，能够做好与后续相关课程的无缝衔接，有利于提高学生的嵌入式单片机技能以适应社会的发展。

二、教学实施过程

在实习过程中，我们采取硬件焊接与软件设计相结合的方法。学生焊接完成一个教具后进行相关的程序设计。这样的软硬结合设计过程使学生一直处于兴奋的学习状态，即不会对一直焊接感到疲惫也不会对长时间的程序设计感到厌烦，创造了快乐轻松的学习氛围，大大提高了两个课程的学习效果。

课程设计整体包含两部分，第一部分为：电子时钟电路板焊接及评价、简单数码管程序设计与评价、电子时钟综合程序设计讲解;第二部分为：密码锁电路板焊接与评价、简单小灯程序设计、密码锁综合代码讲解。

其中密码锁相关的设计具体包含内容为：STM32开发板基础、熟悉相关电子元件、手工焊接练习、练习直插元件焊接、密码锁外围设备焊接、密码锁外围设备焊接质量检查与评价、密码锁外围设备焊接程序调试与评价。在这个过程中学生了解相关软件的基本知识和焊接技巧，焊接的板子质量有老师逐一检查，并学电子工艺课程中会相关的验证原理来检验按键是否焊接牢固、LED电路是否焊接正确。然后使用老师设计的密码锁综合程序观察运行效果，进一步检验自己的焊接成果。

软件的程序设计具体包含以下环节：嵌入式基础知识及模板使用、简单程序实例设计与评价、了解密码锁外围设备原理、按键控制LED实例与评价、讲解密码锁综合实验设计原理。在这个过程中学生在老师的引导下编写程序，为了能够使用好自己焊接好的硬件设备学生积极学习提问，每个人都能认真有效的完成。最后，老师讲解了综合的实例应用，即用来验证开发板焊接质量的综合程序，让他们了解综合设计的过程，对未来软件产品的开发有了整体的了解，实践的过程也让同学们跃跃欲试想去设计一款属于自己的产品。

三、教学评价

课程成绩包括上课考勤、课堂纪律、硬件过程成绩、软件设计成绩、实习报告成绩。考核的标准不在只是对错的题目评价，包含了课堂的表现，产品的质量等。并且硬件软件的产品并不局限在题目上，允许学生进行创新，比如硬件外观上或者软件的功能上，小组的团结协作上等，这些都是学生的加分点。能够对学生的实践进行综合性的评价，更加符合社会学生的要求。

四、结论

通过对嵌入式单片机实验与电子工艺实习相结合的课程改革，我们发现，这种硬件焊接与软件设计相结合的课程设计提高了教學的质量，充分满足了学生的需要，使他们参与到了产品设计的整体过程，能够培养综合性的具有实践能力的人才，能够满足社会发展对应用型人才培养的需要。

参考文献：

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