淺談單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)的應(yīng)用研究論文
實(shí)踐教學(xué)是鞏固理論知識(shí)和加深對(duì)理論認(rèn)識(shí)的有效途徑，是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)的高素質(zhì)工程技術(shù)人員的重要環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際、培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)方法和提高動(dòng)手能力的重要平臺(tái)。有利于學(xué)生素養(yǎng)的提高和正確價(jià)值觀的形成。以下是學(xué)習(xí)啦小編為大家精心準(zhǔn)備的：淺談單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)的應(yīng)用研究相關(guān)論文。內(nèi)容僅供參考，歡迎閱讀!
淺談單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)的應(yīng)用研究全文如下：
一、引言
隨著電子技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已發(fā)展成為一門關(guān)鍵的技術(shù)學(xué)科。近年來，高校單片機(jī)課程成了很多專業(yè)的必修課，成為微機(jī)類課程的主干課程。該課程是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，如何讓學(xué)生在學(xué)好基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，迅速掌握設(shè)計(jì)應(yīng)用技術(shù)，其中的實(shí)踐教學(xué)起著非常重要的作用。單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)包括單片機(jī)基本理論實(shí)驗(yàn)、典型功能應(yīng)用實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用開發(fā)實(shí)驗(yàn)以及新技術(shù)使用實(shí)驗(yàn)等多環(huán)節(jié)訓(xùn)練。
二、單片機(jī)類型研究
單片機(jī)作為計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要分支領(lǐng)域，根據(jù)目前發(fā)展情況，從不同角度單片機(jī)大致可以分為通用型/ 專用型、總線型/ 非總線型及工控型/ 家電型。
1、通用型/ 專用型是按單片機(jī)適用范圍來區(qū)分的。例如，80C51 是通用型單片機(jī)，它不是為某種專用用途設(shè)計(jì)的;專用型單片機(jī)是針對(duì)一類產(chǎn)品甚至某一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，例如為了滿足電子體溫計(jì)的要求，在片內(nèi)集成ADC接口等功能的溫度測(cè)量控制電路。
2、總線型/ 非總線型是按單片機(jī)是否提供并行總線來區(qū)分的?？偩€型單片機(jī)普遍設(shè)置有并行地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線，這些引腳用以擴(kuò)展并行外圍器件都可通過串行口與單片機(jī)連接，另外，許多單片機(jī)已把所需要的外圍器件及外設(shè)接口集成一片內(nèi)，因此在許多情況下可以不要并行擴(kuò)展總線，大大減省封裝成本和芯片體積，這類單片機(jī)稱為非總線型單片機(jī)。
3、工控型/ 家電型是按照單片機(jī)大致應(yīng)用的領(lǐng)域進(jìn)行區(qū)分的。一般而言，工控型尋址范圍大，運(yùn)算能力強(qiáng);用于家電的單片機(jī)多為專用型，通常是小封裝、低價(jià)格，外圍器件和外設(shè)接口集成度高。顯然，上述分類并不是惟一的和嚴(yán)的。例如，80C51 類單片機(jī)既是通用型又是總線型，還可以作工控用。
除了以上分類，行業(yè)間大多以制造公司的名字命名，如：STC 單片機(jī)，PIC 單片機(jī)，EMC 單片機(jī)，ATMEL 單片機(jī)，TI 公司單片機(jī)，凌陽單片機(jī)等。
三、單片機(jī)的選擇
80C51 單片機(jī)歷史悠久，功能強(qiáng)大，兼容性好，能滿足大多數(shù)高等學(xué)校的教學(xué)要求。主流單片機(jī)包括CPU、4KB 容量的ROM、128 B 容量的RAM、2 個(gè)16 位定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器、4個(gè)8 位并行口、全雙工串口行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP。國(guó)內(nèi)大部分高校都使用80C51 單片機(jī)作為單片機(jī)教學(xué)的主要使用對(duì)象。隨著社會(huì)的進(jìn)步和電子技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)單片機(jī)的處理速度、字長(zhǎng)和存儲(chǔ)容量提出更高的要求，傳統(tǒng)的80C51 系列單片機(jī)漸漸不能滿足人們各種各樣的需要。
AVR 單片機(jī)是20 世紀(jì)90 年代開發(fā)出來的。是一款基于RISC 指令架構(gòu)的8 位單片機(jī)。RISC(Reduced InstructionSet Computer，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī))。綜合了半導(dǎo)體軟件性能和集成技術(shù)的新構(gòu)架。AVR 單片機(jī)采用RISC 構(gòu)架，具有1MIPS/MHz 的快速運(yùn)行處理能力。
AVR 單片機(jī)采用Harvard 結(jié)構(gòu)，在上一條指令執(zhí)行的時(shí)候就取出當(dāng)前的指令，然后以一個(gè)周期執(zhí)行指令。在其他的RISC 以及類似RISC 結(jié)構(gòu)的單片機(jī)中， 外部振蕩器的時(shí)鐘被分頻降低到傳統(tǒng)的內(nèi)部指令執(zhí)行周期，這種分頻最大達(dá)12 倍(80C51)。AVR 單片機(jī)用一個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一條指令，它是8 位單片機(jī)中第一個(gè)真正的RISC 結(jié)構(gòu)的單片機(jī)。
AVR 單片機(jī)采用了Harvard 結(jié)構(gòu)，所以它的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器是獨(dú)立組織和尋址的，尋址空間分別為可直接訪問8MB 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和8MB 的程序存儲(chǔ)器。同時(shí)，由32 個(gè)通用工作寄存器所構(gòu)成的寄存器組被雙向映射，因此可以采用讀寫寄存器和讀寫片內(nèi)快速SRAM 存儲(chǔ)器兩種方式來訪問32 個(gè)通用工作寄存器。
同時(shí)，AVR 單片機(jī)采用低功率非揮發(fā)的CMOS 工藝制造，內(nèi)部分別集成Flash、E2PROM 和SRAM 三種不同性能和用途的存儲(chǔ)器， 除了可以通過SPI 口和一般的編程器對(duì)AVR 單片機(jī)的Flash 程序存儲(chǔ)器和E2PROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行編程外，絕大多數(shù)的AVR 單片機(jī)還具有線編程(ISP)的特點(diǎn)，為學(xué)習(xí)和使用AVR 單片機(jī)帶來了極大的方便。
綜上所訴，高校在單片機(jī)選擇的問題上可以遵循以下原則。可選的單片機(jī)主要有兩類：傳統(tǒng)的80C51 單片機(jī)和AVR 單片機(jī)。80C51 單片機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大，入門門檻較低，適合初學(xué)者和普通高校使用。相比AVR 單片機(jī)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能更為強(qiáng)大，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能，應(yīng)用范圍更廣。但學(xué)習(xí)門檻較高，不太適合初學(xué)者和普通高校。建議基礎(chǔ)較好的學(xué)生可以學(xué)習(xí)AVR 單片機(jī)，重點(diǎn)大學(xué)也可考慮開設(shè)AVR 單片機(jī)的課程以取代傳統(tǒng)的80C51 單片機(jī)課程。
四、實(shí)驗(yàn)例程的選擇和設(shè)計(jì)
1、傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課主要以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主。通過實(shí)驗(yàn)把教師在理論課上教授的內(nèi)容驗(yàn)證一遍，讓學(xué)生能更好的理解單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和各種功能。不可否認(rèn)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課有它的合理性和必要性，但是也有明顯的弊端。
(1)采用實(shí)驗(yàn)例程過于簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容索然無味，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性;
(2)對(duì)不同層次水平的學(xué)生采用相同的實(shí)驗(yàn)例程和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，區(qū)分度不明顯，不適合因材施教的理念;
(3)實(shí)驗(yàn)課時(shí)間過少。單片機(jī)是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，僅靠理論課的學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。即使開設(shè)了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)課，但實(shí)驗(yàn)課時(shí)也非常有限。
鑒于以上問題，需要從實(shí)驗(yàn)例程的選擇和設(shè)計(jì)人手，合理安排分配時(shí)間。除了正常的實(shí)驗(yàn)課，更要合理利用課余時(shí)間。給學(xué)生布置有一定難度的具體任務(wù)，使學(xué)生在完成任務(wù)的同時(shí)，掌握單片機(jī)技術(shù)和相關(guān)的各種知識(shí)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題的能力。由于單片機(jī)種類繁多、功能強(qiáng)大、應(yīng)用廣泛。有許多基于單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)例程可供選擇，能很好的滿足實(shí)踐教學(xué)的各種要求和需要。
2、本文受山西大學(xué)商務(wù)學(xué)院教改項(xiàng)目資助。作者在項(xiàng)目期間，對(duì)學(xué)生進(jìn)行了單片機(jī)開發(fā)的培訓(xùn)，培訓(xùn)結(jié)束后參加了2014 年山西省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽。比賽結(jié)束后帶領(lǐng)學(xué)生一起研究和開發(fā)了一些實(shí)用的單片機(jī)例程。通過以上一系列的活動(dòng)積累了一定的單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。
(1)實(shí)驗(yàn)課上使用的實(shí)驗(yàn)例程難度不宜太大，基本還是一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)?？梢詮膶?shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上加以改進(jìn)。采用案例教學(xué)法，教師可以先通過一個(gè)具體實(shí)驗(yàn)例程邊講解邊調(diào)試程序，最終完成該例程。學(xué)生在該過程中能較好的掌握單片機(jī)的編程方法和外部I/O 口和內(nèi)部資源的使用方法。然后使用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，給學(xué)生布置一個(gè)類似的任務(wù)，讓學(xué)生獨(dú)立完成。作者在單片機(jī)培訓(xùn)期間就是采用的此方法，學(xué)生反映效果良好;
(2)充分利用實(shí)驗(yàn)課以外的時(shí)間是學(xué)好單片機(jī)的關(guān)鍵。可以針對(duì)不同水平和層次的學(xué)生，提出不同的有一定實(shí)用價(jià)值的任務(wù)。激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。學(xué)生在完成任務(wù)的過程中可以掌握單片機(jī)的基本原理和培養(yǎng)一定的工程實(shí)踐能力。參加各類電子設(shè)計(jì)大賽也是一個(gè)好的方法。作者帶領(lǐng)學(xué)生參加了2014 年山西省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽，制作研發(fā)了自動(dòng)消防小車。自動(dòng)消防小車是以單片機(jī)為控制核心，外加各種傳感器和相關(guān)電路實(shí)現(xiàn)的。通過大賽，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，使學(xué)生真正了解了單片機(jī)的作用和設(shè)計(jì)開發(fā)的過程，起到了很好的示范作用。
大賽結(jié)束后作者和學(xué)生一起策劃成立了電子設(shè)計(jì)創(chuàng)新協(xié)會(huì)。協(xié)會(huì)主要負(fù)責(zé)學(xué)生課余時(shí)間的學(xué)習(xí)。并且開放了一個(gè)實(shí)驗(yàn)室供學(xué)生課余時(shí)間使用。作者帶領(lǐng)協(xié)會(huì)學(xué)生開發(fā)和設(shè)計(jì)了一批基于單片機(jī)的實(shí)用例程。例如：發(fā)現(xiàn)學(xué)校廁所經(jīng)常有男生抽煙，就開發(fā)了基于單片機(jī)的煙感報(bào)警器;還有基于單片機(jī)的四旋翼飛機(jī)和駕車輔助系統(tǒng)等實(shí)用例程。
五、結(jié)束語
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和國(guó)家對(duì)技術(shù)技能型人才的不斷需求，對(duì)高校實(shí)踐教學(xué)提出了更高的要求。傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)已不能滿足要求。本文通過對(duì)單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)存在的問題進(jìn)行了研究，結(jié)合自己的單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出一些建設(shè)性的建議和方法，希望可以起到拋磚引玉的效果。
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