沙愛軍 郭麗紅

摘要：單片機原理及應用課程設計是一門重要的實踐課程，牽涉到學生多個能力的培養(yǎng)。在相關理論學時縮減的情況下，依然需要提升學生的理論聯(lián)系實踐能力，獨立查閱資料、分析問題、解決問題的能力以及語言表達和撰寫文檔等能力。為此，需要銜接好相關的理論課程、優(yōu)選課程設計題目，做出精心的組織安排，并對考核、文檔撰寫等提出要求。結合我院通信工程專業(yè)的實際情況，對如何優(yōu)化單片機原理及應用課程設計，以及在設計過程中培養(yǎng)學生上述各種能力進行了探索。

關鍵詞：單片機原理及應用課程設計;能力培養(yǎng);教學改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）33-0117-02

新時代，對工程技術人員的工程素養(yǎng)提出了較高的要求，單片機原理及應用課程設計是我院繼《單片機原理及應用B》課程之后開設的一門實踐性課程，學生綜合運用課程所學知識，通過對一個小型項目進行單片機軟件、硬件系統(tǒng)設計與調試，加深對單片機結構、工作原理的理解，掌握單片機小型項目的設計方法，從而增強學生的工程實踐能力、綜合應用知識的能力、分析解決問題的能力。在此過程中，還可培養(yǎng)學生查閱科技資料和撰寫科技報告的能力，訓練學生養(yǎng)成認真嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L，為未來設計大中型系統(tǒng)，以及成為一個合格的工程復合人才打下良好的基礎。

1單片機原理及應用課程設計教學面臨的問題

本院通信專業(yè)單片機原理及應用課程的體系由相關支撐課程以及48學時的理論教學和課內實驗、1周課程設計以及大四時一個月的綜合性的軟硬結合的專業(yè)實訓組成。

在實際教學中，由于通信技術日新月異，為了納入一些新技術，對一些課程課時進行了調整，單片機原理及應用課程由原先的64學時壓縮為48學時（含8課時學時實驗），主要講解51單片機的基本原理，匯編語言編程，C語言編程，5l單片機的片內資源，以及51單片機的片外接口中的存儲器擴展、串并口擴展、鍵盤接口、數(shù)碼管接口，其目的主要是用有限的課時，讓學生掌握單片機系統(tǒng)開發(fā)的基本原理，以及基本的學習方法。而其他的如液晶顯示接口、模數(shù)轉換接口、數(shù)模轉換接口、單總線接口、12C接口、SPI接口等內容則留給學生自學或者在需要的時候自己去查閱相關資料。單片機原理及應用課程內容見圖1。

單片機原理及應用課程設計要達到增強學生的能力，為學生獨立設計大中型單片機系統(tǒng)打下良好的基礎，很顯然如果僅僅按照課堂上所講的內容來做課程設計，則所做題材的可選余地相對較少，也不利于拓展學生的綜合能力，為此，我們需要選擇合適的課程設計硬件平臺，同時優(yōu)化課程設計內容及組織安排。

2優(yōu)化單片機原理及應用課程設計內容及組織安排，提升學生多方面能力

2.1選擇合適的單片機原理及應用課程設計平臺

本課程設計平臺采用nKDE-51單片機實驗教學系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用模塊化設計，以方便學生自由組合，設計實驗，可進行數(shù)十種實驗。整個實驗系統(tǒng)包括六個功能模塊，包含的主要資源有：單片機、1602字符點陣LCD顯示模塊、數(shù)碼管顯示模塊、鍵盤、紅外接收模塊、繼電器、蜂鳴器、實時鐘（RTC）芯片PCF8563、E2PROM存儲器芯片24C16、溫度傳感器芯片DSl8820、串行A/D變換芯片TLCl549、串行D/A變換芯片TLC5619、RS-232串行通信、以太網(wǎng)接口以及其它擴展的輸入輸出接口等。該系統(tǒng)能為課程設計提供較好的平臺。

2.2精心選擇課程設計內容，將重要內容涵蓋其中

為了讓學生能綜合運用各種知識，同時，也讓學生設計的系統(tǒng)豐富多彩，和實際聯(lián)系的更緊密一些，培養(yǎng)學生帶著解決實際問題去探索、查閱、解決新的問題的能力，我們適當將一些本來由學生自學的內容引入進來，以達到這方面的目的。

我們精心選擇了一些題目，這些題目的基本內容在課堂上已經(jīng)講過，但也會有一部分片外接口和芯片的內容是課堂上未講，要求學生自學。由于課程設計只有一周時間，既要注意拓展學生能力，同時，又要避免太難打擊學生積極性，需要控制題目難度：一方面，在每個題目中只增加一、兩個相關的未學的芯片，另一方面，將題目分為基本功能和擴展功能，學生可以在實現(xiàn)基本功能的基礎上擴展功能，學生還可主動思考添加更多的模塊并實現(xiàn)更多的擴展功能，提升能力和成績等級，這樣既兼顧了基本面，也有利于能力高同學的突破。

提供的部分題目列舉如下：

1）電子時鐘的設計?；竟δ埽河凶詣佑嫊r功能，能顯示計時時間（數(shù)碼管顯示或1602液晶模塊，有啟動鍵、停止鍵和清零鍵，整點報時，鬧鐘功能，當時間到時蜂鳴器提醒。擴展功能：通過按鍵/串口設定時間，利用模擬12C時序控制PCF8563時鐘芯片等來實現(xiàn)。

2）帶存儲播放功能的簡易電子琴設計

基本功能：利用單片機內部定時器、行列式鍵盤和數(shù)碼管，來控制并顯示和產(chǎn)生不同頻率的聲音。擴展功能：實現(xiàn)存儲和再播放的內容等。

3）數(shù)字電壓表設計

基本功能：通過單片機編程，完成通過IO端口模擬總線時序控制串行了LCl549進行A/D變換的程序，同時顯示實測電壓值（十進制電壓值）（在四位LED數(shù)碼管上或在1602上液晶模塊上顯示）。擴展功能：通過軟件設定閾值/通過按鍵設定閾值/通過串口設定報警閾值，超過規(guī)定電壓值，則報警（蜂鳴器、LED燈閃爍）。

4）DSl8820數(shù)字溫度計設計

基本功能：通過IO端口模擬單總線時序控制DSl8820，實現(xiàn)對溫度的測量，并顯示實測電壓值（十進制電壓值）（在四位LED數(shù)碼管上或在1602上液晶模塊顯示）。擴展功能：通過軟件設定閾值/通過按鍵設定閾值/通過串口設定報警閾值，超過規(guī)定溫度值，則報警（蜂鳴器、LED燈閃爍）。

其他的題目還包括：低頻信號源設計，編寫單片機通過10端口模擬總線時序控制了LC5615進行D/A變換，產(chǎn)生方波、三角波、鋸齒波、梯形波和正弦波的程序;IC卡讀寫器設計，編寫單片機通過IO端口模擬12C時序控制24C16讀寫的程序，通過鍵盤/串口對24C16E2PROM進行模擬充值，通過LED/LCD實時顯示卡內的實際金額等。

2.3優(yōu)化組織，注重細節(jié)，在課程設計中提升工程素養(yǎng)

1）編寫好指導書，起到指導示范作用

配合所使用的課程設計硬件平臺，指導書中一方面要對涉及的相關芯片的原理、外圍引腳等做合適的介紹，同時，也可以提供相關的連線參考、操作步驟以及基本的例程供學生學習、模仿。但也不能面面俱到，要留下余地供學生自我探索、查閱資料。

2）提前做好選題工作，提升學生自我認知能力

在課程設計前的一周甚至更久，將題目和選題要求等發(fā)放給學生，進行選題，一人一題，要求學生預先了解相關課題的要求和所用到的知識點以及相關芯片。題目本身難度不同，學生自身能力也有差距，學生可以根據(jù)自己的能力和興趣，選擇不同的題目。同時，也要避免班級選擇同一個題目的人數(shù)過多，影響教學效果。學生也可以自己選擇相關的題目，難度應不低于上述課題，并得到指導教師批準。

3）科學安排好課程設計周的任務，因材施教，鼓勵學生動手，提升學生實際能力。

課程設計的一周里，是學生能力提升的重要階段。在這一周里，首先要科學安排好時間。

教師用0.5天首先講解相關的原理以及要求，然后學生用1天完成課題初步設計，確定總體結構和硬、軟件框圖，搭建硬件電路泡括對新接觸模塊加強學習和實驗），優(yōu)化設計方案系統(tǒng)，再用1.5天完成基本功能的編程和調試，用1.5天完成系統(tǒng)擴展功能的編程和調試以及0.5天進行答辯驗收。

在每個時間節(jié)點中，指導教師每天保證足夠的時間來指導學生，回答學生提出的問題。要鼓勵學生將理論和實踐結合起來。對于能力強的同學，要啟發(fā)其思考，要求其進一步加以鉆研，加以創(chuàng)新、改進、優(yōu)化、提升系統(tǒng)功能，例如，如何用串口助手來控制單片機上的多個設備，以及如何將單片機上的多個數(shù)據(jù)發(fā)給單片機，再如，若實現(xiàn)多點溫度測量該如何修改設計方案等等。對于能力一般的同學，則要求其不能滿足于模仿接線和改寫指導書上的例程，要求其掌握基本的原理，腳踏實地地弄懂硬件連線的原理，進行程序的編寫以及弄懂軟硬件協(xié)同工作的過程，避免其濫竽充數(shù)，使得每個學生工程能力在其自己的基礎上都有所提升。在答辯驗收階段，則讓學生利用有限的幾分鐘時間，由學生自我介紹和提問相結合，鍛煉其口頭表達能力。此外還要加強每個階段的考核?？己顺煽冇煽记谡?0%，設計與調試占30%，答辯占30%，設計報告占30%等組成，成績按分優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五檔。

3認真撰寫報告，提高學生文檔撰寫以及表達能力

在完成課程設計的軟硬件系統(tǒng)后，還應該撰寫課程設計報告，報告撰寫能力是一個本科大學生所必備的基本的能力，可以完整描述課程設計的整個過程，也是課程設計的總結和升華，但一些理工科學生報告書寫卻不夠如人意。一方面是部分同學重視不夠，態(tài)度不端正造成的，部分同學認為課程設計的主體任務已經(jīng)完成，相關內容已經(jīng)掌握，不愿浪費較多時間來撰寫報告，導致報告內容粗制濫造，格式混亂，錯別字較多，語句不通順，甚至將別的地方類似的內容直接復制到自己的報告中，還有些同學則是語言表達能力欠缺：比如詳略不當，重點不突出。為了讓學生的報告撰寫能力在課程設計階段得到訓練，我們規(guī)定了設計報告內容應包括的內容：課題名稱及要求;系統(tǒng)總體設計方案（畫出系統(tǒng)框圖、方案的論證與比較等內容）;系統(tǒng)分析與設計（畫出系統(tǒng)的硬件電路接線圖、軟件流程圖）;編程與調試（源程序及解釋、調試步驟、遇到的問題及解決方法）;功能展示;設計總結等。其中，要求對原理、方案和所實現(xiàn)的過程、特色創(chuàng)新部分要加以重點書寫。同時還制定了一個word模板，從摘要、目錄、頁碼、標題、正文的字體和段落、圖表、參考文獻、附錄等角度給出了一個較為規(guī)范的參考，讓學生能模仿、訓練、提高，為未來畢業(yè)論文的撰寫以及走上工作崗位撰寫相關文檔打下良好的基礎，同時，培養(yǎng)其嚴謹認真的工作作風。

4結論

單片機原理及應用課程設計是一門重要的實踐課，通過一個星期的實踐訓練，達到了如下目的：（1）將理論和實踐、軟硬件設計和調試結合起來，使學生學會了如何去設計一個小型的單片機系統(tǒng)，提高了理論聯(lián)系實際、分析問題，解決問題的能力，也為未來的更復雜的系統(tǒng)設計打下了較好的基礎;（2）進行了研究性和自主性的學習，設計中課題可能涉及部分未學的知識，需要學生有選擇性地學會搜集相關的材料，吃透其中的關鍵，并運用到自己的課題中，極大地提升了學生們的自主學習能力，提高了他們的積極性和成就感;（3）鍛煉了學生表達能力和撰寫報告的能力。驗收階段的答辯和撰寫相應的總結報告，分別從口頭表達和文字表達角度鍛煉了學生的表達能力，從而提升了學生的整體工程素養(yǎng)。