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单片机原理及应用范文1
《单片机原理及应用》课程是一门面向应用的、具有很强的实践性与综合性的课程，在通信类专业整个课程体系中，单片机知识处于承上启下的核心地位，一般通信系统和智能仪器仪表的实现都离不开单片机。随着计算机相关技术的快速发展，以单片机为最小系统开发的产品层出不穷，为了适应新世纪对电子信息类人才的培养需要[1]，《单片机原理及应用》课程教学需不断更新。
本课程是一门综合性、实践性很强的课程，通常分为理论教学与实践教学两部分[2]。从理论教学来说，基本以教师课堂讲授为主，由于该课程接口芯片多、内容抽象、编程难度大，对初学者来说入门较难，学生无法深入理解芯片的原理和指令与程序的运行。从实践教学来说，实验内容多为验证性实验，学生只需要观察和分析实验结果，没有充分发挥自主学习能力，教学效果有限。
现依据多年来的教学实践过程，摸索出一套基于“理论讲授、实验练习、课程设计、电子实习”四阶段的教学新模式，现谈谈此模式下的改革措施。
一、改革课程内容
以知识为基础，以能力为核心，构建“基于应用对象的单片机硬件设计及编程”课堂教学新方法，确保教学内容的合理性、实用性和先进性。打破传统的循序渐进式的教学方法，以典型项目实例分解模块，以各个模块构建知识，前后连贯，层层递进。最后，将前述内容以应用实例进行综合，达到以“应用”为主线连接所学知识内容的目的，加深学生对教学内容的理解和运用。
对教材内容进行选择与结构优化，体现新知识、新技术、新方法，力求“适用、通用、实用、易用”。在突破传统教材框架的方面进行了一些尝试与探索，考虑了教材内容编排的基础性、系统性，引入了反映最新科技发展的知识。内容选材上，选用了STC89C52RC系列单片机作为介绍微处理器的重点，加深对单片机组成与工作原理的理解；在内容上淡化芯片内部组成，从编程所需角度介绍功能，强化其接口连线、应用及总线连接技术，为应用单片机硬件开发奠定基础；从实用的角度着重介绍了串行A/D、TLC2543、SED1330系列大屏幕LCD、全双工单片MODEM、高速并行USB接口芯片与单片机接口电路的设计和使用方法。
编写“单片机应用案例”讲义，将整个单片机工程开发的过程以案例形式进行讲解，从硬件电路的设计到开发工具、环境的使用方法，再到具体的应用案例，同时运用汇编语言和C语言的编程方法，系统培养了学生的单片机产品开发工程应用能力。
二、注重实验环节，培养创新能力
为了建立面向21世纪的通信专业教学新体系[3]，必须重新认识课堂教学与实验教学的关系。我们认为，课堂教学和实验教学是相辅相成的，二者都是学生学习与掌握知识的重要手段，其先后顺序也不是固定的。在课程设置上，我们不求按部就班，而求高效率地向学生传输知识，充分调动学生的积极性和主动性，变被动学习为主动学习。以课程内容中的案例为基础，开发“单片机教学、实验、设计系统板”，将理论知识的讲述和硬件电路的现场调试相结合，使学生对单片机的整个开发有了直观的认识，加强了对理论知识的理解。
实验过程[4]从软件和硬件两方面入手，软件实验通过编写程序，上机调试并运行，提高学生编程的能力；硬件实验能够实现学生设计硬件，编写接口程序，完成控制任务的目的。以单片机实习项目的开发和调试代替理论考试，系统考查学生的应用能力和解决实际问题的能力。
实验内容既要满足基本教学实验的要求，又要为课程设计和实习实训所用，通过这3个环节从基础到简单再到复杂的实践过程，从验证性实验向设计性实验过渡，提高学生独立思考解决问题的能力。
三、教学与科研相结合
要求教师能力双向发展。《单片机原理及应用》是一门面向实际应用的课程，要突出学生的工程应用能力。因此，要求教师尽可能做到双向发展，充实理论知识、发展教学能力；多动手实践，提高工程应用能力。
鼓励学生参与电子竞赛。通过这个创新性平台，使学生灵活运用所学知识，并了解设计开发项目的过程，为以后的学习和工作奠定良好基础。
鼓励学生参与科研[5]。在培养学生基本技能的基础上，鼓励学生参与老师的科研项目，在承担力所能及的工作的基础上，积极尝试难度更大的工作，锻炼学生的学习能力和解决问题的能力。
参考文献：
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单片机原理及应用范文2
关键词：单片机原理；实验教学；教学改革
“单片机原理及应用”课程侧重于单片机在汽车领域的应用，其理论性和实践性都很强。要使学生真正掌握好本课程，必须做到理论教学与实验教学并重，用实验教学带动理论教学。[1，2]在实验教学过程中，要强调学生的主体地位，提高学生的动手能力与创新能力。
一、实验教学现状
1.实验学时少
以前的“单片机原理及应用”课程总学时为64学时，实验学时只有8学时，占总学时的12.5%，实验学时不足。为了在有限的实验学时内让学生尽可能多的完成实验内容，教师只能安排一些简单的验证性实验。在实验教学过程中基本上是“学生看教师做实验”，学生处于被动地位，达不到实验教学的最终目的。
2.实验教学内容陈旧、模式单一
传统的单片机实验教学内容中基础性、验证性实验多，综合性、设计性实验少，培养学生操作能力的实验多，培养学生创新能力的实验少。实验教学要求学生在规定的时间内按照步骤完成相同的实验，实验过程中教师教接线、给程序，学生在实验板上调试。在这种实验教学模式下，学生简单模仿，只用动手不用动脑，很难培养学生的创新能力和综合能力。
3.实验教学考核体系不完善
传统的单片机实验课程不单独考核，评价方式主要以实验报告为依据，而且实验成绩占总成绩的比例低。这种评价方式使学生对实验教学环节也不重视，很难调动起学生在实验教学环节中的积极性。
二、单片机原理实验教学改革内容
传统的实验教学无法达到培养学生创新能力和综合应用能力的要求，需要进行改革。“汽车单片机原理与应用”课程实验教学改革主要从以下几个方面入手：
1.实验室建设
目前NEC单片机在汽车电子领域市场份额较大，[2]而山东理工大学交通与车辆工程学院开设的“单片机原理与应用”课程却侧重于单片机在汽车领域中的应用。为此，山东理工大学交通与车辆工程学院对单片机课程的教学内容进行了调整，从原来的INTEL公司的8051系列单片机调整为NEC公司的78K0KF系列单片机。同时在原有实验设备的基础上，山东理工大学交通与车辆工程学院与NEC公司合作，建立了NEC单片机开放实验室。目前实验室拥有汽车电子嵌入式开发系统、NEC单片机综合仿真实验仪、NEC单片机开发系统等多套设备，计算机60台，能实现几乎全部单片机教学的软、硬件实验，为实验教学的改革打下了良好的基础。
2.增加实验学时
“单片机原理及应用”课程比较抽象，学生要真正掌握该课程，需要有充分的实验教学环节作保障，因此增加了实验学时，由原来的8学时增加到现在的20学时。实验学时的增加，既可以安排更多的实验教学内容，使其更加系统和全面，又可以灵活地安排实验内容，为课程实验教学改革的实施创造了条件。
3.更新、调整实验教学内容
针对78K0系列单片机，NEC公司开发了一系列齐备的开发工具，包括Applilet（驱动代码生成工具）、PMplus（编译工具）、SM + for78K0_Kx2（软件仿真工具）、ID78K0 for MINICUBE（硬件仿真工具）。[3]78K0系列单片机支持片上调试，可以由仿真器直接下载程序到芯片，也可以利用SM+进行软件仿真，丰富了实验内容。
在原有的实验项目的基础上，增加了综合性、设计性的实验内容，并对实验项目进行了分析，精选1/2的实验项目作为基础实验，要求学生必须完成，其余1/2的实验项目作为综合性、设计性实验项目，学生可以根据自己的爱好选做。这样既保证了基本的教学内容，又激发了学生的学习热情和积极参与的主动性。根据实验学时的安排和课程特点，将实验教学内容分成了四部分：
第一部分为软件模拟实验，主要目的是熟悉Applilet软件、SM+软件、PM PLUS软件等操作软件，让学生对整个系统有一个初步了解，为以后的实验打下了坚实的基础。实验项目包括用软件模拟十字路通灯等。
第二部分为基本端口实验，主要目的是让学生认识单片机系统的基本硬件。实验项目主要有端口输出实验、H0定时计数器实验、按键中断实验、A/D转换实验、多位数码管显示实验、直流电机控制实验、步进电机控制实验等。
第三部分为综合设计性实验，目的是帮助学生全面掌握所学内容，提高学生综合运用知识的能力。主要有用TM00定时器设计秒表实验、用A/D转换值控制步进电机和直流电机转速实验、键盘结合LCD液晶显示实验、利用外部中断设计流水灯实验、直流电机转速测量实验等。
第四部分为创新性实验，主要针对那些对单片机有兴趣的学生，锻炼学生的创新能力、动手能力和解决实际问题的能力等，该部分实验在课下进行，可结合教师的科研项目和各类大学生电子设计大赛，如教师科研课题中的控制系统、数据采集系统以及全国大学生电子设计竞赛（NUEDC）、全国智能车设计大赛、机器人设计大赛、机电产品创新设计大赛等。
4.完善实验考核体系
实验教学的主要目的是为了让学生进一步掌握单片机的原理及应用，培养学生的动手能力、创新能力和解决问题的能力，传统的以实验报告评价实验成绩的实验考核方法很难调动学生做实验的积极性，达不到实验教学的目的。为了改变这一状况，改革了实验成绩的评定方法。为引起学生对单片机实验教学的重视，把实验成绩占总成绩的比例提高到40%～50%。实验成绩的评定根据每次实验的成绩，结合实验报告给出，实验报告占实验成绩的比例较低。对每次实验现场打分，每次实验前都给学生布置两个实验内容，其中一个为基本实验，另一个为综合性强的实验，完成基本实验得60分，完成本次全部实验才能得满分。这种做法极大地调动了学生的实验积极性，表现在上课时认真听课，实验前积极准备，实验中相互讨论等。
三、实验教学改革的成效
从2009年开始在车辆工程、交通运输、热能与动力工程三个专业进行实验教学改革，约有1000名学生接受了新的实验内容。通过实验教学改革，激发了学生在实验教学中的主动性与积极性，通过实验教学又带动了课堂教学，提高了学生的动手能力，培养了学生的创新能力和综合应用能力，加强了学生对汽车单片机原理的理解与应用能力。具体成效表现在学生在实验中的积极性明显提高，主动思考，实验完成率达到100%。在三年的期末考试中学生的卷面成绩较以前学生的成绩有了较大提高，卷面不及格率降到了5%，学生在课程设计和毕业设计中使用单片机系统的上手速度逐年加快，设计能力、编程能力大大提高。学生利用单片机参加电子类大赛获奖的等级和人数逐年提高，2010～2011年，在全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛、“潍柴动力杯”山东省大学生汽车技术创新设计大赛、山东省大学生智能车竞赛等赛事中获奖20余项。2012年在全国大学生瑞萨超级模型车大赛上共有2支队伍荣获全国二等奖，在全国大学生智能汽车竞赛山东赛区中获得二等奖5项、三等奖1项。山东理工大学交通与车辆工程学院在第九届“泰汽新能源杯”山东省大学生机电产品创新设计竞赛中荣获省一等奖等。
参考文献：
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[2]肖静，马临.单片机实验教学的改革与探索[J].南昌高专学报，
单片机原理及应用范文3
关键词：CDIO；单片机原理；教学改革
作者简介：王朋（1976-），女，吉林省吉林市人，黑龙江科技大学电气与控制工程学院，讲师；郭明良（1970-），男，辽宁海城人，黑龙江科技大学电气与控制工程学院，教授。（黑龙江 哈尔滨 150027）
基金项目：本文系黑龙江省教育科学“十二五”规划课题（课题编号：GBB1212052）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）14-0083-02
现阶段很多课程的教学过程中，无论是理论教学环节还是实践教学环节，仍停留在以教师组织引导为主线的模式，这种教学形式有利于系统的科学知识的传授，但却忽视了学生的学习认知中的主体作用，尤其是对于“单片机原理及应用”这样综合性、设计性、实践性较强的专业课程，不利于具有创新思维和创造能力人才的培养。CDIO是近年来提出的一种以工程项目设计为导向、注重学生工程能力培养的新型教育模式，在课程的教学活动中将理论教学及实践环节设计都围绕“项目”这个核心，强调学生做为主体参与整个教学过程，真正实现“做中学”和“基于项目教育和学习”。[1，2]结合黑龙江科技大学（以下简称“我校”）电气工程及其自动化专业课程体系结构[3]及“单片机原理及应用”课程的特点，在课程的教学中引入CDIO三级项目实践教学法，对课程所在核心课程群、课程内容、教学方法、项目实施平台及其他教学支撑体系建设等进行了研究和实践，使课程理论教学与实践教学融相互融合，将过去的被动学习变为主动学习，形成一个有机的整体，增强了学生的学习兴趣，教学效果明显提高。
一、CDIO三级项目教学体系的构建
对原有理论教学+实验+工程实训的三个独立教学体系进行研究和改革探索，将“单片机原理及应用”课程与“可编程逻辑控制器”、“微型智能控制技术”、“传感器与检测技术”、“智能控制技术”共同组成智能控制核心课程群，是电气工程及其自动化专业四大专业核心课程群之一。
1.第三级项目的构建
将课程分为单片机基础知识，中断技术、接口技术、汇编语言程序设计等模块，针对每个模块的特点和自身需要构建三级项目，既可以是课堂上针对某个知识的小组设计讨论，也可以是几个章节的综合应用，依托单片机基础工程实践基地，主要包括单片机引脚识别、存储器数据传送、流水灯控制、步进电机控制、LED显示等实践内容，加深学生对单片机接口、汇编语言编程等的理解和应用。并在三级项目实施环节创新采用了实践-理论-再实践的项目实施方法，即在学习单片机基础理论课程之前先利用一周左右的实践，依托工程实训基地，对学生进行简单的基础知识介绍后先进行一次三级项目工程实践实施，如单片机引脚功能学习、片内外数据传送、流水灯控制等简单的三级实践项目，让学生在实践中找到需要学习和掌握的知识和重点，快速对所有学习的核心课程及应用有基本的理解，对所学课程更加感兴趣，带着问题进行理论学习，避免了学习的盲目性；课堂理论学习结束之后，结合所学的内容，再次进行较为综合的三级项目实施，如人机交互接口的设计、步进电机的控制等，即“三级项目实施理论教学三级项目再实施”的第三级项目实施方案，实践证明取得了良好的教学效果。
2.第二级项目的构建
根据课程所在的智能控制核心课程群对学生能力的相关能力要求为基础构建二级项目，主要培养学生综合应用相关课程知识解决实际工程问题的能力，如单片机温湿度控制系统设计、备用电源切换装置设计、交通灯智能控制系统设计等，锻炼学生在解决工程问题过程中的学习能力及创新能力。二级项目既是对智能控制核心课程群内各课程能力培养的综合，也是对整个教学体系的补充，为一级项目的实施提供支撑。
3.第一级项目的构建
认识实习和毕业设计以及学生参加的大学生科研立项、电子大赛等，均是一级项目训练的主要实施方式。学生从解决工程问题的角度学习专业理论课程，逐步掌握工程思维方法。一级项目的构建已不再是单门课程或者某个专业核心课程群独有的项目，在实施的过程中，鼓励学生进行工程项目的团队实现，培养协同工作能力和系统协调能力。在一级项目的实施中继续巩固“单片机原理及应用”相关的知识和灵活应用的能力，与CDIO二级项目体系较好地衔接过渡。
二、教学方法的改革
积极探索“单片机原理及应用”课程教学方法的改革，在三级项目实施的第一阶段，采用渐进式教学法，即将学生项目实施过程分为几个阶段，首先利用实物讲解单片机的组成、结合仿真软件介绍单片机仿真与开发、汇编语言知识，通过简单的编程训练、上机调试，对单片机建立初步的概念。因为在三级项目实施的第一阶段，学生没有进行过详细系统的理论学习，在项目实施的过程中必然会产生很多疑惑和问题，然后再带着问题进行系统的理论学习，通过理论知识解决实际中遇到的问题；之后在三级项目实施的最后阶段，进行三级项目的再实施，利用验证性实验、综合设计性实验加深对理论课程的理解。最后通过单片机应用设计，提升学生的单片机实际应用能力，使学生的单片机综合设计、开发能力得到进一步的升华，反过来又会加深对理论知识的理解。其流程如图1所示。
三、教学支撑体系建设
基于CDIO三级工程项目教学法的引入实施，需要一个多元化项目实施支撑体系作为保障，图2为项目支撑体系的结构框图。
1.工程实践平台的建设
学校投资建设了单片机基础及单片机应用两个工程实践基地，组织教师根据课程内容自行开发研制了单片机工程实践实验台，引入开发平台keil。单片机基础工程实践基地主要为三级项目的实施――理论教学――三级项目再实施提供支撑，采用教师现场引导方式，帮助学生完成从单一的理论知识学习到实验实践设备认识、仿真环境的使用、验证性实验等理论到实践的渐进式掌握。单片机应用工程实践基地主要为部分三级项目及二级项目实施提供支撑。[4，5]
2.基于Proteus的虚拟仿真实践平台
为了更加有力地对课程的三级项目教学方法提供支撑，学校投资建设了基于Proteus的单片机虚拟仿真实践平台。Proteus是世界上著名的EDA工具，从原理图布图、代码调试到单片机与电路协同仿真，真正实现了从概念到产品的完整设计，是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。Proteus提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性，提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台，并且不受实验场地及设备的限制。
3.研制开发了多功能单片机工程实践箱
在项目实施过程中，工程实践基地内传统单片机实验台存在体积庞大，试验项目固定、受实践场地、开放时间制约等问题，而网络虚拟实验平台硬件搭建真实性、实际动手调试能力训练欠缺等问题，为了充分加强学生实践学习的灵活性、主动性，组织教师研制了便携式单片机开发试验平台，其结构如图3所示。
该平台由单片机控制区、数据接口及电源接口区、控制对象区、液晶显示区、键盘矩阵区、通讯接口区组成。学生可以根据自己选定的综合型设计性实验课题进行灵活设计和开发调试，每个区域学生都可以根据需要自行选择不同型号功能的元器件。满足二级项目和部分一级项目实施的需求，目前该平台已获得国家实用新型专利。
4.编写配套实践教材
根据三级项目教学法的引入，组织教师编写完成了《单片机实验与实践》、《单片机控制工程实践技术》两本教材，分别由高等教育出版社和化学工业出版社出版，其中《单片机控制工程实践技术》先后获得石油和化学工业优秀教材二等奖，黑龙江省高等教育学会教材三等奖。
5.单片机工程师认证
为了进一步提高我校大学生单片机的应用和开发能力，笔者与信息产业部中国电子企业协会合作建立了单片机工程师认证机构。作为黑龙江省惟一一所具有此项资质的院校，先后选派了4名教师到国家培训基地进行实地培训，学习到了先进的实训技能。与大连集成电路设计中心相联合，选送了4名教师学习集成电路软件设计知识，为实践基地注入了新的内容。
三、结束语
以CDIO三级项目教学理论为基础，结合黑龙江科技大学电气工程及其自动化专业课程体系结构及“单片机原理及应用”课程的特点，对原有理论教学+实验+工程实训的三个独立教学体系进行研究和改革探索，提出的CDIO三级项目实践教学的教学方法，取得了良好的教学效果，学生解决实际问题的能力、工程设计能力有显著提高，近年来获全国大学生电子设计大赛一、二等奖共计15项。
参考文献：
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[3]郭明良.电气工程全面教学改革培养应用型人才[J].实验室研究与探索,2009,(6):83-86.
单片机原理及应用范文4
关键词：单片机原理;CDIO模式;教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）20-0101-02
单片机由于其结构简单、易于控制及价格低廉等优点，使得其广泛应用在仪器仪表、工业控制和自动化控制等领域中。随着电子技术的飞速发展，企业对单片机应用型人才的需求越来越多，而且越来越看重具有动手能力、团队意识和创新能力的学生。因此，理工科学校的教育工作者和学生越来越重视单片机原理及应用课程的教学成果。然而该课程作为高等工科院校电子、机械和测控等专业重要的专业必修课，是一门综合性、实践性很强的课程。对于工科学生来说，很好地掌握单片机技术，不仅有助于深入地学习专业知识技能，提高自身的整体专业素养，培养动手能力与团队意识，更重要的是能够获得实用的专业技能和创新能力，增强就业竞争力。
面对市场对人才日益严峻的要求，如何培养出适应社会需求的创新型和专业型人才，是教师面临的一项紧迫而艰巨的任务。这不仅仅要求教师提高自身水平和积累工程项目经验，还要求不断反思教学过程，在教学方法上进行改革和探索。
一、单片机教学特点及存在的问题
单片机原理及应用课程教学与其他理论科目教学方式不完全相同，这门课程强调的是专业知识的应用，要求学生能够将基本理论与实际工程相结合，达到解决工程问题的基本能力。因此，在重视理论教学的同时，必须重视实验教学。但是，在具体的教学过程中，不但学生普遍感到难学，授课教师也存在许多困惑，这些都是由于课程特点引起的。
它的主要特点[1]有：（1）概念多，专有名词多，内容抽象，对于初学者来说难以适应，由此会感觉入门较难。（2）编程语言指令多，且需要掌握每条指令的功能及操作数来源。（3）逻辑性和完整性强，各部分知识衔接紧密。（4）课程的图示说明多。（5）综合性强，涉及内容较多，涵盖了模拟电路、数字电路、自动控制系统等诸多基础课程的内容。（6）解决实际问题的能力强。单片机教学的这些特点，使得学生在开始学的时候难以入门，难以了解单片机的整体结构，从而对单片机的学习失去信心，以至于出现学生普遍认为课程难学、教师普遍认为课程难教的局面。
多年的单片机教学经验表明很多学生学完课程之后并没有达到预期的效果，不能将学到的知识应用于实践，或无法将知识点连成知识面进而形成知识体系。另外传统的实验教学以验证性的实验为主，学生在规定的时间内，用统一的模式，按照指导书上规定的步骤做相同的实验。对于包含工程开发的软硬件协同设计难以开展，学生对基础知识的综合应用能力较差，自主设计和创造能力也普遍存在问题。
二、CDIO模式下课程教学改革探索
1.CDIO工程教育模式。CDIO是一种国际化高等工程教育的创新模式，是由麻省理工学院（MIT）、瑞典皇家工学院（Royal Institute of Technology）等四所跨国大学合作开发的一整套工程教育理念和实施体系[2，3]。它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程[4-6]。主要包括技术知识与推理、个人和职业能力与态度、人际交往能力，团队合作和交流、企业和社会环境下的构思设计实施运行系统等四个层面，这种模式不仅注重培养学生扎实的专业技术知识，更关注团队协作精神和创新精神的培养，并通过“做中学”和“基于项目的教育和学习”的教学模式培养既有扎实的专业技能，又有良好的团队协作能力和创新能力的国际化工程师。国内外的经验都表明CDIO“做中学”的理念和方法是先进可行的，适合工科教育教学过程各个环节的改革。
2.以项目为导向，改进教学方式和教学内容。教学方式上，将本专业有着丰富科学研究和教学经验的教师组织成一个项目实施团队，建立相对稳定的承担单片机原理及应用课程教学和实践环节的教师队伍。研究CDIO高等工程教育模式的理念和本质，转变观念，改革教学内容、教学方式和教学手段，紧密结合有关科研项目，将CDIO理念和教师在科研中的实践经验和体会融入教学内容、课堂教学和实验教学环节中。项目中每位成员根据自己承担的科研项目，每学年提出一个适合单片机项目化教学的项目，并将学生进行分组，每组4人，每组都包含1～2名兴趣比较浓厚、学习动手能力较强的同学，每个小组选择一个项目，该项目贯穿于单片机教学内容和过程的始终。最后再完成一个综合性强的实践环节。通过这种方法提高学生学习的积极性和主动性、动手实践能力、团队协作能力和创新能力。
3.改革教学模式。在实际的教学中，将提出的适合单片机项目化教学的项目分配给学生小组，让学生以团队的形式完成整个项目的设计，包括方案设计、软件实现、硬件设计以及测试和调试等整个过程。使项目贯穿于单片机原理及应用课程教学内容和过程的始终，学生分组完成，教师提供辅导。选用的项目可分步实现，彼此关联，从小到大，从简到繁，从局部到整体，层层推进，形成一个完整、全面的单片机应用系统的教学项目。在实际的教学改革中，我们依托于“RS232串口通信”、“数控式直流电流源设计”、“智能负载”、“温湿度测量系统”、“数控直流稳压电源”等项目，将以包含能力训练的项目教学方式让学生深入理解专业知识和提升其专业技能。将教学内容相关的知识分解到各个教学项目当中，这样可以增强学生学习单片机课程的兴趣，培养他们的团队意识和创新能力以及提高在严峻就业环境下的竞争力。
4.考核方式的改革。传统的单片机的期末成绩主要由学生的平时成绩和卷面成绩按照一定的比例构成（一般为3∶7），卷面成绩则全部由试卷考试的形式决定。这种传统的考核方式评价不了学生的实践能力和创新能力，也不能完全作为掌握单片机基础知识的判断依据。而CDIO工程教育则要求学生在掌握专业知识的基础上，具备一定的工程实践能力，也符合广大学生的学习目的。
因此，在本次改革中，为了确保考核方式的合理性、公平性和有效性，单片机的成绩将以CDIO工程教育基本理念为指导，与项目结合的形式完成对学生能力的综合评价，并采取教师点评和学生互评等各种方式（如表1）进行。这种以“过程”为基础开展，关注学生知识、技能的学习过程，关注实践环节及工程应用能力，力求知识与能力的协调统一的教学考核，不仅增强了衡量学生掌握知识的依据，而且有利于引导学生注重动手实践能力和自身综合素质的提高。
三、教学改革的实际效果
1.激发了学生的学习兴趣。以项目化方式指导学生学习的教学方式，增强了学生学习单片机的兴趣和热情。工程教学中始终贯穿着项目，学生需要按照项目的任务和要求系统地学习基础知识和应用能力，有助于学生明确学习目标。这种由传统单调的课程教学到灵活的项目教学方式，也极大地提高了学生的学习氛围和兴趣。
2.培养了学生综合运用知识的能力。要完成CDIO项目中的工程任务，必须运用诸如数字电路、模拟电路、自动化控制和单片机技术等多学科的基础知识。学生需要综合运用所学知识来解决项目中遇到的问题，使学生综合运用知识的能力得到培养。通过完成遇到问题到解决问题的过程，学生也加深了对知识的掌握。
3.锻炼了学生的团队协作精神。由于在整个工程项目的学习过程中，学生被分为3～4人一组，在分散学习、查阅资料、讨论及实践活动的过程中，都是以小组的形式进行，每个小组都是一个小团体，全体组员共同参与学习环节中的各项活动。彼此互相配合，广泛交流的过程，锻炼了学生的团队协作精神和团队意识。
4.提高了学生的思维、实践动手能力。CDIO教学模式“做中学”的理念，强调教学与实践的统一。在教学过程中安排的大量项目实践活动，需要学生亲自动手完成项目要求的各个实践任务，并参与到项目开发的始终。参与工程的开发能够发散学生的思维，提高实践动手能力。从项目完成的情况来看，此次改革有效地提高了学生的创新能力和解决问题的能力。
四、结语
经过全体课题组教师的不断努力，“单片机原理及应用”课程教学改革已经取得了初步成效，教学效果得到了显著提高。通过单片机教学改革的实践，结果证明，在CDIO工程教学模式下，采用以项目为驱动的教学方式不仅生动有趣，还能提高学生的创新能力和实践能力。而且理论与实践紧密结合的教学改革，激发了学生学习的兴趣，培养了学生的团队协作能力和团队意识。
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单片机原理及应用范文5
关键词：单片机；教学做合一；教学改革
中图分类号：G642 文献标识码：B 收稿日期：2016-07-14
一、单片机教学过程中存在的主要问题
单片机课程是电子信息类专业的核心主干课，它涉及多门课程，如数字电路、模拟电路、C语言程序设计、计算机原理、传感器与检测技术等。该课程培养学生基于单片机的电子产品设计创新能力，为学生毕业后从事本行业工作奠定坚实基础。
1.教学内容理论性强，教学组织形式单一
以往的单片机教学过程中，都是以单片机系统结构为主线，从单片机硬件组成、特殊功能寄存器、存储空间、单片机指令、汇编语言程序设计方法、接口原理及扩展等方面来讲解。老师授课以讲解为主，涉及抽象概念和复杂电路时，学生就难以理解。高等职业院校学生普遍基础薄弱，学习主动性差，特别是近几年的单招学生更是如此。而单片机课程涉及其他课程内容较多，某一个环节出现问题，都会使学生产生厌学情绪。
2.理论课和实验课不协调
单片机是一门实践性很强的课程，没有足够的操作技能很难掌握。传统的单片机课程教学中，理论课时远多于实验课时，并且理论讲解和实验课的时间不对应，导致学生不能及时掌握该知识点。然而大多数实验课都是验证性的，很少有主动设计性的实验，不利于培养学生的系统整体设计能力和工程开发意识。
3.缺乏较好的单片机项目化教材
现在大多数院校在单片机教学过程中采用C51高级程序设计语言，它具有程序结构清晰、可读性好、便于移植等特点，可广泛用于单片机教学。单片机技术和C语言程序设计均有各自的理论体系，通过项目引入的方式将两大知识理论体系融入具体的项目中，具有一定的难度，并且没有编写比较好的项目化教材。
4.软件教学和硬件学习的问题
完整的单片机工程项目包括硬件电路设计和软件编程设计，一般都是先设计硬件电路，然后根据硬件电路进行软件编写，硬件电路是系统的基础设计，硬件的功能实现靠软件程序来支撑。实际的教学过程中都是采用实验箱或开发板来做实验，硬件电路已经设计好了，元器件的参数固定，学生就不会主动思考电路为什么这样设计，参数为什么选这个，电路设计思路就会固化。软件的编写都有参考程序，学生在脑海中就会无法建立完整的单片机系统设计的概念。
二、“教学做合一”在单片机课程教学改革中的应用
1.教学内容上采用项目化任务驱动为导向进行知识重构
在单片机的教学中，不按以往的知识章节来讲解，即内容上不分先后顺序，而是以项目化任务驱动为导向，把每个项目分解成若干个任务，一个任务作为一个实例来讲解。这样能激发学生的学习兴趣，让学生体会到单片机实实在在的功能。在讲解这些功能的实现途径时，把完成本任务需要的基本理论知识和基本技能贯穿到授课过程中。这样降低了学习的难度，提高了学生学习的积极性。
2.“教学做合一”的教学方法的实现
单片机教学采用“教学做合一”的教学方法，以项目驱动方式组织教学内容。每个项目都有具体的任务要求、基本知识和详细的实施步骤。老师在理论授课时把这些内容贯穿于讲解中，特别是硬件电路的设计和程序的编写。从教师边讲、学生边练到分小组合作讨论，最后教师指导学生亲自动手制作完成单片机的每个任务。实践教学过程有助于学生加深对理论知识的理解，从简单的电路设计和程序编写，到最后复杂的单片机系统设计。学生普遍对动手操作感兴趣，每一个任务的完成有助于让学生体会到知识的用处，产生成就感，形成良性循环。
单片机的教学课时有限，仅仅靠课堂上的练习是远远不够的。为鼓励学生加强实践锻炼，学院开放单片机实训室，学生可以利用课余时间来实训室学习。学院设有创新创业实训室，配有单片机开发设备和常用工具。创新创业实训室由专门老师穿插指导学生进行单片机产品的设计。学生利用课余时间进行小产品的设计制作，同学之间可以相互交流学习，有利于学生综合素质和专业技能水平的提高，形成一个良好学习环境。
3.单片机虚拟仿真软件的使用
在“教学做合一”的实训室里，通常都配有单片机实验箱、开发板、仪器仪表和Keil软件。近年来，教师在单片机教学中越来越多地使用Proteus仿真软件。Proteus是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件合一的设计平台，支持51系列、AVR、PIC等各种主流单片机系统和第三方软件编译及调试。在实施项目化教学任务之前，学生可以先通过Proteus软件在电脑上进行电路设计，结合Keil软件进行联合调试，发现问题可以及时修改。这样可以很直观地让学生理解单片机硬件电路设计和程序编写是如何配合工作的，之后再进行产品的制作，这样可以节约耗材，提高学生分析和解决问题的能力，并缩短实验实训的时间。
4.重视单片机课程设计
单片机的课程设计是学完该课程后的一个综合性课程设计，是对理论课和实践课程的综合应用。课程设计的目的是培养学生对实际工作任务的分析和解决能力，从电路的设计、元器件的选择检测焊接装配、软件程序的编写、电路仿真调试、功能性指标的测量等方面去考查学生。
5.以赛促学，以赛促练
兴趣是创造的源泉，也是主动学习的不竭动力。学院一直致力于学生专业技能水平的提升，已经成功举办了6届专业技能比赛。通过这种方式来激励学生学习单片机的兴趣，并影响低年级的学生尽早进入学习单片机的队伍中来。在教学过程中，一个项目、一个任务的学习不具有单片机开发的完整性和系统性，而通过技能比赛的方式来完成一个相对完整的项目，可以使学生掌握实际工程项目设计的流程，培养学生解决实际问题的能力，同时，在此过程中促使学生主动积极学习，以赛促学，以赛促练，效果显著。
高职高专教师应熟悉“教学做合一”教学模式的内涵、理念、特点和实施方法，并能将其应用到教学中，从而为国家和企业培养优秀的高端技能性专门人才服务。本文针对单片机教学过程中存在的问题，提出采用“教学做合一”的教学模式，以项目化内容来引导，以具体任务来驱动，从而使学生在学习单片机的过程中由被动变主动，积极参与到实践项目中，在实践中去消化理解单片机工作原理、软硬件知识。通过这样的教学过程提升学生的自学能力、认知能力、创新能力，增强学生就业的竞争力。
参考文献：
单片机原理及应用范文6
关键词：CDIO；卓越工程师；单片机；
【中图分类号】 TP391 文献标识码： A
1 引言
现阶段，我国电气工程及其自动化专业卓越班的单片机原理及应用这门课程的综合性和实践性都很强，加之卓越工程教学模式存在以下问题与弊端：（1）采用传统的教学模式，主要靠老师在课堂上按照教科书的章节顺序授课进行实践，没有实现工程教育模式[1]；（2）未根据学生自身的能力、基础进行指导学生实践，采用传统的方法，实践题目相同，要求相同，导致效果很差[2]；（3）设置课程学时数太少[3]；（4）由于课程的综合性强，重要的基础课程没有及时的开设，导致学生在学习时感到难度很大，不易掌握和应用，甚至学生放弃核心课程的学习[4]。
为了提高工程教育质量，保障可持续发展。国际工程教育组织提出 CDIO工程教育模式，它是近年来国际工程教育改革的最新成果。2000年，瑞典皇家工学院和麻省理工学院等四所大学组成的跨国研究组织，经过四年的探索研究，创立了CDIO 工程教育理念，并成立了以CDIO命名的国际合作组织。CDIO 代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程的理论、技术与经验。其教学大纲满足美国、加拿大和其它华盛顿协议国家职业工程师组织对工科教育的要求，其教学框架体现了创新的教育思想。为了实现这一目标，2007年11月开始教育部组织召开中国高等工程教育改革论坛和 CDIO 国际合作组织会议两个大型会议，使CDIO工程教育模式成为教学改革的研究热点。
特别是2013年5月17-19日"中国CDIO工程教育2012年会"在广州大学举行，参加会议的单位有80多所高校，参加人数400多人，是规模最大，效果最好的一次，把CDIO工程教育模式推向新的。
本文针对电气工程及自动化专业卓越班的单片机原理及应用课程进行改革符合国家教学改革的方针，有利于学科建设健康发展，有利于卓越工程师人才的成长，有利于卓越人才培养方案的完善，对学科建设具有十分重要的意义。
2 生命周期与CDIO相结合的教学模式
单片机原理及应用是电气工程与自动化卓越班的核心课程之一，该课程具有一定的深度、难度，在开设该课程之前，必须让学生学过数字电路、模拟电路、微机原理、高级语言等课程。但是，由于卓越工程师班的学生第一、二、三学年在校学习理论课，第四学年在企业实习，严重的压缩专业课的课时量，把四年的课程计划压缩为三年，导致卓越班专业课程的课时量比普通班的课时量还少，存在拔苗助长现象，学生两极分化严重。又由于单片机原理及应用是实践性很强的一门课程。为了调动学生的积极性。本文采用以生命周期与CDIO相结合的教学模式，以产品的需求开始，到产品的运行、维护为周期，形成一个生命周期，让学生以主动的、实践的与课程之间有机联系起来，培养学生学习工程理论知识、加强实践经验和各种能力[5]。
课程生命周期教学模式是指利用工程生命周期的理论，对学生进行"课前调查"深入了解学生的理论基础、应用实践能力、协调能力；"课中"按照工程项目的需求分析以及学生的综合能力进行分配任务；任务完成后"课程考核"，课程结束后"课后跟踪调查"结束整个教学过程。在课程生命周期教学模式中主要包括"课前调查"、"课中分配任务"，"课程考核"和"课后跟踪调查"四个阶段，具体如图1所示。
图1 课程生命周期教学模式
2.1 课前调查与课中分配任务
教师依据课程生命周期教学模式，进行"课前调查"详细备课，备课内容主要包括：（1）深入企业调研，使用调查问卷法和谈话法了解企业的人才需求，技术创新需求及企业进行校企合作的意愿、动机等，了解合作企业对单片机的应用技术职能的需求，将单片机的各知识点分成多个子工程，以求由易到难，由浅入深，让学生逐步掌握单片机技术的所有知识及应用技能。（2）深入了解学生已授课程情况，例如核心课程的学习情况；（3）详细调查目前单片机应用的主要方向、应用环境、社会需求，达到学以致用，为了更好的保证学生培养出来能适应企业的需求，探索教师需要了解市场主要的单片机芯片、单片机型号等。充分利用教师的资源、为学生服务；（4）最大难点是详细了解每位学生的实践操作能力、理论水平以及学生的自学能力、吃苦耐劳等综合能力。（5）依据"课前调查"情况、学生的综合能力以及学生自身的特点，以3-6人为一组建立团队，实现学生资源、能力互补，选择优秀学生为组长。然后，进行"课中分配任务"--每组分配一个子工程，指导学生一周的时间进行查找资料、整理资料、写出子工程的初步需求分析。教师利用1-2天点评学生写的需求分析，根据学生的贡献给出第1次平时成绩。依据写好的需求分析，6-8周的时间教师指导学生进行硬件平台的塔建以及软件的学习与使用，根据学生的特点与能力，由组长分配任务给组里成员。当硬件平台达建完成、软件编写完成，由教师进行第2次平时成绩登记。硬软件设计完成后，在教师的指导下进行调试，调试完成进行第3次平时成绩登记，最后完善子工程的后序工作，进行第4次平时成绩登记。
2.2 课程考核
考核学生的原则是注重学生的动手能力、团队协调能力、自学能力、吃苦耐劳能力，以及学习效率，端正学生的学习态度，提高学生的学习兴趣。成绩计算办法是平时成绩占20%，技术知识考核占80%.
（1）平时成绩考核依据。出勤情况及组织纪律性方面的表现（不迟到、不早退、不旷课、不扰乱课堂纪律、上课不睡觉、不玩手机）；学生参与小组讨论的程度、以及组员之间协作与沟通情况；为了客观的评价学生的学习效果，需要进行项目完成的现场评分和演示答辩，对学生的工作绩效、技术应用、语言表达等方面进行客观评价。
（2）技术知识考核。技术知识考核主要以过程化为主，兼顾理论知识考核（期末考试）；子项目单元教学结束后，学生需要撰写项目学习报告，并递交相关工作文档。
2.3 课后跟踪调查
根据CDIO的理念和工程周期的理论，把"课前调查"和"课后跟踪调查"的信息实时反馈到"课程教学"和"课程考核"中去，从而改变传统的教学模式，形成一个动态闭环反馈教学模式，使得教学过程能够不断根据社会反馈信息和学生反馈信息而更新，保证课程教学符合社会的需要和学生的需要。
3 以生命周期与CDIO相结合的教学模式案例
3.1 任务分配
本文的课题选择电气工程及其自动化专业卓越班作为试点专业，并且一周的课程设计和一周实训，学生30人，分为8个小组，分成8个子工程。
（1）利用51系列单片机实现LED中断方式闪烁--中断控制的P2.0小灯。采用11.0592/12MHZ晶振。连接方法：单片机的P2口和LED灯，使用8PIN排线连接起来；
（2）键盘控制的花样彩灯--通过按键控制花样彩灯。连接方法：单片机的P2口连接LED灯，P0口与按键接口连接；
（3）实现数码管显示键值--实现矩阵键盘数码管显示键值。连接方法：单片机P1端口与矩阵键盘接口连接，P0口与静态数码管连接。矩阵键盘定义：P1.1-P1.3为行线，P1.4-P1.7为列线喇叭接P1.5口，矩阵键盘P1口；
（4）RS232串口通信（接受与发送）--了解串口的基本原理及应用，理解并掌握对串口进行初始化。使用串口调试助手（Baud 4800、数据位8、停止位1、效验位无）做为上位机来做收发实验。 在调试助手字符串输入框中输入数字和字符，按发送按钮，然后观察接受窗口的变化；
（5）点阵字符型液晶显示--实现LCD1602 移动显示。显示方式：LCD第一行显示BIG BIG WORLD，LCD第二行显示I LOVE PUZHONG，先将两行字符写入DDRAM中，然后从右至左逐字移出显示；在指定位置停留1.6秒后，闪烁2次，清屏；反复循环上述显示方式；
（6）TFT液晶屏全屏显示图片--掌握TFT彩屏驱动程序的编写，学会运用图片取模软件应用，学会全屏显示原理，最终实现彩屏中全屏显示一张完整的图片。1.8寸彩屏的屏幕是128*160，所以显示图片的尺寸是128*160；
（7）交通灯并用数码管显示倒计时--模拟交通灯并用数码管显示倒计时，20秒倒计时换通道时黄灯闪烁3秒。实现8位动态扫描循环，将字模送到P0口显示；
（8）三键控制可调时钟--三键控制可调时钟。三个功能键，当上电后，系统显示提示符P。按下k1后，系统开始正常运行，此时按其它键均无效当再按下k1后，进入调秒状态，按k2加1，按k3减1，再按一下k1进入调分状态，再按一下，进入调时，再按一下，进入正常的运行状态在调整状态下，当调整该位时，该位会闪烁。
3.2 具体实现步骤以及实施时间
基于生命周期与CDIO相结合的教学流程如图2所示。
图2 生命周期与CDIO相结合的教学流程图
（1）了解学生的素质，按照学生的综合能力以及学生的喜好综合考虑，进行分组、分配任务，完成时间为1周（4个学时）；
（2）指导学生查找资料、整理资料、写出子工程的初步需求分析，教师认真修改需求分析、进行可行性评估（非常重要），完成时间为1-2周（8个学时）；
（3）学生根据分配的任务，由组长进行分工，1-2个学生负责硬件材料的购买、硬件设计、硬件电路；1-2个学生负责软件设计、编写程序，完成时间6周（24个学时）；
（4）学生完成硬件平台的塔建以及程序编写完后，在教师的指导下，进行硬件、软件调试，完成时间1周（4个学时）；
（5）项目完成的现场答辩、演示、评分，完成时间1次课（2个学时）；
（6）撰写项目学习报告，递交相关硬件设备、工作文档，完成时间1次课（2个学时）；
（7）"课后跟踪调查"--采用填写调查表格的形式收集学生开课前的相关信息；高度重视毕业生（利用校友会和其他组织获取毕业生的联系方式，如QQ、E-mail、电话，通过发放电子问卷形式获取相关信息）反馈的信息。
4 结论
本文把CDIO的理念以及工程生命周期理论相结合应用于卓越工程师的单片机原理及应用教学中，学生在学习过程中实现了人人都能参项目开发的全过程，促使学生由被动学习变成主动学习，在项目设计、实施过程中理解并把握了课程要求的知识与技能，培养了学生主动思考、独立思考、积极分析问题和解决问题的思维和能力，锻炼了学生的团队合作、协调、组织能力，提高了人际交往技能，体验着项目开发的艰辛与乐趣。同时，教师通过课前调查，深入了解市场的需求，有利用于提高教学质量，有效地实现学校教学与社会实践相结合，真正的改变了传统的教学模式，达到学生、教师双赢的目的。
参考文献
[1] 张翼成， 刘美， 王涛. CDIO模式下"单片机原理及应用"课程教学改革[J]. 计算机教育， 2012， 23： 90-93.
[2] 李研. 基于CDIO的我国卓越工程师培养研究[D]. 中南大学， 2012.
[3] 厉威成. CDIO模式的教育理念及其实践研究[D]. 四川师范大学教育科学学院， 2012.
[4] 肖莉. 基于CDIO理念的应用型创新人才培养模式研究[D]. 云南民族大学， 2012.
[5] 刘美， 禹柳飞， 王涛. 基于CDIO理念的卓越人才培养的探索与实践[J]. 广东石油化工学院学报， 2012， 22（2）： 25-30.
基金项目
广东省高等教育教学改革工程项目"CDIO理念的石油化工自动化特色人才培养研究与实践"（BKZZ2011041）；
