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ISSN1672-4305 CN12-1352 / N LABORATORY SCIENCE 21 2018 Vol 21 No 3 Jun 2018 一体化的单片机教学模式研究 滕召胜高云鹏孟志强 湖南大学 电气与信息工程学院湖南 长沙 410082针对电气信息类专业的卓越工程师人才培养计划要求提出了 一体化的单片机教 学模式设计了一款以 ADuC848 为核心的功能强成本低的单片机系统形成了单片机口袋实验室在后续 教学进程中每个任务与项目边教边学边做并应用于大学生创新性实验计划学科竞赛的培训与创新 设计使教实验项目创新训练的实施一气呵成促进了大学生的实践兴趣培养了大学生的研发意 对提高大学生工程实践能力起到了良好的推动作用关键词单片机;“ 一体化教学模式实践教育创新训练 中图分类号G542.0 文献标识码doi10.3969 / j.issn.1672-4305.2018.03.065 Study on SCM teaching mode of integration of teaching, learning, doing and researching TENG Zhao-sheng, WEN He, GAO Yun-peng, TANG Qiu, MENG Zhi-qiang ( College of Electrical and Information Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China) Abstract: According to the requirements of excellent engineers training, a kind of SCM teaching mode of integrated with teaching, learning, doing and researching is proposed. The SCM pocket laboratory is set up and a kind of low power, multi - function single - chip microcomputer system which takes ADuC848 as the core is developed. The SCM pocket laboratory can be applied in college students’ in⁃ novative experiment plan, academic competition training, and other innovation design plan. During the teaching process, the teaching while learning and doing is realized. The combination of teaching, learning, experiment and innovation training promotes the students interests in practice, cultivate the students innovation consciousness, and improve students’ engineering practical ability. Key words: SCM; integration union of teaching, learning, doing and researching; teaching mode; practice education; innovative training 基金项目国家自然科学基金项目编号:51377049) 。 通讯作者唐求(1970-),湖南长沙人博士副教授主要研究方向为智能检测与信息处理单片机技术是测控技术与仪器电子信息工 自动化电气工程及其自动化等电气信息类专业 的主干专业基础课是实践性极强的课程 [1] 单片 机应用技术是电气信息类专业学生创新训练学科 竞赛毕业设计和实际科研都需要用到的专业基本 知识非学好不可。“ 单片机技术课程作为湖南大 学电气与信息工程学院平台课二十多年来一直由 院领导主抓主管课程建设与教学质量传统的单片机实验技术以演示性和验证性实 验居多 [2] 实验实训在指定实验室完成不利于发挥 学生的主观能动性和创新能力培养 [3] 为此我们在 多年教学与实训基础上探索提出并实施了一体化的单片机实践教育新模式开发了一 套单片机系统教学实验平台单片机口袋实验室定一款 51 系列高性能单片机 ADuC848,设计了最小 系统电路单片机技术实验课程的基础知识学习 人手一套电路板元器件在讲解单片机电路原理 与装配调试工艺后由每个学生焊接装配调试

一体化的单片机教学模式研究 - Nankai University · 资源扩充、接口芯片运用、定时/计数器工作方式扩 展、A/D与D/A转换应用等技能,为后续结合项目研

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Page 1: 一体化的单片机教学模式研究 - Nankai University · 资源扩充、接口芯片运用、定时/计数器工作方式扩 展、A/D与D/A转换应用等技能,为后续结合项目研

 ISSN1672-4305CN12-1352 N

实    验    室    科    学

LABORATORY  SCIENCE第 21 卷  第 3 期  2018 年 6 月

Vol1049008 21  No1049008 3   Jun1049008 2018

ldquo教-学-做-研rdquo一体化的单片机教学模式研究

滕召胜 温  和 高云鹏 唐  求 孟志强

(湖南大学 电气与信息工程学院 湖南 长沙  410082)

摘  要 针对电气信息类专业的卓越工程师人才培养计划要求 提出了 ldquo教-学-做-研rdquo 一体化的单片机教

学模式 设计了一款以 ADuC848 为核心的功能强 成本低的单片机系统 形成了单片机口袋实验室 在后续

教学进程中 每个任务与项目边教 边学 边做 并应用于大学生创新性实验计划 学科竞赛的培训与创新

设计 使教 学 实验项目 创新训练的实施一气呵成 促进了大学生的实践兴趣 培养了大学生的研发意

识 对提高大学生工程实践能力起到了良好的推动作用关键词 单片机 ldquo教-学-做-研rdquo 一体化 教学模式 实践教育 创新训练

中图分类号G5420    文献标识码A    doi103969 jissn1672-4305201803065

Study on SCM teaching mode of integration ofteaching learning doing and researching

TENG Zhao-sheng WEN He GAO Yun-peng TANG Qiu MENG Zhi-qiang(College of Electrical and Information Engineering Hunan University Changsha 410082 China)

Abstract According to the requirements of excellent engineers training a kind of SCM teaching modeof integrated with teaching learning doing and researching is proposed The SCM pocket laboratory isset up and a kind of low power multi - function single - chip microcomputer system which takesADuC848 as the core is developed The SCM pocket laboratory can be applied in college studentsrsquo innovative experiment plan academic competition training and other innovation design plan During theteaching process the teaching while learning and doing is realized The combination of teachinglearning experiment and innovation training promotes the students1049011 interests in practice cultivate thestudent1049011s innovation consciousness and improve studentsrsquo engineering practical abilityKey words SCM integration union of teaching learning doing and researching teaching modepractice education innovative training

                                               

                          

  

  

基金项目国家自然科学基金(项目编号51377049)通讯作者唐求(1970-)女湖南长沙人博士副教授

主要研究方向为智能检测与信息处理

    ldquo单片机技术rdquo是测控技术与仪器电子信息工

程自动化电气工程及其自动化等电气信息类专业

的主干专业基础课是实践性极强的课程[1] 单片

机应用技术是电气信息类专业学生创新训练学科

竞赛毕业设计和实际科研都需要用到的专业基本

知识非学好不可 ldquo单片机技术rdquo课程作为湖南大

学电气与信息工程学院平台课二十多年来一直由

院领导主抓主管课程建设与教学质量传统的ldquo单片机实验技术rdquo以演示性和验证性实

验居多[2]实验实训在指定实验室完成不利于发挥

学生的主观能动性和创新能力培养[3] 为此我们在

多年教学与实训基础上探索提出并实施了ldquo教-学-做-研rdquo一体化的单片机实践教育新模式开发了一

套单片机系统教学实验平台mdash单片机口袋实验室选定一款 51 系列高性能单片机 ADuC848设计了最小

系统电路在ldquo单片机技术实验rdquo课程的基础知识学习

后人手一套电路板元器件在讲解单片机电路原理

与装配调试工艺后由每个学生焊接装配调试形

成基于 ADuC848 的单片机最小实验系统作为单片

机口袋实验室在课程教学进程中边教边学边做边思考边总结把教师授课学生学习实验任务有

机结合起来还能供后续的创新训练学科竞赛实际

项目研究使用使ldquo教-学-做-研rdquo有机融合促进了

大学生的实践兴趣培养了大学生的研发意识对提

高大学生工程实践能力起到了良好的推动作用

1  ldquo教-学-做-研rdquo一体化单片机系统实践

教学平台

11  单片机选型

ADuC848[1]是 ADI 公司的一款军品标准的 8051兼容单片机具有大容量 64 KBFlash ROM4KB 片上

Flash2304 字节片上 RAM高性能单循环内核16 位

多通道S-D型 ADC运行速度比标准的 8051 高近 20倍外部晶振 32kHz 可倍频至 1258MHzISP 在线高

速下载编程24 个 I O 口11 个中断源(2 个优先

级)12 位 D A 转换器还有 UARTSPI 和 I2C 串行

通信模式看门狗定时器 WDT 和电源监视器 PSW 等

接口与功能 正常工作电流约 48mA节电模式下最

大电流仅 20μA 一个 RS-232 串口可用于程序调

试下载和烧录方便开放在线升级

12  单片机口袋实验室的构成

基于 ADuC848 的单片机口袋实验室的电路图

如图 1 所示实物如图 2 所示

图 1  单片机口袋实验室电路图

图 2  单片机口袋实验室实物图

单片机口袋实验室具有单片机 P0P2P3 口引

出接口图形点阵 LCD12864 接口LCD1602 接口两路 16 位 ADC 输入(可作差分输入)12 位 DAC输出PWM 模块输出SPI 接口红外输入接口RS-232 串口I2C 接口PS 2 接口红外接收头功能选

择和配置插针4times4 矩阵式键盘(或 4 个独立按键)直流电源输入USB 电源输入接口等丰富接口

单片机口袋实验室集成了多个基础硬件资源模

块各模块可以相互组合使系统实现不同功能既可

用于 51 单片机的教学实验又可用于功能较强的

ldquo单片机技术rdquo课程设计还能作为后续创新设计学科竞赛的开发平台 利用该口袋实验室可以完

成 I O 口控制定时器与中断数码显示矩阵键盘

管理A D 与 D A 转换步进电机控制等基础实验完成程控多波形信号发生器多功能计数器抢答

器数字密码锁简易电子琴微波炉控制洗衣机控

制仿电梯控制仿汽车自动报站电压监视等大量

的系统设计实验 以单片机口袋实验室为核心配合适量的外部电路与编程可实现更多的测量与控

制功能

2  ldquo教-学-做-研rdquo一体化培养方式

ldquo单片机技术rdquo的ldquo教-学-做-研rdquo一体化培养从大处着眼将教师的教学生的学单片机实验单片机应用研究等贯穿考虑一气呵成

21  单片机的ldquo教rdquo

ldquo单片机技术rdquo教学的目的是使学生具有单片

机的应用能力 单片机应用的相关知识非常广教师教学必须明确主次循序渐进循循善诱依次递

进 为此单片机教学分为三大模块基础模块核心模块应用模块层层递进如图 3 所示

图 3  单片机的知识构成模块与实践应用

(1)基础模块随堂讲解需用到的元器件电

222                    

滕召胜等ldquo教-学-做-研rdquo一体化的单片机教学模式研究

路模电数电等基础知识[ 5 ]和焊接调试等基本

实践技能促使学生从系统角度理解单片机和应用

基础知识通过必要的认知实验增强对单片机的感

性认识[ 6 ]然后分发电路板元器件套件鼓励和指

导学生自己动手焊接单片机口袋实验室(2)核心模块图 4 为单片机课程核心模块的

体系结构 我们不主张以某具体芯片学习为目的而是在讲透 51 内核基础上简介其他类型主流单片

机强调单片机硬件与编程语言的结合突出单片机

硬件动作受程序(指令)控制的特点促使学生建立

ldquo硬件编程rdquo理念避免学生ldquo汇编语言不会编rdquo 学

生通过 ADuC848 单片机实训接触 51 处理器配合

大量实验打下单片机应用的良好基础

图 4   单片机课程核心模块的体系结构

(3)应用模块ldquo单片机技术rdquo课程教学必须为

学生打下应用基础以利学生在创新训练学科竞

赛实际项目研究毕业设计等环节应用 为此对教材内容进行了调整优化对定时 计数串行接

口中断存储器扩展I O 扩展等内容进行详细介

绍增加新型串口新型存储器等内容弱化 81558255 等老式接口的介绍 通过程控多波形信号发

生器微波炉控制洗衣机控制电压监视等设计性综合性实验巩固单片机系统学习为创新应用打下

坚实基础

22  单片机的ldquo学rdquo

通过课堂学习实践学习自主学习掌握单片

机知识(1)仿真软件学习要求学生学习单片机仿真

软件 Proteus[ 7 - 8]学会采用 KEIL 和 Proteus 软件实

现单片机的联机调试通过 PC 机上的虚拟仿真平

台实现单片机的计算管理控制功能建立系统概

念减少实验代价增强学生实验兴趣与信心(2)编程语言学习要求学生学会 C 语言[ 9 ]

汇编语言[ 10 ] C 语言有益于单片机入门无需掌握

硬件结构只需通过 C 语言变量和单片机存储器单

元I O 口等特殊功能寄存器顺序语句与单片机顺

序输出循环语句与单片机反复输出的映射等就可

完成单片机的很多功能开发 在了解单片机硬件结

构后强调汇编语言学习促使学生进一步熟悉单片

机硬件结构存储器结构(3)硬件资源学习单片机学习特别强调培养

硬件思维方式[4] 通过强调单片机的硬件资源利

用建立精简利用单片机硬件资源的理念明确单片

机系统受制于主频数据存储器特殊功能寄存器程序存储器 I O 口片内 A D 与 D A 转换器PWM 接口串口数量中断源等资源学会充分利用

有限资源发挥单片机系统的最大优势

23  单片机的ldquo做rdquo

ldquo单片机技术rdquo课程学习过程强调边做边学学做结合 学习初期进行基础电路与简单程序设计实训以验证型演示型实验为主培养兴趣促进学生

掌握软件译码硬件显示等基本概念理解 I O 口具有一定基础后通过应用型设计型实验掌握硬件

资源扩充接口芯片运用定时 计数器工作方式扩

展A D 与 D A 转换应用等技能为后续结合项目研

究的单片机系统开发与应用打下良好的基础单片机ldquo做rdquo的关键内容包括(1)单片机的 I O 口控制(2)定时器使用(3)中断响应(4)USB 接口与 TCP IP 接口通信(5)RS-232 通信(6)A D 转换(7)PCI 总线与 I2C 总线(8)比较捕捉PWM 等其他功能

24  单片机的ldquo研rdquo

经过ldquo单片机技术rdquo课程学习实训后可以通

过做一些综合性的小型设计项目提高单片机综合应

用技能之后逐渐加大难度和复杂性积累单片机系

统的软硬件开发经验 基础一般的学生可以通过

智能车竞赛抢答器制作数字密码锁制作等类型的

设计项目提高设计能力基础好的学生可以通过微

波炉控制洗衣机控制电压监视燃气报警器电子

秤人体红外报警器等项目提高研发能力对单片机兴趣浓厚学得较扎实的学生可组团

申报大学生创新性实验计划(SIT)通过一年的 SIT实践单片机应用技能专业综合知识协调能力文献材料组织能力创新意识都将有明显提高进一步

通过学科竞赛训练教师实际项目研究毕业设计等

322

环节可有效提高单片机的工程实践技能和研发创

新能力

3  一体化培养效果

ldquo单片机技术rdquo的ldquo教-学-做-研rdquo一体化培养

方式自 2011 年开始实施结果表明此举有效激发

了学生学习单片机的兴趣增强了学习主动性提高

了单片机学习效果 绝大部分学生在课程设计阶段

表现出了较扎实的单片机编程技能和应用能力卓越工程师计划专业mdash测控技术与仪器专业过半学生

除了 ldquo单片机技术rdquo课程学习实训还参加了各类

大学生创新性实验计划和ldquo挑战杯rdquo竞赛电子设计

竞赛智能车竞赛等学科竞赛训练单片机技术的综

合应用能力科研创新意识学科综合素养就业竞

争能力得到了有效提高 表 1 为湖南大学测控技术

与仪器专业近几年的学科竞赛获奖情况

表 1  测控专业学生参加学科竞赛的获奖情况

时间国家级学科竞赛

获奖项数 人数

省级学科竞赛

获奖项数 人数

2009 年 1 5 2 8

2010 年 1 6 1 6

2011 年 1 5 3 15

2012 年 2 10 3 14

2013 年 2 9 5 17

2014 年 3 14 4 17

2015 年 3 15 6 22

2016 年 5 20 7 26

4  结语

在ldquo教-学-做-研rdquo一体化 ldquo单片机技术rdquo教学

模式下教师边教学生边学边做实现了课堂学习

与实训的同步实现了不受场地时间人员限制的

随时实验提高了教学效果提升了学生学习单片机

的兴趣有利于大学生的创新意识培养和创新成果

实现广受学生好评

参考文献(References)

[1]   李刚林凌何峰等ADuC845 单片机原理开发方法及应用

实例[M]北京电子工业出版社2006

[2]   贾玉瑛陈波单片机实验教学改革与探索[ J] 实验室科学

200811(6)32-34

[3]   朱敏杰罗珩余亚东改革单片机教学培养应用型人才[ J] 实

验室研究与探索201231(2)144-147

[4]   何立民单片机高级教程[M]北京北京航空航天大学出版

社2007

[5]   高庆华王洁程春雨等开放式单片机综合设计性实验教学

探索[J] 实验室科学201720(2)123-125

[6]   高庆华王洁单片机实验教学模式改革探索[J] 实验室科学

201316(5)46-48

[7]   邓力基于 Keil 时序逻辑和 Proteus 的电路仿真[ J] 实验室研

究与探索201736(1)80-83

[8]   黎霄芬Keil 及 Proteus 软件在单片机仿真教学中的应用[ J]

装备制造技术2012(3)49-50

[9]   赵帅锋胡绍海开门见山与循序渐进一种 C 语言指针教学

方法[J] 计算机教育2017(4)112-115120

[10]   张佳佳张广智宗兆云等基于计算思维的汇编语言教学实

验设计[J] 实验技术与管理201633(12)200-203

收稿日期2017-05-24修改日期2017-08-31作者简介滕召胜(1963-)男湖南辰溪人博士教授主

要研究方向为智能检测与信息处理

10509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979(上接第 220 页)[7]   刘浩解宁电工电子实训考核评价系统的构建与实践[ J] 实

验室科学2013(6)136-137

[8]   曾莉余晓平建环专业电学与智能化控制知识领域实践教学

探索[J] 重庆科技学院学报(社会科学版)2013(11)190-

192

[9]   喻大华电路原理课堂教学改革探索[ J] 教育教学论坛2013

(52)57-58

[10]   陈凯张忠民路艳杰电路实验教学改革的实践和探索[ J]

教育教学论坛2016(24)163-164

收稿日期2017-05-07修改日期2017-08-21作者简介闫芳(1968-)女河北保定人硕士副教授主

要从事电路基础及建筑电气控制的教学与研究

10509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905

10509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905

10509051050905

1051033 1051033

10510331051033

投稿注意

请在本期刊官方网站ldquohttp labscinankaieducnrdquo上在线投稿

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Page 2: 一体化的单片机教学模式研究 - Nankai University · 资源扩充、接口芯片运用、定时/计数器工作方式扩 展、A/D与D/A转换应用等技能,为后续结合项目研

成基于 ADuC848 的单片机最小实验系统作为单片

机口袋实验室在课程教学进程中边教边学边做边思考边总结把教师授课学生学习实验任务有

机结合起来还能供后续的创新训练学科竞赛实际

项目研究使用使ldquo教-学-做-研rdquo有机融合促进了

大学生的实践兴趣培养了大学生的研发意识对提

高大学生工程实践能力起到了良好的推动作用

1  ldquo教-学-做-研rdquo一体化单片机系统实践

教学平台

11  单片机选型

ADuC848[1]是 ADI 公司的一款军品标准的 8051兼容单片机具有大容量 64 KBFlash ROM4KB 片上

Flash2304 字节片上 RAM高性能单循环内核16 位

多通道S-D型 ADC运行速度比标准的 8051 高近 20倍外部晶振 32kHz 可倍频至 1258MHzISP 在线高

速下载编程24 个 I O 口11 个中断源(2 个优先

级)12 位 D A 转换器还有 UARTSPI 和 I2C 串行

通信模式看门狗定时器 WDT 和电源监视器 PSW 等

接口与功能 正常工作电流约 48mA节电模式下最

大电流仅 20μA 一个 RS-232 串口可用于程序调

试下载和烧录方便开放在线升级

12  单片机口袋实验室的构成

基于 ADuC848 的单片机口袋实验室的电路图

如图 1 所示实物如图 2 所示

图 1  单片机口袋实验室电路图

图 2  单片机口袋实验室实物图

单片机口袋实验室具有单片机 P0P2P3 口引

出接口图形点阵 LCD12864 接口LCD1602 接口两路 16 位 ADC 输入(可作差分输入)12 位 DAC输出PWM 模块输出SPI 接口红外输入接口RS-232 串口I2C 接口PS 2 接口红外接收头功能选

择和配置插针4times4 矩阵式键盘(或 4 个独立按键)直流电源输入USB 电源输入接口等丰富接口

单片机口袋实验室集成了多个基础硬件资源模

块各模块可以相互组合使系统实现不同功能既可

用于 51 单片机的教学实验又可用于功能较强的

ldquo单片机技术rdquo课程设计还能作为后续创新设计学科竞赛的开发平台 利用该口袋实验室可以完

成 I O 口控制定时器与中断数码显示矩阵键盘

管理A D 与 D A 转换步进电机控制等基础实验完成程控多波形信号发生器多功能计数器抢答

器数字密码锁简易电子琴微波炉控制洗衣机控

制仿电梯控制仿汽车自动报站电压监视等大量

的系统设计实验 以单片机口袋实验室为核心配合适量的外部电路与编程可实现更多的测量与控

制功能

2  ldquo教-学-做-研rdquo一体化培养方式

ldquo单片机技术rdquo的ldquo教-学-做-研rdquo一体化培养从大处着眼将教师的教学生的学单片机实验单片机应用研究等贯穿考虑一气呵成

21  单片机的ldquo教rdquo

ldquo单片机技术rdquo教学的目的是使学生具有单片

机的应用能力 单片机应用的相关知识非常广教师教学必须明确主次循序渐进循循善诱依次递

进 为此单片机教学分为三大模块基础模块核心模块应用模块层层递进如图 3 所示

图 3  单片机的知识构成模块与实践应用

(1)基础模块随堂讲解需用到的元器件电

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滕召胜等ldquo教-学-做-研rdquo一体化的单片机教学模式研究

路模电数电等基础知识[ 5 ]和焊接调试等基本

实践技能促使学生从系统角度理解单片机和应用

基础知识通过必要的认知实验增强对单片机的感

性认识[ 6 ]然后分发电路板元器件套件鼓励和指

导学生自己动手焊接单片机口袋实验室(2)核心模块图 4 为单片机课程核心模块的

体系结构 我们不主张以某具体芯片学习为目的而是在讲透 51 内核基础上简介其他类型主流单片

机强调单片机硬件与编程语言的结合突出单片机

硬件动作受程序(指令)控制的特点促使学生建立

ldquo硬件编程rdquo理念避免学生ldquo汇编语言不会编rdquo 学

生通过 ADuC848 单片机实训接触 51 处理器配合

大量实验打下单片机应用的良好基础

图 4   单片机课程核心模块的体系结构

(3)应用模块ldquo单片机技术rdquo课程教学必须为

学生打下应用基础以利学生在创新训练学科竞

赛实际项目研究毕业设计等环节应用 为此对教材内容进行了调整优化对定时 计数串行接

口中断存储器扩展I O 扩展等内容进行详细介

绍增加新型串口新型存储器等内容弱化 81558255 等老式接口的介绍 通过程控多波形信号发

生器微波炉控制洗衣机控制电压监视等设计性综合性实验巩固单片机系统学习为创新应用打下

坚实基础

22  单片机的ldquo学rdquo

通过课堂学习实践学习自主学习掌握单片

机知识(1)仿真软件学习要求学生学习单片机仿真

软件 Proteus[ 7 - 8]学会采用 KEIL 和 Proteus 软件实

现单片机的联机调试通过 PC 机上的虚拟仿真平

台实现单片机的计算管理控制功能建立系统概

念减少实验代价增强学生实验兴趣与信心(2)编程语言学习要求学生学会 C 语言[ 9 ]

汇编语言[ 10 ] C 语言有益于单片机入门无需掌握

硬件结构只需通过 C 语言变量和单片机存储器单

元I O 口等特殊功能寄存器顺序语句与单片机顺

序输出循环语句与单片机反复输出的映射等就可

完成单片机的很多功能开发 在了解单片机硬件结

构后强调汇编语言学习促使学生进一步熟悉单片

机硬件结构存储器结构(3)硬件资源学习单片机学习特别强调培养

硬件思维方式[4] 通过强调单片机的硬件资源利

用建立精简利用单片机硬件资源的理念明确单片

机系统受制于主频数据存储器特殊功能寄存器程序存储器 I O 口片内 A D 与 D A 转换器PWM 接口串口数量中断源等资源学会充分利用

有限资源发挥单片机系统的最大优势

23  单片机的ldquo做rdquo

ldquo单片机技术rdquo课程学习过程强调边做边学学做结合 学习初期进行基础电路与简单程序设计实训以验证型演示型实验为主培养兴趣促进学生

掌握软件译码硬件显示等基本概念理解 I O 口具有一定基础后通过应用型设计型实验掌握硬件

资源扩充接口芯片运用定时 计数器工作方式扩

展A D 与 D A 转换应用等技能为后续结合项目研

究的单片机系统开发与应用打下良好的基础单片机ldquo做rdquo的关键内容包括(1)单片机的 I O 口控制(2)定时器使用(3)中断响应(4)USB 接口与 TCP IP 接口通信(5)RS-232 通信(6)A D 转换(7)PCI 总线与 I2C 总线(8)比较捕捉PWM 等其他功能

24  单片机的ldquo研rdquo

经过ldquo单片机技术rdquo课程学习实训后可以通

过做一些综合性的小型设计项目提高单片机综合应

用技能之后逐渐加大难度和复杂性积累单片机系

统的软硬件开发经验 基础一般的学生可以通过

智能车竞赛抢答器制作数字密码锁制作等类型的

设计项目提高设计能力基础好的学生可以通过微

波炉控制洗衣机控制电压监视燃气报警器电子

秤人体红外报警器等项目提高研发能力对单片机兴趣浓厚学得较扎实的学生可组团

申报大学生创新性实验计划(SIT)通过一年的 SIT实践单片机应用技能专业综合知识协调能力文献材料组织能力创新意识都将有明显提高进一步

通过学科竞赛训练教师实际项目研究毕业设计等

322

环节可有效提高单片机的工程实践技能和研发创

新能力

3  一体化培养效果

ldquo单片机技术rdquo的ldquo教-学-做-研rdquo一体化培养

方式自 2011 年开始实施结果表明此举有效激发

了学生学习单片机的兴趣增强了学习主动性提高

了单片机学习效果 绝大部分学生在课程设计阶段

表现出了较扎实的单片机编程技能和应用能力卓越工程师计划专业mdash测控技术与仪器专业过半学生

除了 ldquo单片机技术rdquo课程学习实训还参加了各类

大学生创新性实验计划和ldquo挑战杯rdquo竞赛电子设计

竞赛智能车竞赛等学科竞赛训练单片机技术的综

合应用能力科研创新意识学科综合素养就业竞

争能力得到了有效提高 表 1 为湖南大学测控技术

与仪器专业近几年的学科竞赛获奖情况

表 1  测控专业学生参加学科竞赛的获奖情况

时间国家级学科竞赛

获奖项数 人数

省级学科竞赛

获奖项数 人数

2009 年 1 5 2 8

2010 年 1 6 1 6

2011 年 1 5 3 15

2012 年 2 10 3 14

2013 年 2 9 5 17

2014 年 3 14 4 17

2015 年 3 15 6 22

2016 年 5 20 7 26

4  结语

在ldquo教-学-做-研rdquo一体化 ldquo单片机技术rdquo教学

模式下教师边教学生边学边做实现了课堂学习

与实训的同步实现了不受场地时间人员限制的

随时实验提高了教学效果提升了学生学习单片机

的兴趣有利于大学生的创新意识培养和创新成果

实现广受学生好评

参考文献(References)

[1]   李刚林凌何峰等ADuC845 单片机原理开发方法及应用

实例[M]北京电子工业出版社2006

[2]   贾玉瑛陈波单片机实验教学改革与探索[ J] 实验室科学

200811(6)32-34

[3]   朱敏杰罗珩余亚东改革单片机教学培养应用型人才[ J] 实

验室研究与探索201231(2)144-147

[4]   何立民单片机高级教程[M]北京北京航空航天大学出版

社2007

[5]   高庆华王洁程春雨等开放式单片机综合设计性实验教学

探索[J] 实验室科学201720(2)123-125

[6]   高庆华王洁单片机实验教学模式改革探索[J] 实验室科学

201316(5)46-48

[7]   邓力基于 Keil 时序逻辑和 Proteus 的电路仿真[ J] 实验室研

究与探索201736(1)80-83

[8]   黎霄芬Keil 及 Proteus 软件在单片机仿真教学中的应用[ J]

装备制造技术2012(3)49-50

[9]   赵帅锋胡绍海开门见山与循序渐进一种 C 语言指针教学

方法[J] 计算机教育2017(4)112-115120

[10]   张佳佳张广智宗兆云等基于计算思维的汇编语言教学实

验设计[J] 实验技术与管理201633(12)200-203

收稿日期2017-05-24修改日期2017-08-31作者简介滕召胜(1963-)男湖南辰溪人博士教授主

要研究方向为智能检测与信息处理

10509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979(上接第 220 页)[7]   刘浩解宁电工电子实训考核评价系统的构建与实践[ J] 实

验室科学2013(6)136-137

[8]   曾莉余晓平建环专业电学与智能化控制知识领域实践教学

探索[J] 重庆科技学院学报(社会科学版)2013(11)190-

192

[9]   喻大华电路原理课堂教学改革探索[ J] 教育教学论坛2013

(52)57-58

[10]   陈凯张忠民路艳杰电路实验教学改革的实践和探索[ J]

教育教学论坛2016(24)163-164

收稿日期2017-05-07修改日期2017-08-21作者简介闫芳(1968-)女河北保定人硕士副教授主

要从事电路基础及建筑电气控制的教学与研究

10509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905

10509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905

10509051050905

1051033 1051033

10510331051033

投稿注意

请在本期刊官方网站ldquohttp labscinankaieducnrdquo上在线投稿

422                    

Page 3: 一体化的单片机教学模式研究 - Nankai University · 资源扩充、接口芯片运用、定时/计数器工作方式扩 展、A/D与D/A转换应用等技能,为后续结合项目研

滕召胜等ldquo教-学-做-研rdquo一体化的单片机教学模式研究

路模电数电等基础知识[ 5 ]和焊接调试等基本

实践技能促使学生从系统角度理解单片机和应用

基础知识通过必要的认知实验增强对单片机的感

性认识[ 6 ]然后分发电路板元器件套件鼓励和指

导学生自己动手焊接单片机口袋实验室(2)核心模块图 4 为单片机课程核心模块的

体系结构 我们不主张以某具体芯片学习为目的而是在讲透 51 内核基础上简介其他类型主流单片

机强调单片机硬件与编程语言的结合突出单片机

硬件动作受程序(指令)控制的特点促使学生建立

ldquo硬件编程rdquo理念避免学生ldquo汇编语言不会编rdquo 学

生通过 ADuC848 单片机实训接触 51 处理器配合

大量实验打下单片机应用的良好基础

图 4   单片机课程核心模块的体系结构

(3)应用模块ldquo单片机技术rdquo课程教学必须为

学生打下应用基础以利学生在创新训练学科竞

赛实际项目研究毕业设计等环节应用 为此对教材内容进行了调整优化对定时 计数串行接

口中断存储器扩展I O 扩展等内容进行详细介

绍增加新型串口新型存储器等内容弱化 81558255 等老式接口的介绍 通过程控多波形信号发

生器微波炉控制洗衣机控制电压监视等设计性综合性实验巩固单片机系统学习为创新应用打下

坚实基础

22  单片机的ldquo学rdquo

通过课堂学习实践学习自主学习掌握单片

机知识(1)仿真软件学习要求学生学习单片机仿真

软件 Proteus[ 7 - 8]学会采用 KEIL 和 Proteus 软件实

现单片机的联机调试通过 PC 机上的虚拟仿真平

台实现单片机的计算管理控制功能建立系统概

念减少实验代价增强学生实验兴趣与信心(2)编程语言学习要求学生学会 C 语言[ 9 ]

汇编语言[ 10 ] C 语言有益于单片机入门无需掌握

硬件结构只需通过 C 语言变量和单片机存储器单

元I O 口等特殊功能寄存器顺序语句与单片机顺

序输出循环语句与单片机反复输出的映射等就可

完成单片机的很多功能开发 在了解单片机硬件结

构后强调汇编语言学习促使学生进一步熟悉单片

机硬件结构存储器结构(3)硬件资源学习单片机学习特别强调培养

硬件思维方式[4] 通过强调单片机的硬件资源利

用建立精简利用单片机硬件资源的理念明确单片

机系统受制于主频数据存储器特殊功能寄存器程序存储器 I O 口片内 A D 与 D A 转换器PWM 接口串口数量中断源等资源学会充分利用

有限资源发挥单片机系统的最大优势

23  单片机的ldquo做rdquo

ldquo单片机技术rdquo课程学习过程强调边做边学学做结合 学习初期进行基础电路与简单程序设计实训以验证型演示型实验为主培养兴趣促进学生

掌握软件译码硬件显示等基本概念理解 I O 口具有一定基础后通过应用型设计型实验掌握硬件

资源扩充接口芯片运用定时 计数器工作方式扩

展A D 与 D A 转换应用等技能为后续结合项目研

究的单片机系统开发与应用打下良好的基础单片机ldquo做rdquo的关键内容包括(1)单片机的 I O 口控制(2)定时器使用(3)中断响应(4)USB 接口与 TCP IP 接口通信(5)RS-232 通信(6)A D 转换(7)PCI 总线与 I2C 总线(8)比较捕捉PWM 等其他功能

24  单片机的ldquo研rdquo

经过ldquo单片机技术rdquo课程学习实训后可以通

过做一些综合性的小型设计项目提高单片机综合应

用技能之后逐渐加大难度和复杂性积累单片机系

统的软硬件开发经验 基础一般的学生可以通过

智能车竞赛抢答器制作数字密码锁制作等类型的

设计项目提高设计能力基础好的学生可以通过微

波炉控制洗衣机控制电压监视燃气报警器电子

秤人体红外报警器等项目提高研发能力对单片机兴趣浓厚学得较扎实的学生可组团

申报大学生创新性实验计划(SIT)通过一年的 SIT实践单片机应用技能专业综合知识协调能力文献材料组织能力创新意识都将有明显提高进一步

通过学科竞赛训练教师实际项目研究毕业设计等

322

环节可有效提高单片机的工程实践技能和研发创

新能力

3  一体化培养效果

ldquo单片机技术rdquo的ldquo教-学-做-研rdquo一体化培养

方式自 2011 年开始实施结果表明此举有效激发

了学生学习单片机的兴趣增强了学习主动性提高

了单片机学习效果 绝大部分学生在课程设计阶段

表现出了较扎实的单片机编程技能和应用能力卓越工程师计划专业mdash测控技术与仪器专业过半学生

除了 ldquo单片机技术rdquo课程学习实训还参加了各类

大学生创新性实验计划和ldquo挑战杯rdquo竞赛电子设计

竞赛智能车竞赛等学科竞赛训练单片机技术的综

合应用能力科研创新意识学科综合素养就业竞

争能力得到了有效提高 表 1 为湖南大学测控技术

与仪器专业近几年的学科竞赛获奖情况

表 1  测控专业学生参加学科竞赛的获奖情况

时间国家级学科竞赛

获奖项数 人数

省级学科竞赛

获奖项数 人数

2009 年 1 5 2 8

2010 年 1 6 1 6

2011 年 1 5 3 15

2012 年 2 10 3 14

2013 年 2 9 5 17

2014 年 3 14 4 17

2015 年 3 15 6 22

2016 年 5 20 7 26

4  结语

在ldquo教-学-做-研rdquo一体化 ldquo单片机技术rdquo教学

模式下教师边教学生边学边做实现了课堂学习

与实训的同步实现了不受场地时间人员限制的

随时实验提高了教学效果提升了学生学习单片机

的兴趣有利于大学生的创新意识培养和创新成果

实现广受学生好评

参考文献(References)

[1]   李刚林凌何峰等ADuC845 单片机原理开发方法及应用

实例[M]北京电子工业出版社2006

[2]   贾玉瑛陈波单片机实验教学改革与探索[ J] 实验室科学

200811(6)32-34

[3]   朱敏杰罗珩余亚东改革单片机教学培养应用型人才[ J] 实

验室研究与探索201231(2)144-147

[4]   何立民单片机高级教程[M]北京北京航空航天大学出版

社2007

[5]   高庆华王洁程春雨等开放式单片机综合设计性实验教学

探索[J] 实验室科学201720(2)123-125

[6]   高庆华王洁单片机实验教学模式改革探索[J] 实验室科学

201316(5)46-48

[7]   邓力基于 Keil 时序逻辑和 Proteus 的电路仿真[ J] 实验室研

究与探索201736(1)80-83

[8]   黎霄芬Keil 及 Proteus 软件在单片机仿真教学中的应用[ J]

装备制造技术2012(3)49-50

[9]   赵帅锋胡绍海开门见山与循序渐进一种 C 语言指针教学

方法[J] 计算机教育2017(4)112-115120

[10]   张佳佳张广智宗兆云等基于计算思维的汇编语言教学实

验设计[J] 实验技术与管理201633(12)200-203

收稿日期2017-05-24修改日期2017-08-31作者简介滕召胜(1963-)男湖南辰溪人博士教授主

要研究方向为智能检测与信息处理

10509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979(上接第 220 页)[7]   刘浩解宁电工电子实训考核评价系统的构建与实践[ J] 实

验室科学2013(6)136-137

[8]   曾莉余晓平建环专业电学与智能化控制知识领域实践教学

探索[J] 重庆科技学院学报(社会科学版)2013(11)190-

192

[9]   喻大华电路原理课堂教学改革探索[ J] 教育教学论坛2013

(52)57-58

[10]   陈凯张忠民路艳杰电路实验教学改革的实践和探索[ J]

教育教学论坛2016(24)163-164

收稿日期2017-05-07修改日期2017-08-21作者简介闫芳(1968-)女河北保定人硕士副教授主

要从事电路基础及建筑电气控制的教学与研究

10509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905

10509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905105090510509051050905

10509051050905

1051033 1051033

10510331051033

投稿注意

请在本期刊官方网站ldquohttp labscinankaieducnrdquo上在线投稿

422                    

Page 4: 一体化的单片机教学模式研究 - Nankai University · 资源扩充、接口芯片运用、定时/计数器工作方式扩 展、A/D与D/A转换应用等技能,为后续结合项目研

环节可有效提高单片机的工程实践技能和研发创

新能力

3  一体化培养效果

ldquo单片机技术rdquo的ldquo教-学-做-研rdquo一体化培养

方式自 2011 年开始实施结果表明此举有效激发

了学生学习单片机的兴趣增强了学习主动性提高

了单片机学习效果 绝大部分学生在课程设计阶段

表现出了较扎实的单片机编程技能和应用能力卓越工程师计划专业mdash测控技术与仪器专业过半学生

除了 ldquo单片机技术rdquo课程学习实训还参加了各类

大学生创新性实验计划和ldquo挑战杯rdquo竞赛电子设计

竞赛智能车竞赛等学科竞赛训练单片机技术的综

合应用能力科研创新意识学科综合素养就业竞

争能力得到了有效提高 表 1 为湖南大学测控技术

与仪器专业近几年的学科竞赛获奖情况

表 1  测控专业学生参加学科竞赛的获奖情况

时间国家级学科竞赛

获奖项数 人数

省级学科竞赛

获奖项数 人数

2009 年 1 5 2 8

2010 年 1 6 1 6

2011 年 1 5 3 15

2012 年 2 10 3 14

2013 年 2 9 5 17

2014 年 3 14 4 17

2015 年 3 15 6 22

2016 年 5 20 7 26

4  结语

在ldquo教-学-做-研rdquo一体化 ldquo单片机技术rdquo教学

模式下教师边教学生边学边做实现了课堂学习

与实训的同步实现了不受场地时间人员限制的

随时实验提高了教学效果提升了学生学习单片机

的兴趣有利于大学生的创新意识培养和创新成果

实现广受学生好评

参考文献(References)

[1]   李刚林凌何峰等ADuC845 单片机原理开发方法及应用

实例[M]北京电子工业出版社2006

[2]   贾玉瑛陈波单片机实验教学改革与探索[ J] 实验室科学

200811(6)32-34

[3]   朱敏杰罗珩余亚东改革单片机教学培养应用型人才[ J] 实

验室研究与探索201231(2)144-147

[4]   何立民单片机高级教程[M]北京北京航空航天大学出版

社2007

[5]   高庆华王洁程春雨等开放式单片机综合设计性实验教学

探索[J] 实验室科学201720(2)123-125

[6]   高庆华王洁单片机实验教学模式改革探索[J] 实验室科学

201316(5)46-48

[7]   邓力基于 Keil 时序逻辑和 Proteus 的电路仿真[ J] 实验室研

究与探索201736(1)80-83

[8]   黎霄芬Keil 及 Proteus 软件在单片机仿真教学中的应用[ J]

装备制造技术2012(3)49-50

[9]   赵帅锋胡绍海开门见山与循序渐进一种 C 语言指针教学

方法[J] 计算机教育2017(4)112-115120

[10]   张佳佳张广智宗兆云等基于计算思维的汇编语言教学实

验设计[J] 实验技术与管理201633(12)200-203

收稿日期2017-05-24修改日期2017-08-31作者简介滕召胜(1963-)男湖南辰溪人博士教授主

要研究方向为智能检测与信息处理

10509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979(上接第 220 页)[7]   刘浩解宁电工电子实训考核评价系统的构建与实践[ J] 实

验室科学2013(6)136-137

[8]   曾莉余晓平建环专业电学与智能化控制知识领域实践教学

探索[J] 重庆科技学院学报(社会科学版)2013(11)190-

192

[9]   喻大华电路原理课堂教学改革探索[ J] 教育教学论坛2013

(52)57-58

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教育教学论坛2016(24)163-164

收稿日期2017-05-07修改日期2017-08-21作者简介闫芳(1968-)女河北保定人硕士副教授主

要从事电路基础及建筑电气控制的教学与研究

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