单片机实验教学范例6篇

单片机实验教学

单片机实验教学范文1

论文关键词:单片机;教学;仿真实验

“单片机原理”是一门理论性、逻辑性、实践性很强的学科,是电类专业一门非常重要的专业基础课,把微机接口部分、汇编语言部分、通信技术部分的知识点等综合在一起,属于逻辑性、工程性、技术性、实践性很强的一门专业基础课。该课程作为电类专业最重要的核心课程之一,它是电类专业高素质技能型人才所需全部自动控制类知识结构的载体,占据着非常重要的位置。

然而,传统的单片机教学一般注重课程本身的体系结构和前后的逻辑联系,均以学科体系为出发点,忽略了“可学性”,致使学生学得吃力,老师教得辛苦,教学效果却没有显现出来。

一、研究背景及意义

目前,全国将单片机列入单独的比赛项目,在考查中注重学生的能力培养,学生的技能素养教育成为重中之重,加之社会需求高技能人才,许多学校为了适应社会的发展和市场需求在不同的专业开设了单片机课程,然而单片机课程是一门实践性很强的课程,要想在教学过程中取得很好的效果,就必须要求学生在学习过程中多动手实践,但有的学校教学设备有限,怎样解决这个问题。仿真实验课可以让学生在单片机工作室里做中学,真正玩转单片机,也同时解决了学生学起来枯燥,老师教起来吃力的尴尬局面。

目前单片机教学中存在诸多问题。如单片机课程理论为主,实验教学多是进行验证性实验。单片机实验室存在场地和时间限制,学生除了课上,很难有机会接触到所需要的设备,如仿真器、实验板等,个人配备成本太高,个体无法承担。而且实验箱只能验证试验的基本作用和意义,就无从谈起学生动手能力的训练和提升。单片机在当今社会中的应用速度发展迅速,然而单片机教材陈旧,实验设备很容易落后、老化等问题,必然会带来耗资等问题。由此可见,构建成本低廉的单片机仿真实验系统对于单片机教学意义重大。它不仅可以降低实验设备投资,而且能培提高学生的工程素质,养学生的创新精神。在单片机控制系统的设计开发过程中,我们不单要突出设备的自动化程度及智能性,另一方面也要重视控制系统的工作稳定性,否则就无法体现控制系统的优越性。

由于单片机控制系统应用系统的工作环境往往是比较恶劣和复杂的,其应用的可靠性、安全性就成为一个非常突出的问题。单片机控制系统应用必须长期稳定、可靠地运行,否则将导致控制误差加大,严重时会使系统失灵,甚至造成巨大的损失。

影响单片机控制系统应用的可靠、安全运行的主要因素是来自系统内部和外部的各种电气干扰,以及系统结果设计、元器件选择、安装、制造工艺和外部环境条件等。这些因素对控制系统造成的干扰后果主要表现在下述几个方面。(1)数据采集误差加大。(2)控制状态失灵。(3)数据受干扰发生变化。(4)程序运行失常。

由于受到干扰后计数器的值是随机的,因而导致程序混乱。通常的情况是程序将执行一系列毫无意义的指令,最后进入“死循环”,这将使输出严重混乱或系统失灵。

随着单片机及其接口技术的飞速发展,目前面对职业教育存在的突出问题:质量能力与规模能力不相适应,教学信息化程度低,古老的填鸭式课堂教学模式仍应用普遍,“双师型”教师队伍建设机制缺乏完善性,科学管理水平和改革创新能力就提到了日程,管理制度不健全,学校基本办学规范不健全,科学的职业教育评价标准和评价机制达不到标准,学生成长的“通道”不畅通。

从新的教学要求来看,这类课程仅在课堂上讲授基本原理是不够的,必须在教学中加强实践环节,开出一定数量的高质量的配套实验课活独立的实验课程,让学生有足够的实验机会。那么对于单片机实验教学环境建设就相应提出了高要求。怎样解决这个问题,单片机仿真实验应运而生。

二、“单片机仿真实验”初探

伴随着计算机技术的飞速发展,在各个领域都出现了各种仿真系统,为各种实际系统的开发提供了准确可靠的保证,同时为很多学校、企业等节约了大量的人力和物力。在电子信息技术领域也同样出现了大量的仿真工具,如课堂上用到的各种EDA工具;模数混合仿真的Protel、Multisim等常见的电子应用仿真软件,数字系统设计的Fundation、Maxplus II、Expert等。

所谓“仿真”,就是通过开发工具真实地模拟用户系统的运行环境,使用户能够在透明和可控的条件下观察系统运行过程中的状态和结果,仿真实际上也是一种软件和硬件的综合调试手段,它能提高应用系统开发的效率。

用通俗的话来描述“单片机仿真实验”就是在一块虚拟电路板上按照真实电路的设计构想放置一些虚拟的元器件,并模拟实际烧ROM的过程链接上程序代码,“接通”电路观察效果,如果不理想的话可以反复修改电路或程序代码,直至符合设计要求为止。

仿真实验的好处是显而易见的。在没有仿真实验的年代,每架构一个真实的电路都需要费时费力费钱,稍有不慎还有可能前功尽弃,再加上单片机中的ROM芯片是有擦写次数的,而一段程序可能需要修改擦写多次,无形中减少了ROM芯片的使用寿命。仿真实验是在计算机上进行的(可能会费点儿电),以上问题都不存在,而且就现在的仿真软件来说,仿真出来的电路效果与真实电路一模一样,毫不夸张地说,只要仿真是成功的,就可以直接下工厂的流水线生产了。

三、单片机仿真实验效果

新课程的核心理念是:“关注每位学生的进步与发展,使每位学生在课堂上都能积极主动地参与交流、参与探索、参与汇报,都能动起来,使每位学生都能进入最近发展区,都能有所收获,具有成功感。”为使这一核心理念能得到有效落实,经过近一段时间的教学实践,逐渐发现单片机仿真实验是一种较为有效的教学手段。不仅解决了学生的只学不练的矛盾,也缓解了部分学校的设备建设压力。

首先,学生有浓厚的兴趣。职业学校专业不一样,男女比例天差地别,在上课过程中的反应也不尽相同,但是,由于在仿真实验里所见即所得,同学们学习的热情高涨。仿真实验中减少了实验中实验板,实验内容不能更改的局限性,可以扩展学生的思路和为不同层次的学生提供良好的实验虚拟基地。在教学中,要努力创造适合学生发展的情境,让学生主动发展,关注学生的独特感受,以此培养学生的发散思维。其次,学生可以自行设计实验,锻炼了解决实际工程问题的能力,提高了学生的动手能力。实验能力和设计能力的培养,也是职业学校学生解决实际问题的能力中较为重要的。传统的实验中往往忽略学生的设计能力,只是一个验证的过程,学生学习的理论无法真正应用到实际的工作实践中,有一些学生有些许的遗憾。采用仿真后,采用建设工程的形式将设计理念融合到软件中,投入少,实际问题却能得到验证和推敲,节省了硬件的损耗。再次,硬件投入少,经济优势明显。单片机的课程除了开设8051系列单片机课程之外,还开设AVR系列与MCS51等系列的课程,三菱、西门子等不同系列和型号的单片机。要想保证相应实验的开设,必须要有配套的实验系统而且要保证一定的实验硬件设备套数,那么这将是一笔非常大的经济支出。所以这将使单位和企业面临着很大的经济压力,硬件设备的更新和硬件设备的维护等工作。考虑经济和其他方面的种种因素,引入单片机软件仿真系统,就可以大大降低经济的支出,减少硬件设备的购置,同时也大大降低了对硬件设备维护的工作量。为单位和企业减少了不必要的麻烦和经费,缓解了很大的压力。

先通过软件模拟成功后再投入硬件,经济优势明显改善,在传统的实验教学中实验板的投入,接口的投入,系列的不同,仪器的投入等,仅仪器的维护也是非常繁琐的,更何况资金的投入了。因此采用软件仿真,其经济优势很明显。

单片机仿真实验的瓶颈之痛。长时间的课程教学之余,总觉得留下了许多遗憾。虽然单片机仿真实验让笔者和学生们获得了一些成功的体验,但久而久之,也产生了一丝厌倦,毕竟假的成不了真的,整天面对着这些毫无生气的电路图,无法接触电路实物的痛苦与日俱增。

有鉴于此,兼顾教学设备的投资现实,仪器老化问题及国家对职业教育的投入,在下面两个方面学校可以参考改革。

一是改革办学形式。通过“联合办学、合并小的机构、多校共建”等方式推动规模化办学,加强建设,建成规模大、实力强、声誉好的示范学校;组建职教集团,发挥对农村和民族地区薄弱学校及西部的帮扶作用。

改革教学形式,积极采取场景教学、案例教学、项目教学、模拟教学等多种教育教学方式,增强教育教学的实效性和教学形式的针对性。

改革培养形式,深入推行校企一体、顶岗实习、工学结合;改变单一,强调连续学习,为连续学习和分阶段培养相结合,探索以就业为导向的职业人继续学习模式。

创新专业设置。建立专业设置动态调整机制,重点建设面向先进制造业特别是装备制造业、现代服务业、新兴产业的精品专业;加强贴近区域产业、民族艺术、民间工艺等领域的特色专业。

二是创新教学环境。重点建设现代化的专业技能性教室,创设功能齐全、校园文化和企业文化都并存的,紧密结合的教学环境,使学生感受到课堂和企业的文化和专业的融合。改革教学形式,建立导向性的学校评价模式和能力性的学生评价模式;努力探索职业教育质量评价的新措施、新途径,引导学生向更高的目标全面发展。

创新教学方法,强化实践教学的导向性;更新教学手段,构建自己的网络学习平台,能够支撑随时学习;创设生产实习的模拟现场设置,特别是通过模拟流程、虚拟现实、数字仿真等方式生动直观地展示知识性、技术性和生产服务岗位的可行性。

创新教材的应用能力,开发延伸性、补充性的教辅资料;依托企业研发适应新兴产业、新职业和岗位的校本教材;实现多种教材的立体化融合,使学生用发散的思维去思考问题。

改革队伍建设,聘用企业工程技术人员、有实践经验的行业专家和社会中的能工巧匠等担任兼职教师;落实教师在职进修和企业实践制度的可行性和有效性,加强专业带头人和骨干教师的培养方向和多元化。

改革管理制度,建立多方参与的决策机制和教育教学质量监测机构;创新人事分配制度;完善招生、教学、资助、免费、就业、财务和资产等学校业务管理办法。

虚拟仿真实验系统是单片机教学的优秀实验平台,很好地弥补了传统单片机教学的不足,激发了学生的学习积极性与主动性,提高了教学效果,降低了实验成本,是现代计算机技术与先进的教学理论在单片机教学中的应用,有着广泛的应用前景。

单片机实验教学范文2

Abstract: This paper presents a demo experiment methods ofsingle-chip microcomputer classroom teaching based on USB interface and ISP download. In practice, good reputation is acquired for its low cost, small volume, convenient operation, portabe carrying, steady and dependable download.Teacher does demo experiment quickly in good time by USB interface of multimedia computer. The method of theroy combining with practice raises the teaching effect greatly.

关键词:单片机;课堂教学;演示实验;教学效果

Key words: single chip microcomputer;classroom teaching;demo experiment;teaching effect

中图分类号:G642 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)31-0092-02

0引言

“单片机原理及其应用”课程是我国高等院校电气信息类及相关专业的必修课,同时也是一门实践性和应用性很强的课程。随着电子技术的发展,电子设计基本上都是以微机为核心的综合应用系统,从近年学生就业情况来看,用人单位大都要求学生具备单片机应用能力。提高单片机的教学效果,对学生动手能力的培养和促进学生创新意识的提高具有重要的现实意义[1]。若教师能通过多媒体电脑的USB口对单片机进行在线编程及时很快地作出演示实验,在课堂教学上采用理论与实践相结合的方法,能在很大程度上提高教学效果。如果使用传统的实验箱,并口或串口下载,则很不方便,费时费力,难于携带,效果很不理想。若使用简洁实用的单片机实验开发板,通过USB下载线对该单片机进行在线编程并及时很快地作出演示实验,则能及时地在课堂教学上采用理论与实践相结合的方法,能在很大程度上提高教学效果[2][3][4][5]。系统成本低、体积少、使用方便、便于携带。演示实验时系统使用USB口供电,无需额外电源。

1演示实验方法

演示实验系统由硬件和软件两部分组成。硬件部分由USB下载线,单片机演示实验板两部分组成。软件部分包括USB下载线驱动程序、单片机编译软件及下载软件等组成。

USB下载线可采用ATMEGA8进行USB串口协议的软件模拟和ISP下载来完成。这个USB下载线本身就是一AVR单片机最小系统,在制做完成后首先也得通过其它并口或串口ISP下载线给它下载电路固件程序,这样下载线才能工作。其电路原理图如图1所示。其中HT7536也可简单地用3.6V稳压管代替。

就目前高校单片机课程都讲MCS-51单片机来说,单片机演示实验板中单片机使用ATMEL公司推出的具有ISP功能的AT89S系列的单片机。这些单片机性能高、功耗低,与工业标准80C51指令集和引脚完全兼容,具有可串行下载的FLASH存储器,可通过SPI串行接口对片内存储器进行在系统编程。演示实验板上可设有按键、LED灯、LED数码管显示电路、LCD显示电路、DS1302实时时钟芯片电路、DS18B20数字温度电路、蜂鸣器电路、红外接收、光电开关等。演示实验板力求简洁明了,又能作出含盖教材内容的绝大多数实验,如基本输入输出、键盘显示、定时及中断、串行通信、AD/DA转换及各种可编程接口芯片等[6][7]。当然按教学内容与进度,可设计多个演示实验板,从而使用每块实验板体积不大,也容易设计制作。演示实验板有ISP接口,USB下载线接口的对应接线MOSI、MISO、RST、SCK要与实验板上单片机相应SPI接口一一对应。演示实验板使用USB口提供的电源就能正常工作。

当USB下载线通过USB端口与计算机相连接时,系统会出现“找到新硬件”字样的提示,此时,只要将硬件信息的inf硬件配置文件和含有libusb0.dll、libusb0.sys的文件进行安装即可。

单片机编译软件可采用KeilC51,或使用简单实用的启东达爱思、伟福等MCS51单片机开发系统的软件。教师可在讲解汇编语言程序、C51程序时及时编译得到hex文件便于通过下载软件下载。

程序的下载可使用PROGISP软件进行USB在线下载。PROGISP的主界面如图2所示。

点击“调入flash”,选择要下载到单片机的hex文件,点击“自动”,可将程序下载到单片机即便运行。

2结语

本文介绍的“单片机原理及其应用”课堂演示实验方法,解决在课堂上作单片机演示实验难题。该方法同样便于学生本人进行单片机学习及开发实验,教师在做演示实验的同时也教会了学生对单片机进行设计与开发方法。该方法具有成本低、体积少、使用方便、便于携带等优点。

参考文献:

[1]贾玉瑛,陈波.单片机实验教学改革与探索[J].实验室科学,2008,(6).

[2]龙志强,赵东明,李志斌.“单片机系统设计”课程教学改革探讨与实践[J].电气电子教学学报,2009,(6).

[3]宋志平.“单片机接口技术”课程教学新方法探索[J].中国电力教育,2009,(2).

[4]李红萍.以“提高学生综合能力”的单片机课程教学改革[J].甘肃联合大学学报(自然科学版),2009,(3).

[5]陈亮.单片机课程的教学改革[J].实验室研究与探索,2008,(9).

单片机实验教学范文3

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:

[1]李洁,李卫兵,等.《单片机原理及应用》实验教学改革与实践[J].实验科学与技术,2012,(4):92-94.

[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,

单片机实验教学范文4

作为典型代表,单片机推动了嵌入式系统的发展,成为现代电子系统中重要的智能化工具。无论是尖端科技,如军事、通信、能源、机器人、交通、IT,还是现代工业、农业、仪器仪表、汽车电子系统、家用电器、玩具及个人信息终端等诸多领域,都离不开单片机,单片机的使用率和普及率远远超过了其他类型的计算机。因此“单片机原理及应用”课程也在高校的计算机类、电子类、电气类、机械类等专业的教学计划中有着特殊的地位。近年来,在高校中大力推行的各种电子设计竞赛中,单片机已成为主要方法。然而,在实验教学上,单片机实验教学仍存在一些问题。

1 学校不够重视,投入过少

当前大多数学校普遍偏重于理论教学,一个原因是理论是一切教学的基础,所有教学要以理论教学为前提,理论教学的地位之重要无可厚非,特别是对于偏文科类的一些课程,它的重要程度更是毋庸置疑的。然而,对于工科类的学科,特别是像单片机这样的课程,当然理论教学这一点是前提,但是实验教学的作用和影响程度也同样不容忽视,而大多数学校往往忽略了这点,只重视理论教学,而对于实验教学的投入是少之又少,可能另外一个原因就是实验所需设备价格大多昂贵,一台设备可能上万甚至是十万以上的价格,这个费用让很多学校望而却步,有的学校会购买一些比较便宜的设备,或者对于价格比较昂贵的设备,就购买几台,这样就导致了需要几个学生一组做一个实验,难以达到每个学生都能动手操作这样的目的。

2 实验箱设计过于死板

大多数学校在单片机实验教学中都使用实验箱教学,而实验箱都是在出厂的时候很多参数都已经设置好,内部线的连接往往跟我们实际的连接方式不一样,这就决定了我们使用实验箱教学的时候,学生要按照实验箱的指导书给出的连接图及实验步骤去操作,通过安装在PC机上的仿真软件,把汇编程序输到 PC机上,然后通过串口通信,把编译好的机器码传送到单片机实验箱上。这种操作过于死板,实验中的连接方式都已给出,甚至是确切的哪个接口跟哪个接口连接都已经给出,甚至可以毫不夸张地说:“只要看得懂文字的学生基本上连线是没有问题的”。这种实验教学方式可能出现问题比较少,实验箱性能相对稳定,但是这样的实验操作很难引起学生的兴趣,导致一些学生都是应付了事,以至于难以实现培养学生的动手能力以及创造力,激发学生的潜能这样的目的,大大降低了实验教学在对学生动手能力培养的作用。

3 单片机实验教学水平不够高

目前很多高校的单片机实验教学水平都不够高,主要的一个原因就是是大多数高校都是使用实验箱进行教学,我们知道实验箱能够实现直观地看到实验结果的同时也存在着很多弊端,它的电路的连接及操作比较固定,这就造成学生没有太多的个人发挥的空间,一节课下来不能达到计划中的效果。特别是对于单片机这一门课,更要求实际操作性,对实验的灵活度要求相对更高,往往要求学生在灵活编程的同时能够了解硬件电路的连接以及在实践过程中解决问题,从而提高学生的动手能力及主动解决问题的能力。

其次,学生上实验课的积极性不高,很多学生都是应付了事,更甚的就是利用学校提供的设备玩游戏。单片机这门课不同于其他的一些课程,它除了硬件电路的连接,最关键的还有编程,一个实验能不能实现,就要看你能不能把程序编写出来了,很多学生在上理论课的时候就没有认真学,到实验课的时候自然就无从下手,到后面的实验程序编写越来越难,没有一点编程基础的学生基本上到后面的实验就是过不了关或者抄袭其他同学的程序蒙混过关。

4 教师在教学中不创新,学术钻研不够

时代在进步,科技在发展,特别是电子产品的更新更是不断在更新,这就要求我们的教学要跟上时代的脚步,与时俱进,才能让我们的教学与社会紧密结合,才能让我们的学生不与社会脱节。然而,事实上很多高校的实验指导书都是前人编写完,后面的教学照搬,没有更新,这在单片机教学上是万万不可的。单片机的发展可以说是迅速的,然而我们的实验教学却还是停留在以往的知识层面中,教师的知识没有及时更新,这就导致了我们的实验教学的滞后,导致我们的学生毕业后不能很快地适应社会的节奏,进入到社会工作中。

5 比赛项目不够多

我们每年都有一两次大型的电子大赛,除了这些,学校本身很少有类似的竞赛,但这对于社会对人才的要求是远远不够的,这些项目关乎学校的名誉,所以学校往往选择一些有经验的或学的很好的学生那几个学生参加,这就使得大部分学生没有机会展示自己的能力,然而往往很多时候比赛恰好能激发学生对学习的兴趣。

综上所述,我们可以发现我们的实验教学存在着很多的不足,我们改怎么去改进呢?下面我提出个人的一些观点。

首先,学校要提高重视,在实验教学方面适当地投入。

要想提高实验教学水平,最重要的就是学校要足够重视,要重视实验教学的质量,对实验教学不足的地方积极改进,并且适当地投入,特别是对于像单片机这样的电子方面的教学,电子产品的发展日新月异,如果我们的实验教学依旧用的几年前的设备,那么我们的教学只能跟在时代的后面,跟不上时代的脚步,更甚的会导致我们的教学与社会脱节。只有学校对实验教学提高重视,将这一观念渗透到实际教学中,才能引到教师以及学生对实验的重视,从而提高他们的积极性,提高实验教学水平。

其次,实验箱的正确选用。

使用实验箱进行教学,这是目前大部分高校的实验教学状态。实验箱教学有利也有弊,这就涉及我们要怎么选用实验箱,实验箱什么样的设计才比较合理。对于单片机这门课来说,更多地要求实验箱能像仿真软件般,有可以让学生自由发挥的空间,特别是对于引脚的连接,现在很多实验箱都是内部连接好,最后接出一些端子让学生照着厂家配的实验指导书接线,单片机的实验相对比较灵活,很多时候引脚的连接是可以让学生自己选择的,这样也有助于学生结合自己的理论知识,让自己的理论知识得到应用,体会理论得到实践的乐趣,引起学生对学习的兴趣的同时锻炼了学生的动手能力,所以也就要求实验箱的设计最大限度地提供灵活性,从而提高我们实验教学的质量。

再次,教师要不断创新,认真钻研学术。

要想提高实验教学水平,不仅仅对设备有一定的要求,教师的自身的学习也很关键。只有教师不断钻研学术,提高自己的学术水平,才能在教给学生课堂知识的基础上教给学生新的东西,让学生了解到社会发展的前沿,并在条件允许的情况下鼓励学生自己动手研究一些最新出的电子产品,比如单片机这门课,可以鼓励学生在模仿已有产品的基础上积极创新,或者跟学生一起研究,在交流中教给学生新的东西,和学生共同进步。

最后,增加电子竞赛项目,让更多的学生参与进来。

单片机实验教学范文5

【关键词】单片机实验平台;改进设计;实现

1.现有实验教学平台存在的不足及改进设计方案

现有实验教学平台中,单片机芯片各引脚在印制电路板上已经和对应的模块固定好了,在这种固定模式下,学生设计逻辑电路的空间很小,不利于学生深入思考和创新。学生做实验时,只要按照商家定义好的电路连接,在实验指导书的指导下,正确输入和操作,便能得到正确的结果。这样的实验过程很难激发学生参与实验的热情和兴趣,往往会出现应付实验的现象,达不到开设实验的目的。会做实验和会设计系统之间的差距很大。为了提高学生的实践动手能力和创新能力,针对实验室现有单片机实验平台的不足之处,本实验教学平台在以下两个方面做了相应的改进:

(1)本实验教学平台采用开放式系统结构设计,各个模块在平台上是相互独立的。在改进的实验平台上,每个模块都有独立的输入和输出接口,学生需要哪个模块就可以通过连接线和转换板搭接起来,暂时用不上的模块可以断开。这样既可以避免模块之间的相互干扰,也方便学生根据自己的实际需求来搭建电路,为学生提供了自主设计的空间。

(2)考虑到单片机实验系统内容的完整性和趣味性,本章在原有实验平台的基础上进行了模块的添加与改进,主要包括步进电机和继电器驱动模块、16*16点阵模块等。下面将详细阐述各模块的改进设计与实现。

图1 单片机端口连接图

2.改进的实验教学平台各模块设计

本实验教学平台要求系统具有开放性,单片机的I/O资源要得到充分的利用。因此,AT89C51单片机芯片的各端口没有固定在印制电路板上,而是与相应的输入和输出接口相连。做实验时,学生可通过连接线和转换板灵活的选择单片机端口搭建电路,实现了资源的充分利用。单片机端口的连接如图1所示。

2.1 步进电机和继电器驱动模块设计

单片机各引脚提供的电平是无法驱动步进电机和继电器的,故本课题增设了步进电机和继电器的驱动电路模块,该模块选用了ULN2003芯片驱动。ULN2003由一组达林顿管组成,有16个脚共7路驱动。引脚功能是:1~7脚为单片机脉冲输入端;8脚为接地端;9脚为内部7个续流二极管负极的公共端;16~10脚为脉冲信号输出端,与1~7脚的输入端一一对应。该模块用P0.0驱动一个继电器,P0.0接ULN2003的1脚,ULN2003的16脚接继电器线圈的一端, 继电器线圈的另一端接+5V电源。当P0.0为高电平时,继电器吸合;当P0.0为低电平时, 继电器释放。电路原理图如图2所示。

图2 步进电机和继电器驱动模块电路

2.2 16*16点阵模块设计

LED显示屏是一种新型的显示媒体,是当今大屏幕显示的主流产品,它具有亮度高、使用寿命长、显示内容多样、色彩丰富、对室内外环境适应能力强等优点,在各行业得到了广泛的应用。因此,为了让学生能够很好的掌握用单片机控制LED显示屏的能力,本实验教学平台增加了16*16点阵电路模块。该模块采用RS232接口的第3脚(TXD)由计算机向控制电路发送字符或汉字内码;该内码被存储在控制电路中,控制电路找出对应该内码的点阵,然后向驱动电路发送行列选通信号;根据行列选通信号,显示驱动电路负责向指定LED提供驱动电流。采用串行的方法,控制电路可以是一根信号线,将列数据一位一位地传到列驱动器,在硬件方面是十分经济的。解决串行传输中数据准备和列数据显示的时间问题,可以采用重叠处理的方法。这种方法需要列数据的显示具有锁存的功能。因此,该模块选用带锁存输出的8位移位寄存器74HC595作为LED显示屏的列线驱动输入。它是由各自独立控制的一个8位串入并出的移位寄存器和一个8位输出锁存器构成,可以实现在显示本行各列数据的同时,传送下一行的列数据。

图3 16*16点阵模块电路

该模块使用了4块74HC595和4块8*8点阵构成一个16*16点阵,可以完整的显示一个汉字。P1.0与74HC595的DS端相连,输入串行数据;P1.1与SH_CP端相连,提供移位时钟信号;P1.2与ST _CP端相连,提供锁存时钟信号。上一级74HC595芯片的Q7’端与下一级74HC595芯片的DS端相连,实现在显示本行各列数据的同时,传送下一行的列数据(即达到重叠处理的目的)。U16、U17、U18、U19芯片的Q0~Q7端用来驱动16*16点阵对应的行和列。电路如图3所示。

参考文献

[1]李学礼,林海峰.基于Proteus软件的单片机实验室建设[J].单片机与嵌入式系统应用,2005(9):5-6.

单片机实验教学范文6

Experimental Teaching Reform and Exploration on

Independent Experiment Course of MCU

DING Baohua, CHEN Jun, MENG Fanxi

(School of Mechanical and Electronic Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou Jiangsu 221116)

Abstract The course of MCU is strong requirement to practices, and the traditional course form with theory and experiment is difficult to meet experimental teaching of MCU. In the paper experimental reform method by independent experiment course of MCU is presented and has explored the practices, which enriches the experimental contents, improves the position of MCU experiment and students interest and ability to take part in the experiments, promotes the deep reform of experimental teaching.

Key words independent experiment course; MCU; experimental teaching reform

单片机课程是工科院校机电相关多专业的专业技术基础课程,也是后续课程设计和毕业设计的重要基础。主要培养学生掌握单片机软硬件的基础知识和设计开发单片机实际应用系统的初步能力,是对实践性要求较高的课程。单片机课程教学不仅要重视理论教学模式和方法,更要重视加强实验教学内容及实验方式方法的改革,更有利于培养学生的实际动手能力、创新能力、综合思维能力。

1 单片机理论与实验混编课程教学模式

在高等院校创新性人才培养改革的实践过程中,课程实验等环节越来越得到加强和重视,但是受传统观念的固有影响,重视理论教学而轻视实践的状况没有得到根本的转变,实验教学一般是作为课堂理论教学的验证而设立的。从课程教学编排上,课堂理论与实验教学混编课程仍是最常见的一种教学模式。这种模式下,一门课程划分为理论教学和实验教学两部分,课程成绩统一评定,实验的成绩占到课程总成绩一部分。随着高教改革的深入,实践能力的培养越来越受到重视,这种混编课程教学模式,对于单片机这类实践性要求较高的课程越发表现出不足。主要体现在以下几个方面:

首先,实验学时不足且难以扩充。单片机课程的总学时是确定的,实验学时也只能占到其一少部分,如在原来的教学计划中单片机总学时为48学时,安排有10个学时的实验,这对于课内实验来说已经是比较多的学时安排了,但这对于进行单片机较全面的实验是远不够的,如果要增加实验学时,理论课时就要相应较少,协调起来比较困难。其次,实验的时间跨度受到较大限制。由于单片机的课堂理论教学与实验是要作为一门课给出成绩的,基本上是课堂教学结束,相应的实验也基本上应该结束,然后再统一安排考试及成绩的评定,这样就造成了实验要相对集中地安排,实验室在这个时间段内负荷非常高,实验的周期较短,实验时间的灵活性受到很大的限制,甚至影响正常的实验质量。第三,设计性和综合性多学时实验开展困难。由于实验的学时数少,而单片机诸如存储器、中断、定时器、键盘显示等等需要实验训练的项目内容又比较多,只能安排学时数比较少的验证性实验,且实验过程中主要是在教师的主导下进行,学生一般是被动地接受,这样虽然可以缩短实验的时间,但学生的独立思考能力、实践能力和创新能力得不到有效的锻炼。学生普遍感到学完该课程后,并没有真正掌握单片机系统完整的知识。

2 独立设课的单片机实验教学

针对单片机课程特点,加强学生的动手及实验能力,提升实验教学的地位及提高单片机教学质量,对单片机的课程进行了较全面的改革。将单片机教学改为理论教学和实践教学两门独立课程,从单片机整体系统出发对实验项目及内容重新进行规划、整合及扩充,将单片机的实验教学提升一门独立的实践类课程,与理论课堂教学并行开设。这样从根本上改变了实验教学的附属地位,不但实验学时得到充分加强,而且在实验内容的安排上更具有全面性、系统性和灵活性。

首先,单片机实验内容大大扩展了。在单片机理论与实验混编的课程教学中,实验只有10个学时,而独立设置单片机实验课程后,必修实验学时扩充到了24学时,而且还扩充了大量的选修实验,学生可以从单片机整体系统的概念出发,对单片机的存储器结构、程序编写、计数器和中断应用、通讯方式、A/D和D/A转换、键盘和显示等主要构成等方面得到较为全面的实验训练。

第二,单片机实验时间更加灵活了。作为独立的实验课程,不再完全服从于课堂理论教学的时间安排,选择实验的时间上具有很大的灵活性,有利于实验室的真正开放和开放性实验教学的开展。实验时间跨度贯穿整个学期,也避免了实验室在一段时间内超负荷运转的不合理的情况。在实验过程中除了单片机开发系统的使用以及基本的指令结构程序实验由老师集中安排辅导之外,多数实验项目由学生以实验小组的形式自由与实验室联系,自主地决定实验的时间和实验内容。也不再以严格的课堂学时数限定实验时间,而是按上午、下午和晚上三个单元进行,以保障学生有充分的实验时间和适应于不同层次学生的情况。

第三,选做实验项目得到有效实施。不论是混编课程中的实验,还是独立实验课程实验,都有作为教学指导性规范文件的实验大纲。在大纲中除了有必做的实验项目,还安排了大量的选修实验项目,其目的就是给学生充分的实验机会和个性的发挥。但混编课程的实验,在相对时间内实验的时间紧,任务重,基本上是教师集中指导实验,从头到尾所有学生在相同时间做同样的实验内容,学生自己选做实验的机会几乎没有,不利于学生实验的兴趣的提高和个性特点的发挥。独立设置实验课程后,实验的内容大大丰富了,给学生更多的选修实验的机会。如规定了必修实验内容占实验总学时的50%左右,以培养学生掌握单片机的基本内容;另外50%学时作为选修内容,学生可以从选做的实验项目中选择,同时规定了设计性实验和综合性实验的选择比例。这样既保障了学生对单片机各部分的基础训练,也可以使学生不同的兴趣特点得到发挥,例如在A/D转换的实验项目中就有三个实验内容供学生选择:常规温度的采样计算,应变片称重的力信号的采样计算以及电阻位移传感器的线性位移测量,学生选做一项就可以,这样学生既掌握了A/D转换器的基本使用,又体现了不同物理量的处理上的差异性,有利于培养学生的动手和探究的兴趣。

3 完善实验过程管理与评价

实验管理是实验教学能够正常开展的保障,是实验教学深化改革的重要方面。单片机独立实验课的开展,实验内容以及实验时间的灵活性大大增加了,指导教师的地位和角色也应该适应这种变化和要求。

首先,实验室应该逐步实现真正的开放运行,包括时间上开放和内容的开放。对单片机的必修实验项目内容实行时间上的开放,学生以班级的形式与实验室协商实验时间,统一组织实验,使学生尽快熟悉单片机实验开发系统和单片机的基本功能;而对于另外50%的选修实验项目,学生以小组的形式进行,实行时间及内容的开放。

第二,要转变实验教学的指导方式。受传统观念的长期影响,实验指导大多仍采用的是课堂理论教学的方法,教师把内容、步骤等详细讲授一遍,学生按部就班重复一遍,老师处于中心主导地位,学生虽然可以尽快完成实验,但动手创新能力被大大压制了。转变指导方式就是要把学生作为主体地位,教师则是辅导者和讨论的参与者,使学生处在自主的实验环境当中,甚至可以让学生经历些失败,在失败的过程中掌握知识、积累经验和再学习,在一定的压力下激发学生实验的兴趣、主动性及探究知识的热情。

第三,加强实验过程评价。以往的实验主要以学生的实验报告来评价,过于重视结果而轻视过程。对学生实践训练来说实验结果固然重要,但过程更重要,这也对指导教师提出了更高的要求。教师需掌握学生从实验预习、方案讨论、实际操作过程及结果、总结报告等全面情况,才能给出合理公正的评价。也不再进行单独的实验考试,而是对整个实验过程进行考察,避免片面性和偶然性的发生,也有利于培养学生严谨的实验态度。