《MCS—51单片机原理与应用》教学改革探索

摘 要:单片机是一门涉及电子、自动化、计算机等技术的专业基础课,具有较强的综合性。目前,单片机在工业控制、智能仪器仪表、外设控制、智能化家电、机器人等方面已被广泛应用。作为电气、自动化、测控、机电一体化等专业的核心课程,单片机这门课程在学生专业技术培养中越来越显示出它的重要性与地位。

关键词:单片机;嵌入式系统;检测电路

一、紧紧围绕教学目标修订教学大纲

根据单片机课程的教学目标,本着以学生为本、淡化理论、突出实用、加强实践、力求知识的系统和完整为原则,重新修订了教学大纲。

第一,对教学内容进行了合理的取舍。

第二,重新确定了教学重点内容。既然确定“能够开发简单的开关量”产品并确保理论知识的系统性为本门课程的教学目标,那么理论教学重点就放在开发“开关量控制”所必需具备的基础知识上面,即:单片机的内部结构、指令功能、应用程序的编写、中断系统、定时、计数器等。这些内容融会贯通就必须“精讲多练”,所以我们把删除的知识所占用得课时按照一定比例分配给这些内容的理论课和实验课,突出其重要地位。

二、改革教学方法,提高教学效果

单片机系统有着强烈的现实性,对教学方式不应是单一的固定模式。可以采用:

(一)在课堂上可以将多种教学方式熔融一体,灵活应用

可以采用多媒体、实物教学,从智能控制系统的一个样板实物外型到该电路的原理图,采取部部展开,层层推进,让学生看见实物产生感性认识,联系到原理产生理性认识,由实践上升为理论,又由理论去指导实践,全面向学生传递智能系统中单片机的使用。在课堂的教学中采用讲授式、启发式、讨论式、测验等多种教学方法,根据学生的能力及教学内容的需要灵活使用。在教学中多与学生沟通,了解学生对教材、讲课、实验等的要求,根据教学大纲及时加以调整教学内容及模式,达到教学的目的。

(二)加大学生编程的训练

一是编制有规模的、科学的、实用的学生练习题集与试卷库,定期让学生做书面编程,使得他们对指令的记忆加深,二是加大学生实验室的训练,培养他们的调试程序能力,为学生自主学习创造条件。

(三)推进“学研产”结合

让一部分学生利用各种时间投入到实际的项目工程开发中去,培养学生的工程意识,强化学生的工程训练,使他们了解自动控制系统工程中单片机系统的整个开发过程,保证学生所学的知识与实际社会接轨,让这些学生以点带面促进、带动其他学生的学习兴趣。

三、加强单片机实践教学,培养学生分析问题和解决问题的能力

单片机的实践性较强,对实践教学的改革显得尤为重要。通过改革达到使学生具备科学的思维方式和较强的动手能力,并能运用MCS-51系列芯片进行工程开发和应用的能力。在教学过程中可以用单片机仿真试验系统良好的人机界面,通过单步执行功能让学生在显示窗口上可以看见相关寄存器的变化,并能看到转移位置;碰到中断时程序如何转入中断入口去执行以及中断程序结束后程序如何返回。通过程序分析和观察执行过程,一目了然。

为了使学生具有独立分析、解决工程中遇到的实际问题的能力和独立开发单片机应用系统得能力,我们在理论教学结束后另外可以增加两周集中实训教学环节,以体现出实践教学的重要性。比如:我们在分析单片机应用技能基础上,设计了一个典型系统——单片机温度(压力)检测与监控系统。它由检测系统、信号放大系统、A/D转换器、控制系统及单片机系统等六个部分组成。

具体要求如下:检测系统能把0—100℃的温度转换为0-1V的信号。放大及波形变换电路把信号放大到0—5V的直流信号,经A/D后送入单片机系统,单片机系统对测量信号进行滤波,非线性校准,标度变换,通过人机界面显示出来。报警值可通过人机界面(键盘)设定。单片机系统还能完成对控制量的自动设置。本方案是集电工、模拟电子、数字电子、自动检测、单片机的嵌入式应用于一体的系统,为了提高单片机的应用能力,我们把这个综合项目进行分解,把总的要求分解到各相应课程的实践中完成。如温度检测与监控系统分解为以下几个子项目:1.电源变压器的设计与制作;2.稳压电源的设计与制作;3.放大器与波形变换电路设计与制作;4.非电量(温度)检测设计与制作;5.单片机系统设计与制作。根据各部分之间的接口要求提出相应的指标,把这些项目分配到相应的实训中。例如把电源变压器设计与制作在电工实习中完成;稳压电源、放大器及波形变换电路的设计与制作在电子技术实训时完成;检测系统设计与制作在自动检测实训阶段完成;单片机系统的软、硬件设计在单片机课程设计阶段完成;整个系统的组装及调试在单片机实训阶段完成。通过变压器的制作,学生了解了选用漆包线的方法,学会小型变压器的设计,掌握变压器的绕制工艺。放大器的制作,使学生学会了放大器的设计、制作、调试工艺和电子测量仪器的选择与使用。检测电路的设计,使学生学会了传感器的选择和使用,进一步理解传感器的主要技术对检测结果的影响,学会测量误差的分析方法。单片机系统的设计与制作,使学生能根据工程要求,配置单片机应用系统的硬件电路,完成显示、A/D、键盘、程控等子程序的编写调试,熟练软件编程环境和仿真器、编程器的使用方法。

四、结束语

单片机系统教学应突出教学的自主性、开放性和创新性,有利于新世纪创新人才的培养,符合高校的教育教学规律。在教学过程中,以加强基础、培养能力、开拓思维、注重创新、提高素质为指导思想、以培养与提高学生的科学实验素质、动手能力和创新能力为目标,建立以学生为主体、教师为主导,以层次化、模块化、全面开放的新的教学模式运作。力争通过单片机系统教学的改革,使学生能理解、掌握实际的单片机应用系统的开发过程,学会掌握及使用新技术的方法,使学生掌握一个实际单片机应用系统的开发模拟过程。

参考文献:

[1]沈德金,陈奥初.MCS51系列单片机接口电路与应用程序实例[M].北京:北京航空航天大学出版社,1990.

[2]周志德.单片机原理及应用[M].北京:高等教育出版社,2001.

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