关键词：民族地区；高职院校；单片机；课程教学；改革探析
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）24-0161-02
Abstract： Through the field research of the current teaching situation of the Microcontroller Unit course （MCU） of higher vocational colleges in Qiannan， Qianxi’nan and Qiandongnan minority area in Guizhou province， this article analyze and discuss proper teaching methods and evaluation mechanism of MCU course suitable for the practical situation of minority area from the perspectives of novel creation of teaching environment， arrangement of curriculum， training mode and evaluation mechanism.
Key words： Minority areas； Higher vocational colleges； Microcontroller Unit； teaching of curriculum； reform analysis and discuss
单片机是电子信息类专业十分重要的课程，也是高职院校完成高素质技能技术型人才培养必不可少的专业课程。贵州少数民族地区高职院校虽地处欠发达山区，自身发展受到诸多因素的制约，但对人才培养质量的要求从未降低，紧密围绕地区经济发展需要开设电子信息及相关专业。
伴随贵州大数据、大健康产业的蓬勃发展，早期“三线建设”驻黔电子企业及本土民营企业对其人才需求的增多，电子信息类专业已逐步成为贵州少数民族地区高职院校重点建设专业。但在专业课程教学，尤其是难度较大，实践性较强的单片机课程教学方面还存在诸多有待提高和改善之处，需结合贵州少数民族地区高职院校自身实际，进行单片机课程的教学改革，探索符合当地人才培养及职业岗位能力需要的教学思路和方法。
1贵州少数民族地区高职院校单片机课程教学现状
基于对贵州黔东南州、黔南州、黔西南州三地少数民族地区高职院校的走访调研及师生的深入座谈交流，发现贵州少数民族地区高职院校单片机课程教学存在如下的现状。
1.1 课程教学环境
1.1.1 学生素质现状
贵州少数民族地区高职院校电子信息类专业所录取学生少数民族较多，高考分数偏低，专业选择盲目被动；基础知识薄弱，理论学习困难，专业实践技能训练积极性与主动性不高；自我控制能力差，未来职业发展无规划；团队合作意识薄弱，自信心与创新精神欠佳等。
1.1.2 师资现状
贵州少数民族地区高职院校能够承担单片机课程教学的师资严重不足，引进困难，尤其是具有单片机技术开发经验的专业技术人员及学术带头人甚少。现行单片机任课教师存在理论知识扎实，但项目开发经验缺乏；教学经验丰富，但课程实践教学欠缺；专业网络学习获取较多，但融入行业企业进行实际开发较少；外派学习较多，但真正与单片机技术相关的学习较少等。
1.1.3 实训条件现状
贵州少数民族地区高职院校受地方财政困难，教育经费注入不足的影响使单片机课程教学实训设备陈旧、配置不足；专项资金投入不够，实训条件简陋；实训室缺乏专人负责，管理不规范；实训教师对实训重视程度有待加强，学生对实训开展积极性有待提高等。
1.2 课程教学内容与考核
在单片机课程教学内容安排方面，贵州少数民族地区高职院校普遍仍以单片机理论教学为主，注重培养学生程序编写能力，尤其是汇编程序的编写能力，缺乏基于实际项目开发的创新性教学方式。部分院校甚至没有开展实训教学，仅完成基于汇编语言的单片机最小系统理论教学，对单片机的通信功能、传感器技术及C语言在单片机中的应用等重要内容并为涉及。同时，在单片机课程与专业基础课程开设的先后、课时分配、任课教师安排等方面也存在诸多不足。
在课程考核评价方面，大多数院校仅考核学生的理论学习内容，而对课程的学习过程，实训项目及课程设计完成情况等核心内容并未进行考核，考核评价过于单一，不能较好地进行学生课程掌握情况的客观综合评价。
2 贵州少数民族地区高职院校单片机课程教学改革思考
贵州少数民族地区高职院校单片机课程教学应结合自身特点，培养符合区域经济发展需要的高素质技能技术型人才。
2.1 现行课程教学环境改变探索
在学生素质提升方面，贵州少数民族地区高职院校很难在招生录取阶段来提高进入电子信息类专业的学生文化素质，但可从学生进校后对专业兴趣的培养方面着手，改善学生综合素质。如在专业基础课中增加动手能力训练环节（仿真实训也可），为后续难度更大的单片机学习兴趣的培养打下基础；成立单片机学习兴趣小组，通过兴趣小组的积极主动性来带动整个大环境的改变；积极组队参加校、州、省及国家的单片机技术应用及相关技能大赛，以大赛营造学习环境；通过专升本考试中对专业课程的要求和学生对进入本科院校继续深造的渴望，引导学生主动学习等。
在师资水平优化方面，贵州少数民族地区高职院校应结合当地经济发展及院校需要，积极争取电子信息类紧缺人才，尤其是高层次人才的引进政策，解决单片机骨干教师及学术带头人缺乏现状；积极从行业企业或校企合作单位寻求师资及师资培养，让行业专家融入教学，让一线教学人员融入行业，进行交互式学习交流，实现自我培养，进而提高教学质量；现行单片机教学人员应通过网络，积极寻找单片机学习途径，争取单片机技术学术交流会议及培训；积极以大学生电子设计大赛、区域行业单片机应用设计竞赛等为引领，主动找项目、做项目、总结项目，从而来提高教师自身的单片机应用技术水平。
在实训条件改善方面，贵州少数民族地区高职院校应积极寻求资金注入，建立校内单片机技术应用实训室；或寻求校企合作单位、行业企业、院校共建等方式建立实训室。针对实训设备，没有必要购买昂贵的实验箱或实验平台等，通过电子商务，购买设计合理、功能模块齐全、支持在线调试、便于携带、支持C语言、具有配套教程及完整的程序实例等的单片机开发板即可。同时，要为开发板配套逻辑分析仪、万用表、示波器等常用电子仪器仪表及工具。在实训室建设经费充足的情况下，可考虑配备台式电脑，若经费不足，鉴于当代大学生笔记本电脑覆盖率较高的条件下，可两人配套一台自带笔记本电脑，即可满足实训条件要求，又为学生课余自学、课程设计及毕业设计等后续环节服务。
2.2课程合理安排
2.2.1 微控制器选择
当下，单片机种类及型号较多，合理选择一款单片机种类及型号是初学单片机技术的关键，是引导学生学习单片机技术的重中之重。单片机种类及型号的选择一定要结合实训室所配套的开发板或校企合作单位等所使用的机型，但主要还是以便于教学和学生学习单片机技术为主。因51单片机市场份额占有量大、使用年限长，网络资源和学习参考资料丰富且获取容易，考虑到初学者对硬件资源的应用能力，建议以宏晶科技生产的STC89C52RC单片机作为主控芯片进行教学。
2.2.2 课程及内容安排
单片机课程应安排在电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、C语言等专业基础课程完成之后，可与电子元器件识别与检测、电子线路绘图与制板、传感器技术应用等专业课程同时进行。在开设上述专业基础课程的基础之上，建议单片机课程总学时为108（即每周6学时），其中理论占20%左右，实践占80%左右。单片机技术是在实践中学习，教学内容应以实践为主导，理论融入实践过程且够用为原则，边做边学，不能只强调理论而轻实践。
鉴于贵州少数民族地区高职院校授课对象特点，课程主要内容应包括微型计算机基础知识简介、单片机概述、所选单片机结构及内部资源介绍、单片机时序及工作方式、汇编指令及时序简介、中断系统、定时器/计数器、并行I/O接口、单片机串行通信（主要有UART、I2C、SPI、485通信等）、A/D和D/A转换等。在教学过程中，所应包括的硬件主要有LED、LED点阵、数码管、LCD、矩阵按键、步进电机、蜂鸣器、传感器（如温度、红外、压力等传感器）、A/D和D/A转换芯片、时钟芯片、存储芯片等。
2.3 实训教学开展
单片机课程教学应以实训教学为主并综合考虑学生特点，实训开展应包含单个实训项目、综合实训项目和课程设计三个环节。实训环节中注重“做中学，学中做，边学边做”。任课教师在单个实训项目中应在讲解硬件原理和程序设计的基础上，对实训内容进行操作演示的同时指导学生操作，直至完成实训效果。效果出来后，任课教师针对实训过程中出现的问题进行总结，同时对所做的实训内容进行再一次的总结性讲解，以达到学生掌握所布置实训内容的目的。综合实训项目应预先布置任务和学生分组（2人一组为宜），课堂由任课教师对任务中所涉及的硬件和软件及前期所学本实训所需用的知识进行讲解。学生结合老师的讲解和所提供的硬软件参考资料，以组为单位，开展实训项目，完成实训任务。课程后期，应专门安排1到2周，以3人为一组，进行课程设计环节。选用适合高职院校学生及难度适中的课题作为单片机课程设计的题目，引进全国大学生电子设计大赛流程及相关规则融入课程设计，体验项目开发过程，培养学生项目开发能力。同时鉴于对学生仿真能力培养的必要性，建议在课程设计环节中融入Keil和Protues仿真教学。
实训教学中应制作实训项目任务书或课程设计任务书及考核评价表，教学过程采用项目化教学，任务驱动，融入“资讯、计划、决策、实施、检查及评价”的教学组织形式并做好学时分配。
2.4 课程考核评价创新
鉴于课程实践性较强，考核不能单一的出套纸质试题进行考核，尤其不能只进行理论而忽略实践的考核，应以过程考核，综合评价学生课程学习效果。
3 总结
综上所述，现行贵州少数民族地区高职院校单片机课程教学还存在诸多不足和有待改进之处。身处该地区的单片机课程任课教师应在课程教学条件、课程内容安排、实训教学方式、课程考核评价等方面结合自身院校实际，探索符合授课对象及课程特点的教学方法，提高贵州少数民族地区高职院校人才培养质量，进而为地区经济的发展服务。
参考文献：
[1]宋雪松，李冬明，崔长胜.手把手教你学51单片机（C语言版）[M].北京：清华大学出版社，2014.
[2]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京：清华大学出版社，2010.
本文通过对目前单片机实训室的现状描述，提出了单片机实训室建设的必要性和可行性，并且总结了建设高职单片机实训室的特色要求。
【关键词】
单片机；实训室；可行性；必要性；特色
1 单片机实训室建设的背景、功能
电子信息学院单片机实训室自2001年建成投入使用以来，每学期均承担各类单片机课程上机实验300课时以上，并为课程设计、课程实训、毕业设计等提供了实践条件。该实验室为电子信息学院所属专业实验室，主要承担计算机类、电子信息类专业实验课程和实训课程教学任务，并且提供学生登陆互联网服务。可通过实验室上机实验，让学生进一步从实践角度了解和掌握本专业所属课程理论知识，初步锻炼实际操作计算机分析问题和解决问题的能力，提高专业知识的水平。
随着我国电子信息产业的高速发展，单片机因其集成度高、处理功能强、可靠性高、系统结构简单、价格低廉、易于使用等优点广泛用于航空、航天、工业、农业、能源、交通、通信等各个领域，就连人们日常生活中使用的各种家电产品、数码产品、电话、Caller ID、LCD、电子玩具等都用单片机来实现。在技术推广方面，目前仅在国内已有上万个介绍单片机技术的网站，相关的专业杂志应有尽有，许多大中城市都设有单片机术应用培训班。据全国各大城市历次的专业人才需求信息表明，单片机开发、应用人才（特别是高技能型人才）一直供不应求。因此，培养单片机应用高技能人才具有良好的市场前景。
由于单片机实训室自建成以来，一直在使用一批购置于2005年的实验仪，从2008年开始，由于设备老化而导致的计算机损坏日益增多，维修已无法继续维持单片机实训室的正常运转。另外随着KEIL、PROTEUS、伟福6000等软件在教学中发挥的作用日益增强，单片机实验室现有的计算机性能已不能满足教学需求，还有原有试验箱损坏也很严重。因此整体建设单片机实训室是目前课程建设需要解决的紧迫性问题。
2 单片机实训室建设的必要性、可行性
2.1 单片机技术发展现状决定了单片机实训室建设的必要性
现代人类生活中所用的几乎每件有电子器件的产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电子产品中都含有单片机。汽车上一般配备40多片单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百片单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算机的总和，甚至比人类的数量还要多。
2.2 单片机人才的需求决定了单片机实训室建设的必要性
随着我国电子信息产业的高速发展，单片机因其集成度高、处理功能强、可靠性高、系统结构简单、价格低廉、易于使用等优点广泛用于航空、航天、工业、农业、能源、交通、通信等各个领域，就连人们日常生活中使用的各种家电产品、数码产品、电话、Caller ID、LCD、电子玩具等都用单片机来实现。在技术推广方面，目前仅在国内已有上万个介绍单片机技术的网站，相关的专业杂志应有尽有，许多大中城市都设有单片机术应用培训班。据全国各大城市历次的专业人才需求信息表明，单片机开发、应用人才（特别是高技能型人才）一直供不应求。因此，培养单片机应用高技能人才具有良好的市场前景。
2.3 单片机实训室建设的可行性
陕西国防工业职业技术学院是一所由陕西省人民政府举办的全日制普通高校。1958年建校以来，学院立足陕西，面向国防，为国家航空、航天、兵器、船舶、核工业、军工电子等军工企事业单位和机电、电子、化工、能源、建筑、计算机信息、经贸等行业培养了大批高素质高技能人才。学院为“国家示范性高等职业院校建设计划”骨干高职院校首批立项建设单位、国家国防科技工业高职教育实训基地、中央财政支持建设实训基地、全国数控技术人才培训基地、全国紧缺人才培训基地、教育部高职高专人才培养工作水平评估优秀院校、陕西省首批示范性高职院校、陕西省高等职业教育先进院校等，从本学院发展角度为单片机实训室的建设提供了社会可行性。
目前，陕西国防学院已在国家示范建设中投资20万扩建单片机实训室，从经济上也保证了嵌入式系统实训室建设的可行性。
另外，从企业资源方面，有单片机实训操作提供商上海上溢教学仪器有限公司、湖北众友有限公司和周立功公司西安办事处等提供的大量技术支持，为单片机实训室建设保障了技术上的可行性。
3 单片机实训室建设的特色
3.1 开发系统的优势
陕西国防学院单片机实训室主要采用SYJDP-01单片机开发应用技术实验系统，该系统主要针对《单片机原理及应用》课程教学精心设计。平台采用ATEML89C51芯片，包括软件项目（存储器块清零、二进制BCD码转换、二进制ASCII码转换、程序跳转表、内存移动块、数据排序）、硬件基础项目（PWM转换电压实验、8253定时器实验、ADC0809模数转换实验、DAC0832数模转换，EEPROM外部程序存储器实验、IC卡读写实验、USB接口通讯实验等五十个项目）。
SYJDP-01单片机开发应用技术实验系统包含了多个单片机软件项目和软件硬件结合项目与教学、研究、开发密切相关的功能模块，非常有利于各相关专业教学中的教学课程实践，并起到对学生学习过程“以点带面”，多领域知识融会贯通的效果，有助于学生综合学习、应用能力的提高。该单片机教学实训系统特色如下：
（1）电源输入：工作电压220V± 5%（50Hz），输入时指示灯亮。
（2）电源输出：有保险丝和漏电保护开关二级保护功能。输出单相交流220V工作 电压有高精度电压表电流表指示。
（3）功率输出函数发生器。
（4）高精度外测电压表一只，量程直流100V。
3.2 一体化教学的场所
顺应课程改革的需要，将以往单片机理论加实践的教学改为理实一体化的教学模式，完全将单片机课程的教学放置于实验室中，教师边讲，学生边练，实习“教学做”一体化的模式。在学习的过程中学生不仅仅掌握理论知识，更重要的是通过亲自动手操作，完成具体的单片机系统实物开发与制作，提高了学生的综合能力，增进了学生之间的联系。
关键词:模块化生产线; 资源共享; rs-232c总线
1 引言
在工业控制领域,传统的现场控制方式已经越来越不能满足工业自动化的要求,这种控制方式不但耗时、费力而且很不完善。工业自动化控制系统发展到今天,随着通讯技术的不断提高,摆脱了以传统的现场控制方式为主体的控制方式,出现了利用上位机通过现场总线通信来控制生产线的全新模式。本设计中的控制系统是针对festo公司生产的模块化加工生产系统设计的现场总线网络控制系统。
德国festo公司的mps(modular production system)模块化生产加工教学与培训系统,是一个完整的面向自动化控制技术的培训系统,它由多个模块组成,是一个完全开放型的操作系统,操作人员可根据不同的需要进行各种模块的组合、扩展和控制。mps系统很接近实际工业生产系统,因此基于mps系统的培训在大学工科教学中是很有实际意义的。
但mps教学培训系统价格昂贵、数量有限,为了最大限度的利用mps教学培训系统的资源,充分提高实验设备的利用率,并在有限的时间内取得最佳的教学效果,因此需要设计一套完善的资源分配与管理系统,通过资源的优化配置实现资源共享、分时选用等要求。本文对实现资源共享的总线网络系统的结构、功能以及软硬件设计内容进行了描述。
2 总体方案设计
德国festo公司的mps模块化自动加工生产线是一套模拟加工生产线教学与培训设备,可以由西门子公司的s7-300型可编程控制器——plc作为控制系统,对整个自动加工生产线进行过程控制。
总线网络系统设计所要解决的核心问题是:对控制mps自动生产线的可编程控制器———plc实现资源共享。所谓资源共享用一句简单的话来描述就是“多选一”和“一选多”。“多选一”就是指多台pc机可以分时与同一台plc进行通讯,实现多台pc机对mps生产线的某一个工作站进行控制;而“一选多”就是指某一台pc机能够分别与多台plc进行通讯,实现一台pc机对mps生产线的多个工作站进行控制。
在进行总线网络系统设计时,首先要确定硬件设计方案,也就是把总线网络系统中的硬件环境设备——多台pc机和多台plc,通过硬件电路设计有序的连接在一起,再配合一些必要的其他设备实现资源共享和分配管理工作。为了实现多台pc机对plc资源共享,本设计提出了一种以一台单片机为控制站的总线网络设计方案。这一总线网络设计方案是由多台pc机,一台at89c51单片机,通过rs232总线和总线适配电路实现对plc的资源共享。
要通过总线网络实现资源共享,除了完善的硬件环境外,还必须开发相应的通讯程序与之匹配。通讯程序设计分为两个部分:一是单片机的通讯程序设计,二是pc机的通讯程序设计。单片机通讯程序是利用汇编语言编写的源程序,它的主要功能是轮询各pc机,以便接收pc机发出的联机申请,并根据申请内容发送联机许可信号。pc机通讯程序是应用现成的编程软件来设计的,它的主要功能是发送联机申请并接受联机许可信号。这些通讯程序不是独立的,它需要与总线网络的硬件适配电路相配合,两者只有共同作用才能够实现资源共享和优化管理。
3 总线网络的硬件设计
总线网络的硬件设计就是要设计能够实现资源共享和分配管理的总线适配电路。总线适配电路由两部分电路组成,一部分是单片机轮询电路,另一部分是资源共享电路。总线适配器电路所要完成的主要工作是:由作为控制站at89c51单片机采用轮询的方法,通过rs-232c总线接收各pc机发出的联机申请信号和联机机号等信息,单片机经程序分析后向该pc机发出允许联机信号,并发出指
令接通pc机所要连接的plc的控制信号线,接下来就可以把在pc机已编好的程序通过总线rs-232c下传到plc,实现plc的资源共享。
3.1 单片机轮询电路设计
单片机要轮询各pc机发出的联机申请,就是要实现pc机与单片机之间的通讯,在实现pc机与单片机之间的通讯时,通常采用标准串行总线通信接口rs-232c。rs-232c是在异步串行通讯中应用最广的标准总线。pc机与单片机最简单的连接是零调制三线经济型,这是进行全双工通信所必须的最少线路。pc机与单片机、plc通过9芯标准插座连接。本设计的单片机轮询电路由cd4052芯片和max232芯片组成。cd4052芯片是双路、四通道模拟多路转换器,一片cd4052芯片可实现对四台pc机进行轮询。max232是实现把rs-232c电平转换为ttl电平的电平转换专用集成芯片。单片机轮询电路原理如图1所示。
图1 单片机轮询电路原理图
3.2 资源共享电路设计
资源共享电路设计是要实现“多选一”和“一选多”的功能。即多台pc机可以分时与同一台plc进行通讯,而某一台pc机能够分别与多台plc进行通讯。本设计采用以rs-232c总线和多位数据选择器为核心的集成电路方案。该集成电路通过设计成行列结构形式的开关网络电路来实现资源共享。pc机与plc的通讯也采用标准串行总线通信接口rs-232c,用最简单的三线连接方式,因此本设计选用cd4053芯片作为数据选择开关。cd4053芯片是三路、双通道模拟多路转换器。以四台pc机共享五台plc为例,开关网络电路需要四乘五总共二十个数据选择开关,即要用二十个cd4053芯片排列成四行五列(或五行四列)的行列结构形式,构成资源共享电路,电路原理如图2所示。
图2 资源共享电路原理图
控制信号线
rs-232c总线
当单片机轮询到某一台pc机要与某一台plc联机通讯时,由单片机给与之相连的相应的cd4053芯片控制信号线发出控制信号,使该芯片的开关通道接通,实现某一台pc机与某一台plc联机通讯。
4 总线网络的通讯软件设计
4.1 pc机通讯程序的设计
pc机通讯程序是要实现pc机发送联机申请信号,并可接收单片机发回的联机许可信号等。为此要设计一个如图3所示的控制面板。
图3 控制面板示意图
在总线网络系统通讯中,是采用询问与应答的方式进行通信联络。为保证通信的可靠性及信息传递的准确性,故为通信中主要的命令字制定了一个简单的通讯协议。pc机通信软件和单片机软件命令字约定如下:
该命令字有八位数据组成,其中最高两位为命令字,最低三位为plc机号,中间三位为pc机机号。
00xx xxxx 为pc机退出联机命令字;
01xx xxxx 为pc机申请联机命令字;
10xx xxxx 为单片机允许联机命令字;
11xx xxxx 为资源占用命令字。
pc机通讯程序完成的功能是当pc机要与某台plc的进行联机调试时,先在控制面板的对话框中输入由两位申请联机命令字、三位pc机机号和三位plc机号组成的字符串,点击确定按键,此时pc机通讯程序将这八位字符串通过rs-232c总线发送给单片机的串行口;当该台plc没有被占用时,接收单片机发回的联机允许信号,并点亮控制面板上的绿色指示灯;一旦该台plc已被占用,则接收单片机发回资源占用信号,并点亮控制面板上的黄色指示灯;当pc机与某台plc的联机调试完成,则在控制面板的对话框中输入由两位退出联机命令字、三位pc机机号和三位plc机号组成的字符串,点击确定按键,此时pc机通讯程序将这八位字符串通过rs-232c总线发送给单片机的串行口,并关断控制面板上的指示灯。点击退出按键,则退出通讯程序。
pc机通讯程序是应用v
b编程软件来设计的。控件mscomm可设置串行通讯的数据发送和接收,对串口状态及串口通讯的信息格式和协议进行设置。它是一个标准的十位串口通讯,包括八位标准数据位、一个起始位和一个停止位。
4.2 单片机通讯程序的设计
在单片机与pc机进行数据通信的过程中,每次通信是由相应的pc机发送命令数据帧,单片机通讯程序完成的功能是通过串行口轮询接收pc机发出的命令字符,并对此字符进行分析判断,以确定哪台pc机与哪台plc联机,当该台plc没有被占用时,再由软件发出联机控制信号给两者对应的开关芯片,使该芯片导通,则使该台pc机与所选定plc的进行联机调试,并给pc机发回允许联机信号。一旦该台plc已被占用,则给pc机发回资源占用信号,暂缓联机。当pc机结束与plc的通讯后,向单片机发送退出信号,单片机接到该信号后断开开关芯片,继续轮询。
at89c51单片机内部有一个可编程的全双工串行通信接口,可以同时进行数据的发送和接收。串行通信是采用工作方式1,波特率9600b/s,单片机接收数据和发送数据采用查询方式。定时器t1选用工作方式2,初值为fdh,晶振频率11.0592hz。
5 结束语
本文从最大限度地发挥mps生产线的价值的角度出发,本着优化资源管理与配置的思想,围绕mps生产线开展的大量、基础性的且有使用价值的设计工作。本设计不仅可以充分利用mps教学培训资源,使mps生产线的工作效率得到提高,还可以实现辅助教学,实现了实验室管理的智能化、网络化,并可以激发学生学习兴趣,对于学生认识了解现代工业自动化技术领域的知识,增强他们的实践能力都是非常有益的。
本文作者创新点:采用cd4053芯片作为数据选择开关,设计了行列结构形式的开关网络电路来实现资源共享。
参考文献
[1] 李全利,仲伟峰,徐军.单片机原理及应用 [m].北京:清华大学出版社,2006
关键词：语音识别；红外传感；障碍物探测
1 引言
随着社会的发展与科学技术的进步，人们对自动化的要求越来越高，在此背景下工业机器人因运而生。现在智能化的产品渗透在各个领域而且许多产品都已成为了大众消费品，因此研发智能汽车具有广阔的市场前景，无人驾驶的智能汽车是未来汽车发展的一个趋势。因此本文基于凌阳spce061a单片机利用红外传感与音制相结合实现小车的避障，可为人们设计完善的智能车提供新的想法。
2 智能车结构介绍
设计使用的小车是履带式小车，有承载能力强、抓地力强、行走平稳等优点。小车的两个后轮分别由两个直流电动机控制，通过控制电机的正反转就可实现小车的前进与转弯，可用4节5号电池为其供电。
3 spce061a的主要性能特点
spce061a是凌阳科技公司推出的一款16位单片机。spce061a在2.6v～3.6v工作电压范围内的工作速度范围为 0.32mhz～49.152mhz。2k字sram和32k字闪存rom，32位可编程的多功能i/o端口；两个16位定时器/计数器；低电压复位/监测功能；8通道10位模-数转换输入功能并具有内置自动增益控制功能的麦克风输入方式；双通道10位dac方式的音频输出功能。该单片机最大的特点就是具有语音识别模块，它可以方便高效地进行语音识别。
4 系统总体设计
基于小车和单片机的特点，本文设计出了红外检测障碍物和语音控制相结合的智能小车。以spce061a为核心处理器；选择l298n芯片驱动直流电机；并用红外线传感器探测障碍物，利用接收电路将检测到障碍物的信号反馈给单片机；单片机经过处理后发出语音提示（“前方有障碍物，请指示”），然后通过语音控制小车的行驶方向（如“左转”等）。小车系统如下：
5 电机驱动模块设计
由于本次设计使用的小车是由左、右两个电机通过正反转控制小车的行驶方向，因此可以采用h桥式电路实现，于是选择l298n驱动电路。 l298n是st公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46v；输出电流大，持续工作电流为2a；额定功率25w。内含两个h桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动两台直流电动机；采用标准逻辑电平信号控制。芯片n1、in2端口接单片机的iob1、iob2端口用于控制左电机。in3、in4端口接单片机的iob3、iob4端口用于控制右电机。控制状态如下表：
6 障碍物探测模块
红外线传感器探测障碍物的基本原理是利用物体的反射性质。在一定范围内，红外线遇到障碍物，经反射到达传感器接收端，接收端检测到这一信号后输出一个电平信号送给单片机。将传感器安放在小车的前部，探测前方的障碍物。电路原理如下图：
图中d1发射红外线，d2接收红外信号，out端口接单片机的ioa4端口。当d2接收到d1发射出经物体反射回的信号后d3发光，在输出端u01（lm567）的8脚（即out端口）输出低电平，单片机ioa4端口接收到信号，表明前方有障碍物。
7 语音控制系统设计
由于spce061a单片机自身带有语音模块，它的语音识别模块自带语音的api 函数，其中包括a2000 格式和s480 格式自动播放及手动播放的播放函数，s240、ms01 格式自动播放的播放函数、dvr 格式的语音录放函数和语音识别函数。可作为一个语音系统进行语音播放、语音录放和语音识别。因此利用单片机的语音识别模块，降低了音控小车的设计的难度，省去了外围电路的设计，简化了程序的设计。
用语音对小车进行控制，就必须让单片机识别发出的声音。因此语音识别主要分为“训练”和“识别”两个阶段。在训练阶段，单片机对采集到的语音样本进行处理，提取出特征信息，建立一个语音模型；在识别阶段，单片机对采集到的语音样本进行处理，提取出语音的特征信息，然后与已有的模型进行对比，如果二者相匹配，则输入的语音被识别，小车就会执行相应的命令。训练的命令依次为：前进-左转-右转-倒车-停车这五项简单命令。
8 软件系统设计
在软件编程方面我们采用c
语言与汇编语言相结合的编程方式。汇编语言具有直接和硬件打交道、执行代码效率高等特点。在本设计中用c语言做框架，在中断部分和对i/o端口的访问部分编制汇编子程序被c语言调用。这样设计出的程序不仅简单而且操作效率高。
避障小车在软件的设计方面总体分为：初始化、语音训练、语音识别、障碍物识别、重新训练五部分：（1）初始化部分：初始化操作将ioa4设置为上拉电阻输入，用于检测红外传感器探测到障碍物的信号。将iob1～iob4设置为同相输出，用于控制两个电动机的转动。（2）训练部分：单片机采集语音信息，然后建立语音模型。将训练成功的模型储存到闪存中，以后使用时会把存储在闪存中的模型调出来装载到辨识器中。（3）语音识别部分：单片机对采集到语音信息进行识别，识别后小车会语音告知相应动作并执行该动作。（4）障碍物识别：当单片机读取ioa4端口处于“0”状态时，表明前方有障碍物。小车停止前进，并进行语音提示（单片机通过喇叭发出“前方发现障碍物，请指示”的声音）。（5）重训操作部分：考虑到有时训练效果不佳，需要重新训练，因此设置了重新训练的按键（spce061a的 key3），并利用一个特殊的 flash 单元（0xe000 单元）设置为训练标志位，当此标志位为0x0055（该值由辨识器自动生成），说明已经训练过，该单元内容在擦除后为 0xffff，说明没有经过训练。通过循环扫描key3按键，一旦检测到此键按下，则将擦除训练标志位，当检测到训练标志位为 0xffff 时会重新对其训练。因此在程序的开始也会检测该标志位，判断是否训练过。系统主程序流程如图3：
9 结束语
本方案经过实践调试实现了小车在红外传感和语音相结合的控制下完成避障任务。红外识别模块能够较好的识别前方20cm处的白色障碍物；语音模块能够在较安静的环境下能清晰识别设定的五个指令。当然本次设计的智能小车还有很多需要完善的地方，可利用pwm资源对小车的车速进行控制，在车身周围增加传感器的数量，检测更多方向的障碍物，对小车进行精确控制等。
参考文献
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[2]侯媛彬.凌阳单片机原理及开发[m].北京.科学出版社，2012.
一、项目驱动教学的优势
以教师为中心，以教材为中心，以课堂为中心的传统教学模式中，教师是教育的主动实施者，而学生是被灌输知识的对象、是被动接受者。而项目驱动教学强调以学生为中心，教师充当组织者、指导者的角色，利用情境、协作等环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和创造性，最终达到使学生有效地实现对所学知识重新进行建构的目的。与传统的教学方法相比，“项目驱动法”能更大地激发学生的学习兴趣和求知欲望。
二、单片机课程项目驱动教学的模式
在单片机课程项目驱动教学模式中，项目设计是整个教学的关键。教师应紧扣教学内容，以能力培养为出发点，结合单片机技术的实际应用，拟定切实可行的项目。
1.在设计项目时，应把握的原则
（1）实用性。理论知识应具有较强应用价值，与实际技能训练紧密结合。
（2）可行性。选择学生易理解、感兴趣的项目，尽量贴近企业产品实施过程与实际产品研发。
（3）难度适中。选取难度适宜的项目，提高学生的积极性。
（4）综合性。注重理论联系实际，注意与其他课程在专业知识体系的融合。
2.单片机项目驱动实践教学应侧重于工程训练
（1）相关理论知识的理解与运用能力的培养。
（2）单片机应用系统设计与调试能力的培养。
（3）了解系统的开发流程，熟悉相关开发工具，熟练使用相关仪器设备。
（4）充分体验从设计到产品的全过程，锻炼其工程实践能力。
（5）锻炼技术交流、团队合作等技能。
在项目的早期，教师处于主导地位，与学生充分交流和探讨，帮助完成主要调研和确定总体方案；但随着项目的进行，帮扶逐渐变成协助，越来越多的内容由学生独立完成，教师只需定期检查项目进展，并对难点问题进行及时指导；而在项目的后期，教师的作用主要是引导学生一步步迈向成功。前述单片机项目在实施时，一般由4人组成1个团队，由教师下达统一的任务，但每人分工各有侧重，实施中，团队成员通力协作，最终形成一套完整的实验装置。
三、举例分析
在目前教学中，选择“基于单片机控制的机器人小车”作为训练项目是切实可行的。该项目强调多门课程知识的融合与有机集成，可以给学生提供较大的发挥空间。
机器人小车的控制部分如图1所示，主要完成：上位机PC和单片机之间的串行通信；通过键盘进行参数设定；利用红外传感器和超声波传感器等组成网络对环境进行探测，避免传感器之间的相互干扰；用蜂鸣器、发光管等进行声、光报警；电动机闭环控制。利用码盘进行；转速反馈，采用PID算法进行转速控制；利用PC机模拟遥控器，对小车进行无线控制。
总控软件采用模块设计思想，主要功能模块以结构层次图的形式如图2所示。
该项目实施流程为：“需求分析”“项目调研与资料整理”“控制系统总体方案设计”“硬件电路设计”“基于PROTEL的线路板制作”“元器件安装与焊接”“硬件调试”“软件编程”“软件调试”“系统联调”“形成系统”“资料归档”。
实践表明，项目驱动是机电专业综合性实践教学改革中行之有效的方法，单片机类课程实践教学的尝试，不仅有效地激发学生的学习热情和钻研精神，而且明显提高了学生的工程素质、实践动手能力和意识，这无疑为学生今后就业打下了较好的基础。
一、技工院校单片机应用课程教学存在的问题
1.内容抽象难理解
单片机出现于20世纪70年代，已有40多年的发展历史，从最初的4位机到现在的32位机、从低性能探索到现在的单片机全面发展阶段，单片机衍生出了众多系列，例如PIC、AVR、51系列、ARM等。大多学校的单片机教学都是从容易掌握的51系列单片机入手的。目前技工院校的单片机教材，模式单一，大多是大学单片机教材的简写版；以单片机结构为主线，从单片机背景介绍到单片机内外结构，再到单片机的指令系统以及存储器扩展，知识讲解比较全面、系统化，但是学习难度大，内容抽象，很难理解，这样容易使产生厌学情绪。教师教得辛苦，但是教学效果却较差。
2.教学方法陈旧，教学效果较差
很多教师还是使用陈旧的单片机教学方法，先讲单片机的硬件结构，再到单片机的外部扩展，再讲定时器和中断，最后讲串行口，知识点一个不落，比较系统化，但是学生很难把握重难点，知识点之间的关系模糊不清；而实训主要围绕所学知识点展开，效果较差，这样的教学模式培养出来的学生缺少解决实际的问题能力，综合应用能力不足。
3.实训产品价格较高，种类繁多，缺少统一性
目前，市面上出售的单片机实训产品五花八门，普遍体积庞大，占用面积惊人，给实训室的布置带来诸多不便。实训产品功能齐全，基本上包括了单片机的各种功能应用，但是学生学习单片机需要一个过程，这样的设备容易给初学者带来恐惧心理，甚至质疑自己是否有能力学好单片机知识。单片机实训设备的便携性较差，也给实训时间的安排带来了不小的困难。
4.实训时间不足，学生水平提升困难
单片机是一门理论与实操结合很紧密的学科，目前，很多学校的教学安排比较紧凑，功能室数量有限，学生每周在实训室的学习时间较短，这导致单片机教学出现了很多问题。单片机实训和其他科目实训相比，有其特殊性，即编程时间比较长，调试程序要和实训设备相结合。实训时间不足极大地限制了学生单片机编程水平的提升。
二、技工院校单片机应用课程教学改革探索
1.教学内容改革
单片机教学内容抽象、难以理解，教师要对单片机教学内容重新组合，打乱以前普遍采用的以单片机系统结构为主线的教学安排，从简单到复杂、由基础到综合；以项目教学为载体，将所学知识运用到项目设计与制作中，采用以产品实例为核心的教学法，将产品设计、单片机理论教学和单片机程序设计等不同环节结合起来，激发学生的学习热情，培养学生的创新意识和团队精神，提高学生独立思考和解决问题的能力。
2.项目驱动教学，提高学生学习兴趣
单片机应用是一门集知识和技能于一体，实践性很强的课程，学生既要学好理论知识，又要掌握实践技能。项目驱动教学以项目为载体，在完成项目的过程中，穿插理论知识，使得平时较难掌握的理论知识在一个个小目标的实现中逐步得以掌握。例如，要让学生掌握单片机10口的使用，可以将不同颜色的LED组成流水灯，从最初的点亮一只LED到后来多只LED交替变化实现更多的效果，然后再根据不同的变化效果修改程序，学生在由浅入深的学习过程中既学到了单片机的内部结构知识，又掌握了如何通过程序设计达到驱动外设，通过视觉效果极大地激发了学生学习单片机的热情。
3.改革考核方法，注重培养学生的综合能力
按照以前的考核办法，通过期中考试和期末考试检验学生的学习效果。而这两次考试均是重点考核单片机理论知识，学生的程序编写能力和创新能力很难得到体现，也使得部分学生平时放弃实操，只要每次考试能及格即可，严重阻碍了单片机课程的教学和发展。解决的途径就是改革考核方法，考核方法要多元化。单片机项目教学过程是学生综合能力的有力体现，可以考核学生的知识能力、动手能力、组织能力、团队协作能力和程序编写能力等，每种能力就是一门考核科目，每个学生都可以在这个过程中找到自己最擅长的和最不擅长的部分，这对他们今后的学习和工作都是一个很好的指引。
4.引入单片机仿真软件，研发教学设备和教学工具
引入单片机仿真软件，在电脑上就可以实现单片机的各种功能，程序调试也方便了，学生的实训更加容易。例如，笔者学校引进了Proteus仿真实验室，为单片机教学带来了极大的便利。单片机开发设备比较昂贵，学校可以自己研制适合单片机学习的开发板，学生在设计与制作开发板的过程中可以将原理图的绘制、PCB的设计、制板工艺、元器件采购、电路板装配与调试等知识结合起来，既实施了项目教学，也锻炼了学生的综合能力。由于和电子CAD等课程相结合，入门容易，学生的学习热情提高了，为之后的单片机项目教学奠定了良好的基础。
5.教学需要课堂，但不要拘泥于课堂
在一个学期的项目制作完成后，可在学校举办一次校级展览，向全校师生汇报展示项目制作成果，展览会的筹划、设计、流程均由学生亲自完成，教师只需提供活动方案即可。在参展过程中，学生要对自己的作品进行现场介绍和演示。展览结束后，举行现场拍卖，学生在竞拍过程中既学到了拍卖的知识，也享受到了劳动成果的价值。学生还可以到企业去完成自己的项目，目前，笔者学校与中山力泰电子有限公司开展了合作，企业提供实习场所，学生在企业化的制度中完成项目的设计与制作。这些都是笔者学校在学科教学一体化改革中的尝试。可以预见，未来学校课堂不会是唯一的教学场所，未来的课堂将会向社会不断拓展延伸。
6.依托学生社团，建立学校单片机应用开发室
依托学生社团，效仿企业，成立学校单片机应用开发室，引入企业化的开发室管理制度。毕业生的求职梦想就是进入企业从事技术开发工作，如果在学校设立这样的功能室，W生既可以提前熟悉企业开发的工作环境，和优秀的学生一起学习探讨，又有足够的实训时间。在业余时间，学生还可以组成开发团队，为部分企业提供技术解决方案。目前，笔者学校的单片机开发室成员多达20多人，是电子专业学生参加各级竞赛的绝对主力，多次在各级竞赛中斩获殊荣。学生组成的开发团队已为多个企业提供了技术研发服务，也为学校创新校企合作模式做出了积极贡献。
7.引入项目答辩环节，锻炼学生的综合能力
[关键词]单片机 实训教学法 教学模式
[中图分类号]G642.4 [文献标识码]A
一、引言
《单片机原理与应用》是电子信息类工科学生的一门重要的专业基础课。单片机是第一代嵌入式控制器件，目前嵌入式系统已经广泛地应用到国民经济的各个领域，因此学好入门级的嵌入式控制器，不仅是运用单片机技术来从事各种电子产品的设计开发，掌握电子产品的检测和维护技术所必需的，还可以为学习高一级的嵌入式系统奠定了坚实的基础，对学生的就业及自身以后的发展也有着深远的意义。因此，提升单片机的教学效果显得十分重要。
二、传统单片机课程教学模式
（一）教学内容
目前，很少有针对独立学院学生编写的单片机类教材，独立学院所选择教材大多同一本、二本院校是一样的，而独立学院学生普遍基础较差，学生在学习单片机原理这门课程时，会觉得课本枯燥，学习起来十分吃力；同时，单片机是一门软硬件相结合的课程，学生除了要学习复杂的硬件电路知识，还需要应用汇编或者C程序完成对单片机外部中断、串行口、I/O接口和相关设备的控制，内容多，关联知识点也多。因此，选择一本好的教材对提高学生的学习兴趣是十分有益的。
（二）教学方法
单片机是一门理论性与实践性都很强的课程，由于受到课时的限制，传统的教学方式以理论讲授为主，实验为辅。通常从单片机内部硬件结构开始讲解，而此时学生并未见过或接触过单片机，有的学生甚至以前连单片机都没有听说过，理解单片机40个引脚的功能都显得十分困难，更弄不清楚存储器等硬件知识，只能靠死记硬背；因此学生的感觉通常是枯燥无味，十分难懂，加上后面即将学习指令系统，而若学生C语言基础学得也不是很好，学习单片机程序更是力不从心，渐渐就会失去对单片机学习的兴趣。
目前，大多独立学院都意识到采用单纯的理论课讲解单片机，教学效果是非常差的，一般都针对单片机课程增加了一些课内实验，学生可以通过边学习理论课，边做实验的方式增加对单片机课程学习的兴趣；同时，通过做实验，学生对理论部分能够有更深入的理解。通过做实验的方式虽然有助于学生对单片机课程的学习，但是做单片机实验还受到很多条件的限制，由于课内实验通常只有一个半小时，大多数独立学院都是在实验箱上完成单片机课程相关实验，而且仅仅是验证性的实验，学生无法直观的看到单片机各个引脚与设备的连接。例如，很多学生能够通过电脑将单片机程序下载到实验箱上的单片机中，却不知道单片机与PC如何进行通信，知其然而不知其所以然，学生在独立使用单片机完成相关设计时会显得困难重重。
三、实训模式
为了改变单片机教学效果不理想的状况，笔者对单片机原理课程进行实训模式的教学改革探索，在完成单片机理论教学和课内实验后进行为期一周的单片机实训教学，对全部学生分组，3人或者4人一组，要求每组学生在开发板上首先完成单片机最小系统，并在此基础上加入彩灯、数码管等设备，实现对彩灯的控制或者数码管的显示控制。学生为了完成此次实训，需要完成很多相关设计，具体步骤如下：
第一步，查找相关资料，完成模块设计和整体电路设计，通过查找资料，学生能够更好的理解实训内容要求。
第二步，用Protel或者Proteus软件完成电路的仿真，这些仿真软件使用比较简单，学生能够快速掌握这些软件的使用方法，完成整体电路的仿真，这也能够提高学生自我学习的能力。
第三步，根据设计电路购买元器件。即使是相同的题目，由于设计的电路可能略有不同，因而每组所需的元器件也会有差异，这样每组学生就不会互相抄袭，而是按照设计方案购买元器件。
第四步，布线和焊接，学生可以选择用导线焊接，或者直接做成PCB板，通过这一步，学生还学会了印刷电路板的制作方法。
第五步，软件设计，软件编程对学生来说还是比较困难，笔者在教学过程中选用C语言编程替代以前的汇编语言编程，原因是学生大一学习过C语言，有一定的基础，而且C语言比汇编语言用途更广泛一些。学生可在电脑上用Keil软件完成程序的编写，再下载到单片机上，通过编程，也提升了学生编写程序的能力。
第六步，调试，调试是非常重要的一步，如果没法调试出我们期望的结果，那么前面所做的工作就没有了价值，因此需要引导学生耐心调试。
通过以上的实训学习，学生可以很生动地学到很多课本上原本很抽象的知识点，例如，学生首先完成的单片机最小系统，会学会电源，时钟电路，复位电路的连接；为了将电脑上编译之后的程序下载到单片机上，会研究串行通信和并行通信的优缺点，选择合适的引脚连接；为了控制彩灯或者数码管的显示，会研究怎样控制I/O端口的读写。通过这样的实训，学生能够掌握如何使用单片机，能够将书本上的知识融会贯通，而且实训完成后会做出实物，学生也会非常有成就感，对他们今后学习更深的单片机相关知识打下了扎实的基础。
单片机的实训教学对学生参加全国电子设计大赛也有着非常重要的意义，电子设计大赛中有很多题目均与单片机相关，但是考虑到三本的学生与一本、二本的学生相比，基础比较薄弱，很多的独立学院并未让学生参加像电子设计大赛这类全国性比赛。如果在单片机原理及应用这门课程的教学过程中采用理论加实验加实训的教学模式，学生使用单片机完成电子设计的能力将会有很大的提高，再从这些学生中选择学习和动手能力较强的参加比赛，获奖的机会将大大增加。电子设计大赛这类全国性赛事的奖项对学生今后找工作或者考研也都会起到积极的推动作用。
四、结语
单片机原理及应用是一门应用性很强的课程，在教学工作中要以动手实践为目的，引导学生自己主动学习，解决遇到的难题。通过几年的实训教学探索，证明这种方法对培养学生的动手能力，提高单片机原理及应用课程的学习效果还是行之有效的；另外，该方法的推行，还可以有效地促进教师专业能力的提高，对提升教学水平和教学质量都有积极的意义。
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关键词：高职；单片机应用技术；机器人教学
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2013）04-0132-02
近年来，大多数职业院校都走上了基于工作过程的项目教学道路，课程教学注意与企业岗位相联系。在教学实施过程中，学生的自主空间增加，在任务驱动下，学生的学习积极性也增强了。然而，这些任务多是以验证性实验为主，学生照着实验指导书上的内容开展实验，完成效果良好，但是创新能力未能完全发挥。因此，课程的开展仍需要进一步研究。
引入机器人教学有助于《单片机应用技术》课程的开展，并能培养学生的创新意识。机器人技术涉及的面很广，是跨多个学科的综合性技术，涉及自动控制、计算机、传感器、人工智能、电子技术和机械工程等多个学科。近年来，我国的机器人技术教育有了很大的发展，机器人课程逐步引入某些高校的综合性实践课程，能否有效地开展机器人教学，已经成为直接影响学生综合能力培养和综合素质提高的重要因素。
在高职院校电子信息专业开设如“机器人学”、“机器人概论”等理论性强的课程则没有必要，这违背了高职教育的目的。所以，不能仿效本科院校以及传统专科院校的经验，应该从高职教育的特点出发，将机器人教育与相关专业课程相结合，借助品牌生产厂商专门开发的机器人成品、套装或散件，布置与课程相关的、具有创新性的任务，让学生自己动手组装和调试电路并完成任务，以激发学生学习兴趣，培养学生的综合能力。
单片机教学存在的问题
传统的单片机教学，以单片机的结构为主线，先讲单片机的硬件结构，然后讲指令、软件编程，接着是单片机系统的扩展和各种器件的应用，最后再讲一些实例。这种先理论后实践，教与做分离的教学模式，使高职学生普遍感到难以吸收。如某些教师，在学生学完了《单片机原理和应用》课程的理论内容，且进行了相应的教学实验之后，专门安排1～2周时间让学生运用本课程所学知识，及先前学过的电子技术知识，结合所学专业设计出单片机对机电设备的某一部分控制的硬件电路和软件程序，在实验室进行电路的连接与调试。高职学生很难接受纯理论教学，理论课效果不理想，安排的教学实验难以很好地结合理论知识，更谈不上让学生运用课程知识完成任务。
某些院校购买相关的单片机实验模块供学生实验，学生实验结束觉得自己学会了单片机操作，但这还远远不够。运用实验模块的确可以快捷方便地进行操作，但最大的缺点是不能进行硬件设计，单片机硬件和软件不可分，所以，运用该类实验模块还是有一定缺陷的。
单片机教学改革
（一）实训平台的选取
如今许多企业针对高校相关课程研发了各类机器人，如深圳欧鹏科技有限公司的智能小车（如图1所示）。它结构简单，配置合理，包括C51+AVR教学板、两个连续旋转的舵机、开放的实验面包板。以教学板为核心，舵机的控制可作为其中一个简单任务让学生完成，实验面包板则是学生完成更复杂功能电路搭建任务的平台。
在第一次课上就要向学生说明，课程的内容围绕小车的控制任务来展开。可以预先编制一些简单的程序进行演示，让小车实现直走、后退、左转、右转等功能。这样很直观，必然能引起学生极大的兴趣，激发学生学习单片机的积极性。其目的则是让学生树立学好单片机的自信心。
（二）课程的开展
现在许多企业对学生的系统方案解决能力要求越来越高，要求他们能够迅速地拿出硬件初步方案，并用尽可能短的时间构建出一个软件原型。同时，由于系统硬件价格的降低，对软件的要求也从节省内存、高效向可读性强、结构好转变。现在社会上的单片机系统普遍采用了基于C51高级语言的软件系统。因为C51高级语言具有程序结构清晰、可读性好、易于维护的优点，一条C语言相当于几条汇编指令，完成同样功能程序的行数也大大缩小，更便于复杂算法的实现和调试。这也要求我们在课程及实验中要对学生进行相应的训练。
因此，可选取以下几项实训任务进行教学活动。
实训一：系统认识 向学生讲解智能小车核心板的结构（如图2所示）。学生能够了解核心板上有单片机、电源电路、程序下载口、复位电路、单片机的I/O端口接口电路和可供扩展的面板包及其相应的使用就足够了。还要让学生认识单片机基本系统的硬件设备，熟悉C51仿真软件的使用。在实训难度安排上，力求做到由浅入深，循序渐进。布置LED灯单灯闪烁任务，让学生动手在面包板上搭建LED灯电路，并提供示例程序，指导学生使用集成开发环境、编写程序、仿真调试、观察输出。通过这个实训，学生可以对整个系统有初步的认识，对编程语言有初步的了解，为今后的系统设计及编程打下好的基础。
实训二：单片机输出接口与机器人巡航控制 该实训目的是要求学生理解和掌握用单片机输出接口控制伺服电机方向、速度和运行时间的相关原理和编程技术，达到控制机器人运动的目的。可分成几个小任务来进行，通过分任务一“单灯闪烁控制”使学生懂得编写延时程序控制LED灯闪烁的频率。然后，讲解伺服电机的控制原理与改变LED灯闪烁频率的相似性，从而通过分任务二“机器人伺服电机的控制信号”引导学生自主思考如何让机器人的两个轮子全速、减速运转，最终实现机器人前进、后退、左转、右转和原地旋转的动作。这样，学生对输出接口就有了总体认识。
实训三：单片机输入接口与机器人触觉导航 通过该实训，使学生了解任何一个自动化系统（不仅仅是机器人），都是通过传感器获取外界信息的，再通过接口传入单片机，由单片机根据反馈信息进行计算和决策，生成控制命令，然后通过输出接口去控制系统相应的执行机构，完成系统所需任务。学生自主搭建“触须电路”，使机器人有触觉导航功能。最终学生就掌握了单片机输入接口的作用及其编程技术。
实训四：单片机输入/输出接口与红外线导航 该实训与前三个实训内容相关，主要是让学生了解红外传感器的基本使用方法。首先，给学生讲解该实训是在前面掌握了单片机输入/输出接口的基础上进行的，并让学生了解智能机器人要更多地接收外界的各类信息，传感器的使用必不可少，而红外传感器就是这类器件的典型。可让学生通过完成IR发射及探测器电路的搭建，并编写简单程序，最终实现机器人无线避障功能，也为下一个实训打下基础。
实训五：机器人的距离检测 距离检测通常由声呐完成。然而，还有另一种方法：可采用上一与实训中相同的红外传感器电路。这一实训的任务是要求学生实现使机器人检测到前方物体的距离，跟随物体行走而不会碰上它。该项目涉及的内容还包括定时/计数器的运用。先让学生了解定时器的基本使用方法，再进一步利用单片机中的定时器和红外探测器测试扫描频率。学生对基本使用方法了解以后，就该提出更高的要求。最后，要求学生完成尾随小车的功能。
实训六：机器人中UART的应用 在这一实训中，学生要完成单片机串口与计算机串口的连接，在机器人运行的同时向上位机传送运行数据的任务。主要涉及单片机串行口的硬件电路连接和串行口驱动程序编写，以及单片机中断系统的应用。
实训七：机器人综合任务 本实训要求学生完成智能机器人搬运任务。该任务的要求是，学生随机抽取搬运任务，充分利用智能小车的实验面包板搭建硬件资源，利用所学的汇编及C51程序知识，自行设计一个搬运方案，在一个规定的画有黑线轨道的白色背景图上完成搬运任务。该实训可以通过分组比赛的形式进行，以最准确无误地把所有物块推到目标位置为依据，给每个小组打分，作为学生期末成绩的一部分。
以上七个综合性实训，并不是以语言或者指令系统、硬件结构的学习为中心，而是以任务为中心，学生在完成任务的同时学习，在学习中巩固知识。七个实训达到了既重视基本技巧训练，又给学生提供自由发展的机会。紧凑的实训内容迫使学生在课下花费更多的时间来学习和研究，从而达到对系统的熟练掌握和学会程序编写，语言系统的掌握也就水到渠成了。
（三）考核方式
考试是教学评价的一个重要手段，但不能把考试当作目的。采用科学合理的考试形式来准确地评价学生是教学改革的基础。应通过考试检查教学效果、教学目标实现的程度，以便于改进教学工作，提高教学质量，鞭策学生积极努力地学习。因此，考核可采用以下形式：实践考试和理论考试相结合；实践考试采用五级制，理论考试采用百分制，只有同时满足实践考试达到及格和理论考试达到60分，本课程才能获得学分。这样做，可以引导学生强化实践动手能力。实践考试就是学生平时进行的七个实训的完成情况。理论考试难度不宜太大，实训任务涉及的程序包含在内即可。
通过以上教学改革，我们期望能达到以下目标：（1）适应不同层次学生的需要；（2）提高实训效率；（3）创新性、启发性实验内容增大，激发学生的学习兴趣；（4）基本达到社会对单片机培训人才的需要。
参考文献：
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关键词：导弹；模拟训练；单片机；单元测试
中图分类号：TP207 文献标识码：B
文章编号：1004-373X(2008)06-168-03
A Certain Missile Unit testing Simulated Training System Design
BAI Weibing LI Jimin2，YU Hao3
(1.Ordance N.C.O Academy of PLA，Wuhan，430075，China；
2.Department of Optical & Electronic Engineering，Ordnance Engineering College，Shijiazhuang，050003，China；3.Army 63856，Jilin，137000，China)
Abstract：For the supporting simulated training devices of a certain missile unit testing device，a set of simulated training devices are designed based on software and hardware.The status of switches and buttons is detected by CPU，and results are given in nixie tubes and LEDs by software.The key hardware techniques such as band-switch detecting and voice operation，and the key software techniques such as flow data stand-alone and menu control are discussed in this paper.The software flow charts are also given.
Keywords：missile；simulated training；singlechip；unit testing
由于某型导弹单元测试设备没有配套的模拟训练设备，部队装备保障人员的训练一直都是在实装上进行的。使用实装进行训练，增大了实装的设备磨损，缩短了其使用寿命，而且操作人员的误操作很有可能对装备造成损害，甚至造成重大装备事故。为了解决这个问题，这里研制了某型导弹单元测试模拟训练系统。一般的模拟训练系统分为3种：完全使用硬件，完全使用软件及硬件结合软件。完全使用硬件的方案不够灵活，而完全使用软件的方案又不能给人实际操作的感觉。因此，采用最后一种方案，由单片机检测外部开关、按钮等元件状态，然后再由软件来判断结果，在数码管和指示灯上进行显示。
1 总体方案
软硬结合模拟方案是在单片机硬件电路的基础上，使用软件模拟原测试仪的测试流程。操作面板各个波段开关、拨动开关和按钮等元件的状态都读入单片机，然后由单片机根据程序存储的流程信息控制数码管、指示灯等显示元件给出相应反馈信息。整个系统的组成框图如图1所示。
单片机采用具有20 k程序存储器和256 B RAM的89C55；由于面板上波段开关比较多，为了节约I/O资源，采用A/D读取波段开关档位的方法；语音电路用来在系统训练模式时播放操作提示信息，在系统考核模式时播放考核成绩；液晶显示用于显示操作提示信息和系统工作状态；键盘显示控制采用键盘显示控制芯片8279管理面板上的数码管、指示灯、测试按钮和用来控制系统工作模式的控制按钮。
2 硬件设计
某型导弹单元测试仪上使用了大量的波段开关和拨动开关。波段开关和拨动开关有很多个节点，要单片机去读取每一个节点，单片机的I/O资源就会严重短缺。为了解决这个矛盾，系统采用了电阻分压A/D检测的方法。波段开关电阻分压的原理图如图2所示。
在图2中，0脚连接GND；10脚连接VCC；11脚连接到A/D的输入通道。当波段开关打到档位n时，A/D测到的电压为(n/10)VCC。这样，一个波段开关只需一根线即可检测其所在档位。拨动开关的连接方式与波段开关类似。
系统的A/D芯片采用了美国MAXIM公司的串行A/D芯片MAX1038。MAX1038是一款8位的ADC芯片，采用5 V单电源供电，12个通道，I2C串行接口，最大采样速率188 ks/s，内部集成时钟和一个4.096 V的参考电压源[1]。MAX1038和输入的连接电路图如图3所示。
为了增强模拟训练的效果，增加训练模式下的操作提示功能，在系统中设计了语音发声电路。语音电路的核心部分采用的是ISD4004-08单片语音录放芯片。ISD4004-08是美国ISD公司开发的，片内集成了振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮阵列等。内部的E2PROM存储器，可以反复擦写。采用所谓模拟存储技术，声音无需A/D转换和压缩就可以直接存储，没有A/D转换误差，在一个记录位(bit)可以存储多达250级声音信号，相当于通常A/D技术记录量的8倍，很好地实现了语音还原效果，而且能录能放，控制简单灵活，单片录放时间为8 min。其次，将快速闪存作为存储介质，无需电源即可保存数据长达100年，重复记录10 000次以上。同时，接口简单，开发时所需电路简单。ISD4004-08的连接电路图如图4所示。
3 软件设计
系统软件根据功能划分为软件“引擎”、系统初始化、液晶控制、键盘管理、显示控制、语音播放控制、开关读取和流程数据8个模块。软件结构图如图5所示。
软件“引擎”其实是系统软件的一个主循环结构，由他检测各种状态条件，然后根据状态条件调用执行相应模块。软件“引擎”的概念把流程数据和程序执行代码分离，流程的改变不需改动代码，从而提高了编程效率，方便了代码的修改和移植。
模拟训练系统的工作模式分为训练模式和考核模式。在训练模式情况下，系统要给出操作步骤名称和操作方法提示，帮助使用者正确操作。考核模式则在使用者经过一段时间训练以后检验其训练效果。因此，考核模式下就不再给出操作步骤名称和操作方法提示，并且当要对操作过程进行计时，最后给定操作者考核成绩。训练模式的流程图如图6所示。考核模式的流程图如图7所示。
为了提高编程的效率，提高程序的可靠性，降低代码量，在系统设计时使用将流程数据和控制代码分离的办法。将流程数据和控制代码分离的办法在工控机测试软件的编写中早已被广泛应用。由于工控机有操作系统和数据库的支持，所以技术上实现起来非常容易。而单片机没有操作系统和数据库的支持，并且单片机可利用的资源非常有限，因此从技术上实现将流程数据和控制代码分离比较困难。该技术的关键在于使用合适的数据结构来表达流程数据。
以配电器测试为例说明这种数据结构。很明显在这个数据结构里，必须包含步骤名称、开关按钮状态、提示声音、结果数据和流程顺序等信息。首先定义每个步骤的数据类型，代码如下：
typedef struct
{
uchar ProcName[26]； //步骤名称
uchar BodongState；//拨动开关和按钮状态
//0位为S2，1位为S5，2位为S6，3位为S11，1为上，0为下
//4位为S3，5位为S13，6位为S12，1为按，0为不按
uchar S7State；//波段开关S7状态
uchar S8State；//波段开关S8状态
uchar S9State；//波段开关S9状态
uchar S10State；//波段开关S10状态
uchar LedDisp；//指示灯字段码
uchar VoltDisp[5]；//电压表字段码
uchar SecDisp[5]； //毫秒表字段码
uint VolFirstMaster；//提示声1主语位置
uint VolFirstAction；//提示声1动作位置
uint VolSecondMaster；//提示声2主语位置
uint VolSecondAction；//提示声2动作位置
uint VolThirdMaster；//提示声3主语位置
uint VolThirdAction；//提示声3动作位置
} ProcStruct；
然后，要使用数组来表达各个步骤地顺序结构。自检流程部分的数据声明如下所示：
//自检流程表
ProcStruct code SelfTestFlow[Info_SelfTestFlow]=
{
…
}；
由于系统使用了一块128×64的点阵液晶来显示系统状态和提示信息，所以就具备了采用菜单技术控制系统工作模式的硬件条件。以配电器模拟训练系统为例，其工作模式分为考核模式和训练模式，测试种类包括自检、配电器测试和副配电器测试。其控制菜单结构如图8所示。
控制按键总共设向上、向下、确认和取消4个按键。同级之间的菜单选项转换通过向上、向下2个键来现。按下确认键，进入下级菜单。按下取消键，回到上级菜单。为了用数据结构来表征菜单，首先要建立一个表达菜单选项的数据类型。菜单选项数据类型声明如下：
typedef struct //菜单定义的数据结构
{
uchar KeyStateIndex；//当前状态索引号
uchar KeyDnState；//按下"向下"键时转向的状态索引号
uchar KeyUpState；//按下"向上"键时转向的状态索引号
uchar KeyCrState；//按下"回车"键时转向的状态索引号
uchar KeyEscState；//按下"返回"键时转向的状态索引号
void (*CurrentOperate)()；//当前状态应该执行的功能操作
} KbdTabStruct；
然后要声明一个数组表示菜单的结构：
KbdTabStruct code KeyTab[SIZE_OF_KEYBD_MENU]=
{
{0，7，14，1，0，(*TrainModeMenu)}，//训练模式菜单
{1，3，5，2，0，(*TrainSelfTestMenu)}，//训练模式自检菜单
{2，2，2，2，2，(*TrainSelfTestFun)}， //训练模式自检执行函数
{3，5，1，4，0，(*TrainPeiTestMenu)}，//训练模式配电器测试菜单
{4，4，4，4，4，(*TrainPeiTestFun)}，
//训练模式配电器测试执行函数
{5，1，3，6，0，(*TrainFuPeiTestMenu)}， //训练模式副配电器测试菜单
{6，6，6，6，6，(*TrainFuPeiTestFun)}，//训练模式副配电器测试执行函数
{7，14，0，8，7，(*TestModeMenu)}，//考核模式菜单
{8，10，12，9，7，(*TestSelfTestMenu)}，//考核模式自检菜单
{9，9，9，9，9，(*TestSelfTestFun)}，//考核模式自检执行函数
{10，12，8，11，7，(*TestPeiTestMenu)}，//考核模式配电器测试菜单
{11，11，11，11，11，(*TestPeiTestFun)}，//考核模式配电器测试执行函数
{12，8，10，13，7，(*TestFuPeiTestMenu)}，//考核模式副配电器测试菜单
{13，13，13，13，13，(*TestFuPeiTestFun)}，//考核模式副配电器测试执行函数
{14，0，7，15，14，(*AboutMenu)}， //关于菜单
{15，15，15，15，15，(*AboutFun)}，//关于执行函数
}；
4 结 语
用硬件模拟装备外部操作元件，用软件来模拟装备内部功能的模拟训练系统设计方案即可以完全实现装备操作的模拟，给操作者实际的操作感受，又可以方便地增加辅助功能，增强训练效果。本文设计的某型导弹单元测试模拟训练系统已经在院校教学和部队训练中进行试用，收到了良好的效果。
参考文献
[1]MAX1038 Datasheet.Maxim Integrated Products Inc.2003.
[2]马忠梅，籍顺心，张凯，等.单片机的C语言应用程序设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.
原来使用的“单片机技术与应用”课程的教学大纲对知识点分解层层深入，便于学生由浅入深地学习相关知识。但是由于原有的教学大纲只对知识点作出了要求，没有对教学方法和教学过程作出要求；只强调了理论知识的学习，没有对学生职业行为能力培养作出要求，所以学生感觉学习过程枯燥乏味，内容深度大，学习难度大。
新制定的课程标准继承了原有教学大纲中知识点由浅入深的分解特点，对各个知识点进行重新整合，以项目为驱动带动全部知识的学习。把原来先学后练的教学方法改为了边做边学的学习方法，从而激发学生的学习兴趣，让学生参与到教学中。同时，在新课标中还强调了对学生职业行为能力培养的要求，将知识点的学习与实际工作流程相结合，学生掌握了该知识在实际工作中的应用方法。
原教学大纲和新课标中知识点分解图如图1：
2 “单片机技术与应用”课程标准制定
2.1 课程设计的基本理念
高等职业教育的根本任务是培养高级技术应用型人才。课程教学是实现高等职业教育人才培养目标的基本途径，课程教学的质量是直接影响人才培养质量的核心要素。新的课程体系要与经济建设、科技进步和社会发展要求相适应，与人的全面发展需求相适应，与高等教育大众化条件下多样化的学习需求相适应，与高等职业教育课程改革与建设相适应。本体系的构建，应根据先进的职业教育思想，改变学科本位的观念，加强实践教学，着眼课程群，培养学生综合运用相关现代化先进工具和知识，培养学生的创新精神和创新能力。
(1) 面向全体学生，注重素质教育、能力与技能培养
本课程面向计算机应用技术专业的全体学生，注重专业基础素质教育，激发学生的学习兴趣，提高他们的抽象思维能力，增强他们理论联系实际的能力，培养他们的创新精神。重视知识与技能；过程与方法；情感态度与价值观课程目标的培养。
(2) 突出学生主体，尊重个体差异
本实训在目标设定、教学过程、课程评价和教学资源的开发等方面都突出以学生为主体的思想，课程实施应成为学生在教师的指导下构建知识、活跃思维、展现个性和拓展视野的过程。
(3) 注重过程评价，促进学生发展
建立能激励学生动手能力发展的评价方法。在课程学习过程中应注重培养和激发学生动手实践的积极性和自信心。
(4) 开发课程资源，拓展学用渠道
本课程要力求合理利用和积极开发课程资源，给学生提供贴近现场实际，能反映新技术、新工艺、新设备的课程资源。
2.2 课程总体目标
课程总目标是使学生具有单片机系统编程和设计的知识与技能、具备较高的职业素质，具有调试单片机系统程序和设计最小单片机系统的能力，能解决程序调试和系统设计中遇到的问题，能胜任单片机产品调试员、单片机产品技术支持、单片机软件开发师、单片机硬件开发师和单片机设计师等岗位工作。
(1) 知识要求
会对所学知识进行整合，能够根据设计要求独立编写程序，并能在实践工作中熟练进行单片机程序和系统电路的调试；掌握各种接口电路的分析方法和理论知识。
(2) 技能
能熟练进行单片机程序和系统电路的调试，并能独立设计单片机系统电路并能编写相应程序，同时还可以对以单片机为核心的设备进行维护。
(3) 素质
通过项目实践，培养爱岗敬业、热情主动的工作态度；养成遵守操作规程，分析工作整洁、有序、爱护仪器设备的良好实验习惯；能认真负责、实事求是、坚持原则、一丝不苟地依据标准进行编程和设计，并在工作实践中能遵守劳动纪律，注意安全，具备良好的敬业精神和协作精神，坚持努力学习，不断提高自身可持续发展的基础理论水平和操作技能，形成良好的职业素养和勤奋工作的基本素质。
2.3 内容目标
本课程标准通过对知识点的重新分解，将内容分成了六个主题。其中主题一是对单片机系统原理知识的学习，主题六是对知识的总结训练，而其他的四个主题分为学习情境和训练情景两部分。在主题二到主题四中每个学习情境都分为了若干个小项目，几个小项目又可以合为一个项目。内容目标详见附录，其中学习情境设计方案如图2所示：
2.4 教学评价建议
(1) 改革传统的学生评价手段和方法，采用阶段评价、目标评价、项目评价、理论与实践一体化的评价模式。
(2) 关注评价的多元性，结合课堂讲解表现、课堂项目操作、项目训练、综合训练及考试情况，综合评价学生成绩。笔答考试可采用开卷考试形式。
(3) 评价比例分配
课堂表现：8%；课堂项目操作：12%；项目训练20%；综合训练：20%；考试：40%。
以上为“单片机技术与应用”课程标准的主要设计内容。由于课程标准的提出时间不长，没有严格的设计要求，因此在新课标的设计过程中遇到一些问题。如内容目标中的格式如何进行设计，是否将教师的教学方法融入其中，学生目前所具有的学习能力是否能够与新课标中的要求相结合等等，这些都需要进一步的研究。
附录：内容目标
主题一 理论学习
要对一个单片机系统进行分析设计和编写程序，就必须非常熟悉单片机芯片的组成原理，特别是要熟悉其各个外部引脚、内部寄存器和数据区的使用方法。
1 学习目标
(1) 了解MCS-51单片机的内部结构、主要功能部件和CPU微处理器的组成、任务分配。
注意：单片机上电后程序指针被赋予的初值。
(2) 了解MCS-51单片机的程序存储器结构，掌握内部数据存储器的空间分配和SFR。
注意：程序存储器的编址规律；只访问外程序存储器时，外部引脚的连接要求；上电后堆栈指针被赋予的初值。
(3) 掌握89C51芯片的外部引脚功能常见的几种复位电路和计算机器周期的方法。
注意：准双向并口和真正双向并口的区别和相应并口读数时的编程要求；89C51的复位时间是多少。
(4) 开发工具的使用
介绍Keil(或MedWin)、ISP两个软件的使用方法，并各种指令的学习编写简单的子程序，将源程序文件编译并上载至实验仪中显示结果。
知识点：
掌握常用编程软件的使用。在程序运行期间观察相应存储区和寄存器中数据的变化。
掌握MCS-51单片机的寻址方式。
2 教学建议
(1) 教学时数10学时。
(2) 实物教学，增强感性认识。
主题二 学习情境1
1 学习情境：信号灯控制
2 学习目标
(1) 熟练掌握MCS-51单片机的寻址方式和指令系统。
技能点：要会画出模块的流程图，建立学生的编程思维；分清各个寻址方式的功能。(DATA PDATA XDATA CODE的访问方式，地址空间，针对89C52芯片多128Bytes DATA区的应用，实际应用中256bytes Data区的单片机更多)
(2) 能编写完整的程序。
技能点：会进行地址分配，整个程序的起始地址要正确；掌握各种程序结构，能够画出系统的流程图。
(3) 会应用常见的调试软件进行程序调试。
(4) 理解机器周期和指令周期。
3 学习情境内容
功能一：信号灯的控制1
利用P1口控制8个发光二极管，通过编写并上载不同的程序，观察发光二极管的状态。
点亮8个发光二极管后单片机空运行。
给片内RAM中40H-4FH单元赋值后，将其数据传送给片外50H-5FH单元，最后将56H中的数据由P1口输出给发光二极管显示。
在数据区建立一个数据表，编写程序将表中的第3个数由P1口输出给发光二极管显示。
知识点：
掌握数据传送指令。
掌握MCS-51单片机并口传送和读取数据时得技术要求。
MOVX与 MOVC的区别
功能二：信号灯的控制2
利用并口控制发光二极管，通过编写并上载不同的程序，观察发光二极管的状态。
将累加器中的数据(十六进制)转换为BCD码，个位存入30H，十位存入31H，百位存入32H，最后由P0口输出个位数据，P1口输出十位数据，P2口输出百位数据。
将DPH和DPL中放入两个小于10的数据a和b，编写程序实现c=a2+b2-a，并把c通过P0口输出。
将累加器A中数据得高4位和寄存器B中数据的低4位相乘后取反，并将其结果通过P0口输出。
采用移位指令，实现累加器A中数据乘4，寄存器B中数据除以2。
知识点：
掌握算术操作指令和逻辑运算指令。
会画简单的流程图。
会使用软件正确调试程序。
功能三：信号灯的控制3
设计一个延时程序，使与P2.0相连的发光二极管每隔1秒亮一次。
采用循环控制，使8个发光二极管呈跑马灯方式闪烁，其中发光二极管点亮时长为1秒，熄灭时长为2秒。
知识点：
掌握程序转移类指令和位操作指令。
会画简单的流程图。
会使用软件正确调试程序。
理解指令延时的用法，NOP指令的使用。
4 教学建议
(1) 教学时数12学时。
(2) 学习过程中，教师通过讲解和演示，指导学生完成项目学习。
(3) 采用多做多练加强学生对所学知识的掌握程度。
(4) 安排项目训练，巩固所学内容。
5 实践活动建议
(1) 训练情境1：交通灯控制
(2) 教学建议：6学时
(3) 采用每组两人的分组方式，锻炼学生独立设计和调试程序的能力
(4) 集中安排实验
主题三 学习情境2
1 学习情境
跑马灯设计与实现
2 学习目标
(1) 掌握TMOD和TCON专用寄存器各位的定义与设置。会计算和设置定时/计数器的初值。
(2) 掌握IE和IP专用寄存器各位的定义与设置。理解中断的工作过程，熟记中断入口地址。
技能点：能够正确使用中断方式对定时/计数器进行编程；能够使用中断方式对外部事件中断进行处理；会画流程图，并编写完整的具有中断程序；理解电平触发中断、边沿触发中断的区别及应用；中断的优先级和中断嵌套的应用，中断现场的保护和恢复。
3 学习情境内容
设计一个个性跑马灯，能够完成以下功能：
功能一：利用P2口，用单片机内部的定时器采用查询方式，使8个发光二极管呈跑马灯方式闪烁(亮1秒、灭2秒)。
功能二：用计数器中断对按键按下的次数计数，作为跑马灯闪烁次数。
功能三：用外部中断对正常显示和闪烁次数设定功能进行转换。
知识点：
掌握定时/计数器的初始化方法；定时器初值与计数器初值的计算与设定。
掌握中断源与中断服务程序的入口地址；中断相关寄存器的使用方法；中断工作过程。
4 教学建议
(1) 教学时数8学时。
(2) 学习过程中，教师通过讲解和演示，指导学生完成项目学习。
(3) 采用项目教学，多做多练加强学生对所学知识的掌握程度。
(4) 安排项目训练，巩固所学内容。
5 实践活动建议
(1) 训练情境2：秒表设计与实现
(2) 教学建议：6学时
(3) 采用每组两人的分组方式，锻炼学生独立设计和调试程序的能力
(4) 集中安排实验
主题四 学习情境3
1 学习情境
单片机点对点串口通信
2 学习目标
(1) 了解SCON专用寄存器各位的定义与设置，掌握串口初始化的内容与步骤。
(2) 会用查询和中断方式编写数据通信程序。
技能点：能够正确地编写数据通信程序。
3 学习情境内容
设计一个单片机之间的点对点的通信系统。要求甲机发送，乙机接收。甲机中按加号键，乙机中显示数据加1；甲机中按减号键，乙机中显示数据减1
知识点：
掌握与串行口初始化方法。
掌握串行口通信波特率的计算方法。
掌握串行口通信编程的两种方法。
4 教学建议
(1) 教学时数6学时。
(2) 学习过程中，教师通过讲解和演示，指导学生完成项目学习。
(3) 采用项目教学，多做多练加强学生对所学知识的掌握程度。
(4) 安排项目训练，巩固所学内容。
5 实践活动建议
(1) 训练情境3：单片机双机通信
(2) 教学建议：6学时
(3) 采用每组两人的分组方式，锻炼学生独立设计和调试程序的能力
(4) 集中安排实验
主题五 学习情境4
1 学习情境
温度控制系统的设计与实现
2 学习目标
(1) 使用P0、P2口的第二功能，扩展片外数据存储器RAM和片外程序存储器。
技能点：能够正确对89C51进行片外RAM和ROM扩展；理解并记住MOVX指令的时序图。
(2) 对89C51的并口进行扩展
技能点：能够正确对89C51的并口进行扩展。
(3) 人机接口扩展
技能点：能够正确地在89C51外连接键盘和显示设备。
(4) 8位A/D转换芯片与单片机的接口
技能点：能够正确选择A/D转换芯片，并实现其与单片机的正确连接。
(5) 8位D/A转换芯片与单片机的接口
(6) 掌握C51程序设计方法
技能点：能够正确运用单片机C51语言对单片机系统进行编程。
3 学习情境内容
设计一个温度控制系统，要求用C51编写系统程序，并且该系统满足以下要求：
功能一：使用89C51扩展一个片外RAM。
知识点：
掌握P0、P2口的第二功能使用方法。
会扩展片外数据存储器和片外程序存储器。
功能二：用两位七段数码管显示其温度值。
知识点：
掌握LED的动态显示方法。
功能三：用 4*4的矩阵键盘，设置其温度初值。
知识点：
掌握键盘设计方法。
掌握LED动态显示方法。
功能四：具有对环境温度进行实时测量，当外界温度于设定温度时，启动风扇降温；当外界温度低于设定最低温度时，发出报警声。
知识点：
掌握A/D转换的方法。
掌握D/A转换的方法。
掌握正确选择A/D和D/A芯片的方法。
4 教学建议
(1) 教学时数20学时。
(2) 提高课堂质量，上课时要多启发学生，提高他们提出问题、分析问题、解决问题的能力，让学生学会理解记忆的技巧。
(3) 采用项目教学，多做多练加强学生对所学知识的掌握程度。
(4) 安排项目训练，巩固所学内容。
5 实践活动建议
(1) 训练情境：人机接口设计与实现
(2) 教学建议：6学时
(3) 采用每组两人的分组方式，锻炼学生独立设计和调试程序的能力
(4) 集中安排实验
主题六 综合训练
使用套件设计一个最小单片机系统，完成其设计、绘图、焊接、编程、调试工作并撰写实训报告。
1 教学建议
(1) 教学时数20学时。
(2) 教师命题，学生独立完成。
1 资料与方法
11 痰涂片复栓
对全市11个县(市)、区的定点单位查痰点(包括综合性医院和疾病预防控制中心)，按《痰涂片镜检质量保证手册》的样本量表和抽样方法随机抽取痰片，统一进行镜检复检。
1.2 现场评估
由督导员对结核病实验室进行现场评价，内容包括实验室人员培训、安全防护、试剂质量、显微镜配备和痰涂片保存等情况。
2 结果
2.1 痰涂片复检符合率
2006―2008年共抽取3 915张痰片，镜检总符合率为981％。阳性符合率为985％，阴性符合率为980％(表1)。
2.2 痰片制作质量观察指标
3915张痰涂片中，痰细胞数、痰片大小、厚薄、染色、脱落5项指标平均合格率分别为756％、660％、662％、848％、817％。
2.3 现场评估
结防机构和综合性医院结核病实验室现场评估结果显示，结防机构结核病实验室的人力资源安排、痰片储存等指标明显优于综合性医院实验室。
3 讨论
世界卫生组织(WHO)在全球结核病控制规划(GTB)中明确指出：痰涂片镜检是DOTS策略五要素之一，是发现传染性结核病人最有效方法。由WHO和国际防痨及肺病联合会(IUILD)推荐的痰涂片室间质量评估(EQA)盲法质量控制，为各结核病实验室结果的可靠性提供了一个有效的保证，痰涂片质量控制在一定程度上反映了整个结核病控制工作的水平。
宁波市2006―2008年痰涂片复检结果显示，复检符合率在966％以上并逐年上升，说明宁波市近几年对痰检水平较低地区进行的技术指导和业务培训有了一定成效。但痰片涂抹大小、厚薄2项指标的合格率偏低，主要问题是痰膜偏大、偏薄，还需加强规范操作，严格掌握痰膜大小和厚薄标准。
结核病实验室现场评估结果显示，结防机构痰检人员普遍经过上岗培训且相对固定，痰检操作较规范，硬件设施配备完善。而综合性医院痰检人员多实行轮转制，培训不及时，对《痰涂片镜检质量保证手册》要求未完全掌握，所以在痰片制作质量、染色液质控、生物安全防护等方面与结防机构相比存在明显不足。
尽管痰涂片检查比较简单，但要做好痰检工作并保证较好的实验室质量并不容易。今后需进一步加强痰检人员的技术培训和复训，提高痰涂片质量，使痰检工作常规化、标准化、规范化。
4 参考文献
[1]罗美琴，陈田雄江西省肺结核病痰检质量控制结果分析[J]中国防痨杂志，1997，19(4):195-196
关键词：应用型本科院校 单片机原理及应用 教学方法
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0148-01
单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元（Center Processing Unit，也即常称的CPU）和RAM、ROM及其他I/O接口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统，而现代的单片机则加上了中断、定时及A/D等更复杂、更完善的电路，使得单片机的功能越来越强大，应用更广泛。因此单片机教学在电气信息类相关专业中越来越重要，“单片机原理及应用”课程必须理论结合实践，才能取得较好的教学效果。根据本课程的特点，结合应用型本科院校以培养应用性人才的宗旨，课题组对该课程的教学内容、教学模式和实践训练三个方面进行了探索与研究。
1 单片机原理及应用教学现状
目前大多数高校的理论教学过程都是采用先基础后应用的模式，即单片机硬件结构、指令系统、汇编语言设计、外部系统扩展、接口技术和应用系统设计，这种方法虽然思路清晰，但是存在着过于机械性的弊端，缺乏生动、直观的实物等辅助教学手段，这样便使学生觉得学习单片机枯燥乏味，没有现实意义，缺乏兴趣，严重影响了教学效果。主要体现有以下两个方面的问题。
（1）理论教学中主要讲述51单片机的硬件结构和相关组成部分的工作原理及接口设计，软件编程多是以汇编语言为主。汇编语言语句不直观，为完成一个非常简单的操作，汇编语言需要写许多条命令，理解起来很有难度，很容易让学生失去学习单片机的兴趣。
（2）实验教学中多以验证性实验为主，学生编程后进行编译，将程序下载到单片机实验箱上演示。实验指导书上已经写好了连线方式和程序资料，学生很少独立分析程序及其编写代码。大多数学生只追求实验结果，对于整个硬件系统设计和软件调试过程模糊。
2 单片机原理及应用教学改革初探
针对单片机教学和实验中存在的问题，以培养应用型本科学生为目标，结合工程与应用实际需求，从教学内容、教学模式和实践训练3个教学环节进行改革。
2.1 教学内容的改革
在单片机原理及应用课程第一次授课时，给学生展示单片机行业的发展情况、单片机产品以及单片机开发公司的招聘信息。让学生真正体会到单片机技术的实用性，激发他们学习的兴趣和求知欲。学生在看到企业招聘信息后，能够明确本门课程的学习目标。
随着时间的推移和科学技术的进步，51单片机已经有了很大的发展和变化，已经派生出来很多51系列产品，其内部资源也变得非常丰富，如看门狗、PWM、SPI、A/D等。因此，更新单片机教学内容势在必行。在教学中增加新产品、新技术的知识，使得学生能够满足企业人才的技术需求。如可以增加I2C总线、SPI总线、CAN总线等内容。
为了让学生与企业开发接轨，在讲授完汇编语言程序设计之后，加入C51语言的相关知识。由于学生已经在大一时期学习过C语言程序设计的课程，只需要在课堂上加以引导，如：C51库函数、C51的存储结构、C51扩展关键字等强调介绍。同时，在介绍过程中采用汇编语言与C51语言对照的方式讲授，学生就能够很快掌握单片机编程。
2.2 教学模式的改革
采用项目驱动教学法，先简单后复杂，将各个知识点的学习融入到各个实际工程模块中，让学生在每一个项目中学会各个模块的使用。如：单片机的并行接口技术可以通过舞台灯光系统、国际交通灯、抢答器项目来介绍；定时器和中断系统可以通过电子琴、音乐盒、万年历项目来介绍；串行通信接口可以通过GPRS通信来介绍；单片机与A/D、D/A转换器接口可以通过农业大棚温湿度采集系统，电子压力秤来介绍。这种教学将“老师讲，学生听”的被动教学模式转变为“学生主动参与，教师指导”的主动教学模式。教师的教学和学生的学习都围绕这些项目来完成，强调学生“学中做、做中学”的新型学习过程，极大地激发了学生的学习兴趣，创新了教学模式。
2.3 实践训练的改革
通过课内实验教学、课程设计、大学生电子设计竞赛等多种渠道实现真正的创新型实践教学。课堂上引入Proteus和keil软件的使用，使学生在课堂上可以对相关的软硬件有一个直观的了解，课内实验要求学生将理论授课中的项目通过Proteus设计出仿真的电路图、用keil软件编写实验程序、最终能实际仿真到效果图。
课程设计周期为2周，在课程设计中，学生选择教师所给的题目，根据题目目的和要求查阅相关资料，学生从元器件选择、电路设计、PCB板绘制、电路焊接、程序编写到调试都需要独立完成。对于学生在实验中出现的问题教师给予指导，在解决问题的过程中加深了学生对单片机应用系统软硬件设计的理解。
鼓励学生参加大学生电子设计竞赛、全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛、“毕杯”全国电子创新设计及物联网应用系统设计竞赛等面向大学生的群众性科技活动，提高学生创新能力、协作精神、理论联系实际、动手能力和工程素质的培养。
3 结论
对于应用型本科院校而言，学生除了要掌握扎实的理论基础知识，更需要培养较强的实践能力、独立学习能力和独立工作能力。培养学生单片机实践能力是一个长期而复杂的过程，我们只有立足单片机原理及应用教学的实际，逐步深入，取长补短，推陈出新，新的教学方法才能日趋完善，也才能更好地适应时展的需要。
参考文献
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