單片機實訓室建設

❶ 簡論單片機課程中單片機實驗教學探究

簡論單片機課程中單片機實驗教學探究

論文摘要：單片機的開發與應用、學習將造就一批計算機智能化控制的工程師、科學家。一些中等院校也相繼開設了單片機課程設計及相關的課程。在單片機及介面技術課程的教學過程中，實驗教學是重要的組成部分。針對單片機課程的教學改革，不斷加強單片機課程實驗環節，改革教學方法，虛擬模擬實驗在單片機教學中的應用，實踐表明，該方法有利於激發學生的學習興趣，培養學生的工程素養和創新能力，提高了教學效果。

論文關鍵詞：單片機；教學；模擬實驗

「單片機原理」是一門理論性、邏輯性、實踐性很強的學科，是電類專業一門非常重要的專業基礎課，把微機介面部分、匯編語言部分、通信技術部分的知識點等綜合在一起，屬於邏輯性、工程性、技術性、實踐性很強的一門專業基礎課。該課程作為電類專業最重要的核心課程之一，它是電類專業高素質技能型人才所需全部自動控制類知識結構的載體，占據著非常重要的位置。
然而，傳統的單片機教學一般注重課程本身的體系結構和前後的邏輯聯系，均以學科體系為出發點，忽略了「可學性」，致使學生學得吃力，老師教得辛苦，教學效果卻沒有顯現出來。

一、研究背景及意義

目前，全國將單片機列入單獨的比賽項目，在考查中注重學生的能力培養，學生的技能素養教育成為重中之重，加之社會需求高技能人才，許多學校為了適應社會的發展和市場需求在不同的專業開設了單片機課程，然而單片機課程是一門實踐性很強的課程，要想在教學過程中取得很好的效果，就必須要求學生在學習過程中多動手實踐，但有的學校教學設備有限，怎樣解決這個問題。模擬實驗課可以讓學生在單片機工作室里做中學，真正玩轉單片機，也同時解決了學生學起來枯燥，老師教起來吃力的尷尬局面。
目前單片機教學中存在諸多問題。如單片機課程理論為主，實驗教學多是進行驗證性實驗。單片機實驗室存在場地和時間限制，學生除了課上，很難有機會接觸到所需要的設備，如模擬器、實驗板等，個人配備成本太高，個體無法承擔。而且實驗箱只能驗證試驗的基本作用和意義，就無從談起學生動手能力的訓練和提升。單片機在當今社會中的應用速度發展迅速，然而單片機教材陳舊，實驗設備很容易落後、老化等問題，必然會帶來耗資等問題。由此可見，構建成本低廉的單片機模擬實驗系統對於單片機教學意義重大。它不僅可以降低實驗設備投資，而且能培提高學生的工程素質，養學生的創新精神。在單片機控制系統的設計開發過程中，我們不單要突出設備的自動化程度及智能性，另一方面也要重視控制系統的工作穩定性，否則就無法體現控制系統的優越性。
由於單片機控制系統應用系統的工作環境往往是比較惡劣和復雜的，其應用的可靠性、安全性就成為一個非常突出的問題。單片機控制系統應用必須長期穩定、可靠地運行，否則將導致控制誤差加大，嚴重時會使系統失靈，甚至造成巨大的損失。
影響單片機控制系統應用的可靠、安全運行的主要因素是來自系統內部和外部的各種電氣干擾，以及系統結果設計、元器件選擇、安裝、製造工藝和外部環境條件等。這些因素對控制系統造成的干擾後果主要表現在下述幾個方面。（1）數據採集誤差加大。（2）控制狀態失靈。（3）數據受干擾發生變化。（4）程序運行失常。
由於受到干擾後計數器的值是隨機的，因而導致程序混亂。通常的情況是程序將執行一系列毫無意義的指令，最後進入「死循環」，這將使輸出嚴重混亂或系統失靈。
隨著單片機及其介面技術的飛速發展，目前面對職業教育存在的突出問題：質量能力與規模能力不相適應，教學信息化程度低，古老的填鴨式課堂教學模式仍應用普遍，「雙師型」教師隊伍建設機制缺乏完善性，科學管理水平和改革創新能力就提到了日程，管理制度不健全，學校基本辦學規范不健全，科學的職業教育評價標准和評價機制達不到標准，學生成長的「通道」不暢通。
從新的教學要求來看，這類課程僅在課堂上講授基本原理是不夠的，必須在教學中加強實踐環節，開出一定數量的高質量的配套實驗課活獨立的實驗課程，讓學生有足夠的實驗機會。那麼對於單片機實驗教學環境建設就相應提出了高要求。怎樣解決這個問題，單片機模擬實驗應運而生。

二、「單片機模擬實驗」初探

伴隨著計算機技術的飛速發展，在各個領域都出現了各種模擬系統，為各種實際系統的開發提供了准確可靠的保證，同時為很多學校、企業等節約了大量的人力和物力。在電子信息技術領域也同樣出現了大量的模擬工具，如課堂上用到的各種EDA工具；模數混合模擬的Protel、Multisim等常見的電子應用模擬軟體，數字系統設計的Fundation、Maxplus II、Expert等。
所謂「模擬」，就是通過開發工具真實地模擬用戶系統的運行環境，使用戶能夠在透明和可控的條件下觀察系統運行過程中的狀態和結果，模擬實際上也是一種軟體和硬體的綜合調試手段，它能提高應用系統開發的效率。
用通俗的話來描述「單片機模擬實驗」就是在一塊虛擬電路板上按照真實電路的設計構想放置一些虛擬的元器件，並模擬實際燒ROM的過程鏈接上程序代碼，「接通」電路觀察效果，如果不理想的話可以反復修改電路或程序代碼，直至符合設計要求為止。
模擬實驗的好處是顯而易見的。在沒有模擬實驗的年代，每架構一個真實的電路都需要費時費力費錢，稍有不慎還有可能前功盡棄，再加上單片機中的ROM晶元是有擦寫次數的，而一段程序可能需要修改擦寫多次，無形中減少了ROM晶元的使用壽命。模擬實驗是在計算機上進行的（可能會費點兒電），以上問題都不存在，而且就現在的模擬軟體來說，模擬出來的電路效果與真實電路一模一樣，毫不誇張地說，只要模擬是成功的，就可以直接下工廠的流水線生產了。