一、YL-236单片机实训室建设
建设一个科学合理单片机实训室是保证该课程顺利有效实施的基础，选择一套合适的单片机实训设备是建设单片机实训室的关键。我校选择的是亚龙公司YL-236型单片机控制功能实训考核装置，这套实训考核装置是根据职业学校单片机及其应用的教学内容和要求，按照职业岗位的工作内容研发的实训考核设备，而且兼顾了市省国家单片机技能竞赛设备要求。单片机实训室面积、设备台数、设备摆放要视各学校及专业班级人数情况而定。为了便于安全管理和美观，空中电源走线接至各实验台，总电源箱控制。除此单片机实验柜数量摆放、辅助教学的投影、实训室制度、文化建设也是实训室建设的重要内容。
二、单片机实训前管理教育
为能使单片机实训顺利有效实施，实训前教育管理是必须的，而且要将实训全方位要求细致讲解到位。我校在单片机实训第一天前两节课专门用于管理教育，主要包括安全教育、设备维护教育、出勤教育、成绩过程考核教育、室内规定教育等。
三、单片机实训教学过程(案例)
我校单片机教学以实训课方式开展，能够让学生理解单片机开发过程，不仅从软件设计能力上得到了提升，而且也提高了硬件设计能力，对于推动职业学校课程改革工作具有积极意义。单片机实训设备选择的是YL-236，教材选用的是针对YL-236而编写的单片机控制项目训练教程，下面以一个完整的单片机实训项目案例(电子密码锁)分四个步骤来阐述我校是如何开展单片机实训教学过程的。
1.项目任务要求
教师提出本项目任务要求：使用YL-236型单片机实训考核装置设计一个电子密码锁。
具体的任务要求如下：(1)用4×4行列式键盘组成0-9数字键及确认键。(2)用8位数码管显示输入的密码及当前状态信息。(3)用一个独立继电器，控制密码锁开关。继电器得电为开锁状态，继电器断电为关闭状态。
任务功能：(1)上电后，数码无显示。(2)当按下数字键0-9中任意按键时，数码管靠左显示按下数字，再次按下任意键，数码管靠左第二位显示当前数字，以次类推，当数码管8个LED都有显示数字后，不响应继续输入的数字按键。(3)当按下确定键后，单片机对输入的密码与设定密码进行比较，若正确，则控制继电器开锁，若错误，数码管清屏，继电器关闭。(4)开锁后保持20 s，然后自动进入关闭状态。
2.项目任务分析及串讲知识点
本项目比较复杂，教师指导学生将复杂项目分解成多个简单的小项目完成：(1)按键显示电路程序设计。(2)密码检验电路程序设计。(3)整个项目程序设计。
由教师介绍相关知识点：(1)定时中断相关寄存器初值设定、中断函数编写、工作执行过程理解。(2)中间继电器工作原理、程序实现。(3)键盘扫描实现过程、程序理解。
3.项目任务实施
教师分三个部分演示本项目的实施：(1)硬件接线。(2)项目程序编辑：关闭项目、新建项目、新建源程序、程序代码输入、编译链接。(3)项目仿真调试：下载程序代码、运行查错、硬件接线错误、硬件本身故障、软件程序错误、观察实验现象与项目要求一致。最后，学生根据教师的演示分别开始实施项目，教师巡回指导、检查打分情况。
4.项目总结评价
教师进行项目实施情况验收和评价，好的给予积极肯定，对不足的方面提出建议。随后教师再提出问题，与学生进行讨论，加深学生对知识的理解，并进一步拓展理论知识，使学生能够通过项目达到掌握相关知识点和基本技能，从而达到本模块的教学要求。在总结评价中常提出这三个问题：(1)本次学习过程中的收获和有待解决的问题。(2)工作任务的总体完成情况。(3)完成工作任务步骤。
关键词：单片机；教学改革；实训
近几年，随着国内大学扩招，大学生就业压力日趋增加，据调查计算机科学与技术已经成为就业率最低的专业之一。纵观人才市场，严重过剩并未出现：一方面，各类培训机构层出不穷，陆续输送大量计算机人才；另一方面，高校计算机应届毕业生不再受青睐，甚至毕业后还需要参加培训机构，为何会出现这种现象，主要是高校计算机应届毕业生只具备理论知识，而缺乏实际操作项目的经验。企业需要的是有实际操作项目经验的人才。为了与企业需求接轨，一些大学开始趋向应用型人才的培养，增强学生实用性方面的能力。
为了适应时代的发展与企业需求接轨，我系的课程设置也开始趋向应用型人才的培养。《单片机应用技术》实训课程的设置就是很好的例证。《单片机应用技术》实训课程具有实践性强、对应用能力要求高、紧贴市场的特点。该课程的总体教学目标为：单片机实训的目的是通过解决实际问题，巩固和加深《单片机应用技术》课程中所学的理论知识，掌握单片机小系统的软硬件设计方法，把理论设计内容，调试的过程及性能指标的测试结果进行全面的总结，把实践内容上升到理论高度。《单片机应用技术》实训课程是我系近两年刚刚设置的课程，我们的学生没有开设过《单片机应用技术》的理论课程，并且实训课程只有一周的
时间。针对《单片机应用技术》实训课程的特点、教学目标以及我系的实际情况，积极探索《单片机应用技术》实训课程教学方法的改革，对于提高学生实际动手能力具有十分重要的现实意义。
一、教学内容探索
针对《单片机应用技术》课程的特点，结合我们的实际情况和教学实践，在教学内容上进行了精心安排，主要包括下列几大部分：
1. 程序编写。掌握基本指令系统，熟悉常用功能程序段的设计编写。
2. 硬件制作。掌握硬件设计的一般方法，熟悉常用电子元器件的功能，了解最新功能的新元件，努力是自己的设计有较高的性价比。
3. 工具软件的使用。能使用常用的仿真软件。
4. 故障的检测定位与排除。根据故障的特点判断故障的类型，然后排除故障。
二、教学方法的探索
《单片机应用技术》是一门理论与实践紧密结合，非常注重实践动手能力的课程。在教学过程中，根据课程内容的特点采用不同的教学方法。
1.利用多媒体课件演示与实物展示相结合的教学方法。多媒体辅助教学以它直观、形象、生动的演示功能，给学生带来多感官、多类型的刺激，而且能充分调动学生学习的自主性，通过多媒体课件演示教学能够加深学生的理解，增强教学效果。由于我们大部分学生对单片机内部各寄存器的性能不熟悉，在讲授这部分内容时，我们通过多媒体课件对每一个部件的有关内容进行演示。这样大大地调动了学生学习这门课程的主动性。
2.以学生为主，教师为辅的实践型教学方法。在前面的教学过程中，在学生选择了实训项目之后，根据具体的项目要求，自己完成单片机系统外设、接口电路设计和程序的设计，包括原理图设计、PCB板设计、焊接元件、程序的设计工作，考虑到每个学生的实际情况，可能有些学生无法来完成项目从设计到开发实现的过程，那么他就可以参加我们在每个项目的最后给出的设计参考方案，通过整个过程的学习，从而掌握单片机的开发过程。
3.制造故障-查找故障-排除故障的实训性教学方法。对程序故障的排除是程序设计基本技能。在进行故障的检测定位与排除实验时，教师首先讲解程序故障的种类、检测方法以及排除方法，然后让学生对自己程序进行汇编检测，根据软件的提示排除故障，没有故障的程序，学生自己动手制造故障，然后进行分析排除。这样即提高了学生的兴趣，又提高了他们的动手能力。
4.结合实际进行市场调研的教学方法。由于时间关系，学生不能到市场进行实际调研，我们提高互联网，让学生从网上查找各种部件的性能指标以及当前市场的价格，根据自己的实际需要为自己制定一套配置方案，使学生体会制作单片机系统的乐趣。
三、考核方法的探索
对学生进行实践考核，是对学生实际能力最好的检验。考核方法可以分为两种形式：
1. 分步考核。对学生每一次实训的过程以及实训报告进行考核，这样可以促进学生认真对待每一个实训项目，提高学生的实际操作能力。
2 .综合考核。综合考核就是让学生完成自己小设计的一系列实验过程，然后对这一系列过程进行考核，这样有助于培养学生的综合实践能力。
四、目前存在的不足及后期展望
一方面，由于该课程开设的时间较短，课程内容较多，学生学到的只是较为浅显的东西，不能深入到课程的精髓，更没有到市场实际调研的时间，这样使整门课程的教学效果受到很大影响。建议今后在课程设置上能有充裕的时间，使学生的实际应用能力能有更大的提高。另一方面，为了减少实训设备的维修频率和维修费用，建议使用虚拟机进行预先教学。
五、结束语
《单片机应用技术》是一门实践性很强的课程，它跟理论结合很紧密。在今后的教学中，努力加强学生的实践机会，使学生通过这门课程的学习，对他的后续课程及就业有更大的帮助。
参考文献：
[1]李伯成.基于MCS-51 单片机的嵌入式系统设计[M].电子工业出版社，2004
随着科学技术的发展，单片机技术广泛应用于工业、农业、家庭生活等领域，因而《单片机应用技术》这门课程在高职高专相关专业教学中越来越重要。单片机技术涉及的知识面广、理论性强、更新快、实操性要求高，而高职学生基础较薄弱。为了更好地把这门课程教好，要整合教学内容和考核方式，减轻学生的学习负担，纠正学生的学习态度，以提高学生的综合能力，做到情景学习、任务学习，最后能学以致用，零距离上岗。
2.教学内容的整合
传统的教学都是按知识系统的组成原理，逐步介绍单片机的硬件组成及内部结构、指令系统、软件编程、定时/计数及中断、硬件外部接口及扩展、综合应用、按部就班地进行讲解，课程内容涉及模拟电子技术、数字电子技术、微机原理、C语言或汇编语言、PROTEUS仿真软件和KEIL软件。在课程总实训过程中进行作品制作时还与电子装配工艺这些课程有关，高职高专的学生根本没有较深入地学完上述课程，基础较差，理论知识的讲解根本无法让学生理解和领会。为了提高学生的学习积极性，在教学过程中，尽量把知识要点与内容穿插好，应用到各个情景中来，通过一个一个的情景设计以达到学以致用的目的。运用单片机典型实用的例子，学生理解了单片机是如何应用的，并掌握了相关的知识点。情景设计是单片机知识整合的重要手段，要把知识要点都应用到各个情景中来，又要确保情景内容不要重复和情景场面不能太多。在情景教学中，以资讯――计划――决策――实施――检查――评估为主线，具体设计内容如下：
情景内容设计――知识准备――学习设想――项目方案设计――制作过程――过程中的学习状态和反馈――总结和提高。
信号灯控制系统的设计与制作――单片机硬件系统――单片机结构、引脚功能认识――8个发光二极管依次点亮――分组，器材的准备和认识――知识型习题和技能型习题的检查――知识总结与实训报告填写
音调发声器系统的设计与制作――单片机开发系统的组成及原理，音调发声器原理――开发系统的开发过程――用开发系统设计音调发声电路――独立完成发声器电路的连接，完成源程序的输入、调试与运行――填写综合检查表，*.HEX文件是否生成――KEIL软件的使用
交通灯控制系统的设计与制作――程序结构――根据要求选择合适的程序结构――交通灯指示，LED显示――流程框图的编写――交通灯的显示――软硬件联机调试
秒表的设计与制作――定时/计数及中断――综合定时/计数及中断的应用程序――标准频率（1HZ）进行计数、多功能易修改的秒表――产品的制作过程――整个仿真过程的操作演练――程序的烧录，整机的联调
智能小车的设计与制作――LED、键盘及接口、A/D、D/A扩展――LED显示数字和键控程序实现――遥控，传感器，智能控制，数码管显示――遥控、启停智能小车的设计――智能小车作品的演示――故障的检测与排除
3.考核方式的改革
过去，理论考核和实训考核之比为1∶1，由于单片机的实践教学要求很高，因此学生考核方式大胆进行改革，减小笔试考试成绩所占比重，将评定方式改为“平时成绩20% +项目成绩70% + 卷面成绩10%”，平时成绩以平时作业和到课率为主，卷面成绩以理论考核（期中、期末考试）成绩为主，项目成绩包括实验和实训环节。实验考核主要包括基本操作技能、实训纪律和表现、实训报告及总结、作品的工艺和演示结果。实训方面要求学生在期末之前完成几项由教师事前制定的训练项目，这些项目要求学生自主完成，教师不参与指导，在实训过程中，要填写综合检查表，综合检查表中要考虑学生在实验实训中的文件建立及命名、硬件作图、硬件连接、软件流程图设计、程序编写、程序下载、联机调试等整个开发过程中每一环节的检查，并要求学生简要描述本项目的整个工作过程;实训完成时，教学团队填写项目评估表，项目评估表中要依据计划――决策――实施――检查――评估过程中细节评分再进行项目评分，最后依照每个项目成绩评定每期综合评定实训成绩。到期末，教师根据实验实训来进行项目成绩评定。
本文首先对单片机实训室建设预期目标和内容的分析，然后对兄弟院校及相关企业进行大量的调研，确定了单片机实训室建设的功能、内容，目标和特色。并为学生电子竞赛、教师科研、教学改革等提供良好的环境和氛围。
【关键词】
单片机；实训室；调研；内容
1 单片机实训室建设预期目标、内容
1.1 单片机实训室建设预期目标
单片机实训室的建成预计能有效完成电子信息工程技术、软件技术、应用电子技术、网络技术、微电子技术、检测技术及应用等专业《单片机原理及应用》理实一体化课程的讲授与核心课程的实训，并且能为电子机电类、自动控制类等专业提供单片机系统验证或测试平台，实现资源共享，也能为教师科研提供实践平台，以及为大学生电子设计竞赛提供硬件条件和技术支持。
1.2 单片机实训室建设的内容
单片机实训室课程体系从基础到深入，实验设备与课程体系配套，实验内容注重实用性、先进性、综合性，有利于学生动手与创新应用能力提高。
实验实训内容函盖软件实验、硬件基础实验、SYJDP-01单片机开发应用技术实验系统、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。
单片机课程体系中包含的单片机技术内容：单片机系统的开发工具（Proteus7.5和Keil uVision2）；单片机系统的开发流程；单片机C51编程；单片机中断系统编程；单片机人机接口编程；单片机通讯技术，单片机的扩展及常用的芯片介绍。
2 单片机实训室调研目标
通过企业走访、与企业人员座谈、毕业生回访、兄弟院校同行交流等方式，对行业企业用人需求，实训室的研究方向、内容及目标，实验室环境建设及实验室管理等方面进行调研，总结出单片机实训室调研目标为单片机实训室建设目的的合理性和单片机实训室建设的基本要点。
单片机实训室将是一个模拟的校企合作环境，集多专业、多功能于一身，与传统的实验室不尽相同；在这模拟的校企合作环境下，学员可以接触到和操作真正在单片机公司或企业内使用的技术，了解真正的单片机系统的开发流程。
3 单片机实训室调研过程简介
按照学院的部署，在统一安排下，电子信息学院院长、书记，电子教研室主任、软件教研室全体教师等十名同志于2013年10月20日至2013年12月9日分别去陕西工业职业技术学院、西安航空职业技术学院、西安测控电子技术有限公司进行调研，调研的大概内容为：行业企业及人才市场对大学生的知识及能力的需求分析、实训室的培养目标、教师的知识架构、实训室的环境建设及日常的仪器设备维护与管理。
经过对上述各个兄弟院校与企业单位的调研走访，获得以下参考信息：
3.1 单片机实训室建设目的的合理性
3.1.1 西安测控电子技术有限公司介绍行业发展
单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。
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。基于以上原因，不论从教学、科研还是从学生的实际需求等方面来说都很有必要建立单片机实训室。
3.1.2 陕西工业职业技术学院了解实训室运行及行业人才需求情况
由于近年来企业发展速度飞快，学校教育在某些高新技术方面的人才培养相对滞后，造成了人才供需之间的巨大缺口，出现了学生就业难，企业招聘也难的情况。
单片机开发因其广泛的应用领域和巨大的人才缺口，其培训也被列入国家大学生电子竞赛专用项目，并对符合条件的人才培训项目予以支持。
陕西工业职业技术学院单片机实训室建于2002年，每学期承担大量教学任务，为学生的后续发展及专业知识的完备打下了坚实的基础。
3.1.3 西安航空职业技术学院单片机就业情况
西安航空职业技术学院的单片机起步于2000年，目前已经有六界毕业生，主要就业单位为中国航天科技集团九院十六所、深圳富士康等工作，从事单片机产品的初级设计、单片机产品检测、单片机产品工艺及售前及售后技术。
3.2 单片机实训室建设的基本要点
3.2.1 技术先进性
选用国内先进的单片机实训系统，充分的调动学生在课上和课下的积极性和主动性。完备的基础实验设备、实训设备和众多扩展模块极大地丰富了课程的建设。
3.2.2 资源完备性
设备厂商应提供成熟的课程体系及授课讲义；提供完善的实验指导书及实验课件；提供成熟高校的单片机课程的大作业；提供各高校参加全国大学生电子大赛的单片机开发项目；每年提供多次的单片机技术培训机会；
3.2.3 设备实用性
采购的设备应具有完善的实验体系，通过接受该系统的学习，可以使学生由浅入深逐步掌握单片机软件编程、单片机硬件电路设计及单片机系统的开发等相关知识。
4 单片机实训室建设调研分析及结论
（建东职业技术学院电子与电气工程系，江苏 常州 213000）
【摘 要】为了更好地培养高职院校学生的实践动手能力，面对高职自动化、电子信息工程、应用电子、机电一体化专业的学生，对现有的实训教学进行了设计研究，提出项目化的实训教学过程，提高实训教学效率和质量。以单片机实训教学项目为例，介绍了单片机应用实训的项目化教学过程实施，提高学生的实践创新能力。
关键词 实训；单片机；项目化
0 引言
51系列单片机在工业控制，便携式仪器仪表，家电电子等领域被广泛应用。通过不断升级使得51单片机功能更加强大，应用仍然很普遍。大多数高等职业院校在开设单片机实训课程时，实训项目大部分是利用现有的实验教学设备进行训练。由于教学设备是成品，线路大多在成品电路板中已经设计好了，从外部根本看不到电路是如何连接的，且生产商很少配备完整的电路原理图，学生在做实训时，要求连的线很少，很难参与到电路设计的细节中，动手能力也就很难在实训课程中得到训练和提高。而且传统教学过程中未引入工程项目实践设计，导致学生缺乏整体设计能力,动手能力普遍较差。
基于该课程应用性较强的特点，必须把实验和实践教学环节作为学习的关键。通过总结近年实践教学的经验，本文将通过过程项目化教学开展实训，使学生直接参与到项目过程中，以真实的工作过程及工作步骤为依据，融合“教、学、做”一体化的教学手段，用以提高学生的单片机系统设计的动手能力。
本文以简易音乐播放器设计项目为例讲解单片机应用实训的项目化教学实施。
1 任务引入
该项目任务设计一个简易的音乐播放器，硬件电路如图1所示，图1是由单片机最小系统，独立式按键电路、数码管控制电路及蜂鸣器电路组成，通过对该项目的proteus仿真实现，学生可以锻炼综合运用按键、数码管及蜂鸣器的软硬件设计方案。在图1中，利用K1按键对选定播放的音乐段，在播放的过程中可用此按键暂停；用K2按键选择待播放的几段音乐中的一段；数码管显示当前系统所播放的是选中的是第几段音乐。该项目硬件电路设计实际上并不复杂，软件编程主要是单片机定时器技术、中断技术的应用。教师可以通过对音乐索引和节拍产生原理的讲解，让学生掌握每个高脉冲或低脉冲的延时形成某种频率的声音输出方法，每个不同频率声音输出的时间长短形成节拍的方法，以及高低音的产生方法。
通过硬件和软件的设计和学习，该项目实施并不复杂，但涉及到学生学习过的课程门类还是比较多的，学生必须通过对Protel课程、C语言课程、单片机课程与音频产生知识等相结合，把单门课程动手实训转换为以实际工作环境为导向的顺序工作过程，按照步骤学习的过程就变成了实际项目实施的工作过程，且学习的每一步骤是实实在在的工作过程，有效地将学生的理论知识、实践知识、职业态度和情感等内容整合成相对完整的有机系统。
2 项目实施步骤
通过项目的内容描述，使学生更加清楚地了解实训的目的，学生知道该做什么。结合实训，我们将对实施项目化的过程进行具体研究设计。
2.1 总体设计
根据简易音乐制作的工作顺序，对该实训项目进行总体设计，将整个实训过程分解成各个具体工作任务，然后整理成与各个分解内容相适应的八个步骤，实训时间为二周，内容如表1所示。
2.2 具体实施
表1很详细的给出了总体设计，这就要求我们教师必须对每一个工作步骤进行认真设计，让学生有明确的目标，引导学生对每个步骤进行思考和实践，这样可以较大地调动学生学习单片机的兴趣。
我们对实训班级进行分组，随机指定3~5人为一个小组，不允许自由组合。这样对以后学生的就业是有利，在企业的岗位上是没有资格挑选同事的，同时也能培养学生的团队协作能力。
如步骤五，教师设计时的主要内容有：1、学习目标2、工作内容3、教学设计4、教学材料。学生在这一步骤结束时，可以掌握KEIL软件的使用、汇编程序的编写、软件模拟调试的具体应用等相关实际工作内容。且每一个步骤完成后可以在表2中进行评价。
实训过程中的每一个步骤都必须与指导教师充分交流和探讨后方能进行下一步骤，虽然这样会增加实训指导老师的指导工作量，但可以从过程中很好地把握学生的完成情况，也让大多数学生能够完成项目的任务得到保障。
2.3 成绩评定
成绩评定的方式如表2所示，它可以很好地评价项目化教学过程中每位同学应该获得的成绩，也可以更好的与其它教学模式进行对比，从而体现出过程项目化教学的优势。以小组为单位，检查每个学生制作的产品是否满足设计要求，K2按键按下能否正常的选择所要播放的歌曲，K1按键按下能否正常的播放完一段完整的所选歌曲以及数码管能否正常显示所选歌曲的编号。以答辩方式进行考核，要求每位同学回答2到3个有关该项目制作过程中的软硬件设计、系统仿真制作以及实训体会等方面的问题，根据这些内容的完成情况由教师填写教师评定成绩；小组互评内容在每个步骤完成后根据教师设计的每一步骤内容完成情况由小组集体评价填写相应的互评成绩，适当增加互评成绩在总成绩中的比重，这样有利于对同一水平的产品发现问题和解决问题，让同学之间进行对比，加深学生对项目实施过程中的产生问题的印象；自评内容是每位同学自己在每次步骤完成后，根据教师设计的每一步骤内容完成情况进行打分，并给出各个步骤的说明。每位同学的最终综合成绩=教师评定成绩*30%+小组互评*50%+自评*20%。
3 结语
通过以上对单片机实训方法的改革探索和实践，形成了以学生为主体、教师为主导的教学课堂，形成了讲与练相结合、教与学互动的教学模式。教学效果已有明显改善。学生的学习兴趣得到了提高，学生在实训的过程中能积极思考，发现问题并解决问题。学生的知识体系在真实的工作过程中，在小组协作的过程中得以建立。这不仅培养了学生的专业能力、社交能力、团队精神，同时也增强了学生的自信心。当然，教学改革是一项长期和系统的工程，我们将继续努力，培养符合社会需求、更加优秀的相关专业人才。
参考文献
［1］刘燎原,孙秋波.Proteus软件在单片机项目教学中的应用[J].徐州建筑职业技术学院学报.
[关键词] 项目驱动 单片机教学 课程改革
《单片机应用技术》是电子、电气类专业学生必修的专业技术核心课程,也是学生较难掌握的课程。通过多年的教学改革实践,我们开发了单片机教学实训板,并以此作为实施项目式教学的载体,收到良好的教学效果。
一、开发单片机教学实训板作为项目式教学载体
为帮助单片机学习者创造一个廉价、实用的硬件环境,我们专门设计了单片机教学实训板(图1),利用该板可以完成大量的单片机学习、开发实验,对学生学习单片机有极大的帮助。由于该板采用了在线可编程的AT89S51单片机,因此,该板还具有单片机程序下载功能,在下载软件的作用下,可将编辑、编译、调试好的单片机代码下载到AT89S51单片机中。下载完成以后,实验板即可脱机工作。学习者只需有一台电脑就可学习单片机,而无需自备价格较高的仿真器与编程器。
图1 单片机教学实训板
二、以单片机实训板为载体,构建项目式教学学习情境
项目教学就是师生为完成某一具体的工作任务而展开的教学行动。将某门专业课程分为若干知识(技能)单元,每个单元作为一个教学项目,实行理论、实践一体化的单元式教学,每个单元教学以完成一个作业来结束,并进行下一个项目的教学。实施项目式教学,学习情境的构建很关键。
学习情境是教师在典型工作任务的基础上,由教师设计用于学习的“情形”和“环境”,是对典型工作任务进行“教学化”处理的结果,通常用学习任务来表示的主题教学单元。
本课程是以工作过程为导向,以典型任务为基点,综合理论知识、操作技能和职业素质为一体的思路设计的。根据专业能力目标、方法能力目标、社会能力目标,将课程划分成相对独立,整体由简单到复杂的学习情境,见下表:
学习情境的设计既具有真实性,又具有先进性。为了使教学内容更符合工作实际,各学习项目的设计、元器件的选用、电路的焊接、及软件编程都尽可能符合企业产品的生产标准;教学以89S51、89S52为主讲机型,该机型与89C51、89C52相比,具有可在线编程功能,并内置看门狗电路,是比较实用的51系列单片机;教学内容跟踪单片机技术的发展,如引入串行技术,采用I2C总线接口技术的时钟芯片PCF8563、采用单总线(1-wirebus)技术的数字温度传感器DS18B20等。教学中删去了以往以并行接口方式为主的单片机扩展技术,及传统的A/D芯片0809等的介绍。
为避免进行单独的枯燥指令与编程教学,采取体验性学习方式,融理论教学于实践教学及实际工作体验中融编程与指令教学于实训项目中,学生用到哪,学到哪,会用即可,不过于追究指令与程序的原理。
三、学做一体,实施行动导向教学模式
行动导向教学强调不再把教师掌握的现成知识技能专递给学生作为追求的目标,或者说不是简单地让学生按照教师的安排和讲授去得到一个结果,而是在教师的指导下,学生去寻找得到这个结果的途径,最终得到这个结果,并进行展示和自我评价。通过完成任务的行动过程,实现专业能力、关键能力(方法能力―学会学习、社会能力―学会生存、学会交往)的有效培养。下面以一个具体学习情境设计对教学过程作以说明。
教学中充分发挥教与学的积极性,由若干问题启动课堂教学,经过启发式的推衍,最后归纳总结,引导学生循问题而思考,提高对知识的领悟力,加强对关键内容的理解;适当加强师生互动环节,活跃课堂气氛,促进学生自主思考提出问题,解答问题,激发学生潜能。
在学习考核中,既考核学生对基本知识与技能的掌握程度,同时考核学生的创新能力。如在彩灯设计、音乐编程中,鼓励学生大胆想象,充分发挥自主创新意识,根据每人完成的复杂程度及创新程度给以成绩鼓励,取消了期末笔试,以平时大作业成绩及期末综合设计作为课程考核总成绩。
按照这种教学模式,学生仅利用课内时间学习是远远不够的。具体的实践操作内容要求学生在课外时间完成,这也相当于改变了传统的课外作业形式与内容。教师在课外时间为学生辅导,同时开放单片机实训室,并由学生自行管理,为学生提供充分的学习条件。通过举办电子设计大赛,进一步提高了学生的创新意识与团结协作精神及独立工作能力。
四、以单片机教学为核心,合理整合相关课程,提高教学效率
1.与《PROTEL99印制板电路设计》课程教学有机结合
《PROTEL99印制板电路设计》是高职电子专业必开的技能课。通常是单独开设该课,需要较多学时,但由于教学针对性不强,学生学习效果并不好。现将该课作为单片机课程教学的一个实践项目,要求学生在两周时间内以实训的方式完成单片机实训板的电路图绘制及制板工作。教学目的明确,针对生强,学生既掌握了PROTEL制板技能,又进一步掌握了单片机实训板的硬件电路设计原理,对单片机教学起到了良好的辅助作用。
2.与《传感器技术》课程相融合
《传感器技术》也是高职电类专业学生应该掌握的内容。但在以往教学中教师过多讲授传感器原理知识,而对具体应用技术讲授很少,主要是缺乏实践载体。现在可以单片机实训板为载体,利用各种传感元件设计不同的项目,既讲授了传感器知识,又进一步巩固了学生单片机应用能力,相得益彰。
参考文献:
[1]马彪.单片机应用技术[M].上海:同济大学出版社,2009,5.
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
[2] 刘增辉.模块化生产加工系统应用技术 [m].北京:电子工业出版,2005.
【关键词】项目导向；任务驱动；高职；单片机技术实训
一、课程背景及定位
随着珠三角地区经济的高速发展，各类企事业单位对应用型人才的需求量猛增，尤其在以电子制造业为支柱产业的东莞，高技能应用型人才更是供不应求。但调查发现，用人单位普遍反映高职毕业生在实践方面，尤其是对产品整体把握的能力十分欠缺，《单片机技术实训》课程正是基于这种背景开设的。
《单片机技术实训》是高职院校“电子信息工程技术”专业的核心课程之一。它是使学生掌握单片机硬件设计和软件设计的相关知识、单片机系统的组成和开发方法以及单片机应用系统调试、测试与维护技术，并在学习实践的基础上了解基于单片机控制的电子产品生产工艺和管理方法。课程基于理论学习之上，旨在锻炼学生实际应用能力，培养学生的设计兴趣，逐步深入，最后达到学生能独立设计开发单片机相关产品的教学目的。
笔者结合两个学期以来在《单片机技术实训》教学中的体会，阐述“项目导向、任务驱动”教学模式下该课程的设计思路、课程内容、课程评价体系以及课程特色与创新。
二、课程设计思路
1.以岗位职业技能为模块组织教学单元
根据嵌入式从业人员岗位职业能力的需求，我们在教学中设计了1—2个独立的课内实训项目。同时以项目为导向，将课程知识体系分解为5个技能教学模块，即5个具体的工作任务（典型的单片机系统开发过程——电路图的仿真、PCB板的设计与制作、程序设计与调试、单片机系统仿真、程序烧录及软硬件联调）。然后以工作任务为驱动，采取个别讲解、分组分模块教学和操作演示等方法引导学生完成各个任务，从而通过一个独立的实训项目达到对课程知识点的巩固以及对岗位职业技能的掌握。
2.通过开放性实训培养学生的创新能力
课内教学之余，为培养学生的动手实践能力，我们还设置了3—5个课外实训项目。项目是开放性的，即实训室在课余时间对学生开放，由学生自己进行软硬件设计。其中每个项目都给出了实训目标和要求，由学生根据自己的专业兴趣自行选题进行嵌入式系统的设计，最后提交设计制作的样品，并提交实训报告等资料。
3.行业兼职教师教学，注重培养学生职业习惯的养成
高职院校所具备的优势就在于与行业企业有密切的合作，从而具备充足的实践教学资源。我们积极邀请具有工程师或高级工程师资格的行业兼职教师进行实践技能教学，同时也创造条件让学生参与工学交替，深入企业一线，在校外指导老师指导下让学生在“学中做”、“做中学”，在实践技能传授之余也促进学生良好的职业意识和职业习惯的养成。
4.采用“多元化”能力评测代替传统的评价方式
在课程考核中，期末的实训报告不再是成绩评定的唯一标准，我们采用课堂考核等形式多样的考核评价模式，将项目分模块、分阶段考核。
三、课程内容
课内实训项目必须要涵盖每个工作任务，也就是说在项目实现的各个阶段必须要能体现单片机电路图的仿真、PCB板的设计与制作、程序设计与调试、单片机系统仿真、程序烧录及软硬件联调等技能教学模块。基于此，我们设计了“简易电子琴的设计制作”项目。首先学生要完成MCS-51单片机开发所需基本知识的学习，即熟练掌握单片机各管脚的分布及功能、内部结构和基本原理；其次要掌握程序及硬件电路设计方面的知识，即掌握单片机C51程序设计与调试的方法、使用Proteus进行单片机系统仿真的方法以及使用Protel99设计硬件电路图和PCB板图的方法；最后还需掌握单片机系统设计与调试步骤的一般方法。表1中列出了项目“简易电子琴的设计制作”的教学内容、教学目标及“任务驱动”的具体实施步骤。
四、课程评价体系
为了让本课程更好的体现并贯彻“技能培养为主，知识够用为度”的教学思想，培养学生的创新意识，提高岗位实践能力，本实训课对学生的考核主要是实际操作能力和解决实际问题的能力。考核主要由以下三个部分组成：出勤、课堂考核和实训报告。表2给出了课堂考核的评价标准。
课程成绩形成方式：
项目 出勤 课堂考核 实训报告 总分
分数 20% 70% 10% 100
五、课程特色与创新
1.大力推广“项目导向、任务驱动”教学模式，在教学中以项目为中心组织课程内容，让学生在完成项目的过程中掌握专业技能，并通过项目的实现来形成相应职业能力。通过项目的提出，分解出知识目标和职业技能目标，引出基本知识点，结合知识点掌握工作任务操作要领，让学生结合任务的操作过程独立实现项目目标，最后完成实训总结报告。
2.教学班是主要的教学组织，注重实训课教学方法的灵活。在基本操作技能训练时，采用实训课堂教学形式，做好教学组织、入门指导、示范讲解、巡回指导和结束指导各教学环节。贯彻讲解与示范相结合，集体指导与个别指导相结合的方法。
3.实训过程中，注重培养加强学生的思想道德教育、职业道德教育和安全文明生产教育，培养学生良好的职业素质。教师要注意激发学生刻苦学习的精神和克服困难的意志和信心，要求学生严格按规范操作，扎扎实实练好基本功。
4.实训指导教师全面熟悉和掌握产品的工艺，了解学生实际，注意培养学生所学技术理论知识在生产实际中的应用能力，注意培养学生组织和管理班组生产的能力，最后逐步达到职业素质养成目标的要求。
5.充分发挥学生学习的主观能动性。在本课程的教学过程中，注意训练学生动手焊制电路板的能力、编程的动手能力和软硬件联合调试解决问题的能力，鼓励学生充分使用以前实训课程中已经掌握的操作方法和技能，通过网络资源、自由探讨等方法发挥自主能动性，去解决遇到的新问题。
6.每个实训项目均由多个分解任务模块组成，课程考核结合平时出勤、课堂考核和期末实训报告综合打分，其中以课堂考核为主，同时注重分解任务模块的完成情况的考核，以便保持整个班级实训进度一致，杜绝抄袭。
7.教学内容全部上传到学院的在线作业系统上，本课程的教学大纲、教案、参考资料等全部上网，向学生免费开放，学生可以在课外自主学习提高。
参考文献：
[1]姜大源.职业教育学研究新论[M].北京：教学科学出版社，2007.
[2]徐涵.以工作过程为导向的职业教育[J].职业技术教育，2007（34）：6-9.
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