关键词：AT89C51串行口无线数字电台串行通信
一般的数字采集系统，是通过传感器将捕捉的现场信号转换为电信号，经模/数转换器ADC采样、量化、编码后，为成数字信号，存入数据存储器，或送给微处理器，或通过无线方式将数据发送给接收端进行处理。无线数据传输系统就是样一套利用无线手段，将采集的数据由测量站发送到主控站的设备。
1系统组成
系统组成如图1、图2所示。
系统由测量站和主控站两部分组成。测量站主要完成对现场信号的采集、存储，接收遥控指令并发送数据。主控站的主要工作是发送遥控指令、接收数据信息、进行数据处理和数据管理、随机显示打印等。
2AT89C51与数字电台的串行通信
Atmel公司的AT89C51单片机，是一种低功耗、高性能的、片内含有4KBFlashROM的8位CMOS单片机，工作电压范围为2.7～6V（实际使用+5V供电），8位数据总线。它有一个可编程的全双工串行通信接口，能同时进行串行发送和执着收。通过RXD引脚（串行数据接收端）和TXD引脚（串行数据发送端）与外界进行通信。
2.1通信协议与波特率
数字电台与单片机、终端主控机的通信协议为：
通信接口——标准串行RS232接口，9线制半双工方式；
通信帧格式——1位起始位，8位数据位，1位可编程数据位，1位停止位；
波特率——1200baud。
数字电台选用Motorola公司的GM系列车载电台，工作于VHF/UHF频段，可进行无线数传（9线制标准串行RS232接口），也可进行话音通信；采用二进制移频键控（2FSK）调制解调方式，符合国际电报电话咨询委员会CCITT.23标准。在话带内进行数字传输时，推荐在不高于1200b/s数据率时使用。实际使用时，电台工作于220～240MHz频率范围，采用半双工方式（执行收、发操作，但不能同时进行）即可满足系统要求。
2.2AT89C51串行口工作方式
AT89C51串行口可设置四种工作方式，可有8位、10位和11位帧格式。本系统中，AT89C51串行口工作于方式3，即鳘帧11位的异步通信格式：1位起始位，8位数据位（低位在前），1位可编程数据位，1位停止位。
发送前，由软件设置第9位数据（TB8）作奇偶校验位，将要发送的数据写入SBUF，启动发送过程。串行口能自动把TB8取出，装入到第9位数据的位置，再逐一发送出去。发送完毕，使TI=1。
接收时，置SCON中的REN为1，允许接收。当检测到RXD（P3.0端有“1”到“0”的跳变（起始位）时，开始接收9位数据，送入移位寄存器（9位）。当满足RI=0且SM2=0或接收到的9位数据为1时，前8位数据送入SBUF，第9位数据送入SCON中的RB8，置RI为1；否则，这次接收无效，不置位RI。
串口方式3的波特率由定时器T1的溢出率与SMOD值同时决定：
方式3波特率=T1溢出率/n
当SMOD=0时，n=32；SMOD=1时，n=16。T1溢出率取决于T1的计数速率（计数速率=fosc/12）和TI预置的初值。
定时器T1用作波特率发生器，工作于模式2（自动重装初值）。设TH1和TL1定时计数初值为X，则每过“28-X”个机器周期，T1就会发生一次溢出。初值X确定如下：
X=256-fosc×(SMOD+1)/384×BTL
本系统中，SMOD=0，波行率BTL=1200，晶振fosc=6MHz，所以初值X=F3H。
2.3AT89C51与数字电台的硬件连接
AT89C51与数字电台的硬件连接如图3所示。
系统采用异步串行通信方式传输测量数据。利用单片机串口与数字电台RS232数据口相连。电台常态为收状态（PPT=0，收状态；PPT=1，发状态），单片机P3.5脚输出高电平。单片机使用TTL电平，电台使用RS232电平，由MAX232完成TTL电平与RS232电平之间的转换。3片光电耦合器6N137实现单片机与电台之间的电源隔离，增强系统抗干扰性能。
单片机通过带控制端的三态缓冲门74HC125、非门74HC14控制电台的收发转换，以及指令的接收和数据发送。接收时，P3.5=1,c2=1，74HC125B截止；P3.5经74HC14反相、光电隔离，使电台PPT脚为低电平，将其置为接收状态；同时c1=0，74HC125A导通，接收的指令由电台的RXD端输入，经MAX232电平变换、光电隔离、74HC125A缓冲门，送入单片机RXD脚。发射时，P3.5=0，经74HC14反相、光电隔离，使电台PPT脚为高电平，将其置为发射状态；同时c1=1，74HC125A截止，c2=0，74HC125B导通，数据由单片机TXD脚输出，经74HC125B缓冲门、光电隔离、MAX232电平变换，通过电台TXD端口将数据发送出去。
3通信软件设计
通信软件至关重要，一旦出现问题，整个系统就会瘫痪。采取差错控制与容错技术是非常重要的。
*主控站发送的指令中包含一定数量的同步符55H和3字节的密码。测量站在连续收到5个同步符后进行密码验证，验证通过后正式接收指令字节；如未通过，则测量站发一信号让主控站重发，三次验证不过则停发该命令。测量站发/主控站收时，验证方式与此相同。验证通过后，测量站开始发送数据。
*一个指令由3字节构成，第二字节等于第一字节加上35H，第3字节等于第二字节加上36H。如果收到的指令不符合此规则，则重发该命令，连续三次错误时停发。
*主控站每发一个指令，测量站都回送一个应答信号。该应答信号中包含原指令样本。
下面给出单片机串行口与电台的基本通信程序。
初始化程序：
BTLEQU2FH；波特率放在内部RAM的2FH单元
MOVTMOD，#21H；T0方式1，16位计数器，T1方式2，串口用
SETBTR0；启动T0
MOVBTL，#0F3H；波特率设定为1200
MOVSCON，#0C0H；串口方式3，9位数据，禁止接收
接收及验证程序：
NUMEQU2BH；同步符个数值存放在内部RAM的2BH单元
TEMPEQU2CH
ROM-CH：DB55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H
DB55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H；20字节同步符
MIMDB''''WSC''''：3字节密码“WSC”
SETBP3.5；置电台收状态
SETBREN；允许串口接收
A1：MOVNUM，#0；记录连续到同步符55H的个数
A2：JBRI，A2；串口有数据转A3
A3：CLRRI；清接收中断标志
MOVA，SBUF；读串口数据
CJNEA，#55H，A1；不是同步符转A1
INCNUM；收到的同步符个数加1
MOVA，NUM；取收到的同步符个数
CJNEA，#5，A2；未收够连续5个55H转A2
A4:MOVNUM,#0;密码验证，记录收到密码字节数
A5：MOVDPTR，#MIM；密码字符首址
MOVA，NUM
MOVCA，@A+DPTR；查表取密码
MOVTEMP，A；保存密码
JBRI，A6；串口收完一个字节转A6
…
A6：CLRRI；清接收中断标志
MOVA，SBUF；读串口数据
CJNEA，TEMP，A4；与密码不符转A4
INCNUM；收到的密码个数加1
MOVA，NUM；取已收到的密码字节数
CJNEA，#3，A5；密码未收完转A5
发送程序：
CLRP3.5；置电台发状态
MOVB，#23
MOVDPTR，#ROM-CH
B1：CLRA
MOVCA，@A+DPTR；查表发送同步符和密码共24字节
INCDPTR
LCALLSEND-CH；调发送单字节子程序
DJNZB，B1
…
CLRA
MOVDPTR，#7000H；外部RAM数据首址，发送外部RAM中的数据到电台
B2：CJNER4，#0，B3
CJNER3，#0，B3；R4R3=发送字节数
B3：MOVXA，@DPTR；取数据
INCDPTR
LCALLSEND-CH
CJNER3，#0，B4
CJNER4，#0，B5
B4：DECR3
LJMPB2
DECR3
DECR4
LJMPB2
…
SEND-CH：SETBTB8
MOVSBUF，A
DB0，0，0，0，0，0，0，0
JNBTI，$；延时4μs
CLRTI
RET
1.1课题的提出及意义
单片机作息时间控制实现了对时间控制的智能化，摆脱了传统由人来控制时间的长短的不便，实现代学校必不可少的设备。
1.2设计的任务及要求
1．作息时间能控制电铃
2．作息时间能启动和关闭放音机
单片机作息时间控制的功能如下：
使用4位七段显示器来显示现在的时间。
显示格式为“时分”
由LED闪动来作秒计数表示
具有4个按键来作功能设置，可以设置现在的时间及显示定时设置时间
一旦时间到则发出一阵声响，同时继电器启动，可以控制放音机开启和关闭。
第二章总体方案设计
2.1芯片比较
2.1.1单片机选型
当今单片机厂商琳琅满目，产品性能各异。常用的单片机有很多种：Intel8051系列、Motorola和M68HC系列、Atmel的AT89系列、台湾Winbond(华邦)W78系列、荷兰Pilips的PCF80C51系列、Microchip公司的PIC系列、Zilog的Z86系列、Atmel的AT90S系列、韩国三星公司的KS57C系列4位单片机、台湾义隆的EM-78系列等。我们最终选用了ATMEL公司的AT89C52单片机。AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元，功能强大AT89C52单片机适用于许多较为复杂控制应用场合。
2.1.2显示器接口芯片的选择
LED显示器接口芯片的选择常用的显示器接口芯片有CD4511，CD4513，MC14499，8279，MAX7219，74HC164等，它们的功能有：1.CPU接受来自键盘的输入数据，并作预处理；2.数据显示的管理和数据显示器的控制。CD4511是BCD锁存，7段译码，驱动器，但在显示6和9时，显示为b和q，不是很好看。CD4513是BCD锁存，7段译码,驱动器(消隐)，但现在市面上不好买。MC14499为串行输入BCD码——十进制译码驱动器，用它来构成单片机应用系统的显示器接口，可以大大减少I/O口线的占用数量。但是，由片内震荡器经过四分频的信号，经位译码后只能提供4个位控信号，使信号的采集受到限制；并且，MC19944的价格偏高，也不经济。同样，8279为INTEL公司生产的通用键盘/显示器接口芯片，其内部设有16*8显示数据RAM，若采用8279管理键盘和显示器，可以减少软件程序，从而减轻主机的负担，但我们同时也发现，由于其功能比较强大，不可避免将会使设备与操作过程复杂化，同时价格比较贵。对比一下MAX7219和
74HC164其占用资源少，且不需复杂的驱动电路。但MAX7219虽然比较好用，且一片能驱动四个数码管，但对于我们设计的系统来说，不需要很多数码管，此外MAX7219相对74HC164的价格也比较贵，所以我们最终选用74HC164，下面对MAX7219作一下介绍。
特点：
(1)采用3线串行接口传送数据；
(2)内部有8字节显示静态RAM和6个特殊功能寄存器，相当于14个字节的RAM单元。它们是可寻址的，即可以有选择的任意写入；
(3)只需一个外部电阻即可调节LED的段电流，并且允许程控方式LED通电的占空比而可方便的调节LED显示的亮度，或用于模拟亮度显示；
(4)可LED显示器的扫描个数；
传统的单片机原理与应用课程教学的课堂上，大多单纯依靠老师的讲解。老师为了把一些抽象的概念，难懂的知识点讲解清楚，往往需要花费大量时间。并且，即使花费了大量的时间，有时因为硬件设计、系统开发等内容，也不容易在简单的平面教学中清楚地讲解，不能使学生产生感性认识。运用多媒体课件与传统教学相结合，把传统教学中难讲难理解的知识做成多媒体课件，不仅可以节省大量教学中板书的时间，还可以提高教学的质量和效率。同时老师在课堂上使用的多媒体课件一定要经过精心的准备，内容要选择难讲难理解的典型事例，通过仿真把结果动态演示出来，即能加深学生对问题的理解，又能激发学生的学习兴趣，灵活应用现代教学手段，突出解决该课程中实践性强的知识点，与传统教学相结合，对重点和难点内容进行透彻、清楚的讲解，使表现形式更加形象化，更容易理解，从而提高学生的学习兴趣。除了课堂教学，还可利用网络资源来最大限度的丰富课堂外学习，建立大范围的教学资源平台—教学网站，尽量实现优质教学资源共享，避免不必要的人力物力的浪费。利用教学网站，给学生提供学习与应用单片机技术的网络平台，开成良好地互动，真正实现教与学的有效整合[2]。
2选择合适的多媒体课件以满足教学需求
把多媒体课件应用到单片机课程的教学过程中，使得单片机教学不再枯燥，不仅可以使学生提高对理论知识的认识，而且通过仿真实例可以使学生熟悉单片机系统的开发方法，进而培养学生的动手和实践的能力。但是多媒体课件良莠不齐，必须选择合适的多媒体课件否则事得其反。首先，电子课件的开发工具有很多种，每种工具软件有各自的特点，要合理选择。在单片机多媒体课件的开发过程中，笔者所在教学团队，结合了电子课件开发工具PowerPoint和单片机仿真软件PROTUES，使用PROTUES针对具体实例开发出仿真程序，同时把仿真结果动态的插入到PowerPoint制作的电子课件中，使得多媒体课件能够演示单片机工作的动态及结果，感性且直观，同时又增加了课件的趣味性。其次，要及时更新多媒体课件以适应单片机技术的发展速度。《单片机原理与应用》是一门内容多且杂、实践能力要求高、发展迅速的课程，为了适应数字系统的不断发展，多媒体课件中动态仿真实例要尽可能的选择新事例，一方面能增加知识量，使课程和发展形势紧密结合，另一方面也能调动学生的学习兴趣，从而提高教学效果。
3结束语
[关键词]单片机、建筑设备、项目教学、实践考核
中图分类号：G421 文献标识码：A
[中图分类号] TU855[文献标识码]A
近年来，单片机以其控制能力强、可靠性高、通用性好、扩展灵活、体积小、价格便宜等优点，在工业控制、家用电器、建筑设备等大多数行业都有广泛的应用[1]。在智能建筑中，电梯控制系统、空调温控系统、安防系统、消防系统、照明控制系统中均可见到单片机的踪影[2]。因此，对于需要熟知建筑设备原理的建筑设备类高职学生掌握单片机应用技术显得相当重要。在我校建筑设备、建筑电气、楼宇智能化专业中均开设有单片机课程，但传统的单片机教学存在重理论轻实践、考核方式单一等诸多弊端，造成学生单片机应用能力不足，与企业要求的高技能型人才培养存在较大差距[3，4]。基于上述情况，本文从案例教学的角度以及基于自主研发的单片机实践教学平台对这门课程的教学模式进行探讨。
一、单片机教学的现状
高职高专单片机教材众多，但从内容编排看大多是叙述单片机内部硬件结构、单片机指令系统、汇编程序设计、单片机定时/中断、单片机的扩展应用以及电路接口相关理论知识，与实际工程应用联系较少，使得学生学完之后仍无法应用于实际工程。现行的教材中虽配有实验，但也多为验证性实验，内容较为陈旧、模式单一，缺少创新性的训练和锻炼，一般都是老师按照大纲要求操作几个实验，学生跟着模仿完成规定的实验等这样的教学模式，而学生就缺乏在实验中积累解决工程实践中问题的经验，无法进一步提高其能力。
我校建筑设备类专业学生生源包括普通高中生、中职升高职对口生等学生，在学习自主性、知识接受能力方面都存在一定的差异，面对枯燥的理论知识传统的教学方法难以提起学生的学习兴趣。因此应该因材施教，注重教学实验讲解及着重培养高职学生的动手能力，理论结合实践，以实验带动理论学习，以实验加深理论理解，方才能够取得良好的教学效果。
目前单片机课程的考核通常是平时成绩与期终成绩三七开，实验成绩计入平时成绩，期终测验重点考核理论知识，采用闭卷笔试形式进行考核。而闭卷考试形式只能在一定程度上考查出学生对知识点的理解与记忆，很难灵活地考查出学生的分析与解决问题的能力。这种考核形式容易使学生误以为学习单片机只要死记硬背知识原理即可，实验技能的培养并不重要，从而树立错误的学习导向。
二、单片机教学的改进
（一） 课程的引入
单片机的第一课，首先要让学生对单片机的应用有一个感性认识。利用自主开发的单片机控制系统给学生演示最基础的流水灯控制，使学生能联想到街道上的霓虹灯、交通灯、广告牌等，并通过改动极少的参数实现他们所想的功能。直观的演示以及告知学生在学习单片机的过程中每个人都可以实现这样的系统，容易激发学生学习单片机的积极性，树立学生学习单片机的自信心。
（二） 调动学生学习的积极性
高职学生的特点是一般抽象思维能力不足，若直接教授编程语法知识则难以引起他们的兴趣。因此应多注重形象思维方面的教学，在实际教学过程中先做后学，在做中学习理论知识，最终完成教学任务。目前市场有很多单片机实验箱或实验模块供学生学习，运用实验模块的确可以快捷方便地进行操作，但实验模块最大的缺点是不能进行硬件设计，也不能使学习了解整个单片机系统开发的过程。因此我们在教学时并不直接把成品的实验箱提供给学生，而是仅提供原理图和PCB板图，打印出图、转印做板、元器件焊接等全部由学生自己完成，当学生亲手完成了项目的设计与制作，看到实际效果时会充满了喜悦和成就感，这会激发学生学习单片机的积极性与创造性。
（三） 合理设计实验项目教学内容
为能达到教学大纲的要求，并结合建筑设备类专业学生就业后的工作性质特点，在教学过程设计了七个基础项目（模拟交通灯、计数器、电子时钟、液晶显示广告牌、简易数字电压表、温度测试、电机驱动）和一个综合项目（智能电梯控制系统），在每个项目均给予学生详细的实验方法、程序流程图、范例程序及程序解析，让学生通过输入范例程序理解程序中各指令的作用和程序的结构；根据电路原理，重新编制程序完成各基础项目所规定的任务，以达到学生能够独立编程的目的；最后通过综合项目智能电梯控制系统的设计和调试，让学生全面掌握硬件和软件这一有机的整体，形成单片机应用“系统”的概念，培养开发单片机应用系统的综合能力。另外，在每个项目完成之后，均配有和工程实践联系紧密的扩展项目，在相同或经少许的改动的硬件基础上，改写相应的程序即可完成各种不同的功能，这样会让学生觉得单片机系统就在他们生活中，也会大大提高学生的学习热情。
（四） 实践考核与理论考核相结合
考核的目的在于检查教学效果，以便改进教学工作，提高教学质量，督促学生积极努力地学习。对于单片机这种应用性极强的课程，考核方式应以实践考核为主，考查学生是否真正能学以致用。为此，在考核方式上做了以下尝试。理论考试采用开卷的形式，主要考查学生对知识的掌握和应用能力，题型采用分析和程序设计题为主，答案不唯一，可以引导学生开动脑筋编写最佳程序，培养学生严密的逻辑思维和推理能力。实践考核类似于综合实验项目，目的是检查学生对单片机系统的掌握程度和综合应用能力。理论考试和实操考试都及格时，本课程才能获得学分。这样做可以避免有些学生因实操薄弱而用理论成绩弥补的现象，引导学生强化实践能力方面的锻炼。
三、结束语
在高职院校教学过程中，单片机应用技术课程是一门理论性和实践性都很强的综合课程，需要多个方面的有机结合。本文根据开发的建筑设备类专业单片机的实践教学平台，采用实践先行、理论并重的教学模式进行教学，经实践证明该教学方式效果良好，大大提高了学生对单片机学习的积极性与实践动手能力，得到了学生与学院的认可。
【参考文献】
[1] 王静霞. 单片机应用技术-C语言版[M]. 北京：电子工业出版社，2009.5
[2] 张世冬. 单片机在楼宇照明中的应用[J].科技致富向导，2011（11）：122.
[3] 王新刚,余洁. 浅谈单片机课程教学质量的提高[J]. 教育与职业 ，2010（32）：139-140.
关键词：单片机；一体化；教学模式
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1671-0568(2012)08-0041-02
目前，计算机硬件技术向巨型化、微型化和单片化三个方向高速发展。自1975年第一块单片微型计算机芯片问世以来，在短短的三十多年间，单片机技术已发展成为计算机技术一个非常有前途的分支，它具有体积小、性能优越、价格低廉等优点。一方面，单片机芯片是自动控制系统的核心部件，广泛应用于工业控制、智能化仪器仪表、通信终端设备、家用电器、高档电子玩具等领域；另一方面，单片机也是电子技术数字化的核心部件之一，在数字化电子产品中承担着数字信号处理的重任。鉴于单片机技术在实践中的广泛应用，很多高职院校电类专业均开设了《单片机技术》课程，但是院校之间的教学模式及教学效果存在着一定的差别，为了找到此类课程的理想教学方法，有必要对单片机课程的教学模式进行研究。
一、传统的单片机教学模式
传统的高职院校《单片机技术》课程存在一些比较普遍的问题，主要体现在适合高职学生的优质单片机教材较少，很多教材偏重于理论，相应的教学计划针对性不强，传统教学方法因过多体现“讲授式”特点，缺乏对学生主动学习与实践创新能力的关注。传统的“单片机技术”课程教学模式往往是“理论课+实验课”。理论课在教室采用多媒体或“粉笔+黑板”的方式，以逐个知识点的讲授为主。实验课在实验室环境下练习，且实验内容多为验证性实验。这种教学模式的缺点是教学中以教师为中心，理论与实践相脱节，学生被动地接受知识，学习过后不易理解和掌握。因此，开展《单片机技术》课程教学方法改革，探索适应新形势要求的教学方法已是必然。
二、单片机一体化教学模式
《单片机技术》自身就是一项实践性非常强的技术，光靠理论讲授和后续的实验验证根本不可能使学生很好的掌握这项高新技术，为了改变现状使学生掌握这项受之有用的技术，唯有在教学过程中加大实践的力度，使得学生能够在做中学，学中做，通过自己动手做而获得成就感，通过自己动手做而找到学习的乐趣，进而自主的学习。基于此，本文对单片机一体化教学模式进行探究，采用“教学做一体化”的教学方式，以项目情景和工作过程为导向，突出学生的主体地位，在做的过程中由教师教和学生学来共同完成教学活动。
三、单片机一体化教学具体实施
整个课程教学过程的实施按照“理论引导普通项目实训典型项目实训综合(创新)项目实训竞赛”的系列步骤展开。
1 实施方案。每个教学过程均安排在实训室采用“理论讲解－分析设计－学生编程－仿真－实训－设疑－再编程－再仿真－再实训”的方式进行，边讲边动手，有目的、有计划地带领学生先完成普通项目实训，再完成典型项目实训，然后完成综合(创新)项目实训。例如，要完成“8个发光二极管轮流点亮”的任务，教师先讲解完成这个实例需要掌握的相关电路原理和指令规则，接着引导学生一起来分析思考如何实现任务功能，待学生发现指令和任务之间的联系之后，让学生动手写程序，并仿真看结果对不对。如果仿真正确。再尝试将程序代码下载到实验板看结果是否正确。接下来再适当改变任务要求，让学生动手完成新任务。通过这样的过程，调动学生的主观能动性，提高学生学习兴趣，真正将“学－思－知－行”统一起来。
2 实施方法。本课程实践教学环节的实施按照“普通项目实训典型项目实训综合(创新)项目实训竞赛”的步骤循序渐进地展开，其组织形式也有相应的区别。
(1)普通实训项目。普通实训项目采用集中进行，统一指导和个别辅导相结合的方式进行。实训后学生必须根据要求，写出项目实训报告。实训过程中，教师的作用是导向、纠偏、督促、检查。重在培养学生自主创新地完成：资料查找、方案构思、电路设计与制作、编程及调试等工作，注重讲练结合，教师一般先有统一的入门指导，讲解实训的原理、方法、步骤、注意事项，根据需要作必要的现场操作演示，然后巡回指导。通过普通项目的实训使学生掌握单片机开发工具、单片机仿真软件、应用软件的使用方法，获得基本实训技能。掌握单片机指令应用、程序设计基本方法和技巧，提高了动手能力。
(2)典型实训项目。教师下达典型实训项目任务，提供参考资料书目，学生自己查阅资料，确定设计方案。在教师对设计方案检查无误后开始进行硬件原理图的设计和软件程序编制，调试硬件电路、调试设计程序直至成功，整个过程由老师提供技术支持。学生根据任务书的时间内容要求完成设计任务。典型实训项目采用相对集中、任务分散，小组讨论，个别辅导相结合的方式进行。通过典型实训项目的实训使学生进一步理解单片机的组成及工作原理，掌握接口电路的工作原理，理解接口技术、中断、定时／计数器等功能部件的基本原理和设计应用方法，培养学生的单片机应用与开发能力以及团队协作的能力。
(3)综合(创新)项目实践。综合(创新)项目实践采用课题组形式，每组学生进行任务分工，共同完成一个相对完整的设计任务：审题、查阅资料、方案构思、绘制原理图、电路板设计与制作、编程及调试、论文撰写等工作。教师采用相对集中、任务分散，小组讨论，个别辅导相结合的方式进行。教师在实训全过程中起技术指导作用。要真正提高学生单片机实际应用能力，单靠课堂(理论、实验)教学是不够的。为了巩固、提高学生单片机理论教学的效果，单片机应用设计综合项目，旨在继续强化学生单片机应用能力的培养，要求学生完成一个比较全面的单片机综合应用项目，对学生进行全面综合的训练，有效地提高学生的创造性思维和独立分析、解决问题的能力。
(4)竞赛。竞赛主要采用学生自由创作的形式，教师只对作品进行评价，通过学生独立对整个作品的设计制作、设计报告的撰写及答辩，使学生真正达到能够独立面对实际问题，独立分析及解决问题。
通过以上实施步骤有效地解决了传统理论课加实验课的单片机教学中遇到的问题，增强了学生的参与感，提高了学生的学习兴趣和动手能力，使理论教学与实际应用相结合，实现了一体化教学，对教学产生了积极的影响，增强了学生的创新意识和实践能力，具有一定的理论价值和实际意义。
参考文献：
关键词：单片机；流水灯；教学改革
作者简介：王学惠（1974-），女，黑龙江友谊人，黑龙江科技学院机械学院，副教授；刘元林（1970-），男，山东平阴人，黑龙江科技学院机械学院，教授。（黑龙江?哈尔滨?150027）
基金项目：本文系黑龙江省高等教育学会“十二五”课题（编号：HGJXHB2 110872、HGJXHB1 110856）的研究成果。
中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）28-0050-01
“单片机原理及应用”是机械工程专业的一门专业平台课，课程内容侧重于实际应用。该课程的教学对象是机械工程专业的学生，他们已具备一定的电工学和计算机及控制理论知识，教学上应以单片机结构及应用设计为主，使学生通过本课程的学习，具备独立设计单片机测控系统的能力，能对单片机的组成原理和结构有比较深刻的理解，基本掌握单片机应用系统设计方法，可灵活地使用芯片构成单片机应用系统，具备单片机硬件设计和软件编程能力。
为了在现有的学时中尽快引导学生入门，使其在理论分析与实践两个方面的能力都有所提高，教师从课程内容体系安排和考核方式等方面进行了一定的探索和研究。
一、“单片机原理及应用”课程教学的现状及存在问题分析
“单片机原理及应用”是一门理论与实践联系非常紧密的课程，目前的课程教学包括理论和实践教学两部分。下面就从理论和实践教学两个方面入手，分析目前单片机课程教学的现状及存在的问题。
1.理论教学现状及存在问题
理论教学是单片机课程教学的重要组成部分，也是实践教学的基础。目前理论教学主要依赖于课堂教学，传统的理论教学主要依赖于黑板教学。计算机技术的发展和多媒体技术在教学中的广泛应用，在一定程度上提高了课堂教学的效果。另外，启发式、讲授式等多种教学方法以及图片、动画、视频等手段在多媒体课件中的应用，有效地提高了学生对理论知识的理解。但是，就教学效果而言，学生学到的只是单片机的理论，而且学习手段单一，枯燥，致使学生学得吃力，老师教得辛苦，教学效果也没有显现出来。学生不知道其所以然，自然也不知道单片机到底是如何工作，如何实现系统控制的，致使学生学习兴趣不浓。没有实践的支撑，理论的教学就达不到预期的效果，自然理论也不能指导实践。
2.实践教学现状及存在问题
目前的实践教学主要形式为课内实验，偏重于做一些常规的验证性、认识性实验，综合性、设计性实践环节较少，严重影响学生的动手实践能力，不能很好地发挥学生自主学习的潜力，就业竞争优势不明显。[1]实验课的教学采用实验箱，进行实验时，学生只要对硬件按照实验说明进行简单连线就可以完成，并不清楚原理。[2]这种方法对学生而言，大量的概念都是第一次接触，而且抽象，没有感性认识，往往不能充分理解理论知识，没有创新性，没有问题的提出，激发不了学生的学习兴趣。
从以上现状及存在问题可看出，该课程教学的主要矛盾点在于理论和实践教学相脱节，理论教学单纯学理论知识；实践教学浮于形式，只演示一遍而已，不利于学生实践技能的培养，更谈不上工程应用能力的培养，不利于培养目标的实现。理论教学缺乏实践的支撑和验证，使得理论教学无的放矢。实践教学也不能对理论教学起到很好的推进作用，最有效的方法是改革现有的课程教学体系，在实践教学中学习理论知识，加深对理论知识的理解和运用，使得理论教学有的放矢。采用理论和实践教学有机结合的方法，有利于提高学生的工程应用能力。
二、课程教学内容体系改革
本课程主要讲述MCS-51系列单片机的硬件结构、组成原理和指令系统，并结合实例，重点介绍单片机应用系统的设计方法。对于实践性、应用性很强的机械专业课程来讲，实践教学系统是关键环节。[3]
1.课程教学内容的制定
课堂教学是实践教学体系中最重要的环节，其质量的好坏直接影响学生的学习态度与学习效果。[4]课程理论教学内容分为基本内容教学和扩展内容教学两部分。在基本内容教学中以流水灯为课程主线，将最小系统、基本指令、中断、定时器等内容融会到这个主线当中，以实际制作的流水灯为依托，不改变硬件结构，采用不同的方法实现灯的流水过程，从而深入浅出地把复杂的理论应用到具体的实践中。扩展内容教学主要是在基本教学内容的基础上，扩展芯片（如A/D、D/A、显示及键盘等芯片）构成单片机应用系统。
2.实作部分内容安排
黑龙江科技学院应用型本科人才培养的目标是培养学生的工程实践能力，能够动手制作单片机应用系统是单片机原理及应用课程所期望达到的培养目标。为实现这一目标，针对单片机这门实践性很强的课程，必须构建以实践为主线的课程教学体系，提高实践环节在课程中的比重，尤其是实际用单片机制作完成一个系统，使学生在教中学，学中作，以作促学。
通过具体的实物制作，激发学生的兴趣，使学生能够真正体会到学习的乐趣。结合理论教学的内容，实作也分成两个部分，一部分是以单片机为基础的流水灯制作，另外一部分是以单片机为基础的扩展制作。学生在熟练掌握基本技能的基础上，以完成自选、综合设计性内容为目的，教师引导学生自行选题、自主设计实作过程、自我选配实验器材。[5]
三、教学改革的具体实施
摘 要：本文阐述了理论与实践一体化教学模式在单片机原理与应用课程中的应用，介绍了以万能板为载体设计硬件电路的理论与实践一体化项目教学以及项目实施具体步骤、项目教学过程中的关键点。
关键词 ：单片机原理与应用 理实一体化教学模式 项目教学
一、实施以万能板为载体设计单片机硬件电路理实一体化项目教学
传统的理论教学和实践教学是在不同的时间和不同的地点由不同的教师分别进行的。由于教学目标和教学任务不同，教学组织形式分离，因此容易造成理论教学内容和实践教学内容脱节，降低学生学习兴趣，增加教学难度，直接影响到人才培养的质量。
单片机原理与应用是一门实践性很强的应用性课程，在电子产品开发设计中应用非常广泛，并需要硬件电路开发与软件程序设计同时进行。如果只进行理论教学而不进行实践教学，则教学效果不理想；如果只进行实践教学而不进行理论教学，教学效果也不明显，因此学好单片机技术必须是理论、实践“两条腿走路”，缺一不可。理论知识的学习可以通过听课、看书、看视频教程等方式进行，实践技能就必须亲自动手操作。
为了能更好地培养现代生产企业需求的单片机技术人才，根据笔者学院多年来对用人单位的跟踪反馈，以及多种教学模式的比较、实践，笔者主张在单片机原理与应用课程中实施理论与实践一体化教学模式，即把理论与实践结合起来，理论融入到实践中，学一个知识点、做一次产品、编一次程序、总结一次学习成果，真正做到“边学边做”。
在项目教学环节采用万能板设计与制作单片机产品，这种项目教学方法，不仅能锻炼学生的焊接技术，同时还能提高学生识读单片机硬件电路图的能力，更重要的是能让学生掌握单片机开发的基本步骤，提高软硬件的编程与设计能力，为日后开发设计电子产品打下坚实的基础。
二、实施单片机理实一体化教学的项目设计
为了实现统筹单片机原理与应用课程的知识目标和能力目标，笔者将整个课程重新整合为由易到难的具有连贯性的教学项目。每个教学项目包含了必需的理论知识和岗位能力需要的实践技能，以任务驱动教学，把理论知识和实践技能渗透到教学项目的每个环节中。按照这个教学思路，设计了三个教学项目，项目中包含了三个硬件电路和100个程序范例。
1.项目一：单片机最小系统硬件电路设计与制作
单片机最小系统，是指满足单片机的工作条件，可以正常工作的单片机系统。
该项目的学习目的是掌握单片机入门基础知识和单片机的引脚功能，掌握单片机延时程序的多种编写方法，掌握单片机开发的基本步骤和关键环节，掌握单片机简单程序编辑、编译、在线下载等基本步骤。掌握单片机开发软件Keil uVision4和ISP在线编程软件progisp的使用方法。
2.项目二：基于单片机控制的十六路LED霓虹灯设计与制作
霓虹灯广泛应用于商店广告牌、城市美化等场所，采用单片机控制的霓虹灯，显示花样随程序的改变而改变，样式千变万化，深受商家和居民的喜爱。
该项目的学习目的是掌握单片机P0、P1、P2、P3口作为输入输出口的使用方法，掌握单片机键盘的工作原理及使用方法，掌握单片机C语言源程序的结构特点、标志符与关键子、数据类型与运算符、C语言的语句、数组、指针、函数等用法。
3.项目三：基于单片机控制的红外二极管感应计数报警器
红外二极管感应计数报警器可以实现当用手经过红外发射管和红外接收管时，蜂鸣器发声、二位数码管数字加1的功能，其灵敏度非常高。该电路设计思路来源于企业商品自动计数器的应用实例，当有商品从传送带上经过感应器前，计数器加1，并发出提示声。该电路在现实生活中应用广泛，可以作为单片机设计人员的基本电路模块。
该项目的学习目的是掌握单片机的定时器、计数器、中断及接口技术，掌握LED数码管的工作原理和接口电路，能综合运用模拟电路、数字电路、传感器等基础知识设计与制作比较复杂的作品。
三、组织实施单片机理实一体化教学的关键点
1.前期准备是组织教学的起点
在教学准备阶段，推荐购买单片机制作常用工具和用万能板设计的单片机学习套件。
2.课堂管理是组织教学的难点
由于学生的学习动力、接受能力差异较大，教师要有针对性地将学习动力、接受能力较强的学生与学习动力、接受能力较弱的学生组成一个小组，同时指定一个小组长，协助教师进行课堂管理。
3.教师现场技术指导是组织教学的重点
当学生进行实践操作的时候，教师一定要巡视，及时解决学生遇到的困难，批评教育个别不遵守纪律的学生，要求其加强组织性和纪律性。
4.项目报告是组织教学的落脚点
【关键词】单片机原理与应用课程
教学改革 实践
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2012）02C-
0118-02
单片机原理与应用课程是高职电气类专业一门十分重要的核心课程。但是，由于该课程内容抽象，相关课程繁多，学生普遍反映难以学习和掌握。笔者结合自己多年教改的体会，分析了单片机课程教学目前存在的一些问题，并提出了改革其理论教学和实践教学的一些措施。
一、目前高职单片机教学存在的问题及原因
（一）教学内容及教学安排与高职单片机课程的教学目标不一致
1.理论教学内容方面。传统的单片机教材一般分为理论与实验两部分。理论教材的内容一般是以单片机的结构为主线，先是论述单片机的基本结构，接着是单片机的指令系统和汇编语言程序设计，然后是单片机的内部资源及编程、单片机的各种接口及应用，最后是各种元器件的应用。这样的教材详细讲解了单片机的结构和功能，为学生全面掌握单片机的理论知识提供了便利。但是，对于高职院校的学生来说，这样的教材不是很适宜。因为，第一，高职院校的学生基础较差，学习能力不强，对于抽象的理论知识难以理解，也不很感兴趣；第二，传统教材的内容陈旧，理论性强，实用性差，未能突出高职院校培养应用型、技能型人才的特点；第三，传统教材的内容与实际应用相脱节，缺少单片机开发应用的最新成果。
2.实验教学内容方面。传统的实验教材一般是根据实验室所配备的单片机实验箱来编写的验证性实验或一些简单的设计性实验。做实验时学生只需按给定的实验步骤进行简单的硬件连接、程序录入和编译下载；无须了解整个系统的开发、调试及工作的过程。这样的实验教材与理论教材的关联是很少的，各自独立成书，理论课与实验课各自为政，相互脱节，其结果必然是使理论教学和实验教学难以相辅相成、相互促进。
3.教学内容的安排上，理论教学与实践教学相分离。单片机课程传统的教学模式一般是：理论教学在教室讲解，实验教学在实验室操作，二者实施的时间、空间完全各自独立，其中又以教室的理论教学为主。这种教学安排将理论教学和实验教学相分离，既无法充分发挥理论对实践的指导作用，也无法及时地通过实践来加深对理论的理解。
（二）传统实验的方式单一、效率和效果差，无法达到培养学生实际动手能力的目的
传统的实验教学大多采用实验箱实验的方式，在实验室中进行，它往往会受到诸如硬件资源、实验时间和实验场地的限制。学生在做实验时，一般是在实验教材的指导下，按已给出的程序（有的甚至是已调试编译好的可执行代码）和已给定的实验连接简图进行，学生无须了解整个系统的电气原理。因而即便学生已按要求正确无误地完成了整个实验，得到了相关的实验结果，但他们对整个系统的工作还是一知半解，没有一个整体的概念，最终还是不会设计电路，有的甚至连基本的电路图都看不懂。这种实验的实验方式单一，实验的效率和效果都很差，根本达不到培养学生实际动手能力的目的。
（三）教学的方式、方法及手段有待提高
单片机技术是现代电子工程领域一门迅速发展的技术，不仅其芯片型号及功能日新月异，而且开发其应用系统的技术手段和方式方法也层出不穷，各种各样的仿真软件大量涌现，单纯依靠板书教学（或“板书式”的多媒体教学）以及实验室内的有限实验，已越来越跟不上技术的发展，越来越适应不了高职院校培养学生实际动手能力的需要。
二、理论与实践方面的改革
（一）理论教学的改革
1.重构教学内容以适应单片机技术的快速发展。结合职业院校单片机教学的目标及学生学习的特点，我们根据单片机应用系统的实际开发过程，基于项目导向的原则，对单片机课程的教材进行了重构，开发出新的单片机教材。新教材摈弃原来的章节概念，打破了原有的知识体系，不再以单片机的结构为主线，而是依据任务驱动、项目导向的教学思路，以项目实践为单位来组织教学内容，将单片机应用系统的设计与开发过程与单片机的相关知识点有机地结合在一起，使学生在学习各个单片机应用系统（即项目实践）的设计与开发的过程中，认识单片机，掌握单片机，应用单片机。对各个项目的编写，一般是先提出项目要求，然后给出能仿真实现的系统电路原理图及程序，接着再陈述本项目所涉及的理论知识及本项目的设计思想、工作原理和过程，最后是相关的理论拓展及相应的技能拓展项目，以便学有余力的学生进行更深入的学习，使之拥有广阔的自主学习和自主创新的空间。所有的项目安排我们都遵照由浅入深的原则，通过渐进的学习逐步提高学生的知识和技能。教学改革的基本思想是强调“做中学”，每一个项目均能通过仿真实验来展示系统运行的结果，既直观生动又费时不多，大大加强了理论与实践的联系。
2.引入C51语言的教学，降低单片机指令的学习要求及难度。传统单片机的教学及其应用系统的开发，一般都是以汇编语言作为开发工具，因为汇编语言具有代码紧凑、执行时间短、控制及时等优点。但是随着单片机技术的发展，其编程繁琐、可读性差、可移植性弱等缺点越来越难以接受；相反，C语言在功能上、结构上、可读性和可维护性上有明显的优势。因此，目前单片机C语言已非常流行，绝大部分的应用系统均可直接用C51来编写，而且在企业的实际应用中已很少有人使用汇编语言来编写程序。有鉴于此，我们将C51语言引入单片机的教学，这样就可以将汇编语言及单片机的汇编指令等传统中极为重要的教学内容作为稍有了解即可的知识，使学生无须花费大量的时间和精力去学习汇编语言及有关指令，从而大大降低单片机理论教学的难度。
3.引入Keil及Proteus的教学，充分发挥单片机仿真软件在理论教学上的辅助作用。Keil编译软件可以对汇编语言、C语言进行编译与调试，Proteus仿真软件可以对数字电路、模拟电路、单片机及其电路进行仿真。将Keil编译软件与Proteus仿真软件相结合，可以在计算机上调试和仿真单片机应用系统的运行情况及结果。过去，我们通常都只是将这两个软件应用于实验教学，而忽视了它们在理论教学上强大的辅助作用。实际上，在理论教学时，通过Proteus仿真，我们可以直观地观察到教学案例的实际运行效果, 这样对理论教学有很大的辅助作用，这主要体现在：（1）能够直观形象地显示案例的运行结果，加深学生的印象和感性的认识，并提高学生学习的兴趣和积极性；（2）可检验案例设计的正确性；（3）直观地见证程序的执行过程及结果，方便理解案例程序；（4）学生课后可随时对课本的所有案例进行仿真验证和学习，以帮助学生理解课本的相关知识，使仿真实验成为可指导学生学习的、可靠的“老师”；（5）通过仿真实验，学生可以从严重依赖于实验室实验的状况中彻底解脱，只要有电脑，在宿舍就可以进行单片机仿真实验。
（二）实践教学改革
1.实践内容层次化，实验形式多样化。将单片机的实验，按内容深浅的不同划分为三个层次，即验证型实验、综合型实验和课程设计型实验；按实验形式的不同划分为四种，即仿真实验、实验箱实验、实验板实验、实际工程应用实验。实验时不管是什么层次的实验均要求先进行仿真实验，而且对于仿真实验除了刚开始学习Keil和Proteus软件时，在实验课堂上统一完成外，其他的仿真实验均要求学生利用课外时间在实验室外独立完成。
验证型实验一般只进行仿真实验，其内容均选自理论教学的案例（目的是加强理论与实验的关系），均作为课外作业的形式布置给学生完成。当然，上课时老师可以将仿真结果演示给学生看，学生在课外只需按照案例给出的程序和电路图即可进行相应的仿真实验。做这种实验的效率很高，不用占用上课时间，而且其仿真效果也很好。通过这些实验，一方面可加深学生对理论教学内容的理解，另一方面可让学生逐步熟悉Keil软件和Proteus软件的使用。
综合型实验是对单片机某一项目内容进行较深入的实验研究，其内容可以是理论教学中所讲到的某一较大的案例，也可以是实验箱或实验板所配送的某一专题的实验案例；我们可以根据实验的时间及实验内容的难易来确定是否给出电路和程序，是否只要求做仿真实验或是还要做实验箱、实验板实验等。通过这种实验一方面可进一步提高学生进行仿真实验的技能，另一方面也让学生逐步熟悉实验箱或实验板等单片机应用系统的开发工具，为学生进行下一步的实际工程应用打下坚实的基础。
课程设计型实验是在单片机课程学习完成后，针对单片机在实际生产、生活中的具体应用而开发的一个单片机应用系统，如数字多用仪表的设计、红外遥控系统设计、简易电子琴设计、带农历的万年历设计，等等。对于课程设计型实验，学生不再单独进行，而是按小组进行，而且要求同学们按照单片机实际工程应用的开发程序完成整个过程，这包括软硬件的设计、仿真实验的实现、电路板的设计与制作、元器件的购买与安装、程序的下载与运行等。通过这种实验可以让学生掌握单片机应用系统的整个开发过程，为今后的实际工作打下坚实的基础。为了保证实验的成功率，增强学生的信心，开始可以先选择一个极其简单的验证型实验来进行，以便让学生熟悉整个单片机应用系统的开发过程，然后再真正从事复杂的课程设计型实验。
2.通过引入仿真实验，大大提高实验的效率和效果，从而可增加实验的内容和难度。如前所述，我们在理论教学和实验教学中均已引入Proteus仿真软件与Keil编译软件，通过仿真实验，可以将很多实验（尤其是验证型实验）作为作业的形式布置给学生，要求他们在课外仿真实现。对于需要用实验箱或实验板进行的实验，我们也要求学生先在仿真软件中实现，然后再进行实验箱（或实验板）的实验，观察硬件运行的结果与软件仿真的结的差别。这样做的目的是将整个实验一分为二，仿真部分学生利用课外时间在自己的电脑上完成，实际硬件实验的部分在实验室完成，从而大大提高实验的效率和效果，为增加实验的内容和难度提供可能。
【参考文献】
［1］陈龙，张亚君.Proteus仿真软件在单片机实验教学中的应用［J］.实验技术与管理，2009（8）
［2］唐炜.基于“项目驱动”的单片机类课程实践教学改革［J］.实验室研究与探索，2010（5）
［3］王新刚，余洁.浅谈单片机课程教学质量的提高［J］.教育与职业，2010（11）
［4］陈宜建.虚拟实验在单片机教学中的应用［J］.中国职业技术教育，2010（2）
［5］熊春如，彭小娟，刘世安.项目驱动在高职单片机C语言教学中的实践［J］.职教论坛，2010（5）
［6］丁保华等.单片机原理与接口技术实验教学改革与实践［J］.实验技术与理管，2010（1）
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