单片机原理与应用课程教学的探索
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摘要：单片机原理与应用是各高校电子信息类相关专业的一门很重要的课程，其教学质量结果不但决定了学生对单片机应用设计的水平，也影响学生的就业结果。本文分析单片机技术以及我国电子行业发展的特点，并以此对单片机课程教学改革进行探索。
关键词：单片机；课程教学；探索
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）08-0078-03
单片机原理与应用是各高校电子信息类相关专业的一门很重要的课程[1-2]，其教学的质量直接决定了学生对单片机应用设计的水平，从而影响学生的就业结果。笔者多年来在国家经济改革与发展的前沿城市广州进行学习，并深入相关企业工作和进行技术交流，深刻感受到了近年来单片机发展的迅速，以及企业对单片机技术人才需求的发展趋势。因此，为进一步加强教学和实践的联系，和促进学生适应当前单片机电子技术发展的需要，笔者认为有必要对高校学生的单片机原理与应用课程教学进行思考，结合当前单片机技术发展的趋势，把握时展的特色，对单片机课程教学模式作进一步的探索和改革，最终实现学生学有所长，学以致用，培养出单片机应用开发的相关公司和企业急需的技术人才[3]。
一、单片机技术发展的趋势
当前单片机发展非常迅速，为了占领不同的应用领域市场，各单片机制造厂商根据自己的优势和市场需要进行定位，开发出具有自己特色的产品。因此，单片机种类繁多，各有特色，且主要发展的方向可以总结为以下几个方面[1-4]。
1.技术成熟，性能稳定。自从1976年9月美国Intel公司推出了MCS48系列的单片机以来，8位单片机经过近四十年的不断发展，淘汰和再发展的市场循环选择，适用于不同应用场合的单片机技术越来越成熟[1-5]。耐低温、耐高温和低功耗等技术的发展也使得单片机的应用领域范围得到不断的拓展。另一方面，越来越细化的应用也促使单片机技术向更高的要求和指标发展，经过多年的积累和改进，单片机技术也正更加完善和深化，性能也更为完善。
2.速度越来越快。由于精简指令集结构和指令处理流水线技术的提出和发展，单片机指令操作也出现了采用同步执行方式，大大缩短了单片机如取指等的运行时间。因此，单片机的运行速度得到了大幅提高，指令速度可高达100ns[2，5]。
3.接口资源丰富，功能更为强大。部分单片机厂商根据自己多年来在单片机制造方面的技术积累，对单片机的内部功能模块进行不断的强化和发展，掌握并形成了一系列高性能的接口设计技术，将之融入到单片机制造中，因此使得单片机的接口资源非常丰富，功能强大。比如，STM8系列单片机不但增加内部接口资源，而且对于特定的接口还考虑了不同应用模式。这类单片机的特点是应用领域比较通用，并且在具体应用中可以免除外接相应的功能模块，而直接使用其内部的功能模块，使得单片机应用设计更简单，稳定，且总体价格也更低廉。
4.功能单一化，价格更低廉。由于单片机市场的进一步细化和竞争加剧，针对具体应用领域，单片机厂商对单片机的功能进行了定制，裁剪了部分不需要的功能模块，强化了主要功能模块的设计，突出其在相关应用领域的优势，为其迅速占领市场/扩大市场份额奠定技术基础和价格优势。
5.功能专用单片机。为了更进一步细化单片机定位和突出其应用的专业性，单片机厂商在单片机内部捆绑特定的功能模块进行定向结合开发，形成了专用单片机，如无线单片机CC2510内部集成了无线RF收发器[6]。这类单片机特色在于简化相应的功能模块的设计和应用开发，操作简单方便，为项目开发缩短周期和节省资金。且由于就专用单片机，其性能得到了严格的验证和测试，为面向特定应用的单片机系统开发提供了技术保障。
二、单片机课程教学改革方向的构想
根据前述的单片机特点和对企业需求的分析，在教学中应该对学生进行因势利导，结合相关企业的情况给学生多讲讲单片机的发展，以及在同一种应用中如何对单片机进行正确选型。在具体内容的讲授教学中，要充分发挥学生的主动性，让学生多思考，相互之间多交流多讨论，并积极鼓励学生参加各种层次的电子设计比赛，以激发学生对单片机学习和设计的兴趣。在具体的学习和设计中，也要注意对学生进行正确引导，尽量规范学生的设计习惯和设计的布局。对于学生的设计也要仔细检查，并和学生进行分析和讨论，发现其中的不足和错误之处要及时指正，以确保设计的可行性。最后，可以多找一些在实际中应用较为广泛的设计例子来给学生参考和分析。
因此，根据上述的教学设想和思路，笔者认为可以从以下几个方面来对单片机课程教学进行探索和改进。
1.介绍单片机发展的新趋势、新动向。可以对比传统经典的设计例子，以突出当前的日新月异的电子产品的发展历程，并且在教学中应该特别注重介绍应用比较普遍的电子和电气产品的发展过程。例如，可从上个世纪90年代流行的BP机开始介绍，再到90年代末及本世纪初的手机的出现和兴起，然后到近两年发展得很快的智能手机。通过对日常生活中经常使用的电子和电气产品跟随时代的变化，给学生描绘一幅幅生动形象的电子行业蓬勃发展的画面，加深学生对单片机在电子行业中所占据的重要地位和深远影响的认识，也帮助学生对单片机在电子行业中应用的理解。
2.培养和激发学生学习的兴趣。爱恩斯坦说过，兴趣是最好的老师。因此，培养和激发学生对单片机课程学习的兴趣也是教学中关键的一环。然而，由于单片机学习是实践性非常强的一门课程，要激发学生的兴趣就必须充分调动起学生的主观能动性，让学生积极动手实践，培养学生在单片机学习和应用设计中找到成就感[3]。但是，由于实验课安排的学时数有限，仅仅利用实验课时间来培养学生的动手实践能力是远远不够的。因此，教导学生制作简单低成本的单片机最小系统实验板和程序下载器是非常有益的，因为实验板制作出来后既可以让学生能在自己的电脑上学习和调试单片机程序，也使得学生有较多时间来学习新知识。值得提及的是，这种做法不但能调动学生的积极性，还能让学生在课外有充分的条件学习，探讨和调试验证单片机设计知识，改变以往学生在实验课上照着实验手册在实验板上进行简单的连线操作，烧录程序产生的学习不彻底的问题[1]。