模块化实验系统在单片机教学中的应用
来源:用户上传
作者: 顾能华
摘 要： 本文针对传统单片机教学方法的弊端，提出了基于模块化的单片机教学思路改革，具体介绍了以ATMEGA128单片机最小系统板作为核心模块，扩展外围模块，共同构建模块化实验平台，推动单片机实践教学的创新改革，以期提高学生的工程实践能力。
关键词： 单片机 模块化实验平台 实例化
1.引言
ATMEGA128是ATMEL公司的8位系列单片机的最高配置的一款单片机，稳定性极高，应用及其广泛。先进的RISC结构，133条指令大多数可以在一个时钟周期内完成，指令系统灵活适用，开发工具成本低，相关资料书籍也非常多，因此得到了广泛应用。虽然所有工科院校都开设了单片机原理与应用课程，但是课程教学的质量不容乐观，特别是在实践教学上，其主要问题是：一直以来的单片机教学采用的都是灌输式教学方法，和工程实际应用相脱节，造成学生感觉难学，老师难以讲述的困境，因此非常有必要开发一种新的教学方法。
2.加强单片机课程的实践环节
单片机是一门实践性非常强的课程，因此，在教学中，要特别注意让学生学以致用。为了更好地调动学生学习单片机指示的主动性，要在单片机教学过程中引进一些实例化教学环节。“实例化”教学是指把单片机课程中所涉及理论知识分解到实际工程项目中，让学生在学习过程中按照项目要求进行有目的的学习，这样可大大提高学生的学习兴趣。教师在安排实例化内容时要注意循序渐进，各部分内容既要有差别又要相互联系，前面的实例为后续的打基础，后续的实例再引入新的内容、新概念，这样形成一个良性循环，首尾又相互呼应，极大地提高学生的学习兴趣。
3.模块化单片机实验平台的构建
目前单片机实验主要是在实验箱中进行，所有的电路和模块都集中在一块电路板上，很多同学在做完实验后，甚至连单片机长什么样都不知道，极大地降低了学生的学习兴趣。而模块化教学刚好克服了这个缺点。所谓模块化教学就是把单片机实验系统分为N个子模块，包括最小系统板、动态静态数码管显示管模块、LED流水灯模块、LED点阵、独立键盘、矩阵键盘、AD模块、DA模块、LCD显示模块、232和485通信模块、继电器控制模块、直流电机和步进电机控制模块等。学生可以按照学习进度，把逐个模块的电路、程序等相关知识弄清楚，进行实验时必须动手连线，这样有利于学生了解单片机的I/O端口情况，通过模块间的组合涉及，也可以锻炼动手能力。这样设计出来的模块化实验，弥补了传统实验只要导入程序即可完成实验的不足。
4.配套综合性实验的设计
当学生具备一定的知识和技能基础后，可以做一些综合性实验。运用一门或多门课程中的知识点设计出一个功能完整的项目。针对单片机课程而言，综合实验性实验通常在课程期末进行，此时学生已经基本掌握了单片机内部资源和外围扩展及相关课程的应用，可以运用多个知识点完成综合性实验。
另外，在此过程中，还可以在课本的基础上设计一些更加深入的针对性实验，比如课本通常只有8位AD和DA转化，学生在学习掌握后，教师可以加以引导，提出12位AD及12位DA，精确测量温度压力等信号，这样不仅有助于学生加深所学的知识，还可培养学生的创新思维能力，同时学生的设计能力和实践能力也得到了充分锻炼。因课时的限制，设计性实验可以不要求在课堂内完成实验。但教师要鼓励学生选择一两个设计性实验，在课后完成，可以组队，形式不限，共同完成实验任务，以此调动学生选做实验的积极性。
5.结语
本文叙述了单片机机实验教学改革方法，并据此介绍构建模块化实验教学平台的特点。模块化平台具有丰富的基本接口实验模块、扩展接口模块和单片机总线扩展接口，如485、232、CAN总线等，用于控制功能复杂的对象；提供多种通信接口实验模块，如串行口，网络通信接口，有利于系统扩展和组网。大部分实验电路均应用模块化设计，学生在进行实验时，必须根据实验要求设计电路并动手把各个模块连接起来，组成一个完成的应用系统，这样便直观地看到单片机应用系统的构造，又有利于通过不同模块的组合设计新的实验，还可以锻炼动手能力。
实例化的基础实验通过模块化组织起来，可使学生尽快了解单片机应用系统设计思路，掌握单片机开发工具的使用；平台丰富的系统硬件资源及资源的模块化设计可组合出较多的实验项目，并在实验平台上发挥验证性、综合性和设计性实验的功能，可根据实验要求任意组合，提高实验平台的性价比；在综合性、设计性实验内容的安排上偏向与自动化控制技术的应用，符合本校的办学特色。
参考文献：
[1]苏检德，何富运，殷严刚，王小华.“单片机应用设计”课程教学改革与实践[J].实验技术与管理，2011（12）.
[2]倪志莲.单片机课程的实验教学改革[J].实验室研究与探索，2006（07）.
[3]姚缨英，祁才君，马菱旎.模块化开放式电路综合实验——语音系统功能电路设计[J].实验技术与管理，2011（5）.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/9/view-4233794.htm
