基于单片机系统开发的C程序设计教学方法探讨
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作者: 陈华珍 夏国清
摘 要：“C程序设计”课程是电子类专业基础必修课，主要是为单片机编程服务，该课程的教学效果直接影响到后续单片机课程的学习。本文结合单片机系统开发的特点，探讨了C程序设计教学方法，为后续单片机课程的学习打下基础。
关键词：C程序设计 单片机系统开发 教学方法
随着微电子技术的发展和广泛应用，基于单片机上的系统开发，C语言作为一种高级的编程语言，越来越受到人们的关注。现在，无论是嵌入式系统开发企业还是电子设计竞赛、毕业设计等，一般都以C语言为主要开发工具。结合单片机的系统资源，用C语言开发符合实际工程需要的单片机系统，对于编程者来说就有重要的意义。
1.C在单片机教学中的地位
C语言作为一种结构化的程序设计语言，它是程序开发工具中使用最广泛一门编程语言。C语言具有很强的功能性、结构性、可移植性。用C语言编写程序比汇编更符合人们的思考习惯，程序开发者可以摆脱与硬件不必要的接触，更专心地考虑程序的功能和算法而不是考虑一些细节问题，这样就减少了开发和调试的时间。由于它具有良好的程序结构，适用于模块化程序设计，因此采用C语言设计单片机应用系统程序时，采用结构化的、自顶向下、逐步求精的程序设计方法，将功能模块化，由不同的模块完成不同的功能。这样可使整个应用系统程序结构清晰，易于调试和维护。
2.单片机教学现状
单片机技术是现代电子工程领域一门飞速发展的技术，是现代电子技术中的一项不可缺少的重要技术。随着技术的不断进步和日益普及，单片机技术已渗透到各个领域，影响着我们的日常生活和工作。因此电子技术及相关专业的学生学习单片机技术越来越成为社会发展的需求。当前，各大高校的电子、计算机类专业均开设单片机课程。
《单片机》是我院电子系一门实践性极强的专业主干课程，是我校电子系重点建设课程之一，是本专业学生的必修课程。为了提高我系单片机教学效果，我们对单片机教学进行了大胆改革，使用C语言开发单片机，且课程的设计打破了学科体系的框架，将单片机和C语言的相关知识和技能按“项目”进行整合，并将《C程序设计》课程列为电子类专业核心基础课程之一。因此，《C程序设计》课程教学效果的好坏，将直接影响学生后续专业课程的学习。
从近几年我系《C程序设计》课程的教学效果来看，学生普遍反映该课程的学习比较困难，课程的语法知识较多，理解和记忆都不太容易，即使记住了语法知识也不能灵活应用；不知道学习C语言究竟有何用处，学完C后不能很好地利用C进行单片机小型系统的开发，缺乏知识的灵活应用能力。因此，根据以往单片机教学所得经验，我觉得教师有必要在《C程序设计》课程的教学过程中在以下几个方面引起足够的重视，并在教学中加以改进，为后续单片机课程的学习打下坚实的基础。
3.《C程序设计》课程教学方法探索
3.1上好每堂课，激发学生的学习兴趣
语言程序设计教学被认为是一种需要师生双方改进的一门课程，因为大多数语言教材中通常先给出一般的语法格式，然后逐步讲解语法要点，再给出实例。这种顺序灌输会使学生失去学习的兴趣，所以我认为在课堂教学环节应采取以学生为主体、以教师为主导的教学模式，要求学生自己先看有关知识点，并识记。教师采取精讲实例，在这过程中引出相关知识点，然后再举一类似实例让学生自己分析，巩固知识点。教师应把主要精力放在算法的分析和各语句语法的具体应用上，同时培养学生自学能力，采取互动机制，迫使学生主动学习。
3.2注重演示，强化实验，提高实践操作能力
因为授课对象是一年级新生，所以教师多用通俗易懂的语言进行讲解，多举实例，使学生容易理解和消化。在教学过程中，尽量采用讲解、演示方法，如在讲解经典算法后，按照理论方法所述，用DEV C++软件进行编程演示，从而加深学生对教学内容的理解。
在教学过程中，教师应将理论知识与实验内容进行整合，根据教学内容并结合实际应用设置实验题目，让每个学生独立完成。遇到学生不能解决的问题，教师应利用多媒体进行演示解决问题的过程，从而加深学生对教学内容的理解并提高实践操作能力。
3.3培养良好的编程风格
3.3.1优化程序
由于在许多工业测控领域中的嵌入式系统都采用单片机开发，它们所需要的计算和控制工作日趋复杂，其中软件的设计是最复杂和困难的，工作量大，特别是对于控制系统，设计人员需要考虑单片机的软硬件资源分配，但是单片机系统是一种资源十分有限的系统。这主要表现在CPU和片内结构简单、程序存储器资源的不足。因此在用C语言进行单片机开发时，如何使用好这些有限的资源就显得十分重要。虽然C语言具有许多的优点，但是生成的代码相对要长，基本多占用存储空间20%―50%。因而，在“C程序设计”课程教学中，教师不仅要教会学生如何编写程序，而且应在教学过程中向学生灌输优化代码的思想，让学生从大一开始就有开发项目的一些经验。
3.3.2合理选用数据类型
C语言在程序开发中提供了的丰富的数据类型，尤其是关于用户界面开发和一些动画与图像技术的实现。但是在开发单片机系统时，我们要按照实际需要，合理地选用数据类型。C语言中有Char等少数的数据类型是机器语言直接支持的数据类型，用此类数据类型的语句所生成的代码较短，而其它的数据类型如整型、浮点型等数据要有一定的内部程序或内部函数的支持，相对来说较复杂的数据类型的语句生成的代码也复杂，不利于转化成单片机的代码。因此，在“C程序设计“教学过程中，要向学生适当说明选择合适数据类型的好处，并尽可能地减少程序中使用的数据类型的种类，为以后学生的单片机学习打好基础。
3.3.3灌输模块化程序设计思想
在普通微型计算机上进行C语言程序开发设计时，只需考虑程序功能实现，而不必考虑程序代码的长短。但是在单片机上进行C语言程序设计就必须考虑系统的硬件资源，要求设计的软件程序结构是合理、紧凑和高效的。同一任务，有时用主程序完成是合理的，但有时需子程序效率最高，占用资源最少；有时并不是程序的算法越简单、长度越短越好，由于有一些算法要调用一些内部的子程序和函数，生成的机器代码质量反而较低。不同的算法对程序代码效率影响很大。因此，在进行“C程序设计”教学时，教师应适当向学生灌输模块化程序设计的思想，在不影响程序功能实现的情况下可以采用一些优化算法，并且把程序分成若干个功能独立的模块，为学生今后的单片机项目开发做好铺垫。
4.结语
单片机系统采用C语言开发与设计，极大地促进了单片机在生产、生活各个领域的应用，提高了程序开发效率。因而，C语言学习效果的好坏，对今后单片机课程的学习具有深远的影响。除了讲解C语言的基本语法外，更重要的是改善教学方法，利用各种方法培养学生的学习兴趣，并向学生灌输良好的编程风格与编程方法，为今后的单片机课程的学习打下良好的基础。
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科研项目：2011年广州大学教育教学研究立项项目；项目名称：基于Proteus仿真的单片机教学方法改革与研究。
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