单片机原理与接口技术

前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇单片机原理与接口技术范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

单片机原理与接口技术范文第1篇

[关键词]课程教学 教学改革 独立实验 单片机

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）01-0158-03

随着计算机应用技术的迅速普及，单片机原理与接口技术课程是作为机电等相关专业的主干课程开设的，是理论与实践结合非常紧密的课程。[1]主要介绍一种典型类型单片机的基本硬件组成，指令系统和程序结构，单片机常用接口芯片的接口电路及编程，单片机的实际系统应用等。[2]通过该课程的学习，学生具有开发单片机应用系统的初步能力，包括软件、硬件及系统等，为后续的专业课程设计和毕业设计打下良好的基础。为了提高单片机的教学效果，人们也不断进行教学方法、内容、手段的改革与探索实践，取得了一定的成绩。[3] [4]不过学生仍感觉到课程内容抽象，建立单片机系统的概念困难。当然这与学生自身的相关知识储备有关，但从单片机教学的角度出发仍然有许多方面值得教师研究和探索，切实有效提高课程的教学质量。

一、单独开设单片机理论课程和实验课程

单片机课程的传统教学模式是把理论教学和实验教学作为一门课程来进行的，也就是常说的理论和实验混编课程，实验形式叫课内实验，这是大多数课程采用的教学模式。[5] [6]这种模式对实验内容多、实践要求很高的单片机课程教学明显不足。

首先，是实验学时数明显不足且难以协调。原来的单片机课程总学时为48，其中包括安排了10个学时的实验。这对于课程实验学时的占比来说已经是比较高的了，但对于单片机这类课程要进行较全面系统的实践训练是远不够的，只能安排少学时的验证性实验，同时也给出了参考程序和实验步骤。这样虽然加快了实验周期，但学生独立思考能力、动手实践能力和创新能力得不到有效的锻炼。同样随着单片机技术的发展，串行通讯及低功耗串行器件在微控制器中的广泛应用，要求掌握的内容也在增加和变化，38学时的课堂理论学时也是不够的。在课程总学时确定的情况下，调整实验与理论之间的学时分配也很困难。

其次，理论教学限定了实验时间的灵活性和内容的扩展性。对于混编课程，课堂理论教学和实验教学最终给出一个总成绩，理论和实验各占一部分，两者在时间上就存在制约。一般是课堂教学结束，实验也基本上要完成，否则将会影响考试的时间安排和成绩的评定。这样就造成实验周期较短且相对集中，在这段时间实验室的负荷非常高，实验的时间安排非常紧密，灵活性受到很大的限制，甚至影响正常的实验开展。

为了加强单片机课程的教学，特别是加强实验教学，将原单片机原理及应用混编课程改为单片机原理与接口技术理论课（学时48）和实验课（学时24），两门在形式上完全独立的课程。这不仅仅是学时数和内容的增加，而且使得课堂理论教学和实验教学能够根据各自的不同特点和差异，改革完善各自的教学模式及教学方法，有助于实验教学改革，改变实验长期作为课堂理论教学辅助地位的状况，实现理论教学和实践教学两条腿走路。

二、单片机课堂理论教学模式及方法探索

对初学者来讲单片机的内容抽象，同时需要一定的电子技术知识支撑，对知识综合性、实践性要求都比较高，学生总感觉内容零散难以构成系统应用。因此在大力加强实践教学的同时，对单片机课堂理论教学的模式及方法等许多方面同样需要改革和探索。

（一）模块及层次化的教学内容组合

单片机常规教学一般都是按照教材的先后顺序讲授单片机的硬件结构、指令系统，汇编语言程序设计方法和技巧、定时计数器及中断系统、串行口通讯，单片机的扩展、人机和机电接口应用等，知识点较多，前后知识有机联系弱，难以构成完整系统性的概念。为此，从系统角度出发将单片机内容划分为硬件结构、软件程序、外部扩展、应用实例等四大模块，每个内容模块中又划分有不同的知识层次子模块。[7]如硬件结构模块划分为单片机核心基础层（包括寄存器、存储器结构、端口等）和片内功能层子模块（包括中断、定时器、串口等）;软件程序模块包括指令基础子模块和基础程序设计子模块等。在课程讲授的开始就让学生对单片机三大模块的关系有初步的感受，并在后期交叉讲授过程中不断强化认识，建立知识与系统的概念。

如何建立软硬件之间的联系对理解单片机是非常重要的，教学中要加强软硬件模块之间联系的讲解。指令是编程的基础，但一条条指令的讲解又是非常枯燥的事情，因此要求学生强化课下的指令记忆，课堂上着重讲解典型指令、指令对比以及和硬件存储关系等。如传送指令MOV、MOVX和MOVC的区别和对应存储空间的位置;堆栈指令PUSH、POP对指针的影响及调整初始指针的原因;比较指令CJNE和减法指令SUB实现同样功能的编程等;对于功能部件及扩展器件则加强软件与硬件结合的讲解，如何实现接口的编程。这样使学生逐步建立单片机软硬件系统结合的方法。

（二）适当引入虚拟仿真教学

单片机的广泛应用使得其软件的虚拟仿真技术也得到了迅猛的发展。Keil软件是单片机开发软件，它支持包括51系列等流行单片机的宏汇编及C语言的程序编译、连接及仿真调试等;Proteus软件电路设计和分析软件，可以进行硬件电路原理图设计、PCB电路板布线及电路仿真，还可以结合单片机的软件实现软硬件的联合仿真。因此通过Keil软件环境中编写单片机程序，Proteus软件环境中设计相应的单片机硬件电路，然后通过两个软件的关联就可以模拟将程序加载到单片机中进行仿真了。[8]

在单片机的课堂教学中适当引入Keil和Proteus软件，用它们编写软件、设计电路和虚拟仿真，不仅可以培养学生严谨仔细地编写指令和设计硬件电路的态度，还可以使枯燥的单片机学习变得直观、形象和生动，激发学生学习的兴趣和主动性，提高教学的效果。当然，软件仿真和单片机的实际系统还是有差异的，只是验证其逻辑关系。但在单片机应用系统的开发过程中先在PC电脑上进行软硬件结合的虚拟仿真，不仅可以缩短开发时间，节约硬件成本，而且使开发的初期过程变得简单、直观，对于既要学习单片机并不需要进行实物开发的广大学生来说更是很好的学习软件。

（三）一个应用实例贯穿教学始终

学生对单片机比较困惑的是相关的内容学完后认识还是比较零散，不知道该如何应用。老师在讲授过程中，不同的章节也会举一些局部的应用实例，各个实例仅仅是局部详细的，但缺乏整体性，不同章节例题很少有关联性，老师感觉基本应用都讲解了，但学生仍难以有效建立整体系统应用的观念。

为了强化学生单片机系统应用的理解，在教学的开始就提出一个具体的应用实例，并贯穿整个课堂教学活动中。例如温度对学生来说是一个很熟悉的，因此就提出单片机温度测量系统设计的实例，可以是教室的、宿舍的温度测量，给出实时温度显示，并模拟给出控制信号（模拟空调电机控制）、超限报警等。教师还可将相关的内容分散到各个章节中介绍，最后构成一个完整的系统。在讲解软件程序设计时，介绍如何根据已知数（模拟采集的温度数据）通过查找比较编程来确定温度;在讲解中断及定时器时，介绍如何用定时中断的方法进行定时温度信号的采样;在讲解键盘及显示时，如何设定温度值，显示键盘功能及数据，然后再返回显示实时温度等接口编程;在讲解A/D时，以AD590集成温度传感器讲解电压与温度的关系（输出电压可以用电位器模拟），A/D转换后的数字量对应关系;在讲解D/A时，讲如何输出电压或电流信号，以模拟控制调节空调电机。然后进行问题实例总结，给出完整的软件编程和硬件电路，并进行Keil和Proteus软件的仿真。这样学生比较容易将单片机的知识点串成一个有机的系统，有效掌握设计的基本方法。

三、单片机独立实验教学模式改革

独立开设单片机实验课程的学时数大大增加了，实验内容的系统性得到了充分的保证，可以使学生对单片机的存储器结构、汇编程序编写设计、定时/计数器和中断应用、并行/串行通讯方式、A / D和D / A转换、键盘和显示、系统实际应用等方面得到较为完整系统的训练。与原来的单片机课内实验的模式相比优势是显见的，更能反映学生实验的本质特点。独立课程的实验使得实验在时间安排上更宽泛和灵活了，不再受课堂教学的严格束缚，实验时间可以安排在整个学期内。学生选做实验项目的自由度大大提高了，前期有充足的时间对实验内容进行预习和软件仿真，有助于学生自主实验的开展，实行开放式的实验教学[9]，也促进实验教学管理模式及方法的改革。

单片机的实验教学中除开发系统的使用及基本编程操作实验进行集中指导之外，大多数实验是学生以实验小组为单位自由与实验室联系，自主地决定实验时间。不再按课堂教学时间，而是按上、下午及晚上三个单元安排实验，这样使学生有充足的时间进行实验操作、分析，同时也考虑到学生快慢层次上的差异。

在单片机实验独立开设课程之前，实验的学时少且实验的时间跨度有限，实验内容一般都是由指导教师安排的，学生主动选择实验内容的机会很少。而独立开设实验课程后，大大增加了选修实验的内容，实验安排上指定实验和选做实验的学时数基本上各占50%左右。这样即能够保障学生对单片机主要内容实践的基本要求，又能让学生可以根据自己的兴趣选择不同的实验内容，培养自主实验的意识和主动探究知识的动力。

四、结束语

单片机的理论教学和实验教学分别独立开课，使得理论和实验的教学内容得到了加强。特别是独立实验课的开设，除了实验内容更加系统化，时间更加灵活，提高学生做实验的主动性和兴趣，还有效提升了实验教学的地位，有利于加强学生对实验教学的重视。教学课堂采用软件仿真和系统的实例，使得枯燥呆板的指令、电路变得生动形象，有效提高学生单片机知识的综合和实际应用能力。单片机课程的教学改革虽然也取得了较好的效果，但对于这类实践性要求很强的课程，需要进一步加强实验和实验室教学，改变传统的课堂与实验的认识，深化高等教育的改革。

[ 注 释 ]

[1] 胡晶晶，李娟.虚实结合的单片机实践教学探讨[J].赤峰学院学报（自然科学版），2013（4）：206-208.

[2] 李朝青，刘艳玲.单片机原理及接口技术（第4版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2013.

[3] 姜宁，樊延虎.单片机教学改革与实践[J].延安大学学报（自然科学版），2011（1）：45-46.

[4] 张江印.高校单片机教学模式的研究[J].实验室研究与探索，2011（9）：103-106.

[5] 陈向奎，李元臣.单片机教学的思考与探索[J].洛阳师范学院学报，2012（5）：84-86.

[6] 汪万维.单片机课程教学改革探讨[J].武汉大学学报（理学版），2012（S2）：95-97.

[7] 朱敏杰，罗珩，余亚东.改革单片机教学培养应用型人才[J].实验室研究与探索，2012（2）：144-147.

单片机原理与接口技术范文第2篇

 近几年，笔者一直担任电子专业单片机原理与接口技术课程的教学，在教学过程中发现了如下问题：首先，不少学生对电工基础、模拟电路、数字电路等电子专业基础课的内容掌握不牢，影响了该课程的学习；其次，单片机原理与接口技术课程内容抽象，理论性、实践性和综合性很强，又同时涉及软件和硬件知识，对学生的综合素质要求比较高，而学生水平跟不上，教学难度大。针对这些问题，怎样才能让学生比较容易地理解和掌握这一门课程，成为本课程教学研究与改革的重点任务。因此，笔者在教学实践中，通过不断试验，多次与单片机教研组老师交换意见，总结教学经验，认为一体化教学能让学生在做中学、学中做，把复杂的知识直观化、项目化，有效地调动学生的学习兴趣，可以收到较好的教学效果。

一、传统教学与一体化教学比较

传统教学一般先理论讲授，后实践操作，在理论指导下完成实操。理论教学通常在教室进行，实践教学实训室进行，理论与实践分开授课。这种模式的突出弊端在于理论教学与实践教学脱节，导致理论知识难以及时消化，操作训练不能连续，学生虽然经过多次训练仍不能掌握操作技能，教学效果不理想。

一体化教学是指在同一空间和时间内同步进行的教学，理论和实践交替进行，直观和抽象交错出现，没有固定的先实后理或先理后实顺序，而是做中学，学中做。一体化教学具有三个特性：①空间和时间的同一性；②认识过程的同步性；③认识形式的交错性。

下面，以“输入/输出接口技术”为例，具体说明这两种教学方法的区别。

传统教学：教学以老师讲解为主，先介绍输入/输出端口名称、作用、特点等各知识点，让学生在识记的基础上做作业，并利用单片机实验箱验证各知识点。

一体化教学：教学以老师为主导，学生为主体。教师先下达项目书（制作霓虹灯），然后组织学生研究讨论，制订方案，补充制作过程所需要的知识（输入/输出端口名称、作用、特点等），然后进行项目制作，完成作品，并在教师指导下进行项目评价和总结，最后针对学习成绩好、有兴趣的同学布置技能拓展项目。

二、一体化教学实施

为培养培养技能过硬的单片机实用型人才，学校单片机教研组以教学改革为手段，以单片机实训室为依托，将单片机原理及应用技术课程内容分解为单个彩灯闪烁（单片机基本知识介绍）、霓虹灯（输入/输出接口技术）、键盘接口显示（键盘接口技术）、计费器（定时/计数器）、报警器（中断技术）、秒表（数码静态显示）、学号显示器（数码动态显示）、数字温度计（a/d转换器）、信号发生器（d/a转换器）、密码锁（i2c总线）等10个项目，采用边讲边演示边操作的教学模式，让学生通过实践操作掌握相关理论知识和基本技能，做到实践中有理论，理论中有实践，使学生既掌握理论知识又懂得实践操作，将理论教学与实践教学真正融为一体，实现理论教学与实践教学的高度融合。

下面以报警器的制作为例，具体介绍“中断技术”一体化教学实施过程。

（一）课前准备

在实施一体化教学前，要做好充分的教学准备，首先要购置编程器、89c51cpu、电路板和发光二极管等常用单片机实训元件，然后安装proteus、编程器、伟福等单片机常用软件，组建一体化单片机教学场地。

（二）下达项目书

目前技工学校在校生素质普遍较低，因此，设计项目时，难度不能太大，难度较大的章节，须将内容分散到各个小项目中，否则会导致学生失去信心。“中断技术”是单片机原理与接口技术课程的教学难点，为了减轻学生的学习难度，笔者实际教学时，要求学生先制作一个接触式闪光灯，再制作报警器，这样每个项目包含的新知识点就不会太多。制作接触式闪光灯所需要用到的知识点有：① 发光二极管的使用；②中断控制。报警器隐含的知识点有：①中断控制（旧知识点）；②探测器的使用；③报警声的产生。

（三）分析项目

项目下达后，先让学生自行分析，遇到难题时，教师应当启发学生思考、提问，与学生共同分析项目，并制定具体的实施方案和详细的项目指导书。

例如，在接到制作报警器项目后，教师可让学生先停下来，引导学生思考：电路中的扬声器如何报警？报警灯如何点亮？如何识别报警信号？抛出学生当时迫切想知道的几个问题，这样，学生的好奇心和求知欲必将受到极大的激发，他们便会主动探索，去寻找解决问题的最佳途径。

（四）项目实施

学生按照项目指导书的要求进行操作，在老师的指导协助下，通过查找图书和网络资源，与同学探讨，完成报警器的制作，培养学生的协作意识、交流能力以及主动思考、解决问题的能力。

在项目制作过程中，针对学生提出的问题，教师可进行筛选，采用不同的教学方法。对于简单问题，可以鼓励学生自己讨论解决；对于复杂问题，教师应当主动引导学生，应用知识，启发思路；对于涉及的新问题、新知识，可与学生共同研究，再由学生去完成项目。比如：在制作报警器时，会涉及到三个知识点：其中，中断控制属于旧知识范畴，在制作接触式闪光灯中已经学过，可以根据学生的反应，采用不讲或串联回忆式教学；而探测器的使用、报警声的产生属于新知识范畴，教师应当及时补充此内容，让学生现学现用。

（五）项目评价、总结

在一体化教学中，学习效果主要由完成项目工作的质量来衡量，主要包括自我评价、学习小组评价和教师评价。围绕学生在项目设计过程中，从项目剖析、任务分解、知识点学习、知识点应用、目标搭建、目标组合等项目完成的一些列活动中，通过师生间的互动交流、学生间的互助协作，考察学生对项目的理解、知识点的学习领悟、单片机知识的应用以及语言表达能力。

（六）知识拓展、能力提升

对于学有余力的学生，可布置多路报警器等项目，通过制作多路报警器扩展项目，巩固“中断技

转贴于

术”学习内容，开拓多任务设计思路，通过查找资料，与同学和老师交流，提升学习能力和知识的应用能力。

三、实施一体化教学需要注意的几个问题

（一）教学计划、教学大纲与教材

按照传统教学模式编写的教学计划、教学大纲和教材难以满足一体化教学要求，一体化教学要按照企业发展需要和技能人才的培养规律，根据国家职业标准，以综合职业能力为培养目标，通过典型工作任务（即项目）分析，构建课程体系，并以具体工作任务为学习载体，按照工作过程和学生自主学习要求设计和安排教学活动的课程。

教材是教师组织教学、学生学习的主要依据和信息来源，因此，一体化教材是实施一体化教学的基础。一体化教材一般由学校教师和企业技术人员共同编写，教材主要以典型项目组织内容，注重教材实用性和可操作性，强调学生的实践技能、技巧的培养。

（二）教学过程设计与教学准备

一体化教学既要理论讲解、示范操作和操作训练，同时还要突出学生的主体地位，让学生按照既定目标有序地“动”起来。因此，一体化教学与纯粹在讲台上的理论授课或在实训室的实践操作有很大区别。因此，设计好教学过程是上好一体化教学课的关键，可以从以下几个方面考虑：1、明确教学目的：学生需要掌握哪些知识点、技能点，掌握到什么程度，达到什么样的效果，哪些需要讲解。2、准确把握教学对象：学生基础怎样，前导课程有哪些，学生有何特点等。3、确定教学重点和难点，做到重点突出，难点分解。4、设计教学策略：建议采用项目教学、任务驱动等教学方法。5、合理组建项目小组，每组以3～5人为宜。分组时要充分考虑小组成员的综合素质、动手能力，做到好、中、差搭配。

（三）教学硬件与软件条件

1、硬件条件。一体化教学强调的是空间和时间的统一，即在同一场所和同一时间内完成教学的多种任务。所以，要实施一体化教学，就必须具有既能满足理论教学，又能满足实践教学的一体化教学场所。

单片机原理与接口技术范文第3篇

关键词:微机原理;接口技术;优化;多媒体教学

中图分类号:G642文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)36-10351-02

Research on the Reform in Teaching Contents of the Principles of Micrcomputer & Interfaces

CHENG Yun, XIE Si-lian, ZHAO Zhi-gang

(Department of communication and control Engineering, Hunan University of Humanities and Science and Technology, Loudi 417000, China)

Abstract: By integrating with the course characteristic of "The Principles of Microcomputer & Interfaces", this paper puts forward the reform measures such as optimization teaching contents, proper utilization of multimedia. Teaching practice showed that this reform had achieved good results.

Key words: microcomputer principle;interface technique;optimization;multimedia teaching

《微机原理与接口技术》是电气信息类专业的一门重要的专业技术基础课[1],也是电子、自动化等专业学生的研究生考试课程。该课程的主要任务是使学生从理论和实践上掌握微型计算机的基本组成、工作原理、汇编语言程序设计方法、接口电路及硬件电路的连接,建立微机系统的整体概念,为今后进一步学习打好基础,同时该课程又是后续课程如单片机原理及应用、DSP技术、ARM嵌人式系统等课程的基础。由于这门课的教学内容与后续课程尤其是单片机原理及应用有较多相似的地方,因此,一些高职院校的做法常常是用单片机原理及应用来取代这门课,作为本科院校,还有必要开设这门课吗?如果要开的话,其教学内容如何确定才不至于与后续课程有较多的交叉?本文从如何提高微机原理课程教学质量、增强教学效果,谈谈在教学上的一些体验和认识。

1 优化教学内容,突出教学重点

由于总的学时的不断压缩,使得我们对一些专业基础课的课时则不断压缩,对于不继续开设《单片机原理及应用》这门专业课的学生来说,《微机原理与接口技术》的内容需要全部开出来,而对于有单片机原理及应用这门课的专业学生来说,可以只开设微机原理与汇编语言方面的内容,而接口技术则留到单片机原理及应用里面讲,把省下的课时加到电子技术和单片机原理及应用的课程设计里,这两门课的课程设计时间都延长了一周,即由原来的2周延长到3周。另外在每一章节讲授之前,先指出重点和难点,重点部分精讲[2],要求学生全面掌握。例如,在讲8086/8088结构一节时,存储器地址分段是本章的重点和难点,讲课时应配以大量图表形式进行重点阐述并辅以例题和练习题加深理解,而关于计算机硬件一节,学生在前修课程中已经学过,只是粗略复习一下即可。其他章节也采用类似的方法。这样,学生知道每一章节的重点、难点,学习有了目标,大大提高了学习效率,增加了学习本课程的积极性。

由于《微机原理与接口技术》课程内容多、 细、 零散、 前后内容交错且涉及到的知识面又广,学生初次接触时往往觉得难学,特别是随着教学进度的推进,学生感觉所接收到的知识比较散,很能理清头绪,更谈不上好好理解并加以运用了。所以在教学中可利用图表法[3]对课程内容进行科学地归纳组合,即将相关的内容组合到同一个模块中,然后抓住课程内容的主动脉用连线将模块之间的联系标识出来并加以说明,从而使课本上那些分散、 零碎的知识点一一串起来,形成一个层次清晰、结构明朗、联系紧密的图表。有了这结构清晰的图表,学生即可以对相关内容进行总体上的把握又可对某一个具体的知识点进行纵向的扩展和横向的比较,学生学习起来也不会感到混乱,且会激发学习的兴趣。

2 恰当应用多媒体教学,提高教学效果

《微机原理与接口技术》课程中微机的工作原理部分是很抽象的、看不见的、摸不着的,学生觉得难以理解。若使用多媒体教学,让关键部分具体化、形象化,让重点凸出、显示出来,可以促进学生的理解和记忆。这就要求多媒体课件制作必须根据课程的相关知识,用最合适的应用软件,制造高标准、高质量的多媒体课件。为加强课堂教学的效果,我们可以采用理论教学和实验演示同时进行的方法,使学生在轻松有趣的学习(氛围)中掌握所学知识。例如,在讲解芯片引脚图和芯片的内部结构图时,可在课件中通过点击相应文字或按钮来控制这些图片的显示或隐藏,并在图片旁边显示文字说明或语音提示,从而增强图片的可读性,如图1所示;又如,汇编语言指令和数据寻址方式是课程的基础,可在课件中用FLASH动画来模拟原本无法看到的指令执行过程和数据流动方向。在此课程中,类似的情况还有很多,采用多媒体教学一方面可以加快教学速度,弥补教学时的不足;另一方面图文并茂,动感演示,无疑会激起学生的学习兴趣,课后阅读时容易产生联想。

3 实践效果

根据新的培养方案与所采取的改革措施,我们已经实施了两年,从实际的效果来看,课程内容教学改革是非常成功的。通过微机原理及汇编语言的学习,然后再学习单片机,90%的学生觉得单片机易学易懂,达到了我们的预期效果。

4 结束语

我院《微机原理与接口技术》已被列为2009年湖南省精品课程,我们将以此为契机,认真扎实地开展教学研究,一定要把这门课程建成合格的省级精品课程。

参考文献:

[1] 周明德.微型计算机系统原理与应用[M].4版.北京:清华大学出版社,2004.

单片机原理与接口技术范文第4篇

（湖北民族学院 信息工程学院，湖北 恩施 445000）

摘 要：以电子专业微机原理和单片机原理课程为例，提出引入比较教学法和Proteus仿真软件，通过一个综合性实验，从电路结构、程序设计和仿真结果3方面进行对比和分析。最后以问卷调查形式说明比较教学能够增进学生对课程内容的理解，利用Proteus仿真软件能使课程变得更加生动和灵活，有利于培养科技创新人才。

关键词 ：新兴产业；人才培养；比较教学；Proteus仿真软件；微机原理；单片机原理

基金项目：国家自然科学基金地区基金项目（61263030，61463014）；湖北民族学院教学研究重点项目（2014JY005, 2013JYZ08）；湖北民族学院教学研究一般项目（2013JY008, 2014JY033）。

第一作者简介：高林，男，讲师，研究方向为嵌入式技术与智能控制，glhust@163.com。

0 引 言

比较教学法是指在教学活动中将两个或两个以上的认知对象放在一定的条件下，按照同一标准进行对照比较，从而确定认知对象属性的同异、地位的主次、作用的大小、性能的优劣、问题的难易或认识的正误深浅，以达到辨识、了解和把握认知对象之目的的一种方法[1]。

在高校电子技术专业中，微机原理与接口技术课程是重要的专业基础课，单片机原理及应用课程则是应用型专业课。前者偏向于原理性的介绍，涉及的实验比较简单；而后者则偏向于应用性，涉及的实验较多。这两门课程的实验过程中使用的芯片及编程方式非常类似[2-3]，可见这两门课程适合进行比较教学，因为两个对象既有相同或相近的特性，同时又有相异的特性，这样的对象才是合适的比较对象[4]。为适应新兴产业人才培养方案中这两门课程的变化，首先对两门课程内容进行比较分析，然后引入Proteus仿真软件作为现代化教学手段，再通过一个综合性实验对比仿真来具体探讨两门课程的特点，最后通过问卷调查的形式检验教学效果，以求摸索出一条适应新兴产业发展需要的人才培养途径。

1 教学内容比较

在新兴产业人才培养方案制订过程中，微机原理与接口技术课程原本先于单片机原理及应用课程一学期开设，现在变成在同一学期开设，而且两门课程在理论学时减少的同时，实验学时均有所增加，这样就给教师授课和学生学习增加了难度，又因为两门课程存在紧密的联系，所以利用比较教学法对课程内容进行比较分析，可得出两门课程之间存在以下3个主要的关联点。

1）两门课程的核心芯片不同。微机原理与接口技术课程的核心芯片是8086微处理器，单片机原理及应用课程的核心芯片则是51单片机。虽然核心芯片不同，但是它们与外部进行信息传递均采用数据总线、地址总线和控制总线的“三总线方式”，均存在引脚复用且需要外接地址锁存器，这些内容可在讲解时进行对比，便于学生理解。

2）两门课程的编程语言完全不同，前者是汇编语言，后者则采用C51语言。虽然前者是低级语言，后者是高级语言，看似不相关联，但通过对比学习能增进理解。例如汇编语言中关于堆栈以及进栈、出栈指令的知识，能帮助学生在学习C51语言时更好地理解函数的调用和返回以及函数的嵌套调用等内容。

3）两门课程的接口技术内容相似，均包含并口、串口、中断控制、定时器/计数器、D/A和A/D等。为避免教学内容重复，一般在前者授课中既讲工作原理又讲接口电路，而后者中对应部分只讲接口电路，不讲或少讲工作原理。例如，两门课程在讲到并口部分时，前者既要讲解可编程并口芯片8255A的工作原理，还要讲解8086与8255A的连接电路和编程；后者则重点讲解51单片机扩展并口电路和编程，并口工作原理则略去不讲。

2 比较教学手段

虽然已经对两门课程的教学内容进行了比较分析，但如果仍然采用传统的教学方式，并不能有效提升教学效果。在进行理论教学时，通常采用“板书+课件”的教学方式，这样会把接口电路、程序及运行结果这三者割裂开来，无法检验接口电路是否可行、所编程序是否有效以及程序在电路中的运行结果是否正确。在进行实验教学时，通常采用“电脑+实验箱”的教学方式，也存在实验设备昂贵、容易损坏、实验电路固定、设计内容少等问题，导致学生无法了解接口电路工作原理，从而缺乏电路分析和设计能力。

能否找到同时提升这两门课程教学效果的手段？解决的方法就是在教学中引入Proteus仿真软件。Proteus仿真软件是一款包含大量系统资源、丰富硬件接口电路，具有强大调试功能和软硬件相结合的仿真系统[5]。Proteus强大的设计与仿真功能被广泛应用在数字电路、模拟电路、单片机、嵌入式系统等多门课程的教学和实验中[6]。

引入Proteus仿真软件之后，在两门课程的理论课上，可以预先画出接口电路的原理图，然后用相应的编程软件编写程序并加载到对应的核心芯片上，最后将运行结果演示给学生看，这样使课堂变得直观、生动，还能将接口电路、程序及运行结果有机结合起来。另外，在两门课程的实验课上，由于该软件拥有实验箱中几乎所有的元器件和虚拟仪器、仪表，能够让学生在实验箱中完成硬件实验的同时，也能在该软件中对实验电路进行仿真，从而实现与硬件实验完全相同的效果。在此基础上，该软件还拥有很多实验箱中没有的元器件，能让学生进一步修改电路，甚至设计出多种功能的实际应用电路进行仿真，从而锻炼学生电路系统设计的能力。

3 比较教学实例

以一个综合性实验为例，从电路、程序和仿真3个方面来对比探讨两门课程的特点。该实验名称是“PC机通过串口控制数字时钟”，要求在以8086为核心的微机控制系统和以AT89C52（一种51单片机）为核心的单片机控制系统中均实现这样的功能——当PC机发送数字1时，数字时钟运行；当发送数字0时，数字时钟暂停。

3.1 电路结构

该实验电路结构框图如图1所示，图中上面虚线框中是以8086为核心的微机控制系统，下面虚线框中是以AT89C52为核心的单片机控制系统。从电路结构来看，前者更为复杂，后者相对简单。这是因为8086是微处理器，并口、串口、中断、定时器/计数器等功能均需要外部扩展；而AT89C52是单片机，这些功能大多数内部就有。例如8086内部没有串口，需要通过串口扩展芯片8251A实现串行通信，再经由RS-232连接到PC机；而AT89C52则可以通过自身串口经由RS-232连接到PC机。类似的情况还有8086需要通过中断控制器8259A来管理中断，通过计数器/定时器8253控制串口波特率，而AT89C52内部具有中断控制系统负责管理中断，其内部定时器/计数器可作为串口波特率发生器。

3.2 程序设计

8086主程序和AT89C52主函数流程如图2所示，图中左边是8086主程序流程，右边是AT89C52主函数流程。从程序设计来看，8086的控制重点是串行通信接口芯片8251A和中断控制器8259A，其中包含大量访问外部接口的程序；而AT89C52的控制对象主要是其内部的两个定时器/计数器和相应的中断，访问外部接口的程序相对较少。例如8086需要不断查询8251A状态字的RxRDY（串行接收准备好）标志位来判断是否接收到数据，当完成接收后，再以“CPU get X”（X为所收到的数据）的形式回送给PC机，这些程序均要访问外部接口。而AT89C52则只需不断查询内部RI（串行接收中断）标志位来判断是否接收到数据，当完成接收后，再以“MCU get X”（X为所收到的数据）的形式回送给PC机，这些程序全部在单片机内部完成。

3.3 仿真结果

先在Proteus仿真软件中分别完成8086电路和AT89C52电路的原理图设计，然后将两个电路原理图中的RS-232串口COMPIM的通信波特率均设为2400bit/s，并设置其占用计算机串口COM2，串口调试助手软件占用COM1，再通过虚拟串口软件VSPD设置虚拟串口，使COM1口和COM2口虚拟对接[7]。

该实验在8086电路中仿真结果如图3所示。图中数码管显示当前时间是23时59分46秒，RxD端显示10120，表示已从PC机发送了5个数字，依次是1、0、1、2、0。TxD端显示的就是8086电路回送给PC机的5条字符串，其中数字从上往下与RxD端显示顺序一致。

该实验在AT89C52电路中仿真结果如图4所示。图中数码管显示当前时间是00时01分50秒，RXD端显示10130，表示已从PC机发送了5个数字，依次是1、0、1、3、0。TXD端显示的就是AT89C52电路回送给PC机的5条字符串，其中数字从上往下与RXD端显示顺序一致。

从仿真结果来看，两个电路均顺利完成实验要求，而且结果清楚、直观，此结果还能与实验箱上的实物效果进行比较，便于学生理解实验箱内部电路的工作原理。

4 结 语

在战略性新兴产业发展的背景下，学院对现有电子专业进行改造，提出“3+1”培养模式，即“前3年在学校学习，后1年在企业培训”，为此还与相关企业签订了人才培养协议[8]。学院在新兴产业人才培养方案制订过程中，主要依据时间集中、强化基础、减少理论、重视实践”的原则来设置课程，因此，部分课程的开设与以前有较大的区别，其中微机原理与接口技术、单片机原理及应用”这两门课程的变化具有代表性。

当两门课程的教学过程全部结束以后，通过对2011级电子专业93名本科生进行问卷调查得知，关于比较教学有42%的学生认为效果好，35%的学生认为有一定效果，23%的学生认为效果不好。认为效果不好的原因主要在于微机原理课程中汇编语言难学、部分实验箱损坏等。关于引入Proteus软件辅助教学有54%的学生认为效果好，33%的学生认为有一定效果，只有13%的学生认为没有效果。认为没有效果的原因主要是Proteus中还缺乏一些实际的元器件模型导致电路不能仿真等。此问卷调查结果表明，大部分学生认为在两门课程教学过程中采用对比方式能够增进理解，引入Proteus仿真软件不仅能够使理论课变得更为形象和生动，使实验课变得更加灵活和开放，还有助于培养实际动手能力。

参考文献：

[1] 宋文. 比较教学法在汇编语言课程教学中的应用[J]. 电脑知识与技术, 2013, 9(10): 2402-2403.

[2] 高林. 单片机原理与微机原理综合仿真系统的设计及应用[J]. 实验技术与管理, 2014, 31 (3):91-94.

[3] 赵晚昭, 周柳娜, 赵晚春, 等. 微机原理及单片机课程改革浅谈[J]. 物联网技术, 2012 (7): 74-76.

[4] 冷汹涛, 蔡铭辉, 庞文颖. 比较教学法三要素在高等教育中的实践性探索[J]. 高教论坛, 2013(8): 70-73.

[5] 周冠玲, 冯占英, 李战. “单片机原理及应用”课程教学改革的探讨[J]. 中国电化教育, 2012(6): 105-107.

[6] 陈越, 顾晖, 梁惺彦. Proteus虚拟仿真在微机原理教学中的应用[J]. 电子技术应用, 2012, 38 (1): 106-108.

[7] 曾维鹏, 蔡莉莎, 林尔敏. 基于VC++及Proteus的上、下位机串口通信仿真技术[J]. 镇江高专学报, 2013, 26 (4): 74-76.

单片机原理与接口技术范文第5篇

关键词：传感器；单片机；防盗报警

中图分类号：TP277

随着居民生活水平的提高，传统的防盗越来越不能满足人们日常防范的要求，本文提出了应用红外线技术和单片机原理，电话自动报警技术应用到防盗系统中，具有经济科学高效的特点，尤其适用于农村畜牧仓库，因而具有广泛的应用前景[1-3]。

1 系统硬件设计

本设计采用T89C51单片机[5-7]，电路见图1。P3.2（INT0）连接防盗探测器，用来检测是否有盗情，如果有盗情发生，触发外部中断0。其中P2.1连接语音电路，实现语音的回放控制；P2.3连接电话接口芯片，实现模拟摘挂机控制； P2.0连接报警蜂鸣器。同时P0.0～P0.3分别与MT8888的D0～D3相连，用做数据总线；P2.0与MT8888的RS0相连，控制MT8888内部寄存器的选择；P2.7与MT8888的CS控制MT8888的选通；P3.3（INT1）连接电话接口芯片的24脚，用来检测振铃；P3.6、P3.7分别与MT8888的WR和RD相连，控制MT8888的读写操作。

时钟电路见图1，AT89C51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入端和输出端。该反相放大器可以配置为片内振荡器。石英振荡陶瓷振荡均可采用。如果采用外部时钟源驱动件，XTAL2应不接。因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期含有2个振荡周期，所以一个机器周期含有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率12MHZ，一个振荡周期为1/12us，一个机器周期为1us。单片机AT89C51，构成系统。

图1 单片机AT89C51电路原理图

本设计的DTMF电路如图2所示，设计中的MT8888CE的DTMF信号输入脚通过一个电阻电容后与空份模块中的MT8816脚相连，用户1、2、3、4拨号后信号通过AX1、AX2、AX3、AX4到达MT8816，通过控制系统编程使一路用户的拨号信号到达MT8888CE。MT8888CE的TONE输出脚也与MT8816一个脚相连，可以通过CPU向MT8888CE的地址中写数字并通过MT8816使产生的DTME音频信号到达个用户模块。

图2 DTMF模块电路图

2 系统仿真与分析

根据系统达到的总体功能，将其划分为以下功能模块：中央控制器、DTMF模块、蜂鸣电路模块、语音模块、电话接口模块等。由于本设计中的一些元器件，Proteus中没有或者不具有仿真功能，故本文仿真中的一些元器件，采用其它具有相似功能的元器件代替，其中DTMF模块是用单片机AT89C51代替，语音模块是用用发光为红色的LED灯代替，电话接口模块是用发光为黄色的LED灯。并且仿真图中绿灯亮表示蜂鸣电路正在响，仿真图中红灯亮表示语音模块正工作，仿真图中黄灯亮表示电话已报警。

图3 Proteus正常仿真图

3 结束语

本文设计了一种基于单片机技术的无线智能防盗报警器。该防盗报警器通过以AT89C51单片机为工作处理器核心，外接热释电红传感器，它是一种新颖的被动式红外探测器件，能够以非接触方式探测出人体发出的红外辐射，并将其转化为相应的电信号输出，同时能有效的抑制人体辐射波长以外的红外光线与可见光的干扰。平时传感器输出低电平，当有人在探测区范围内移动时输出低电平变为高电平，此高电平输入单片机，作为单片机的外部触发信号处理，经单片机内部软件编程处理后，单片机输出控制信号，驱动声光报警电路开始报警。该报警器的最大特点就是使用户能够操作简单、易懂、灵活；且安装方便、智能性高、误报率低。

参考文献：

[1]雷旭，何万强.新型家用防盗报警系统[J].现代电子技术，2003：12-14.

[2]吴政江.51系列单片机控制红外线防盗报警器[J].锦州师范学院学报，2001：20-24.

[3]魏小龙.51系列单片机接口技术及系统设计实例[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002：6-7.

[4]刘纯利，张玉山.单片机防盗报警系统的设计[J].安徽电子信息职业技术学院学报，2004：29-32.

[5]何利民.MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003：10-15.

[6]陈国华，电子防盗器大全[M].北京：电子工业出版社，1997：11-12.

[7]黄锐，王跃科，唐贵林等.基于PIC单片机的电话自动报警系统[J].微计算机信息，1998：10-14.