基于模块化和项目化的单片机实验教学改革.docVIP

　　基于模块化和项目化的单片机实验教学改革 摘要：本文提出了将模块化与项目化实验教学模式相结合，形成一种创新型、实用型的单片机实验教学改革模式的思路，以期将理论学习、实践应用、产品制作有机地合为一体。 中国 9/vie 　　关键词：模块化；项目化；单片机 　　中图分类号：G642 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2017）06-0087-04 　　● 引言 　　单片机是目前各类智能产品中经常选用的微处理器之一，也是现在电子类高校技能竞赛中常运用的技术之一。因此，单片机课程是电子技术、计算机、电气、自动化、机电一体化、信息工程等专业的主干专业课程，并且是一门实践性、应用性很强的课程，这也说明了单片机课程的实验教学尤其重要。 　　传统的单片机实验教学主要是采用高度集成的实验箱进行实验教学，但实验箱价格昂贵、操作繁琐、结构复杂，所以这种方式不仅实验成本高，而且学生的实验效果也不理想。因为实验的电路都是已经制作好的现成品，学生在做实验时只需机械地按照图纸在实验板上连接几根导线，然后录入程序，最后观察实验结果即可，整个过程耗时仅需10～25分钟。[1]这样的实验只属于验证性实验。 　　由于控制电路和实验电路集成在一起，所以学生很难了解所做实验的实际工作电路，对电路的原理根本无法获知，这样的实验教学方式很难锻炼学生的实际应用能力，由此可见，实验设备的高度集成化已经渐渐不适应现代化单片机实验教学的要求。随着单片机技?g的不断更新和广泛应用，单片机实验教学系统采用模块化设计，价格低，普及性高，能培养学生的动手能力和创新能力；同时，采用项目化的实验教学模式，能够以工作过程为导向，培养学生的工程意识和解决实际问题的能力。[2] 　　● 单片机模块化实验教学设计 　　改革单片机实验教学模式，是指不再采用传统的实验箱设备，而是采用一种学生自主、自行制作，开放式、模块化的实验板来进行单片机实验教学。 　　该实验板主要由基础模块和扩展模块两部分组成。其设计思路是基础模块为系统核心模块，扩展模块为系统子模块。基础模块（核心模块）搭架上任何一个扩展模块（子模块）可完成一个特定的子功能，形成一个产品。所有的扩展模块（子模块）还可以按照某种方式多个组合在一起，再搭架上基础模块（核心模块）形成一个更大的系统和有更多复杂功能的产品。扩展模块（子模块）是可组合、分解和更换的单元，但基础模块（核心模块）是必不可少的单元。具体的框架图如下页图1所示。 　　该实验板的优点是价格低（根据配置扩展模块不同，价格在十几元到几百元不等），而且省去了中间通过编程器或开发板来烧录程序的环节，采用ISP直接下载，十分方便。此模块化实验板可以完全由学生自己焊接、制作，体积较小，携带方便，学生可以人手一套，满足在线仿真调试、开发设计单片机系统以及制作小产品的需要。此外，它还可以为以后的课程设计、电子设计竞赛、机器人竞赛、技能大赛等活动提供技术准备。[3] 　　1.基础功能模块设计 　　基础模块为单片机最小系统，也可称为CPU控制模块，主要由单片机芯片、复位电路、晶振电路和电源电路组成。它是做任何一个单片机实验或产品必不可少的部分，也是系统的核心部分，如图2所示。 　　为了方便后续搭架基础模块与扩展模块，可以将单片机的32个I/O（P0-P3口）全部引出，将单片机的引脚与2.54mm间距的单排排针焊接在一起，通过排针将引脚引出。然后通过杜邦线，把基础模块排针与扩展模块排针相连接，实现搭架组合。 　　2.扩展功能模块设计 　　扩展模块主要包括流水灯模块，数码管显示模块，点阵显示模块，LCD显示模块，蜂鸣器模块，键盘模块，红外收发模块，传感器模块，A/D、D/A模块，电机控制模块，时钟模块和E2PROM模块。这些扩展模块不仅可以使学生基本掌握单片机的输入、显示、控制、数据采集和转换、储存等相关技能，还可以使学生在熟悉和掌握以上扩展模块的电路原理、制作和编程的基础上，根据自身需求自行设计和制作新的扩展功能模块，学习到更多的知识，掌握单片机更多的运用技能。 　　通过“基础模块+扩展模块”可以制作和实现的功能如下： 　　广告牌的设计与制作：单片机最小系统（基础模块）+点阵显示模块（扩展模块）。 　　功能：通过编程实现单片机控制点阵模块显示相应的汉字、图形、数字等广告信息。 　　抢答器的设计与制作：单片机最小系统（基础模块）+键盘模块（扩展模块）+流水灯（扩展模块）。 　　功能：通过编程实现当有按键按下时（有人抢答时），将信号反馈给单片机，然后单片机做出相应的反应动作，如小灯点亮，说明抢答成功，并显示抢答成功相对应的位置。 　　智能温度测控系统的设计与制作：单片机最小系统（基础模块）+传感器模块（扩展模块）+数码管显示模块（扩展模块）+流水灯（扩展模