嵌入式單片機(jī)教學(xué)與電子工藝實(shí)習(xí)相結(jié)合的課程改革與實(shí)踐

李雪

摘 要：本文分析了大學(xué)嵌入式單片機(jī)應(yīng)用教學(xué)的學(xué)習(xí)實(shí)踐情況和電子工藝實(shí)習(xí)的課程實(shí)施狀況，對(duì)嵌入式單片機(jī)應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)和電子工藝的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行的改革與實(shí)踐，課程實(shí)踐中著重培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力，從制作硬件外設(shè)開始到對(duì)外設(shè)的使用，了解參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過程，提高學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)知識(shí)的設(shè)計(jì)實(shí)踐的綜合能力。

關(guān)鍵詞：嵌入式單片機(jī);綜合能力;電子工藝

目前電氣工程系的各個(gè)專業(yè)大都開設(shè)了嵌入式單片機(jī)原理及應(yīng)用實(shí)踐、嵌入式單片機(jī)原理及應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用等單片機(jī)課程，在老師的系統(tǒng)教學(xué)過程中要進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生充分理解課堂相關(guān)知識(shí)。實(shí)驗(yàn)課程主要針對(duì)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，比如GPIO的跑馬燈、DMA的應(yīng)用等，這些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)都很片面，缺乏綜合能力的培養(yǎng)，缺乏對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的了解和設(shè)計(jì)的全面認(rèn)識(shí)。原有電子工藝實(shí)習(xí)教學(xué)的內(nèi)容主要為焊接充電器和組裝半導(dǎo)體收音機(jī)，購(gòu)買成品器件，且大多數(shù)是插件形式，實(shí)習(xí)中用于學(xué)生手工焊接，這種的實(shí)習(xí)模式已經(jīng)不能適應(yīng)社會(huì)對(duì)單片機(jī)人才的要求。針對(duì)這一狀況我們對(duì)這么課程進(jìn)行了課程的改革，申請(qǐng)了新的實(shí)踐環(huán)節(jié)，融入了電子工藝實(shí)習(xí)的相關(guān)內(nèi)容，與電裝課程相結(jié)合，為學(xué)生打造了設(shè)計(jì)、制作、應(yīng)用實(shí)踐一條龍的產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程。

一、教具制作

硬件設(shè)備是單片機(jī)教學(xué)的基礎(chǔ)，包括開發(fā)板和外設(shè)，要滿足學(xué)生課堂的需要。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生要了解硬件如何使用，但目前很多實(shí)驗(yàn)課的硬件都用成品，學(xué)生不能直觀的看到該設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)用理解上也相對(duì)困難一些，我們將其實(shí)習(xí)內(nèi)容改為焊接單片機(jī)外圍功能模塊。學(xué)生使用已經(jīng)篩選選定的合適的電阻、電容、數(shù)碼管、按鍵、三極管、發(fā)光二極管等各種元器件，對(duì)其組裝焊接。因此需要設(shè)計(jì)直觀的更能幫助學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)踐的教具。

（一）電子時(shí)鐘電路板

電子時(shí)鐘模塊主要包含以下器件：2位八段數(shù)碼管、獨(dú)立按鍵、一個(gè)無源蜂鳴器，具體如下圖所示。學(xué)生通過對(duì)器件的焊接，了解數(shù)碼管的構(gòu)造，位選、段選的設(shè)計(jì)等。電子時(shí)鐘電路板滿足很多相關(guān)實(shí)驗(yàn)的需要，為了提高學(xué)生的興趣，還設(shè)計(jì)了一款軟件相匹配，讓學(xué)生下載使用研究，該軟件，可以設(shè)置時(shí)分秒、正計(jì)時(shí)、倒計(jì)時(shí)、蜂鳴閃爍報(bào)警。這些都為后續(xù)的程序設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)提供堅(jiān)實(shí)的硬件知識(shí)儲(chǔ)備，也讓學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)更感興趣，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生參加度。

（二）密碼鎖電路板

密碼鎖電路板，包含16按鍵的矩陣鍵盤外設(shè)的焊接、6個(gè)LED跑馬燈的焊接、3個(gè)獨(dú)立按鍵、六個(gè)電阻及若干排針的焊接組裝。學(xué)生在焊接過程中了解相關(guān)原件的原理，電路設(shè)計(jì)，為后續(xù)的矩陣鍵盤和跑馬燈等實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

學(xué)生最后留存所有焊接及設(shè)計(jì)設(shè)備成果，平時(shí)可以在用在學(xué)生的個(gè)人愛好設(shè)計(jì)和《嵌入式單片機(jī)原理及應(yīng)用》的后續(xù)課程中，能夠做好與后續(xù)相關(guān)課程的無縫銜接，有利于提高學(xué)生的嵌入式單片機(jī)技能以適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展。

二、教學(xué)實(shí)施過程

在實(shí)習(xí)過程中，我們采取硬件焊接與軟件設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法。學(xué)生焊接完成一個(gè)教具后進(jìn)行相關(guān)的程序設(shè)計(jì)。這樣的軟硬結(jié)合設(shè)計(jì)過程使學(xué)生一直處于興奮的學(xué)習(xí)狀態(tài)，即不會(huì)對(duì)一直焊接感到疲憊也不會(huì)對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的程序設(shè)計(jì)感到厭煩，創(chuàng)造了快樂輕松的學(xué)習(xí)氛圍，大大提高了兩個(gè)課程的學(xué)習(xí)效果。

課程設(shè)計(jì)整體包含兩部分，第一部分為：電子時(shí)鐘電路板焊接及評(píng)價(jià)、簡(jiǎn)單數(shù)碼管程序設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)、電子時(shí)鐘綜合程序設(shè)計(jì)講解;第二部分為：密碼鎖電路板焊接與評(píng)價(jià)、簡(jiǎn)單小燈程序設(shè)計(jì)、密碼鎖綜合代碼講解。

其中密碼鎖相關(guān)的設(shè)計(jì)具體包含內(nèi)容為：STM32開發(fā)板基礎(chǔ)、熟悉相關(guān)電子元件、手工焊接練習(xí)、練習(xí)直插元件焊接、密碼鎖外圍設(shè)備焊接、密碼鎖外圍設(shè)備焊接質(zhì)量檢查與評(píng)價(jià)、密碼鎖外圍設(shè)備焊接程序調(diào)試與評(píng)價(jià)。在這個(gè)過程中學(xué)生了解相關(guān)軟件的基本知識(shí)和焊接技巧，焊接的板子質(zhì)量有老師逐一檢查，并學(xué)電子工藝課程中會(huì)相關(guān)的驗(yàn)證原理來檢驗(yàn)按鍵是否焊接牢固、LED電路是否焊接正確。然后使用老師設(shè)計(jì)的密碼鎖綜合程序觀察運(yùn)行效果，進(jìn)一步檢驗(yàn)自己的焊接成果。

軟件的程序設(shè)計(jì)具體包含以下環(huán)節(jié)：嵌入式基礎(chǔ)知識(shí)及模板使用、簡(jiǎn)單程序?qū)嵗O(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)、了解密碼鎖外圍設(shè)備原理、按鍵控制LED實(shí)例與評(píng)價(jià)、講解密碼鎖綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理。在這個(gè)過程中學(xué)生在老師的引導(dǎo)下編寫程序，為了能夠使用好自己焊接好的硬件設(shè)備學(xué)生積極學(xué)習(xí)提問，每個(gè)人都能認(rèn)真有效的完成。最后，老師講解了綜合的實(shí)例應(yīng)用，即用來驗(yàn)證開發(fā)板焊接質(zhì)量的綜合程序，讓他們了解綜合設(shè)計(jì)的過程，對(duì)未來軟件產(chǎn)品的開發(fā)有了整體的了解，實(shí)踐的過程也讓同學(xué)們躍躍欲試想去設(shè)計(jì)一款屬于自己的產(chǎn)品。

三、教學(xué)評(píng)價(jià)

課程成績(jī)包括上課考勤、課堂紀(jì)律、硬件過程成績(jī)、軟件設(shè)計(jì)成績(jī)、實(shí)習(xí)報(bào)告成績(jī)。考核的標(biāo)準(zhǔn)不在只是對(duì)錯(cuò)的題目評(píng)價(jià)，包含了課堂的表現(xiàn)，產(chǎn)品的質(zhì)量等。并且硬件軟件的產(chǎn)品并不局限在題目上，允許學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新，比如硬件外觀上或者軟件的功能上，小組的團(tuán)結(jié)協(xié)作上等，這些都是學(xué)生的加分點(diǎn)。能夠?qū)W(xué)生的實(shí)踐進(jìn)行綜合性的評(píng)價(jià)，更加符合社會(huì)學(xué)生的要求。

四、結(jié)論

通過對(duì)嵌入式單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與電子工藝實(shí)習(xí)相結(jié)合的課程改革，我們發(fā)現(xiàn)，這種硬件焊接與軟件設(shè)計(jì)相結(jié)合的課程設(shè)計(jì)提高了教學(xué)的質(zhì)量，充分滿足了學(xué)生的需要，使他們參與到了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整體過程，能夠培養(yǎng)綜合性的具有實(shí)踐能力的人才，能夠滿足社會(huì)發(fā)展對(duì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝光前.卓越工程師背景下的單片機(jī)課程教學(xué)改革與探索[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2012，（11）：2563-2564.

[2]周立功，等.A R M微控制器基礎(chǔ)與實(shí)踐.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003：1-3.

[3]潘登，陳啟軍.面向卓越人才培養(yǎng)的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革[J].計(jì)算機(jī)教育，2013（7）：1-5.