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摘要：文中介绍了微处理器系列课程教学实践过程中的几点思考，有效利用视频与动画，结合形象生动举例，拓宽思路进行教学，分析了单片机与DSP控制技术系列课程中联系与区别，叙述了利用Keil C软件演示定时器和I/O口综合应用等功能，对改革考试方式进行了说明，应用Proteus软件在课堂上没有接入实际硬件设备的条件下，演示数码管，键盘执行软硬件联调功能，并对课程设计和大学生科技活动开展对教学中发挥的作用进行了阐述。
关键词：系列课程；单片机；DSP；教学设计
作者简介：艾红（1962-），女，重庆人，北京信息科技大学自动化学院控制工程系，副教授。（北京 100192）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）25-0128-02
随着信息技术飞速发展，学科之间的交叉与渗透性越来越强。先进微处理器技术越来越多地应用于自动化等各个领域。北京信息科技大学自动化专业开设了微处理器应用的系列课程。其中《微机原理与接口技术》、《计算机控制系统》是必修课，《单片微机控制技术》，《DSP控制技术》和《嵌入式系统》是专业任选课，见表1。虽然系列课程对于初学者而言都是有一定难度的。但是05级4个班学生、06级3个班学生和07级大部分学生均选修了DSP课程。可以看到学生对微处理器应用新技术学习有很大的需求。这些课程需要学生具备良好的计算机应用能力。既要培养学生硬件设计能力，又要具备汇编语言，C语言编程能力。坚持以学生为主体，服务于学生的教学指导思想，在微处理器系列课程教学实践中努力创新。
一、上好每一堂课，注重教学设计
教师在课堂上的讲授是对教学内容的加工、理解、发挥、创造的过程。对同一个教学内容，每讲一次都会有新的体会、新的认识、新的感受。对教材上内容注意选材，注意打基础，在讲清基本原理、基本方法同时，还要注意实用性和先进性。要更多地考虑讲课是否生动、是否有条理，是否引起学生兴趣。要关爱学生，提高教学内涵。要不断跟踪单片机和DSP控制技术先进性，妥善解决较高的教学要求和有限学时的矛盾。讲好每一节课，每一分钟课。通过合理的教学设计，学生反映课堂教学信息量大，收获多。
1.视频与动画结合
上好第一节课。将单片机应用的视频，实物介绍给学生，使学生有视觉和触觉上的感官认识。演示电脑鼠比赛、智能车比赛和足球机器人视频，演示毕业设计学生的作品。如多点温度测量系统，基于热释电红外传感器的车流量监测系统设计等视频。开门见山讲解单片机的具体应用，吸引学生，提高学生学习兴趣。重视课堂教学，用多媒体进行动画演示。演示单片机低8位地址总线和数据总线分时使用过程。演示接口中信息流动等等。在讲解程序设计时，例如将数据从外部数据存储器传送到内部数据存储器中，首先演示程序设计思路，动画演示数据搬移过程。每传送一个数据，指针调整，存储器地址加一，计数器减一的过程。通过演示程序单步执行、断点调试或连续运行，清晰地看到数据存储器地址指针的变化，看到将数据一个一个从外部数据存储器传送到内部数据存储器中程序的执行结果。
2.形象举例与程序演示
以形象的举例说明讲解单片机中一些重点和难理解的概念。例如在讲解中断时，用水壶烧开水举例说明。在烧开水过程中，可以看书，当水烧开时，水壶发出的叫声就是中断信号，此时提醒进行灌开水工作。必须停下手中工作，不能再看书了而去灌开水。在讲解堆栈概念时，用饼干盒中放置的饼干举例。当吃饼干时，从上面一块一块取出，而不是从下面取出，充分体现先进后出的原则。在讲解地址和数据概念时，用抽屉和抽屉中的物品来讲解。地址相当于抽屉编号，从对应地址单元中取出数据，相当于从对应抽屉中拿出物品。而数据就是抽屉中的物品。
在讲解定时器时，利用交通灯、洗衣机以及电梯控制中的定时功能举例。交通灯绿灯、黄灯和红灯亮的时间就是用定时器的定时功能实现。在电梯控制中各个楼层停留时间，开门与关门时间均是用定时器实现，洗衣机漂洗，放水、甩干等时间均是用定时器实现。在讲解输入输出I/O和定时器综合应用时，执行跑马灯程序，演示程序执行结果。
配合使用Keil C 软件演示利用定时器T0实现定时10秒，使I/O口P1.0状态变化一次的程序执行过程，进一步讲透定时器功能和应用。通过Keil C 软件执行程序时，可以看到时间常数TH0和TL0变化，中断标志EA和ET0状态。可以看到采用中断方式时，当定时器溢出时PC指针变化，PC指针会自动跳到定时器中断入口，使学生深刻领会中断产生与中断响应概念。当改变时间常数时，能够观察和体会到时间的变化。可以观察定时器溢出标志TF0在中断和查询两种不同工作方式时的变化过程。通过观察可以发现定时器工作在查询方式时，TF0时间到不能自动清零，需要程序员用软件清除TF0标志。定时器工作在中断方式时，定时时间到TF0为1产生中断，并自动将TF0清零。通过讲解与课堂演示，学生看到了定时器溢出标志TF0的变化过程，做到心中有数。做到理论联系实际。通过精心组织教学，学生都反映这些知识点讲得深入浅出，非常透彻，能够深入理解并加深记忆。利用Keil C软件调试定时器观察中断标志，P1.0变化过程以及时间常数变化窗口如图1所示。
3.单片机与DSP控制技术系列课程中联系与区别
中断、接口、定时器、晶振，看门狗，输入输出、寄存器、数据存储器、程序存储器、串口等对于单片机和DSP而言都有相似的概念。而DSP中具有流水线，哈佛结构，多总线，事件管理器以及事件管理器中捕捉和正交编码功能。此外A/D转换中的排序器，链接命令文件，公共目标文件格式COFF格式，CPU级中断和外设级中断，SPI，CAN这些突出的特点都使DSP具有先进功能。虽然学生在学习DSP时具有了一定难度。但是只要善于将DSP与单片机进行对比与总结，就能够较好地掌握DSP控制技术的内容。同时课堂上多举例，从典型的习题和实验入手，重点问题重点讨论，引导学生的学习兴趣，培养学生获取知识的能力。有些学生总希望在讲解一个知识点时，想知道有什么用途，会用在什么地方。因此在讲解重要知识点时，多介绍将单片机和DSP应用于控制系统的实例。学生就能够体会到学习这些知识是有很大用处的。当学习目标明确后，学习主动性也就增强了。另外在课堂教学中也强调只要扎扎实实地学好单片机，其他课程的学习难点一样会迎刃而解。学生在学习单片机与DSP控制技术系列课程中也积极思考，注意了系列课程联系与区别。
二、应用Proteus软件进行软硬件联调
由于单片机实践性很强，需要软硬件相结合，采用Keil C的环境可以进行软件仿真，而演示连接硬件电路后程序执行的结果则可以借助于Proteus环境下的仿真执行。基于Proteus仿真软件创建相关的调试平台，可以在课堂上没有接入实际硬件设备的条件下，结合使用Proteus仿真软件演示数码管，键盘执行功能，演示软硬件联调结果，起到非常好的效果。如讲解数码管显示时，将Keil C与Proteus仿真软件连接调试。通过编写好程序，单击仿真运行开始按钮，可以清楚地观察到数码管每一个引脚的电平变化，红色代表高电平，蓝色代表低电平。在数码管LED上，循环显示0、1、2、3、4、5。运行效果如图2所示。
在讲解键盘与单片机连接电路时，将所需元器件加入到对象选择器窗口。放置元器件至图形编辑窗口。对元器件进行连线，编制程序，包含键盘扫描子程序、数码管显示子程序等。通过扫描行和列判断按下的是哪个键，并返回相应行列对应的键值。联调时，单击仿真运行开始按钮，可以清楚地观察到引脚的电平变化。程序执行后可以在数码管上显示按下的数字键。单击仿真运行结束按钮，仿真结束。当按键5按下后数码管显示结果如图3所示。
三、改革考试方式引导学生正确学习方法
改革考试方法，采用一页纸开卷考试。对计算公式，复杂指令可以写在一张纸上，及时总结，学生反映由于纸张有限，只有一张纸，因此需要认真复习，认真琢磨和思考在这张纸上写下哪些重要总结内容。而纯粹开卷考试，有些学生认为内容就在书上，到考试时再找也来得及。所以有些学生没有好好复习和做好充分准备。采用一页纸开卷考试，通过观察一页纸的内容可以看到有些学生对重点内容总结归纳得非常好。抓住了重点，梳理了学习内容的思路，也起到了复习作用，效果很好。今后将继续采用一页纸开卷考试方式。可以考察学生综合应用各种知识，分析问题和解决问题能力。不仅考查学生理论基础，也考察学生应用知识实践能力。一页纸开卷考试促进教学改革，教师在试卷命题时必然将重点转向考查学生的思考能力和灵活应用知识能力。也促使教师在平时授课中注意培养学生学习积极性和分析解决问题能力。将学生学习精力转移到对知识的系统理解和综合应用上。不只是死记硬背一些书本上基本概念和例题。在一页纸开卷考试中要注意避免学生多带纸张，一页纸要求是学生本人经过自己复习，理解和把握重点知识，自己总结并且手写的一张纸，而不是通过复印其他同学的而准备的一张纸。显示出经过自己整理独立完成的一张纸。考试中注意学生不能交换纸张。总之根据课程特点，合理选用正确考试方式，既可以达到检验学生学习能力和效果的目的，又可以促进教师进行课堂教学的改革。对学生强化重点知识理解和进行应用能力、实践能力的培养起到积极的作用。
四、课程设计和大学生科技活动
教学计划中增加了一周半微控制器技术课程设计，进行单片机和DSP系统设计和实现。设计了综合训练方案，既体现了单片机、DSP等课程的特色，又很好地培养了学生对单片机、DSP系列课程的应用技能。如基于单总线数字温度传感器的实时显示设计，实时数据采集器的智能仪表设计，直流电机PWM调速系统设计，接触式IC卡的读写设计，点阵LED和字符型LCD显示设计，采用单片机及外围电路组成高度为四层楼的电梯控制系统设计。步进电机控制系统、温度闭环控制系统设计，电子广告牌的制作，基于DSP的数字波形产生等。课程设计可以使学生通过整体设计，硬件设计，软件编程，仿真调试、硬件电路调试、在线下载等几个阶段，有利于建立系统概念，提高了学生综合应用知识的能力，培养了学生独立思考解决问题的能力。
对于基础较好的学生积极参加大学生科技活动。如进行“足球机器人移动控制系统研究”，包括码盘测速，利用单片机实现闭环控制电机，实现RS232串口通信等功能。有两名同学完成了“基于短信的报警系统”，即通过单片机和GSM实现短信报警和“USB便携式数据采集系统”实现数据采集并通过USB上传到计算机上进行显示。自0802班3名同学完成了“山体滑坡远程无人监测系统”，获得了学校第五届“创新杯”课外学术科技竞赛特等奖。这些课题都有着一定的实际意义。通过科技活动，增加了学生基本技能，为毕业设计奠定了基础。还有的学生参加了第六届“挑战杯”首都大学生课外学术科技作品竞赛。
五、结束语
由于微电子技术和计算机技术飞速发展，对担任单片机、DSP、嵌入式系统等课程教学的老师提出了更大挑战。学风制下推行的选课制度，DSP、嵌入式系统等都是任选课，教师的学术水平，知识能力，授课艺术和人格魅力等，此时都要经受考验和验证。教师感到了压力，教学过程中敬业与认真，教学内容不断更新，才能吸引学生。教学相长也更加真实和显而易见。任重而道远，我们要不断总结，开拓进取，勇于实践和创新，逐步探索出微处理器系列课程的教学实践在培养应用型人才方面新型的教学改革之路。
参考文献：
[1]张宏伟,王新环,王新.基于Proteus 和Keil 的单片机实验教学改革[J].电气电子教学学报,2008,12(6):64-65.
[2]曹薇,邵忠良.单片机原理及应用课程考试及改革的探索[J].广东水利电力职业技术学院学报,2004,(2):39-41.
[3]马力.高职单片机课程教学改革初探[J].辽宁高职专报,2005,(1):120-121.
（责任编辑：刘丽娜）
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关键词：系列课程；单片机；DSP；教学设计
作者简介：艾红（1962-），女，重庆人，北京信息科技大学自动化学院控制工程系，副教授。（北京 100192）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）25-0128-02
随着信息技术飞速发展，学科之间的交叉与渗透性越来越强。先进微处理器技术越来越多地应用于自动化等各个领域。北京信息科技大学自动化专业开设了微处理器应用的系列课程。其中《微机原理与接口技术》、《计算机控制系统》是必修课，《单片微机控制技术》，《DSP控制技术》和《嵌入式系统》是专业任选课，见表1。虽然系列课程对于初学者而言都是有一定难度的。但是05级4个班学生、06级3个班学生和07级大部分学生均选修了DSP课程。可以看到学生对微处理器应用新技术学习有很大的需求。这些课程需要学生具备良好的计算机应用能力。既要培养学生硬件设计能力，又要具备汇编语言，C语言编程能力。坚持以学生为主体，服务于学生的教学指导思想，在微处理器系列课程教学实践中努力创新。
一、上好每一堂课，注重教学设计
教师在课堂上的讲授是对教学内容的加工、理解、发挥、创造的过程。对同一个教学内容，每讲一次都会有新的体会、新的认识、新的感受。对教材上内容注意选材，注意打基础，在讲清基本原理、基本方法同时，还要注意实用性和先进性。要更多地考虑讲课是否生动、是否有条理，是否引起学生兴趣。要关爱学生，提高教学内涵。要不断跟踪单片机和DSP控制技术先进性，妥善解决较高的教学要求和有限学时的矛盾。讲好每一节课，每一分钟课。通过合理的教学设计，学生反映课堂教学信息量大，收获多。
1.视频与动画结合
上好第一节课。将单片机应用的视频，实物介绍给学生，使学生有视觉和触觉上的感官认识。演示电脑鼠比赛、智能车比赛和足球机器人视频，演示毕业设计学生的作品。如多点温度测量系统，基于热释电红外传感器的车流量监测系统设计等视频。开门见山讲解单片机的具体应用，吸引学生，提高学生学习兴趣。重视课堂教学，用多媒体进行动画演示。演示单片机低8位地址总线和数据总线分时使用过程。演示接口中信息流动等等。在讲解程序设计时，例如将数据从外部数据存储器传送到内部数据存储器中，首先演示程序设计思路，动画演示数据搬移过程。每传送一个数据，指针调整，存储器地址加一，计数器减一的过程。通过演示程序单步执行、断点调试或连续运行，清晰地看到数据存储器地址指针的变化，看到将数据一个一个从外部数据存储器传送到内部数据存储器中程序的执行结果。
2.形象举例与程序演示
以形象的举例说明讲解单片机中一些重点和难理解的概念。例如在讲解中断时，用水壶烧开水举例说明。在烧开水过程中，可以看书，当水烧开时，水壶发出的叫声就是中断信号，此时提醒进行灌开水工作。必须停下手中工作，不能再看书了而去灌开水。在讲解堆栈概念时，用饼干盒中放置的饼干举例。当吃饼干时，从上面一块一块取出，而不是从下面取出，充分体现先进后出的原则。在讲解地址和数据概念时，用抽屉和抽屉中的物品来讲解。地址相当于抽屉编号，从对应地址单元中取出数据，相当于从对应抽屉中拿出物品。而数据就是抽屉中的物品。
在讲解定时器时，利用交通灯、洗衣机以及电梯控制中的定时功能举例。交通灯绿灯、黄灯和红灯亮的时间就是用定时器的定时功能实现。在电梯控制中各个楼层停留时间，开门与关门时间均是用定时器实现，洗衣机漂洗，放水、甩干等时间均是用定时器实现。在讲解输入输出I/O和定时器综合应用时，执行跑马灯程序，演示程序执行结果。
配合使用Keil C 软件演示利用定时器T0实现定时10秒，使I/O口P1.0状态变化一次的程序执行过程，进一步讲透定时器功能和应用。通过Keil C 软件执行程序时，可以看到时间常数TH0和TL0变化，中断标志EA和ET0状态。可以看到采用中断方式时，当定时器溢出时PC指针变化，PC指针会自动跳到定时器中断入口，使学生深刻领会中断产生与中断响应概念。当改变时间常数时，能够观察和体会到时间的变化。可以观察定时器溢出标志TF0在中断和查询两种不同工作方式时的变化过程。通过观察可以发现定时器工作在查询方式时，TF0时间到不能自动清零，需要程序员用软件清除TF0标志。定时器工作在中断方式时，定时时间到TF0为1产生中断，并自动将TF0清零。通过讲解与课堂演示，学生看到了定时器溢出标志TF0的变化过程，做到心中有数。做到理论联系实际。通过精心组织教学，学生都反映这些知识点讲得深入浅出，非常透彻，能够深入理解并加深记忆。利用Keil C软件调试定时器观察中断标志，P1.0变化过程以及时间常数变化窗口如图1所示。
3.单片机与DSP控制技术系列课程中联系与区别
中断、接口、定时器、晶振，看门狗，输入输出、寄存器、数据存储器、程序存储器、串口等对于单片机和DSP而言都有相似的概念。而DSP中具有流水线，哈佛结构，多总线，事件管理器以及事件管理器中捕捉和正交编码功能。此外A/D转换中的排序器，链接命令文件，公共目标文件格式COFF格式，CPU级中断和外设级中断，SPI，CAN这些突出的特点都使DSP具有先进功能。虽然学生在学习DSP时具有了一定难度。但是只要善于将DSP与单片机进行对比与总结，就能够较好地掌握DSP控制技术的内容。同时课堂上多举例，从典型的习题和实验入手，重点问题重点讨论，引导学生的学习兴趣，培养学生获取知识的能力。有些学生总希望在讲解一个知识点时，想知道有什么用途，会用在什么地方。因此在讲解重要知识点时，多介绍将单片机和DSP应用于控制系统的实例。学生就能够体会到学习这些知识是有很大用处的。当学习目标明确后，学习主动性也就增强了。另外在课堂教学中也强调只要扎扎实实地学好单片机，其他课程的学习难点一样会迎刃而解。学生在学习单片机与DSP控制技术系列课程中也积极思考，注意了系列课程联系与区别。
二、应用Proteus软件进行软硬件联调
由于单片机实践性很强，需要软硬件相结合，采用Keil C的环境可以进行软件仿真，而演示连接硬件电路后程序执行的结果则可以借助于Proteus环境下的仿真执行。基于Proteus仿真软件创建相关的调试平台，可以在课堂上没有接入实际硬件设备的条件下，结合使用Proteus仿真软件演示数码管，键盘执行功能，演示软硬件联调结果，起到非常好的效果。如讲解数码管显示时，将Keil C与Proteus仿真软件连接调试。通过编写好程序，单击仿真运行开始按钮，可以清楚地观察到数码管每一个引脚的电平变化，红色代表高电平，蓝色代表低电平。在数码管LED上，循环显示0、1、2、3、4、5。运行效果如图2所示。
在讲解键盘与单片机连接电路时，将所需元器件加入到对象选择器窗口。放置元器件至图形编辑窗口。对元器件进行连线，编制程序，包含键盘扫描子程序、数码管显示子程序等。通过扫描行和列判断按下的是哪个键，并返回相应行列对应的键值。联调时，单击仿真运行开始按钮，可以清楚地观察到引脚的电平变化。程序执行后可以在数码管上显示按下的数字键。单击仿真运行结束按钮，仿真结束。当按键5按下后数码管显示结果如图3所示。
三、改革考试方式引导学生正确学习方法
改革考试方法，采用一页纸开卷考试。对计算公式，复杂指令可以写在一张纸上，及时总结，学生反映由于纸张有限，只有一张纸，因此需要认真复习，认真琢磨和思考在这张纸上写下哪些重要总结内容。而纯粹开卷考试，有些学生认为内容就在书上，到考试时再找也来得及。所以有些学生没有好好复习和做好充分准备。采用一页纸开卷考试，通过观察一页纸的内容可以看到有些学生对重点内容总结归纳得非常好。抓住了重点，梳理了学习内容的思路，也起到了复习作用，效果很好。今后将继续采用一页纸开卷考试方式。可以考察学生综合应用各种知识，分析问题和解决问题能力。不仅考查学生理论基础，也考察学生应用知识实践能力。一页纸开卷考试促进教学改革，教师在试卷命题时必然将重点转向考查学生的思考能力和灵活应用知识能力。也促使教师在平时授课中注意培养学生学习积极性和分析解决问题能力。将学生学习精力转移到对知识的系统理解和综合应用上。不只是死记硬背一些书本上基本概念和例题。在一页纸开卷考试中要注意避免学生多带纸张，一页纸要求是学生本人经过自己复习，理解和把握重点知识，自己总结并且手写的一张纸，而不是通过复印其他同学的而准备的一张纸。显示出经过自己整理独立完成的一张纸。考试中注意学生不能交换纸张。总之根据课程特点，合理选用正确考试方式，既可以达到检验学生学习能力和效果的目的，又可以促进教师进行课堂教学的改革。对学生强化重点知识理解和进行应用能力、实践能力的培养起到积极的作用。
四、课程设计和大学生科技活动
教学计划中增加了一周半微控制器技术课程设计，进行单片机和DSP系统设计和实现。设计了综合训练方案，既体现了单片机、DSP等课程的特色，又很好地培养了学生对单片机、DSP系列课程的应用技能。如基于单总线数字温度传感器的实时显示设计，实时数据采集器的智能仪表设计，直流电机PWM调速系统设计，接触式IC卡的读写设计，点阵LED和字符型LCD显示设计，采用单片机及外围电路组成高度为四层楼的电梯控制系统设计。步进电机控制系统、温度闭环控制系统设计，电子广告牌的制作，基于DSP的数字波形产生等。课程设计可以使学生通过整体设计，硬件设计，软件编程，仿真调试、硬件电路调试、在线下载等几个阶段，有利于建立系统概念，提高了学生综合应用知识的能力，培养了学生独立思考解决问题的能力。
对于基础较好的学生积极参加大学生科技活动。如进行“足球机器人移动控制系统研究”，包括码盘测速，利用单片机实现闭环控制电机，实现RS232串口通信等功能。有两名同学完成了“基于短信的报警系统”，即通过单片机和GSM实现短信报警和“USB便携式数据采集系统”实现数据采集并通过USB上传到计算机上进行显示。自0802班3名同学完成了“山体滑坡远程无人监测系统”，获得了学校第五届“创新杯”课外学术科技竞赛特等奖。这些课题都有着一定的实际意义。通过科技活动，增加了学生基本技能，为毕业设计奠定了基础。还有的学生参加了第六届“挑战杯”首都大学生课外学术科技作品竞赛。
五、结束语
由于微电子技术和计算机技术飞速发展，对担任单片机、DSP、嵌入式系统等课程教学的老师提出了更大挑战。学风制下推行的选课制度，DSP、嵌入式系统等都是任选课，教师的学术水平，知识能力，授课艺术和人格魅力等，此时都要经受考验和验证。教师感到了压力，教学过程中敬业与认真，教学内容不断更新，才能吸引学生。教学相长也更加真实和显而易见。任重而道远，我们要不断总结，开拓进取，勇于实践和创新，逐步探索出微处理器系列课程的教学实践在培养应用型人才方面新型的教学改革之路。
参考文献：
[1]张宏伟,王新环,王新.基于Proteus 和Keil 的单片机实验教学改革[J].电气电子教学学报,2008,12(6):64-65.
[2]曹薇,邵忠良.单片机原理及应用课程考试及改革的探索[J].广东水利电力职业技术学院学报,2004,(2):39-41.
[3]马力.高职单片机课程教学改革初探[J].辽宁高职专报,2005,(1):120-121.
（责任编辑：刘丽娜）
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文