时间：2023-05-30 09:14:19
关键词：单片机；电气信息类；教学改革
作者简介：杨盛（1973-），男，湖北公安人，三峡大学电气与新能源学院，工程师；陈星（1988-），女，湖北仙桃人，三峡大学电气与新能源学院，助教（湖北 宜昌 443002）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）02-0118-02
单片机以其体积小、价格低、功能齐全、抗干扰性高、可靠性好、易于开发扩展等独特特点，被广泛应用于工业自动化及智能仪器仪表、通信设备、家用电器等各种设备仪器中。[1]“单片机应用技术”课程是本校电气工程及其自动化、自动化、电子信息工程、通信工程等电气信息类专业的主干课程，内容丰富，实践性强。本文在分析本校电气信息类专业“单片机应用技术”课程教学现状的基础上，探讨了课程教学中存在的问题及相应改革措施，切实提高学生运用单片机解决实际问题的能力。
一、“单片机应用技术”课程教学现状及存在问题
1.课程教学现状
作为电气信息类专业必修专业基础课，本校电气工程及其自动化、自动化、电子信息工程、通信工程四个专业开设了“单片机应用综合实验”课程，3.5学分，总计56学时，其中理论课24学时，实验课32学时。该门课程旨在使学生通过实验加深对单片机结构及单片机指令系统的理解，培养学生运用单片机知识解决实际问题的能力，力求使学生在完成本门课程的相关实验后，在分析问题的能力、动手能力及创新能力方面得到较大的提高，在今后的工作实践中具备独立设计、开发小型单片机应用系统及产品的能力。
课程一般在大二下学期和大三上学期开设，学生先选择理论教学班（每班120人左右）学习单片机理论知识，理论部分以介绍51系列单片机为主，内容包括：单片机概论（2学时）、MCS-51单片机结构（4学时）、单片机指令系统及汇编语言程序设计（8学时）、MCS-51系列单片机的扩展（2学时，含最小系统与程序存储器的扩展、数据存储器的扩展、输入/输出口的扩展）、单片机机接口技术（8学时，含LED显示接口、8255可编程I/O扩展、键盘与单片机接口、ADC0809的原理与应用、DAC0832的原理与应用）。理论课结束时教师对学生该课程的评定成绩占课程总成绩的30％。
理论部分学完后学生进入实践教学环节（每班60人），二人一组，利用实验箱完成10个基础验证型实验，1个综合型实验，1个设计型实验，主要实验内容：实验系统的组成及软件编程、I/O口应用及扩展、定时器/计数器应用、串并转换、8155的应用、A/D与D/A转换、直流电机转速测量与控制等。实验课程结束后每人一组进行开卷考试，考试内容为实现单片机系统一个小的功能，成绩占课程总成绩的70%。
2.“单片机应用技术”课程教学存在的主要问题
（1）课程定位不准确，课程体系存在缺陷。长期以来，把“单片机应用技术”定位为专业基础课，没有考虑学生所学专业和今后就业去向，认为该门课程主要是了解掌握汇编语言、51系列单片机基本原理及编程基础，培养学生自学能力，为后续掌握其他单片机的应用打下良好的基础。但实际情况是除了参加各种学科竞赛的学生自学其他单片机知识外，由于没有后续课程支撑，大部分学生基本上只学了“单片机应用技术”课程中所涉及的内容，缺乏对单片机知识更进一步的综合训练，往往到毕业找工作时就表现出了这方面的缺陷。
（2）考核方式不合理。理论课环节采用随堂测试的模式，理论平时成绩和测试成绩占课程总成绩的30％，由于采用大班制教学，教师往往无法客观评价学生真实的理论水平；实践环节部分考勤占课程总成绩的20％，考试占课程总成绩的50％。目前的课程考核方式决定了学生重视实践教学而轻理论教学，学生往往在理论课上不学习而来实验室恶补，且学生理论基础的缺失给实践环节带来很大困难，存在理论与实践教学脱节现象，教师对学生实验过程缺乏评价。
（3）实践教学条件不足。目前本校每年有近千名学生进入实验室完成单片机实践教学环节，原有40套实验设备（实验箱+电脑）仅能勉强满足教学要求，无法对学生开放；由于实验箱内部硬件资源和结构固定，学生实验时只需用导线连接部分模块、输入程序即可调试观察实验结果，并不能真正理解其硬件电路原理，更谈不上硬件电路设计，限制了学生综合分析设计能力和创新能力的培养。
（4）实验教学模式落后。实验课以教师为主，学生在规定时间内按照实验指导书要求完成规定实验内容，实验程序大多参考实验指导书所附参考程序，不利于发挥学生的主观积极性，部分学生是慑于实验考核的严格性来完成实践环节；由于实行选课制，各专业学生混选，水平参差不齐，实验课上指导教师要花大量的时间来讲解实验原理，无法针对专业要求进行专项训练，更勿论因材施教。
二、“单片机应用技术”课程教学改革措施
针对课程教学中存在的主要问题，结合实验室建设情况，本校从以下几方面着手进行了课程教学改革：
1.明确课程定位，完善课程体系
课程定位为电气信息类专业必修专业基础课，经教师讨论认为由于各专业依托行业背景不同，应区别对待：该门课程应作为自动化专业、电子信息工程专业的专业课，强调工程实际应用能力培养，增加单片机系统的实践环节教学；而对电气工程及其自动化专业，由于其就业方向的特殊性，可以仅定位为专业基础课。
课程内容上，随着各种高性能、新型号单片机地推出，任课教师都有一个疑问：继续给学生讲授51单片机吗，是讲C语言还是继续讲汇编语言？经探讨认为：目前51系列单片机在高校课堂仍属主流，要把51单片机讲好讲透，确实提高学生动手能力和综合素质，课堂上可引入其他型号单片机及单片机最新动态，通过引导学生完成综述性论文开拓其视野，至于是用C语言还是用汇编语言的问题，认为作为基础，学生应掌握汇编语言，更加清楚地了解单片机内部结构和其中内容变化，对有兴趣有能力的学生可以作更高要求，如对毕业设计学生和参加各类学科竞赛的学生要求可用C语言或C语言与汇编语言混合编程。
课程体系上，作为基础内容将原来“单片机应用综合实验”课程理论部分剥离出来成为“单片机原理及应用”课程，32学时2学分，单独考试，实践课程仍为“单片机应用综合实验”，维持32学时不变；对自动化专业、电子信息工程专业和通信工程专业学生开设“课程设计”（1学分，必修）、“DSP技术与应用”（2学分，选修）、“嵌入式系统”（2学分，选修）作为进阶，电气工程及其自动化专业学生亦可选修；高阶部分鼓励学生积极参加校内外各项学科竞赛和课外科技创新活动，激发学生的积极性，提高学生综合应用和创新能力。
2.改革课程考核方式
原来“单片机应用综合实验”课程分成两门课后，“单片机原理及应用”课程在上半学期学习，单独考试，平时成绩占30%，考试成绩占70%，学生考试合格后下半学期再修“单片机应用综合实验”课程，确保学生进入实验室之前已具备相应的理论基础。“单片机应用综合实验”成绩由平时成绩（占20%）、作业成绩（占20%）、考试成绩（占60%）三部分组成，其中平时成绩综合实验出勤、预习报告、实验操作和实验成功率等情况评定；作业成绩主要考量学生实验完成后相关知识的掌握情况；考试为一人一组上机开卷考试（资料仅限考生本人使用，不得使用移动存储设备），评分内容含操作、硬件连接、程序编写和实验结果。考核方式的改革基本确保了学生成绩评定的客观公平，杜绝了浑水摸鱼的现象，提高了学生的学习积极性。
3.改善实践教学条件
本校新增了40套雷迈特公司的DPJ-H型单片机实验箱及配套模块，实验箱采用“仿真式”设计思想，所有实验模块及CPU资源均对使用者开放，可结合Keil C51 μVision软件和Proteus仿真软件进行程序调试、固化，联机或脱机验证实验结果，充分满足“验证式—模仿式—探索式—开发式”的由浅入深的各种实验要求；购置了部分51实验开发板和凌阳单片机开发板供学生选用，同时可提供分立器件和开放的创新实验室，由学生自己制作系统版，完成感兴趣的实验内容，极大地激发了学生对单片机的兴趣，提高了其硬件设计能力和动手能力。
4.改革实验教学环节
（1）根据新的实验设备，重新编写了实验指导书。笔者设计编排了软件实验、硬件实验、系统设计三个方面共计16个实验内容，其中验证性实验10个，综合性实验4个，设计性实验2个，每个实验均附有作业题，取消了参考程序，但验证性试验仍给出了参考程序流程图。实验指导书后附上了实验模块原理图和仿真、开发工具使用说明，学生可以参考直接进行实验。
（2）在理论和实践教学中引入仿真开发工具Proteus。Proteus是英国Labcenter公司开发的电路及单片机系统设计与仿真软件，可以实现数字电路、模拟电路及微控制器系统与外设的混合电路系统的电路仿真、软件仿真、系统协同仿真和PCB设计等功能，是目前唯一能对各种处理器进行实时仿真、调试与测试的EDA工具。[2]对于各层次的实验，学生都可结合Proteus与Keil C软件进行仿真，基本了解掌握实验内容，加强了对学生系统硬件设计能力的训练。
（3）开放实验室，提高学习过程的开放性。除了验证性实验外，在完成实验作业、综合性实验和设计性实验时实验室对学生开放，指导教师主要通过启发式教学引导学生进行思考和讨论，让学生建立“从顶向下”的系统学习和设计思维以及“从底向上”的系统构建方法，实现从以教师为主到以学生为主的教学模式的转变。
（4）实行分专业选课，小班制试点。学生分专业选择实验教学班，有利于教师根据专业特点指导学生选择完成相关实验内容，针对专业应用方向加强训练；考虑到自动化专业学生相对较少（每届80人左右），对自动化专业试行小班制教学，实验时每班40人，每人一组，教师可以很好地把握每个学生的情况，做到因材施教。
（5）以课外实践促进学生实践创新能力培养。对有进一步学习单片机应用技术要求的学生，采用“竞赛+项目”的模式，鼓励学生积极参加校内外各项学科竞赛和课外科技创新活动，参与教师的科研项目，由浅入深提升学生应用单片机的工程实践能力和创新能力。
三、结束语
经过近几年来的不断改革与探索，逐渐健全了“单片机应用技术课程”体系和教学内容、学生考评机制，改善了实验教学条件，加大了实验室开放力度，学生理论水平进步明显，实验效率和效果较以前得到大幅提高。“竞赛+项目”的模式鼓励了一批动手能力较强的学生进一步提升自我，参加各类学科竞赛和课外科技活动均取得了较好的成绩。课程实验教学环节的改革带动了本校其他电气类专业实验教学模式的改革，后续将进一步扩大小班制实验教学的范围、加大实验室开放力度，不断提高学生工程实践能力和创新能力。
参考文献：
[1]高健.目标教学法在单片机实验教学中的应用[J].中国电力教育，
本文通过对单片机小型应用系统设计与开发方面的分析，提出来设计思想与设计原则、设计流程与设计任务以及系统调试步骤与方法，目的是为了便于开发人员在单片机项目中充分利用有效资源，合理设计，以求得项目的系统性和完整性。
【关键词】
单片机；小型应用系统；设计；开发
单片机应用系统是嵌入在应用对象之中的电子系统或测试系统，具有硬件软件人机交互频繁、功耗和成本约束较大等特点。在熟悉了单片机芯片、指令系统和集成开发环境，具备了过程通道、人机界面和通信接口的概念及其设计技术的基础上，本文从宏观和微观两个层面，阐述单片机应用系统设计与实现的相关问题。
1 单片机小型应用系统设计思想与设计原则
根据单片机应用系统功能复杂和软硬件结合的特点，为获得结构优化、功能完善、运行可靠、低功耗和低成本的单片机应用系统，只要应遵循以下三个方面的设计思想和设计原则。
1.1 自顶向下与自底向上相结合
单片机应用系统总体上应采用自顶向下（Top-Down）的设计方法，即从总体到局部，再到设计和实现的具体细节。通常从总体目标着眼、先明确整体总任务，再将整体任务分解成为子任务，将较大、较复杂、较难的问题分解成若干小的、简单的、易解决的问题。同时注意子任务间的联系和互动。
1.2 软硬件合理分工、相互分配
单片机应用系统具有硬件与软件紧密结合的特点。有些功能（如数据处理）只能由软件来实现，另一些功能（如A/D转换）则只能通过硬件来实现，而还有许多功能（如数字滤波）即可由软件实现，也可通过硬件来完成。软件可完成许多复杂的运算、系统的管理和控制等，具有设计灵活、修改方便的特点，但执行速度相对硬件慢很多。硬件是各种电子元器件通过特定线路构成的实体，具有很高的执行速度，但灵活性差，设计一旦完成就不易改动。
1.3 跟踪技术发展、坚持器件解决问题
随着模拟和数字集成电路技术的发展和新型电路模块的不断出现，使扩展单片机外部功能、过程通道、人机界面和通信接口等设计而面临多重选择。选择先进适用的电路模块，对于保证系统性能、降低系统成本和提高系统可靠性都十分重要，随时掌握新型电路芯片技术信息和市场信息，在这几种突出体现“器件解决问题”的原则，即尽量选择适用、集成度搞的芯片完成系统的设计。
2 单片机小型应用系统设计流程与设计任务
设计开发单片机应用系统一般需要经过三个阶段：首先，明确应用对象的各项要求、拟定总体设计方案；其次，划分硬件和软件各自实现的功能，分别开展设计工作；最后，单片机应用系统总体调试及性能测试。以上三个阶段通常不能严格区分，往往循环往复，历经多次修改才能完成。
单片机小型应用系统设计开发阶段的任务和工作内容如下：
2.1 明确设计任务、拟制总体设计方案
（1）根据应用对象要求确定单片机应用系统的功能、技术指标及相应设计任务；
（2）通过调查研究和认真论证，拟定总体设计方案，并将总体设计分解成若干个子任务，确定子任务的设计内容和技术要求。
2.2 硬件和软件并行设计与调试
在单片机应用系统设计过程中，硬件设计和软件设计应并行展开。即在设计各部分硬件电路过程中，同时开展相应软件功能模块的设计，并使硬软件设计相互配合、相辅相成、齐头并进，以达到提高设计质量和缩短设计周期效果。
2.3 硬件和软件联调
硬软件各功能模块独立设计、调试和测试完成之后，需适时进入硬件软件联调阶段。这个阶段的主要任务有两项。一是在相关软件的支持下对各硬件功能模块进行调试（重点是前一阶段未能调试和测试的功能模块），确认硬软件各功能模块在静态环境下均能正常工作；二是在软件运行中，对硬软件各功能模块进行调试，确认在动态环境下都能够正常工作。
2.4 编制设计文件
编制单片机应用系统设计文件对于系统硬软件维护非常重要。设计文件通常包括：设计任务书、系统元件布置图及说明、系统接线图及说明、软件框图和流程图、软件模块设计说明、源程序清单、系统测试报告。
3 单片机小型应用系统调试步骤与调试方法
在单片机应用系统设计开发过程中，需要对各单元电路和相应软件进行调试，以排除软硬件错误和各类故障，使所设计的单片机应用系统（样机）能够正常工作并符合设计任务书的要求。系统调试包括硬件电路调试、软件调试和系统（样机）调试三部分。
3.1 硬件电路静态调试
单片机应用系统硬件电路的静态调试是为了排除明显的硬件故障。双列直插集成电路器件未插入电路板之前，必须仔细检查线路连接是否正确（使用万用表或蜂音测试器）。重点短路，特别要防止电源短路。确认电路连接线无误，再插入芯片（注意方向）、接通电源，并用电压表检查各集成电路芯片插座上的电压值和极性是否正确。
3.2 软件调试
程序编写可借助开发系统提供的编辑工具或其他编辑软件，按照所用语言（C、汇编）规定的格式、语法规则等将源程序输入到开发系统中，并利用编译或汇编软件将源程序变为可执行的目标代码（可执行文件）。此阶段，编译或汇编软件会查出源程序的语法错误（显示错误代码），提示编程者修改。软件调试可利用软件模拟开发系统进行。通常这种系统是由个人计算机（PC）加模拟开发软件构成的一种完全依靠软件手段进行开发的系统，开发系统与用户系统在硬件上无任何联系。软件调试完成即可将机器码固化或下载（针对89S51/2等具有ISP功能的单片机），并安置在完成静态调试的硬件电路系统上实验。
3.3 动态在线调试
单片机应用系统配件电路的静态调试只是初步调试，仅排除了明显的静态故障。由于软件和硬件密切相关，对硬件电路动态故障的检测盒诊断，动态软件的调试等必须在联机状态下进行。动态在线调试一般借助于仿真开发工具完成。许多单片机应用系统的硬件故障（如各个部件内部存在的故障和部件之间连接的逻辑错误）只能依靠在线仿真来排除。应用程序通常可分为与硬件无关和与硬件紧密关联两部分。对于与硬件无关的应用程序，如各种计算程序、数据处理程序等，在编译（汇编）阶段消除了语法错误，还需要在软件模拟调试阶段进一步消除逻辑错误。而对于与样机硬件紧密相关的应用程序，如借口哦驱动程序等，则必须将硬件与软件配合起来进行动态在线调试（单步运行、设置断点、全速运行），许多硬件错误只有通过与软件联合动态调试才能发现和纠正。
【参考文献】
[1]老杨.51单片机工程师是怎样炼成的-基于C语言+Proteus仿真，电子工业出版社，2012.
关键词：CDIO教学模式；创新能力；教学改革；单片机
中图分类号：TP368.1-4
《单片机原理及应用》是电子信息类专业非常重要的专业基础课，也是一门技术性和实践性很强的学科。掌握好单片机技术，对培养学生的工程素质，提高其职业技能，具有非常重要的作用。然而，由于该课程名词概念较多、逻辑连贯性较强、内容较抽象，学习该课程既要掌握单片机的内部资源及接口等硬件知识，又要掌握软件编程知识，还要结合电子技术、传感器技术和计算机技术等相关的专业知识，教与学的难度都非常大，导致该课程教学效果一直不太理想。本文从当前高校单片机教学存在的问题入手，结合多年的教学实践，提出基于CDIO教学理念的单片机教学改革的方案和措施。
1 单片机课程教学现状分析
单片机作为一门多理论、重实践的课程，传统的先基础后应用、重理论轻实践的教学模式无法有效解决理论知识的学习与实践能力的培养间的矛盾，严重影响了课程教学效果。目前，国内高校单片机课程教学中主要存在以下几方面的问题。
1.1 理论教学内容与教学手段有待改进
单片机的理论教学大多以传统结构为主线，采用“单片机内部结构工作原理指令系统程序设计接口技术系统设计”的顺序讲解。由于各知识点的学习相对独立，课程结束后，学生无法了解单片机开发的完整过程。同时，随着VLSI技术的发展，相关器件和接口技术发生了巨大变化，数字系统的设计方法也发生了根本性变化，但是MCS-51单片机作为教学的主流机型，其体系结构并没有发生革命性的变化，导致课程的理论教学落后于实践应用的矛盾日渐加深。其次，随着单片机技术的飞速发展，集成芯片不断更新，仿真软件大量涌现，单纯的PPT幻灯片演示不能满足教学的需要。
1.2 软硬件学习脱节，缺乏综合能力的训练
受客观条件限制，单片机的实验教学大多采用商品化的实验箱或开发板，围绕有限的知识点进行验证性实验，缺乏综合项目的实训。普遍做法是，学生按实验指导书“照方抓药”，进行简单连线并下载实验程序，用万用表、示波器等观察实验结果。由于大量的实验都是按照实验指导书完成，学生缺少独立思考、独立动手的机会，导致大部分学生不会自行编写程序，更不会扩展实验或设计新的实验内容；另一方面，由于学生不了解实验箱的电路结构，无法建立单片机软、硬件结合的系统设计理念，导致大部分学生系统开发经验严重缺失。
1.3 考核评价方式过于单一
目前，大部分高校单片机课程考核方式较单一，闭卷考试多，开卷考试少；笔试形式多，答辩形式少；理论考试多，实际操作技能的考试少；一考定成绩的终结性考试多，多考综合评价的形成性考试少。这种客观性较强、偶然性较大的考核方式，无法全面、客观地反映学生的真实水平。特别是对于单片机这种“硬件概念抽象难理解、软件应用多样难设计”的实践性较强的课程，时间一定与答案唯一的传统考试形式只能在一定程度上考查学生对某些知识点的记忆能力，无法灵活考查学生分析问题与解决问题的能力。
2 基于CDIO的课程教改探索
针对单片机教学中存在的主要问题，根据平时教学中的经验和体会，以提高学生解决实际问题的能力为目标，对《单片机原理与应用》课程教学采取了下列改革措施。
2.1 以项目为载体，优化整合教学内容
CDIO（Conceive Design Implement Operate）工程教育模式从以教师、教材和课堂为中心的“旧三中心论”过渡到以学生、学习和学习效果为中心的“新三中心论”，倡导“做中学”和基于项目的教学。基于CDIO的教学理念，我们精选最新出版的教材并对教材内容优化整合，将单片机的理论教学内容分为内部硬件资源、软件编程、外部硬件接口三大模块，并将有关知识点分解到各项目中。其中，内部硬件资源模块主要包括CPU、定时器、SCI串口、内部RAM等模块；软件编程模块在简介汇编语言的基础上，以C51编程为主；外部硬件接口包含外扩的存储器模块、IO扩展模块、外部总线（I2C总线、SPI总线、USB总线、CAN总线等）模块、LCD液晶显示、传感器等专用设备模块。为了降低学习难度，使课程更具有条理性和可实施性，我们将项目按功能划分成若干模块，根据模块功能的大小，又将模块划分成若干子任务贯穿于课堂授课。例如并行口的应用划分为发光二极管控制、数码管控制、按键扫描及液晶控制显示等子模块，每个子模块又设计为逐步提高的子任务。如针对数码管控制，设计为“静态显示单字符静态显示多字符动态显示单字符动态显示多字符”等不同层次的子任务，各个子任务的控制电路、程序间相互关联，学生在前一个子模块基础上，仅做少许改动，就可开发出另一个子模块。这种基于项目的化整为零的课堂授课方式，能够充分激发学生的学习积极性，有效调动教学双方的课堂互动，提高课堂教学效率。
2.2 通过多维立体式实践教学，体会“做中学”
根据单片机课程的知识点，我们按照基础项目、简单项目、综合项目三种不同层次精心设计实训项目，如图1所示。
图1 层次化的单片机实训项目
其中，基础项目完成对基础知识和技能的培训，如通过“单片机最小系统板的设计与制作”使学生了解并认知单片机的几大功能模块；简单项目完成对单片机基本模块的设计制作，如图2所示，通过层次化的模块设计，使学生掌握单片机的硬件资源及软件编程；综合项目由学生独立构思、设计、实施和运作，如通过“自动响铃系统”、“智能交通灯控制器”等应用系统的设计使学生熟知单片机应用系统的软硬件开发与调试过程。为帮助学生尽快地进入到项目设计中，在项目实施前通过实物展示将往届学生的设计成果带进课堂，使学生对单片机系统有感性认识，并引导学生进行讨论。在项目实施过程中，通过“Proteus+Keil+单片机开发板+课程设计+学科竞赛”的多维立体式实践教学，让学生在做中发现问题，经过讨论分析或教师指导后解决问题，在不断修正错误的过程中积累实战经验。
图2 简单项目模块
2.3 实行分组项目设计，推进团队协作学习
把CDIO思想引入单片机的课程教学，目的之一是培养学生的团队合作及项目研发能力，让学生在团队环境下获得较真实的软硬件开发经验，提高学生在项目规划、工作分配、成员交流等多方面的能力，培养学生积极向上的合作精神。在微型项目的设计及后续的课程设计中，我们采用学习小组的形式，一般3-4名学生一组，每组推选1名组长，在组长的带领下，各组成员相互合作、相互交流，在培养实践能力、掌握理论知识的同时，还注重职业素养的提高。
2.4 采取多元考核评价方式
以CDIO倡导的“过程评价”为基础，关注知识、技能的学习过程，关注实践环节及工程应用能力，关注学生、教师不同主题的评价。为保证客观、真实地反映学生的实际水平，《单片机原理及应用》的总评成绩由平时成绩、项目模块成绩、期末考试成绩三部分组成，并将课程的考核贯穿于课程教学的全过程。其中，平时成绩占10%，包括课堂表现、课后作业等；项目模块成绩占40%，每组完成4-5个项目，主要考核硬件组装、故障排除、软件调试、软硬件统调、系统性能检测及仪器使用等。项目考核采取多元化的评价方式，学生先演示自己的设计作品，教师、同学、小组成员等根据作品完整性、创新性和实用性分别打分，最后由教师根据多方评价综合量化得到每个人的成绩；期末考试占50%，包括笔考和综合性设计考试（各占25%）两部分。笔考闭卷与开卷相结合，闭卷考主要考查学生对基础知识、基本理论的掌握程度，总分30分，题型主要为填空题、选择题、判断题等客观题，考试答案唯一；开卷考主要考查学生对知识的应用能力，总分70分，题型主要为分析题和程序设计题，试题答案不唯一，旨在引导学生开阔思路，提高学生发现问题和解决问题的能力。综合性设计考试包括一个单片机实用系统的硬件设计、软件编写调试、系统统调、功能测试、课程设计报告，旨在全面考查学生对单片机应用所需基本知识和技能的掌握程度。
3 结束语
将CDIO理念运用于我院的《单片机原理及应用》课程教学改革，经过连续3个年级的教学实践，收到了较为理想的教学效果。学生的学习兴趣有所提高，实际动手能力有所增强，同学间的合作意识和交流沟通能力得到了培养，对后续课程的学习、毕业设计及就业有很大帮助，还需在今后的教学实践中不断探索与完善。
参考文献：
[1]王硕旺，洪成文.CDIO：美国麻省理工学院工程教育的经典模式---基于对CDIO课程大纲的解读[J].理工高教研究.2009（04）.
[2]王刚.CDIO工程教育模式的解读与思考[J].中国高教研究，2009.
[3]曾虹，戴国骏，刘鹏.高校单片机课程教改研究[J].计算机教育，2011.
作者简介：王艳玲（1965-），女，山东济南人，教授，获山东大学无线电物理硕士学位，研究方向：汇编语言、单片机原理等计算机硬件课程的教学及图像处理、信息隐藏等。
关键词：单片机教学；项目教学法；终身学习
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）28-0137-01
1 引言
单片机技术及应用课程是一门理论性、实践性、实用性和应用性均很强的课程，无论是“教”还是“学”，均要求理论与实践的高度统一。单片机技术及应用渗透到我们生活的各个领域，它是高职院校电子信息类专业核心课程，学习单片机并掌握其设计应用技术已经成为电子信息类学生必须掌握的一门专业技能。
然而，仍存在单片机技术及应用课程以教师中心，教材中心，满堂灌的课堂教学方式，学生被动接受知识点，没有主动去思考问题，因而，不能激发起学生的学习兴趣。因此，改变传统的单片机技术及应用教学模式和内容，以学生发展为中心，以实践为中心，促进学生自主学习，团队学习等方式来调动学生学习兴趣和提高学生产品设计实践能力是目前单片机教学改革探索急需的任务。
2 课程教学改革思路
单片机技术及应用是一门面向应用的、具有很强的实践性与综合性的课程。近年来，我校对该单片机技术及应用课程进行了一些改革，采用了以任务为导向，项目式驱动等教学方法，对单片机课程内容设计、教学方法和课程考核评价等方面进行课程建设，均在不同程度上提高了教学质量，激发学生学习单片机的兴趣和专业综合素质的提高。本人结合近几年单片机教学情况，总结多年单片机课程的教学经验，对单片机教学改革实践进行了相应的探讨。
1）整合课程，优化教学大纲
通过走访企业，课题组教师对单片机教学大纲进行改革，优化教学大纲。同时为了践行“理论够用、强化技能”的高职教育需求，经课题组研究，把“C语言程序设计”课程和“单片机原理及应用”合并为“C语言及单片机技术及应用技术”一门课程。 整合后适当增加课程课时数特别是实践课时数，总课时由原来50课时，增加到85课时，实践课课时数约占总课时数的50%，促进培养学生实践动手能力，强化知识应用能力提升和职业岗位能力培养。
2）将单片机理论教学和实践教学有机地融合在一起，按项目案例组织教学内容
按项目化的方式组织教学内容，教学中力求学生掌握单片机技术的基本知识点和基本理论后，通过有针对性的实践项目训练使学生理解理论知识，使学生具备一定的硬件电路设计能力、单片机软件编程能力、系统调试应用能力等。
课题组教师对单片机教学过程的探讨后，对传统的教学方式作了一定的调整，按项目化的方式组织教学内容，始终以项目案例为主贯穿整个教学过程。每个项目案例都从具体问题出发，培养学生分析和思考问题的能力。例如以“定时计数器”为例，给学生提出“数字电子时钟”项目任务，根据前面所学知识和老师指导，让学生利用仿真软件Proteus进行数字电子时钟原理图电路设计，培养学生电路设计能力。根据电子时钟功能要求，确定软件编程方案，并用KEILC软件进行单片机程序设计，培养学生单片机软件编程能力。学习KEILC和Proteus联调，培养学生系统调试应用能力。单片机软件仿真界面，让学生直观感受到“数字电子时钟”电路功能的逻辑控制，进而加深学生课堂学习效果，明确自己所学的知识可以应用在哪些地方，从而达到真正的有效教学。
通过单片机软件仿真界面与项目案例的教学方法结合，可以激发学生学习单片机的兴趣，教学中“做中学”、“学中做”、 “做中教”，实现师生间教与学的有效互动，使学生掌握简单的单片机产品设计与制作、软件程序设计，系统调试等实践技能。
3）考核方式改革，注重过程考核
考试是衡量学生学习成效的一种重要形式，传统的考核方式主要是试卷考试，试卷考试虽然可以考查学生理论知识的掌握程度，但无法考核学生的实践技能，考核方式单一，评价方式片面。因此建立考核教学内容与技能培养相适应的课程评价模式是十分有必要的，注重过程考核。期末成绩评定可由这三部分组成：（1）平时成绩占总评成绩的25%，即平时作业、考勤、课堂纪律、课堂表现等，并把每次评价结果由任课老师及时告知学生，以促进学生自主学习。（2）平时项目任务完成情况，注重技能考核占总评成绩的50%。（3）期末试卷考核，理论教学内容考核占总评成绩的25%。这种综合考核评价体系避免了由一张期末考试卷来考核评价学生课程成绩的弊端，以能力和技能考核为主，去除考查学生背书能力的考核方式，将功夫用在平时，而不是期末考突击，死记硬背。 总之考核方式改革，力争对学生的知识、技能、素质等方面进行全面考核，综合评价更具合理性。
4）创建学习型课堂，培养学生终身学习能力
在单片机技术及应用课程教学中，有两周的单片机实训教学安排。以应用能力培养的实践教学有利于训练学生综合应用单片机技术知识，实训任务均将相关知识和实践过程有机结合，力求创建学习型课堂教学理念。
以数字电压表设计为例，（1）根据课题要求，老师布置项目任务，引导和指导学生完成数字电压表设计任务。（2）学生分组学习，确定组长，自我摸索完成设计任务。（3）小组成员讨论，确定设计方案。（4）各组完成作品。以电路设计、电路连接、编写程序和系统调试等流程，让学生完整地完成项目设计，强化知识应用能力培养和团队合作能力的培养。（5）小组成员提交设计报告。（6）老师总结，分享设计成果。在整个实训周教学过程中，以学生为中心，老师引导和指导学生完成项目任务，给学生一些建议，让他们有项目任务设计的方向。根据老师引导和指导，小组同学收集、消化相关资料，进行理论和实训相结合的学习活动，完成设计作品并提交总结报告等。整个过程力求培养学生的自主学习能力，团队合作的能力，培养学生终身学习的能力。通过小组间讨论分享自己的学习过程，通过小组间提问解答同学的疑问，培养学生自主互动的教学思想。最后老师对同学们的学习内容汇总，对每个小组的存在的问题纠错，学习内容总结等，最终达到学习相关知识点的目的。整个教学过程一切都要围绕学生的发展展开，体现以学生为中心，以实践为中心，不断促进学生自主学习、终身学习的教学思想。
【关键词】单片机；教学改革；探索与实践
单片机具有控制功能强、体积小、功耗低、性能价格比高的特点，广泛应用在家用电器、智能仪器仪表、自动化及工业控制等各个领域。《单片机原理及应用》课程在强调高技能型人才培养的电类专业中，是一门重要的专业基础课，是中职电子类毕业生拓宽就业面的重要知识。作为一门综合性、实践性极强的课程，《单片机原理及应用》可分为理论教学与实践教学两部分。其课程特点是概念多、逻辑性强、连惯性强、内容抽象，对于中职学生来说，入门难，不易掌握，一个知识点掌握不好就可能影响到学习的兴趣。目前，如何安排单片机的教学内容，让学生既能了解新技术又能对单片机的应用技术融会贯通；如何设计教学方法，激发学生的学习兴趣，真正理解和掌握单片机技术，是中职单片机教学中急需解决的问题。根据多年的单片机教学实践和应用体会，我们对单片机课程进行了一些改革，并取得了一定的成效。
一、转变传统的教学思路，确立“做中教、做中学”的教学理念
由于单片机的专有名词多，内容抽象，指令丰富，同时涉及到电路原理及性质，仅凭教师单纯地讲授，即使想像力十分丰富的学生理解起来也比较困难。按照传统的教学思路，学生只有课程学习的最后才接触到单片机的实际应用系统，而在此之前的学习，由于学习目标不明确，学生会感到学习内容枯燥乏味，故而学习的兴趣不高，到后面表现为学习后继动力不足，最后，在讲述单片机的综合应用实例等重要部分时，学生想学也学不下去了。
为了提高学生的学习兴趣，提高教学质量，首先，确立以学生为中心的教学理念。教师作为主体体现教学的主导性。学生作为主体体现教学的学习过程中的主动性。教师要成为导航者、辅导者，把大量的时间留给学生去自主探索，相互协作学习，教师的作用是告诉学生学什么，怎么学，并帮助学生解决通过努力解决不了的问题。其次，确立以实践为重点的理念。结合中职生的学习特点，在课程学习的开始，我们通过几个简单的任务来引导学生理解单片机的基础知识，建立“做中学”的思路，激发学生自学的潜能和兴趣。例如，在学习单片机结构原理的内容时，由于学生刚刚接触单片机，只用一个生活中常见的不断闪烁的信号灯作为任务，让学生自己根据以前学过的电路知识，自己连接电路，并向学生演示如何控制电路，如何下载程序，激发学生的求知欲，使其带着疑问去学习，其效率比单纯的理论讲授要高得多。在此基础上，再引导学生进一步增加任务的难度，进而理解单片机的结构与工作原理。
二、单片机教学内容和教学组织的改革
（一）基于C语言的教学内容
近年来，单片机技术发展很快，51系列单片机是最经典的微处理，也是较容易学习的一款单片机。另外，51系列的单片机在网络上的教学资源丰富，学生可以通过上网授索相关的教学知识，及在网络上单片机高手的经验心得，同时，学生若能够很好的掌握51系列单片机，再学习其他系列的单片机也变得容易。综合考虑，在硬件上，单片机的型号我们仍以传统的51系列单片机为主。
如今企业的单片机项目开发，一般都采用C语言。为适应时展的要求，在单片机的程序编写教学上，我们采用C语言。根据单片机学习的规律，结合C语言的特点，在课程内容安排上，采用这样的模式：概述、硬件结构、I/O口、中断与定时系统、串行数据通信、应用。其中指令系统的讲解穿插在各个章节中，以案例形式讲解。案例中用到哪条指令就讲哪条指令，不再单独讲解，也不再单独讲解指令的寻址方式。在各章中由浅入深的工程案例中，带着学生一边复习巩固C语言知识，一边介绍C51与标准C语言的不同点和编程注意事项，并逐渐让学生熟悉编写大规模C语言程序的思维模式。
（二）构建模拟与实体实验平台共同教学的实验模式
利用计算机、KeilC51仿真器和Protues软件创建一个可视化虚拟电子类实验室。通过操作这些虚拟的实验仪器或设备。完成各个工程案例的设计与实现。利用仿真技术达到真实效果相一致的教学要求和目标，从而在不增加硬件投入的基础上，提高学生的创新能力。Proteus与其它单片机仿真软件不同的是。它不仅能仿真单片机CPU的工作情况，也能仿真单片机电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作过程和结果。对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，解决了实验和工程应用之间脱节的问题。该软件是目前唯一的一款能对单片机进行仿真的EDA软件。在实践过程中发现，选用KeilC51uVision2软件编泽调试比较合适。该软件支持众多不同的MCS51架构的芯片，集编辑、编译和程序仿真等于一体，同时还支持PLM、汇编和C语言的程序设计。界面友好易学。
单片机课程的实验教学，除了利用Protues软件构建其虚拟现实电子教学实验平台外，必须补充单片机的综合设计实验，这是在前面实验的基础上进行的，旨在让学生对实际的单片机应用系统有个感性的认识，也锻炼学生实际应用设计能力。安排的内容是通过教师给出设计题目，由学生自己设计单片机系统电路、选择器件，然后按照自己的设计焊接实验板，并编写程序调试电路，实现题目要求的功能，在制作过程中出现的问题与故障，要自己找到切实可行的解决办法。这样，就培养了学生的工程意识，让学生知道如何应用所学的知识用到真正的系统设计上。
（三）结合项目教学法，在教学中引入案例
“项目教学法”是通过实施一个完整的项目而进行的教学活动，其目的是在课堂教学中把理论与实践教学有机地结合起来，根据课程目标、教学内容及教学特点，以恰当、实用、渐进为原则设计课程教学项目，在实施过程中，按照由简单到复杂的顺序实施各个项目，每个项目的实施以行动导向教学原则为指导。教学过程分采用资讯、计划、决策、实施、检测、评价六个阶段。
同时结合案例教学，每个的任务实质上就是一个案例。在单片机教学中，运用案例教学。可以大大缩短理论与实践的差距，提高学生解决实际问题的能力。很多学生在上实践课时大都有这样的感觉，他们学到很多关于单片机技术及其相关课程的理论和技术，但回到实践的时候却不知道如何使用，从何入手。究其原因，就是学生没有接触过单片机技术和其课程整合的实际问题，离一线课堂操作的距离还很遥远。而运用案例进行单片机的实践教学，创造机会让学生接触与实际应用相近的案例，能有效地缩短学生学习时间。比如。在教学过程中。以一个完整的项目开发为案例，编写生日快乐曲、做个电子钟。一方面其趣味性增强了，另一方面又容易被学生接受，学生可以根据所学到的东西，进行分析、反思、体验和感悟。当与其共鸣时，就会很自然的模仿，进而收到举一反三的效果。
三、开展第二课堂活动小组，结合第二课堂增设自创实验项目
单片机相关实验室可以在完成计划内教学、科研任务的前提下。利用现有师资、仪器设备、设施条件等资源，在课外的时间，面向学生开放，为学生提供实践学习条件，重点培养学生的创新创业意识和动手实践能力。学生在开放时间内自主完成自创实验和趣味性实验，教师从旁指导。第二课堂的开设，拓展了学生的课外学习，是课堂教学很好的延伸。同时，这有利于提高学生的实践能力和创新能力，也为单片机的竞赛培养人才。
四、改革考核方法
集成运算放大器(以下简称集成运放)以小尺寸、轻重量、低功耗、高可靠性等优点广泛应用于众多军用和民用电子系统，是构成智能武器装备电子系统的关键器件之一。近年来，随着微电子技术的飞速发展，集成运放无论在技术性能上还是在可靠性上都日趋完善，并在我国军用系统中被大量使用，其质量的好坏，关系到具体工程乃至国家的安危。
随着集成运算放大器参数测试仪(以下简称运放测试仪)在国防军工和民用领域的广泛应用，其质量问题显得尤为重要。传统的运放测试仪校准方案已不能满足国防军工的要求，运放测试仪的校准问题面临严峻的挑战。因此，如何规范和提高运放测试仪的测试精度，保证军用运放器件的准确性是目前应该解决的关键问题。
目前，国内外运放测试仪(或者模拟器件测试系统)主要存在以下几种校准方案：校准板法、标准样片法和标准参数模拟法。各校准方案校准项目、优缺点和相关情况的比较如表1所示。
比较以上三种方案可知，前两种方法只是校准仪器内部使用的PMU单元、电流源、电压源等，并不涉及到仪器本身闭环测试电路部分，局限性很大，很难保证运放测试仪的集成运放器件参数测试精度。而标准参数模拟法直接面向测试夹具，其校准方法具有一定可行性，只是在校准精度、通用性、测试自动化程度等方面需要进一步的研究。因此，通过对标准参数模拟法加以改进，对运放测试仪进行校准，开发出集成运放参数测试仪校准装置，在参数精度和校准范围上，能满足国内大多数运放测试仪，在通用性上，能够校准使用“闭环测试原理”的仪器。
系统性能要求
本课题的主要任务是通过研究国内外运放测试仪的校准方法，改进实用性较强的标准参数模拟法，用指标更高的参数标准来校准运放测试仪，实现运放测试仪的自动化校准以及校准原始记录、校准证书的自动生成等。
表2为本课题中研制的集成运放参数测试仪校准装置与市场上典型运放测试仪的技术指标比较情况。从表2可以看出，校准装置技术指标可以校准市场上的典型运放测试仪。
校准装置的硬件设计方案
校准方案覆盖了市场上运放测试仪给出的大部分参数，其中包括输入失调电压、输入失调电流、输入偏置电流等10个参数。通过研究集成运放参数“闭环测试原理”可知：有的参数校准要用到“闭环测试回路”，有的直接接上相应的标准仪器进行测量即可实现对仪器的校准。对于用到“闭环测试回路”的几个参数而言，主要通过补偿电源装置和模拟电源装置来校准。运放测试仪总体校准方案如图1所示。
1 校准电路设计
输入失调电压V的定义为使输出电压为零(或者规定值)时，两输入端所加的直流补偿电压。集成运放可模拟等效为输入端有一电压存在的理想集成运算放大器，校准原理如图2所示。通过调节补偿电源装置给输入一个与V。电压等量相反的电压V输入就可等效为V=V1+V=0，则被测集成运放与接口电路等效为一输入失调电压为零的理想运算放大器。然后，调节模拟电源装置，给定模拟标准运放输入失调电压参数值。通过数字多用表读数与被校运放测试仪测试值比较，计算出误差值，完成V参数校准。
2 单片机控制电路设计
单片机采用AT89S51，这是一个低功耗、高性能CMOS 8位单片机，片内含可反复擦写1000次的4KB ISP(In-system programmable)Flash ROM。其采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-5 1指令系统及80C51引脚结构，集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元。
本设计中，采用单片机控制信号继电器来实现电路测试状态转换，信号继电器选用的是HKE公司的HRS2H-S-DC5V，能够快速完成测试状态的转换，只需单片机5V供电电源即可，便于完成参数的校准。此外，继电器跳变由PNP三极管$8550来驱动完成。
3 液晶显示电路设计
智能彩色液晶显示器VK56B是上海广电集团北京分公司的产品，具有体积小、功耗低、无辅射、寿命长、超薄、防振及防爆等特点。该LCD采用工业级的CPU，机内配置有二级字库，可通过串口或三态数据总线并口接收控制命令数据，并自行对接收的命令和数据进行处理，以实时显示用户所要显示的各种曲线、图形和中西文字体。AT89S5 1与智能化液晶VK56B的接口电路如图3所示。单片机与LED采用并行通信设计，LCD自身具有一个三态数据总线并口(并口为CMOS电平)，可以同主机进行通信。它外部有12条线同单片机相连，即DO-D7、WRCS、BUSY、INT和GND。其中，WRCS为片选信号和写信号的逻辑或非，上升沿有效，BUSY信号为高(CMOS电平)表示忙，INT为中断申请信号，低电平有效。
集成运放参数测试仪校准装置软件设计
软件部分包括上位机软件和下位机软件设计。上位机软件完成PC与单片机的通信以及校准数据处理等工作；下位机软件即单片机源程序。本设计使用Keil C完成测试状态的转换、与上位机串行通信以及测试参数的实时显示等。
1 上位机软件设计
上位机软件主要分为三部分：参数设置部分主要完成被校运放测试仪信息录入，校准部分完成各参数的校准，数据处理部分完成校准证书及原始记录的自动化报表。上位机软件主对话框如图4所示。“参数设置”部分主要完成被校运放测试仪的资料录入；“校准”部分主要通过下位机配合完成输入失调电压、输入失调电流等10个参数的校准过程；“生成校准证书”、“生成原始记录”、“预览校准证书”、“预览原始记录”主要实现校准数据的自动化处理。
2 下位机软件设计
下位机软件主要通过Keil C进行编写，通过下位机软件完成校准参数的动态显示以及测试状态的转换等。其包括两个部分，一部分是ST7920液晶驱动程序，另外一部分是单片机串口通信程序。这里简要介绍一下VK56B液晶驱动程序的编写。图5是LCD的时序图。其中，TW为WRCS信号的脉冲宽度，TSU为数据建立时间，TH为数据保持时间。这些参数的具体要求为：TW不小于16ns，TSU不小于12ns，T大于0ns，TH不小于5ns，TI不小于2us。
校准装开发过程中需要注意的一些问题
接口电路的器件由高分辨率、高稳定、低纹波系数电源供电，接口电路的器件偏置电源采用电池供电。
校准接口电路单元中的标准电阻采用温度系数小且准确度优于0.02％的标准电阻，然后再经加电老化进行筛选。
校准接口电路单元的辅助电路和补偿网络的制作关键是不能引入会对被校仪器产生噪声，自激振荡等的影响量。在电路板制作中，注意布线、元件排序、良好接地以及箱体的电磁屏蔽。
为保证标准参数标准不确定度，将购置国外不同型号符合要求的器件进行严格筛选作为验证用标准样片，并利用标准样片与国内性能和稳定性好的进口、国产测量(器具)系统进行比对验证。
测试用辅助样管，一定要满足表的指标规定(选用表3中输入失调电压、输入失调电流、输入偏置电流等参数允许值的辅助样片校准被检运放测试仪)，否则将造成测量结果的不准确。
主要技术要求如表3所示。
关键词：Proteus；Keil；单片机；实践教学
一、单片机原理与应用教学的现状
随着单片机应用技术的不断发展，单片机原理与应”成为很多工科院校电类专业的一门重要课程，该课程的实验和实践环节所占比重很大，但在实际的教学和实践中却存在着诸多现实问题：首先是课堂教学主要以PPT形式讲解内容，学生理解困难，感觉枯燥乏味。其次是现行的实验教学只能在单片机实验箱上完成现有的实验项目，学生做实验时很少追究实验本身所体现的问题，更不能通过实验理解相关的理论知识。最后，单片机实验主要是完成一些基础性实验。
针对上述问题，本文提出基于Proteus和Keil虚拟实验技术，重点促进学生自主动手、提升创新能力，培养创新型应用人才。
二、教改思路
在虚拟实验技术的环境下，单片机系统的开发将变简单：在基于原理图的模拟模型上编程，并实现源码级的程序仿真调试，配合各种虚拟仪表来展现单片机系统的运行过程。
首先，老师给出任务要求，讲解Proteus和Keil的应用，指导学生收集项目相关资料并整理，然后自行制订总体设计方案。
其次，学生利用Proteus和Keil的虚拟开发环境，针对所选应用系统，进行虚拟实验、设计、开发及验证。
最后，系统调试与仿真成功后，可对系统某部分功能或参数进行修改，进一步完善系统，或开始制作实物，为虚拟系统提供更有力的论证。
三、教学实例
传统的实验教学一般是先做好硬件电路，再接上硬件仿真设备进行在线调试。这个过程往往因为电路本身的问题使仿真效果不很理想。通过Proteus和Keil件的结合，采用软硬件综合调试，大大提高了实验教学的效率。下面以“基于单片机的万年历”为例做一简述。
1.电路原理图设计
本实例利用单片机实现万年历、电子时钟、温度计等功能，并在LCD进行显示。根据设计要求确定系统整体设计方案：由主控制器、时钟电路、显示电路、按键电路、温度采集电路以及复位电路等部分构成，如图1所示。
2.Proteus和Keil联合仿真调试
在Keil软件下建立项目，编写电子万年历的软件程序。在编写完软件程序并编译通过加载后，直接点击全速运行按钮，开始仿真运行，仿真结果如图2所示。
四、结语
单片机实践教学改革运用Proteus和Keil联合仿真功能，完成单片机系统软硬件仿真与调试，是对传统实物电路仿真的一种有力补充。实际应用表明，该方法在仿真成功的基础上再进行实物制作，较大地减少了电路板制作、元器件安装与焊接等工作，同时让学生经历单片机应用系统开发实现的完整过程，提高学生的自主动手和创新能力。
参考文献：
[1]李响初.基于MCS51单片机的智能时钟控制系统设计[J].世界电子元器件，2007（6）：50-52.
[2]何慧娟，何芝仙.基于DS18B20的单片机温控系统[J].山东科技信息，2008（13）：149-150.
【关键词】《单片机应用技术》 教学内容 考核方式
1.引言
随着科学技术的发展，单片机技术广泛应用于工业、农业、家庭生活等领域，因而《单片机应用技术》这门课程在高职高专相关专业教学中越来越重要。单片机技术涉及的知识面广、理论性强、更新快、实操性要求高，而高职学生基础较薄弱。为了更好地把这门课程教好，要整合教学内容和考核方式，减轻学生的学习负担，纠正学生的学习态度，以提高学生的综合能力，做到情景学习、任务学习，最后能学以致用，零距离上岗。
2.教学内容的整合
传统的教学都是按知识系统的组成原理，逐步介绍单片机的硬件组成及内部结构、指令系统、软件编程、定时/计数及中断、硬件外部接口及扩展、综合应用、按部就班地进行讲解，课程内容涉及模拟电子技术、数字电子技术、微机原理、C语言或汇编语言、PROTEUS仿真软件和KEIL软件。在课程总实训过程中进行作品制作时还与电子装配工艺这些课程有关，高职高专的学生根本没有较深入地学完上述课程，基础较差，理论知识的讲解根本无法让学生理解和领会。为了提高学生的学习积极性，在教学过程中，尽量把知识要点与内容穿插好，应用到各个情景中来，通过一个一个的情景设计以达到学以致用的目的。运用单片机典型实用的例子，学生理解了单片机是如何应用的，并掌握了相关的知识点。情景设计是单片机知识整合的重要手段，要把知识要点都应用到各个情景中来，又要确保情景内容不要重复和情景场面不能太多。在情景教学中，以资讯――计划――决策――实施――检查――评估为主线，具体设计内容如下：
情景内容设计――知识准备――学习设想――项目方案设计――制作过程――过程中的学习状态和反馈――总结和提高。
信号灯控制系统的设计与制作――单片机硬件系统――单片机结构、引脚功能认识――8个发光二极管依次点亮――分组，器材的准备和认识――知识型习题和技能型习题的检查――知识总结与实训报告填写
音调发声器系统的设计与制作――单片机开发系统的组成及原理，音调发声器原理――开发系统的开发过程――用开发系统设计音调发声电路――独立完成发声器电路的连接，完成源程序的输入、调试与运行――填写综合检查表，*.HEX文件是否生成――KEIL软件的使用
交通灯控制系统的设计与制作――程序结构――根据要求选择合适的程序结构――交通灯指示，LED显示――流程框图的编写――交通灯的显示――软硬件联机调试
秒表的设计与制作――定时/计数及中断――综合定时/计数及中断的应用程序――标准频率（1HZ）进行计数、多功能易修改的秒表――产品的制作过程――整个仿真过程的操作演练――程序的烧录，整机的联调
智能小车的设计与制作――LED、键盘及接口、A/D、D/A扩展――LED显示数字和键控程序实现――遥控，传感器，智能控制，数码管显示――遥控、启停智能小车的设计――智能小车作品的演示――故障的检测与排除
3.考核方式的改革
过去，理论考核和实训考核之比为1∶1，由于单片机的实践教学要求很高，因此学生考核方式大胆进行改革，减小笔试考试成绩所占比重，将评定方式改为“平时成绩20% +项目成绩70% + 卷面成绩10%”，平时成绩以平时作业和到课率为主，卷面成绩以理论考核（期中、期末考试）成绩为主，项目成绩包括实验和实训环节。实验考核主要包括基本操作技能、实训纪律和表现、实训报告及总结、作品的工艺和演示结果。实训方面要求学生在期末之前完成几项由教师事前制定的训练项目，这些项目要求学生自主完成，教师不参与指导，在实训过程中，要填写综合检查表，综合检查表中要考虑学生在实验实训中的文件建立及命名、硬件作图、硬件连接、软件流程图设计、程序编写、程序下载、联机调试等整个开发过程中每一环节的检查，并要求学生简要描述本项目的整个工作过程;实训完成时，教学团队填写项目评估表，项目评估表中要依据计划――决策――实施――检查――评估过程中细节评分再进行项目评分，最后依照每个项目成绩评定每期综合评定实训成绩。到期末，教师根据实验实训来进行项目成绩评定。
4.结语
通过十多年的教学实践与探索，采用理实相结合的单片机教学，运用情景设计法，把单片机知识整合到情景中来，克服了传统教学被动、呆板的缺点，既提高了学生的学习兴趣和学习效率，又减小了教学难度;同时，实训项目考核的补充实施，改变了学生无所谓的实训态度，明确了实训目的与任务，大大提高了学生的学习主动性，提高了理论知识水平和技能水平，为就业打下了坚实的基础，达到了很好的教学效果。课外兴趣小组的开设也提高了学生的组织能力、交流沟通能力、独立处理问题能力和创新能力。
【参考文献】
关键词： 单片机应用技术 存在问题 教学改革
单片机以其体积小、功耗低、性价比和可靠性高的特点，广泛应用于工业自动化、智能化仪器、航天军工和通信产品等诸多领域［1］。可见，《单片机应用技术》对高校电子信息等专业的学生来说既是一门专业基础课，又是一门技术主干课程。但其内容多且抽象，讲起来枯燥乏味。若采用传统的循规蹈矩教学模式，学生会感到晦涩难懂，慢慢会畏难而退，达不到教学的目的。为此，我们有必要做好该课程的教学改革。
一、当前单片机课程教学中存在的问题
（一）教材内容陈旧，跟不上单片机技术发展，缺乏实用性。
当前《单片机应用技术》教材品种繁多，各有侧重。但概括起来大体可分为两大类：一是以介绍Intel公司MCS―51系列为主要内容的较早版本，教学内容与新技术的发展和单片机在各种智能控制中的具体应用有较大的距离；另一种是介绍16位带A/D转换的MCS―96系列版本，起步要求高，学生掌握难度大，且缺乏与教材配套的实验指导书。但无论是哪种版本，讲授内容还是根据学科逻辑编制而成，没有突破传统学科课程的羁绊，且还是讲基本原理的多，讲应用实例的少；讲老器件应用的多，讲新器件应用的少，教学内容安排上缺少实际、典型的范例。作业很少有启发式、实践性的题目［2］。讲授内容与职业岗位的需求相脱离，对提升学生的就业能力帮助不大。
（二）教师知识老化或动手能力差。
1.一些教师不主动学习，新知识新技能更新不快，存在知识陈旧、能力退化、知识结构不合理等问题。另外，有些老教师由于对早期简单的八位单片机比较熟悉，在选用教材时，多年不变，在一定程度上挫伤了学生的学习热情。
2.当前的高校院校大多是由几所院校合并而来，师资参差不齐。一是从应届硕、博士毕业生中招聘来的青年教师。他们从学校走向学校，从课堂走向课堂，其理论知识扎实，但动手能力欠缺，在实训教学和现场指导等方面处于劣势。二是由企、行业招聘而来的教师，他们虽具有丰富的行业经验，但对高等教育研究较少，且没有经过系统的师范教育训练，因此教学服务能力有待提高。
（三）传统教学中存在着理论教学与实验教学相脱节。
长期以来，《单片机应用技术》的理论教学和实验教学处于隔离的状态。由于理论教师和实验教师编制、岗位和职责均不同，这在一定程度上导致了理论教师和实验教师间缺乏密切的交流。理论教学往往缺乏实验教学的支持；实验教学往往缺乏理论教学的基础。这造成了教学资源的浪费和教学质量的下降，也不利于对学生的学习情况开展行之有效的检查。
二、改革的思路与做法
（一）加强单片机教材建设，教材内容应体现单片机技术的新成就。
随着电子技术、微电子技术及计算机技术的飞速发展，单片机的经典体系结构一直处在“肢解”式的改造当中，实现了从“单片微型计算机”形态到FLASH ROM潮流再到SOC时代的三次飞跃，可现在的教材绝大多数还是停留在第一个阶段。
新形势下高等院校的教学活动应着重考虑人才的实用性、技能性和市场性。其教材应与时俱进，在讲述传统的单片机内容的基础上应充实废除机器周期的概念，指令以时钟周期为运行单位；I/O端口从固定方式到交叉开关配置，实现了I/O端口的灵活配置；从引脚复位到多源复位等新的理论知识、设计和使用方法，尽量反映当前单片机技术的新成就［3］。教材的编写既要讲清基本原理，又要有应用实例；既要有常规芯片体现的接口技术，又要有眼下“热门芯片”的应用及发展趋势介绍。
（二）创造条件，促进高校教师专业素质、职业素质全面协调发展。
教师应以专业为本，以教学为突破口，不断学习，从所教课程入手，多学科渗透和结合，在自己的岗位上具体实践，积极参加科研工作不断提高自身的综合素质。
学校应努力创造条件，灵活多样度从不同渠道提高教师的实践技能。对青年教师应采取边培养边使用的原则，以特长化发展和专项化发展为切入点改革新教师培训的模式，对他们从教学、科研、技能等多方面进行重点扶持和培养：一是选派教师到行业企业挂职。每年定期派出一批骨干教师到工厂、企业单位或科研院所顶岗或挂职锻炼，以提高实践动手能力；二是支持专任教师联系企业制度和教师研究方向项目制，提高应用课题的研究能力和行业服务能力。
（三）改革教学手段及方法，提高教学质量。
1.《单片机应用技术》课程内容丰富且抽象，在教学活动中不能墨守成规，要打破过去单纯“讲”、“写”、“问”的机械模式，设计出科学合理的教学方法来，从而根据不同的教学内容、运用不同的教学方法、激发学生独立思考，钻研问题，培养学生获取新知识、分析和解决问题的能力，提高教学质量。
2.理论教学与实践教学在技术层面上是统一的，要打破高等院校理论和实践教学分属不同教学人员执行的界限，实施理论和实践教学的有机整合是加强技能和提高教学效率双赢的一种的教学模式。单片机的许多理论均在实践教学中穿插完成，教室就是实验室，理论教材又是实践教材，理论教师就是实验员。学生边做实验、边看现象、边听课。单片机的以项目任务为驱动的模块化教材是实施一元化教学的物质基础，由于模块化教材中每一任务模块都有相关联的软、硬件知识点储备，实践教学可以紧紧围绕各硬件结构的应用同步进行。理论是对实践的具体指导，实践是对理论的具体升华，它们的紧密结合有利于促进教学活动的开展，有利于学生对知识点的掌握及职业技能的提高。
（四）改革实验教学内容，提高实验、实践教学的质量。
实验教学内容的改革是实验教学改革的突破口。由于传统的实验教学忽视了学生分析和解决问题能力的培养，极大地限制了学生积极性和创造性的发挥，不利于技能性人才的培养。为更好地培养学生的操作技能和知识综合应用能力，在实验教学的内容上要建立起以验证型实验为基础、设计型实验为主体、综合型实验为提升的多层次的实验体系。同时，要重视课程设计。课程设计是对学生对某一专业方向课程掌握情况最为行之有效的检测方法，其高质量地开展（不能走过场）既有利于充分发挥学生的主观能动性，又有利于提高学生分析、解决问题的能力和创新能力。
（五）改革考试方法，引导学生注重技能的培养。
采用科学合理的考试形式来准确地评价学生是教学改革的基础。考试的目的在于检查教学效果、教学目标实现的程度，以便于改进教学工作，提高教学质量，鞭策学生积极努力地学习。教师可以采用平时成绩（占20%）、实验成绩（占40%）、结业考试成绩（占40%）等来综合评定的学生的成绩。
其中，理论考试可采用闭卷+开卷的形式。闭卷考试采用答案是唯一的客观题（如填空题、选择题等），主要考查学生对基础知识、基本理论的掌握程度。考试时间控制在40―50分钟内，总分为40―50分。开卷考试采用答案不唯一的主客题（如程序分析与设计题等），主要考查学生对知识的应用能力，考试时间控制在70―80分钟，总分为50―60分，从而可以引导学生开动脑筋编写最佳程序，培养学生严谨的逻辑推理和思维能力。实验考试主要采用机试+实训（或课程设计）作品的方式。机试和实训作品成绩各占50%。机试是针对实验阶段而设置的，试题来自综合实验，考核的目的是检查学生对综合实验的掌握程度和调试水平。实训（或课程设计）作品是针对第二阶段的，要求学生拿出实训作品和完成实训报告，根据实训作品的效果及实训报告完成的质量给学生一个综合评定，主要考查学生对所学知识的运用能力、创新能力和实践能力。可见，多样化的考试方式能有效地推动单片机课程的学习，提高教学的实效性［4］。
三、结语
《单片机应用技术》内容极其广泛，概念、专业术语和专用名称多，涉及的专业基础理论也较泛，又都有相当强的可操作性，加之电子技术的迅猛发展，使得其内容更新快，教学难度大。在教学过程中我们虽然通过上述的一些改革措施取得了一定成绩，但与培养高素质应用型技术人才的要求相比还有一定差距。这就需要我们不断改变观念，转变思路，不断探索与研究，大胆改革，强化专业技能，走出一条知识与能力并举的全新的高素质应用型技术人才培养之路。
参考文献：
［1］刘南平，孙蕙芹等编著.单片机实训与开发教程［M］.北京：科学出版社，2008.
［2］陈刚.高职单片机教学的新思路［J］.广东交通职业技术学院学报，2006，3，5，（1）：109-111.
关键词：单片机；一体化；教学模式
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1671-0568(2012)08-0041-02
目前，计算机硬件技术向巨型化、微型化和单片化三个方向高速发展。自1975年第一块单片微型计算机芯片问世以来，在短短的三十多年间，单片机技术已发展成为计算机技术一个非常有前途的分支，它具有体积小、性能优越、价格低廉等优点。一方面，单片机芯片是自动控制系统的核心部件，广泛应用于工业控制、智能化仪器仪表、通信终端设备、家用电器、高档电子玩具等领域；另一方面，单片机也是电子技术数字化的核心部件之一，在数字化电子产品中承担着数字信号处理的重任。鉴于单片机技术在实践中的广泛应用，很多高职院校电类专业均开设了《单片机技术》课程，但是院校之间的教学模式及教学效果存在着一定的差别，为了找到此类课程的理想教学方法，有必要对单片机课程的教学模式进行研究。
一、传统的单片机教学模式
传统的高职院校《单片机技术》课程存在一些比较普遍的问题，主要体现在适合高职学生的优质单片机教材较少，很多教材偏重于理论，相应的教学计划针对性不强，传统教学方法因过多体现“讲授式”特点，缺乏对学生主动学习与实践创新能力的关注。传统的“单片机技术”课程教学模式往往是“理论课+实验课”。理论课在教室采用多媒体或“粉笔+黑板”的方式，以逐个知识点的讲授为主。实验课在实验室环境下练习，且实验内容多为验证性实验。这种教学模式的缺点是教学中以教师为中心，理论与实践相脱节，学生被动地接受知识，学习过后不易理解和掌握。因此，开展《单片机技术》课程教学方法改革，探索适应新形势要求的教学方法已是必然。
二、单片机一体化教学模式
《单片机技术》自身就是一项实践性非常强的技术，光靠理论讲授和后续的实验验证根本不可能使学生很好的掌握这项高新技术，为了改变现状使学生掌握这项受之有用的技术，唯有在教学过程中加大实践的力度，使得学生能够在做中学，学中做，通过自己动手做而获得成就感，通过自己动手做而找到学习的乐趣，进而自主的学习。基于此，本文对单片机一体化教学模式进行探究，采用“教学做一体化”的教学方式，以项目情景和工作过程为导向，突出学生的主体地位，在做的过程中由教师教和学生学来共同完成教学活动。
三、单片机一体化教学具体实施
整个课程教学过程的实施按照“理论引导普通项目实训典型项目实训综合(创新)项目实训竞赛”的系列步骤展开。
1 实施方案。每个教学过程均安排在实训室采用“理论讲解－分析设计－学生编程－仿真－实训－设疑－再编程－再仿真－再实训”的方式进行，边讲边动手，有目的、有计划地带领学生先完成普通项目实训，再完成典型项目实训，然后完成综合(创新)项目实训。例如，要完成“8个发光二极管轮流点亮”的任务，教师先讲解完成这个实例需要掌握的相关电路原理和指令规则，接着引导学生一起来分析思考如何实现任务功能，待学生发现指令和任务之间的联系之后，让学生动手写程序，并仿真看结果对不对。如果仿真正确。再尝试将程序代码下载到实验板看结果是否正确。接下来再适当改变任务要求，让学生动手完成新任务。通过这样的过程，调动学生的主观能动性，提高学生学习兴趣，真正将“学－思－知－行”统一起来。
2 实施方法。本课程实践教学环节的实施按照“普通项目实训典型项目实训综合(创新)项目实训竞赛”的步骤循序渐进地展开，其组织形式也有相应的区别。
(1)普通实训项目。普通实训项目采用集中进行，统一指导和个别辅导相结合的方式进行。实训后学生必须根据要求，写出项目实训报告。实训过程中，教师的作用是导向、纠偏、督促、检查。重在培养学生自主创新地完成：资料查找、方案构思、电路设计与制作、编程及调试等工作，注重讲练结合，教师一般先有统一的入门指导，讲解实训的原理、方法、步骤、注意事项，根据需要作必要的现场操作演示，然后巡回指导。通过普通项目的实训使学生掌握单片机开发工具、单片机仿真软件、应用软件的使用方法，获得基本实训技能。掌握单片机指令应用、程序设计基本方法和技巧，提高了动手能力。
(2)典型实训项目。教师下达典型实训项目任务，提供参考资料书目，学生自己查阅资料，确定设计方案。在教师对设计方案检查无误后开始进行硬件原理图的设计和软件程序编制，调试硬件电路、调试设计程序直至成功，整个过程由老师提供技术支持。学生根据任务书的时间内容要求完成设计任务。典型实训项目采用相对集中、任务分散，小组讨论，个别辅导相结合的方式进行。通过典型实训项目的实训使学生进一步理解单片机的组成及工作原理，掌握接口电路的工作原理，理解接口技术、中断、定时／计数器等功能部件的基本原理和设计应用方法，培养学生的单片机应用与开发能力以及团队协作的能力。
(3)综合(创新)项目实践。综合(创新)项目实践采用课题组形式，每组学生进行任务分工，共同完成一个相对完整的设计任务：审题、查阅资料、方案构思、绘制原理图、电路板设计与制作、编程及调试、论文撰写等工作。教师采用相对集中、任务分散，小组讨论，个别辅导相结合的方式进行。教师在实训全过程中起技术指导作用。要真正提高学生单片机实际应用能力，单靠课堂(理论、实验)教学是不够的。为了巩固、提高学生单片机理论教学的效果，单片机应用设计综合项目，旨在继续强化学生单片机应用能力的培养，要求学生完成一个比较全面的单片机综合应用项目，对学生进行全面综合的训练，有效地提高学生的创造性思维和独立分析、解决问题的能力。
(4)竞赛。竞赛主要采用学生自由创作的形式，教师只对作品进行评价，通过学生独立对整个作品的设计制作、设计报告的撰写及答辩，使学生真正达到能够独立面对实际问题，独立分析及解决问题。
通过以上实施步骤有效地解决了传统理论课加实验课的单片机教学中遇到的问题，增强了学生的参与感，提高了学生的学习兴趣和动手能力，使理论教学与实际应用相结合，实现了一体化教学，对教学产生了积极的影响，增强了学生的创新意识和实践能力，具有一定的理论价值和实际意义。
参考文献：
关键词：应用型本科院校 单片机原理及应用 教学方法
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0148-01
单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元（Center Processing Unit，也即常称的CPU）和RAM、ROM及其他I/O接口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统，而现代的单片机则加上了中断、定时及A/D等更复杂、更完善的电路，使得单片机的功能越来越强大，应用更广泛。因此单片机教学在电气信息类相关专业中越来越重要，“单片机原理及应用”课程必须理论结合实践，才能取得较好的教学效果。根据本课程的特点，结合应用型本科院校以培养应用性人才的宗旨，课题组对该课程的教学内容、教学模式和实践训练三个方面进行了探索与研究。
1 单片机原理及应用教学现状
目前大多数高校的理论教学过程都是采用先基础后应用的模式，即单片机硬件结构、指令系统、汇编语言设计、外部系统扩展、接口技术和应用系统设计，这种方法虽然思路清晰，但是存在着过于机械性的弊端，缺乏生动、直观的实物等辅助教学手段，这样便使学生觉得学习单片机枯燥乏味，没有现实意义，缺乏兴趣，严重影响了教学效果。主要体现有以下两个方面的问题。
（1）理论教学中主要讲述51单片机的硬件结构和相关组成部分的工作原理及接口设计，软件编程多是以汇编语言为主。汇编语言语句不直观，为完成一个非常简单的操作，汇编语言需要写许多条命令，理解起来很有难度，很容易让学生失去学习单片机的兴趣。
（2）实验教学中多以验证性实验为主，学生编程后进行编译，将程序下载到单片机实验箱上演示。实验指导书上已经写好了连线方式和程序资料，学生很少独立分析程序及其编写代码。大多数学生只追求实验结果，对于整个硬件系统设计和软件调试过程模糊。
2 单片机原理及应用教学改革初探
针对单片机教学和实验中存在的问题，以培养应用型本科学生为目标，结合工程与应用实际需求，从教学内容、教学模式和实践训练3个教学环节进行改革。
2.1 教学内容的改革
在单片机原理及应用课程第一次授课时，给学生展示单片机行业的发展情况、单片机产品以及单片机开发公司的招聘信息。让学生真正体会到单片机技术的实用性，激发他们学习的兴趣和求知欲。学生在看到企业招聘信息后，能够明确本门课程的学习目标。
随着时间的推移和科学技术的进步，51单片机已经有了很大的发展和变化，已经派生出来很多51系列产品，其内部资源也变得非常丰富，如看门狗、PWM、SPI、A/D等。因此，更新单片机教学内容势在必行。在教学中增加新产品、新技术的知识，使得学生能够满足企业人才的技术需求。如可以增加I2C总线、SPI总线、CAN总线等内容。
为了让学生与企业开发接轨，在讲授完汇编语言程序设计之后，加入C51语言的相关知识。由于学生已经在大一时期学习过C语言程序设计的课程，只需要在课堂上加以引导，如：C51库函数、C51的存储结构、C51扩展关键字等强调介绍。同时，在介绍过程中采用汇编语言与C51语言对照的方式讲授，学生就能够很快掌握单片机编程。
2.2 教学模式的改革
采用项目驱动教学法，先简单后复杂，将各个知识点的学习融入到各个实际工程模块中，让学生在每一个项目中学会各个模块的使用。如：单片机的并行接口技术可以通过舞台灯光系统、国际交通灯、抢答器项目来介绍；定时器和中断系统可以通过电子琴、音乐盒、万年历项目来介绍；串行通信接口可以通过GPRS通信来介绍；单片机与A/D、D/A转换器接口可以通过农业大棚温湿度采集系统，电子压力秤来介绍。这种教学将“老师讲，学生听”的被动教学模式转变为“学生主动参与，教师指导”的主动教学模式。教师的教学和学生的学习都围绕这些项目来完成，强调学生“学中做、做中学”的新型学习过程，极大地激发了学生的学习兴趣，创新了教学模式。
2.3 实践训练的改革
通过课内实验教学、课程设计、大学生电子设计竞赛等多种渠道实现真正的创新型实践教学。课堂上引入Proteus和keil软件的使用，使学生在课堂上可以对相关的软硬件有一个直观的了解，课内实验要求学生将理论授课中的项目通过Proteus设计出仿真的电路图、用keil软件编写实验程序、最终能实际仿真到效果图。
课程设计周期为2周，在课程设计中，学生选择教师所给的题目，根据题目目的和要求查阅相关资料，学生从元器件选择、电路设计、PCB板绘制、电路焊接、程序编写到调试都需要独立完成。对于学生在实验中出现的问题教师给予指导，在解决问题的过程中加深了学生对单片机应用系统软硬件设计的理解。
鼓励学生参加大学生电子设计竞赛、全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛、“毕杯”全国电子创新设计及物联网应用系统设计竞赛等面向大学生的群众性科技活动，提高学生创新能力、协作精神、理论联系实际、动手能力和工程素质的培养。
3 结论
对于应用型本科院校而言，学生除了要掌握扎实的理论基础知识，更需要培养较强的实践能力、独立学习能力和独立工作能力。培养学生单片机实践能力是一个长期而复杂的过程，我们只有立足单片机原理及应用教学的实际，逐步深入，取长补短，推陈出新，新的教学方法才能日趋完善，也才能更好地适应时展的需要。
参考文献
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关键词：温度控制；双单片机；仿真
引 言
电阻炉在当前被广泛的应用在各种工矿企业、科研机构等场合，是利用元素分析作为主要手段。在各个企业工作中用来测定钢件淬火、退火回火加热处理之中，在应用中单片机体积小、价格低廉、功耗低和控制能力强受到广泛的关注，已成为当前电阻炉温度控制领域的核心器件。然而目前来说，大多数的电阻炉温度控制系统都是采用单片机器件和CPU处理器的能力不够问题分析，对造成的各种瓶颈现象进行认真分析和认识。为解决“瓶颈”问题，同时在应用的时候又兼顾到经济性原则，通过设计低端双单片机结构的电阻温度控制系统，并且采用信息处理和采集措施等优势分析，制定出合理的设计防范。
1、控制系统设计方案
在双单片机的电阻炉温度控制系统设计中是采用两个ATME1公司生产的单片机作为实施控制系统和方式，通过完成人工对话和辅助计算功能针对其中双击数据交换瞪。一般设计的过程中要注重三个方式：
1)采用串行总线，这种方法硬件简单但传输速度比较慢；
2)采用并行总线，其速度较高但考虑到两个CPU时钟同步问题因而硬件比较复杂；
3)采用存储器方式，其传输速度比较快且对时钟同步性要求也不很严格。在此，本着提高性能与降低成本相结合的设计原则，采用第3种方式即由双端口RAM承担双机信息的互换。
2、控制系统硬件设计
系统硬件电路由3部分组成：
1)实时控制模块；
2)人机交互模块；
3)双机通讯模块。
2.1实时控制模块
该模块以单片机U1为控制核心，可以分为温度检测电路和输出控制电路两部分为温度检测电路。热电偶将温度转换为0—41.32mv电压输出，经毫伏变送器转换成4—电流，再经过电流／电压转换成0—5V电压信号，由ADC0809转换为8位的数字量送到单片机U1的P口。单片机U1的P1.0引脚输出控制信号，经过零触发电路去控制双向晶闸管，通过改变双向晶闸管的导通时间来改变加热功率，达到调节温度的目的。当P1.0=-1时，双向闸管导通，P1.0=0时则截止：可控硅在给定周期的100％时间内接通时的功率最大，这时加热温度最高。
2.2人机交互模块
人机交互模块由，由四个独立的发光二极管(作为电源指示灯、PID正常运行指示灯、上限报警指示灯和下限报警指示灯)显示电路和两个4位7段数码管动态显示电路以及四个独立按键电路和一个复位按键电路共同组成。
2.3双机通讯模块
以双端口静态存储器芯片DS1609作为两单片机的数据交换器，基本原理为：需要送出数据的一方先把数据送入DS1609中，然后接收数据的一方对DS1609中的同一地址进行读取，完成数据交换。
3、控制系统软件设计
在单机片系统设计中的软件主要包括程序连接系统U1，其中主要包括负责主程序的初始化系统以及与单机片U2进行连接。T0及T1中服务程序(T0中断服务程序进行采样、滤波、标度转换、越限处理、控制显示温度；T1中断服务程序主要控制双向可控硅的通断)、采样子程序(ADC0809以查询方式对IN0通道采样4次)、字滤波子程序(采用防脉冲干扰平均值法滤波对4次采样值处理得平均值，以备PID运算和温度标度转换使用)、标度转换子程序(参数经A／D转换后得到的数码值仅对应于参数的大小并不等于原来带有量纲的参数值，故必须把它转换成带有量纲的数值以便显示)、PID运算子程序(控制原理是先求出实测温度对所需温度的偏差值，对偏差值处理而获得控制信号去调节电阻炉的加热功率)及其它子程序(如为进行采样值数码显示而加入二至十进制转换子程序和压缩BCD码变成单字节BCD码子程序；为求取PID运算而加入将键盘设定值进行十至二进制转换的子程序等)。单片机U2的软件主要包括键盘监控程序和显
示输出程序。
1)键盘监控程序设计。本系统功能较为复杂，考虑到如果采用一键一义监控会由于按钮过多，致使成本增加且面板难以布置用户操作也不方便，因而本设计采用一键多义的键盘监控程序。具体是：采用状态顺序编码设计状态图，构造两张表(即状态表和索引表)，监控程序根据现态码和键码查表一方面可找到任务模块wORK0～WORK15中相应的某一项予以执行发出运行命令，另一方面可用于下次判断处理所需的次态NEXT项。2)显示输出程序设计。显示输出程序包括初始化、通过DS1609获取单片机U1数据、控制设定温度值显示和当前温度值显示。本系统程序众多，由于篇幅所限具体程序流程图及源代码从略。
4、硬件设计
本系统采用的K型热电偶，其可测量1312℃以内的温度，其线性度较好，而且价格便宜。K型热电偶的输出是毫伏级电压信号，最终要将其转换成数字信号与CPU通信。传统的温度检测电路采用“传感器－滤波器－放大器－冷端补偿－线性化处理－A/D转换”模式，转换环节多、电路复杂、精度低。在本系统中，采用的是高精度的集成芯片MAX6675来完成“热电偶电势－温度”的转换，不需电路、I/O接线简单、精度高、成本低。
当P2.5为低电平且P2.4口产生时钟脉冲时，MAX6675的SO脚输出转换数据。在每一个脉冲信号的下降沿输出一个数据，16个脉冲信号完成一串完整的数据输出，先输出高电位D15，最后输出的是低电位D0，D14-D3为相应的温度转换数据。当P2.5为高电平时，MAX6675开始进行新的温度转换。在应用MAX6675时，应该注意将其布置在远离其它I/O芯片的地方，以降低电源噪声的影响；MAX6675的T-端必须接地，而且和该芯片的电源地都是模拟地，不要和数字地混淆而影响芯片读数的准确性。
4、控制系统仿真调试
4.1程序仿真调试
采用Kei1软件进行程序仿真调试。程序首先通过汇编及语法错误检查，然后在仿真CPU中进行调试直至正确，则可保存其生成的目标文件(HEX文件)供单片机使用。
4.2硬件仿真调试
硬件仿真调试利用proteus软件为主，生成的HEX文件将在proteus环境中的中导入单片机进行仿真为对PID闭环控制的仿真，其中比例系数Kp=1.4、积分时间常数Ti=1、微分间常数Td=6。可以看出，该PID闭环系统可以很快(稳定时间为32.7s)达到温度设定值，故系统达到了预先快、准、稳的要求。
