淺談微控制器實踐教學的應用研究論文

　　實踐教學是鞏固理論知識和加深對理論認識的有效途徑，是培養具有創新意識的高素質工程技術人員的重要環節，是理論聯絡實際、培養學生掌握科學方法和提高動手能力的重要平臺。有利於學生素養的提高和正確價值觀的形成。以下是小編為大家精心準備的：淺談微控制器實踐教學的應用研究相關論文。內容僅供參考，歡迎閱讀!

　　淺談微控制器實踐教學的應用研究全文如下：

　　一、引言

　　隨著電子技術和物聯網技術的飛速發展，微控制器技術已發展成為一門關鍵的技術學科。近年來，高校微控制器課程成了很多專業的必修課，成為微機類課程的主幹課程。該課程是一門應用性很強的課程，如何讓學生在學好基礎知識的同時，迅速掌握設計應用技術，其中的實踐教學起著非常重要的作用。微控制器實踐教學包括微控制器基本理論實驗、典型功能應用實驗、應用開發實驗以及新技術使用實驗等多環節訓練。

　　二、微控制器型別研究

　　微控制器作為計算機發展的一個重要分支領域，根據目前發展情況，從不同角度微控制器大致可以分為通用型/ 專用型、匯流排型/ 非匯流排型及工控型/ 家電型。

　　1、通用型/ 專用型是按微控制器適用範圍來區分的。例如，80C51 是通用型微控制器，它不是為某種專用用途設計的;專用型微控制器是針對一類產品甚至某一個產品設計生產的，例如為了滿足電子體溫計的要求，在片內整合ADC介面等功能的溫度測量控制電路。

　　2、匯流排型/ 非匯流排型是按微控制器是否提供並行匯流排來區分的。匯流排型微控制器普遍設定有並行地址匯流排、資料匯流排、控制匯流排，這些引腳用以擴充套件並行外圍器件都可通過序列口與微控制器連線，另外，許多微控制器已把所需要的外圍器件及外設介面整合一片內，因此在許多情況下可以不要並行擴充套件匯流排，大大減省封裝成本和晶片體積，這類微控制器稱為非匯流排型微控制器。

　　3、工控型/ 家電型是按照微控制器大致應用的領域進行區分的。一般而言，工控型定址範圍大，運算能力強;用於家電的微控制器多為專用型，通常是小封裝、低價格，外圍器件和外設介面整合度高。顯然，上述分類並不是惟一的和嚴的。例如，80C51 類微控制器既是通用型又是匯流排型，還可以作工控用。

　　除了以上分類，行業間大多以製造公司的名字命名，如：STC 微控制器，PIC 微控制器，EMC 微控制器，ATMEL 微控制器，TI 公司微控制器，凌陽微控制器等。

　　三、微控制器的選擇

　　80C51 微控制器歷史悠久，功能強大，相容性好，能滿足大多數高等學校的教學要求。主流微控制器包括CPU、4KB 容量的ROM、128 B 容量的RAM、2 個16 位定時/ 計數器、4個8 位並行口、全雙工串列埠行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP。國內大部分高校都使用80C51 微控制器作為微控制器教學的主要使用物件。隨著社會的進步和電子技術的發展，人們對微控制器的處理速度、字長和儲存容量提出更高的要求，傳統的80C51 系列微控制器漸漸不能滿足人們各種各樣的需要。

　　AVR 微控制器是20 世紀90 年代開發出來的。是一款基於RISC 指令架構的8 位微控制器。RISC***Reduced InstructionSet Computer，精簡指令集計算機***。綜合了半導體軟體效能和整合技術的新構架。AVR 微控制器採用RISC 構架，具有1MIPS/MHz 的快速執行處理能力。

　　AVR 微控制器採用Harvard 結構，在上一條指令執行的時候就取出當前的指令，然後以一個週期執行指令。在其他的RISC 以及類似RISC 結構的微控制器中， 外部振盪器的時鐘被分頻降低到傳統的內部指令執行週期，這種分頻最大達12 倍***80C51***。AVR 微控制器用一個時鐘週期執行一條指令，它是8 位微控制器中第一個真正的RISC 結構的微控制器。

　　AVR 微控制器採用了Harvard 結構，所以它的資料儲存器和程式儲存器是獨立組織和定址的，定址空間分別為可直接訪問8MB 的資料儲存器和8MB 的程式儲存器。同時，由32 個通用工作暫存器所構成的暫存器組被雙向對映，因此可以採用讀寫暫存器和讀寫片內快速SRAM 儲存器兩種方式來訪問32 個通用工作暫存器。

　　同時，AVR 微控制器採用低功率非揮發的CMOS 工藝製造，內部分別整合Flash、E2PROM 和SRAM 三種不同效能和用途的儲存器， 除了可以通過SPI 口和一般的程式設計器對AVR 微控制器的Flash 程式儲存器和E2PROM 資料儲存器進行程式設計外，絕大多數的AVR 微控制器還具有線程式設計***ISP***的特點，為學習和使用AVR 微控制器帶來了極大的方便。

　　綜上所訴，高校在微控制器選擇的問題上可以遵循以下原則。可選的微控制器主要有兩類：傳統的80C51 微控制器和AVR 微控制器。80C51 微控制器結構簡單，功能強大，入門門檻較低，適合初學者和普通高校使用。相比AVR 微控制器，結構複雜，功能更為強大，可以實現複雜的功能，應用範圍更廣。但學習門檻較高，不太適合初學者和普通高校。建議基礎較好的學生可以學習AVR 微控制器，重點大學也可考慮開設AVR 微控制器的課程以取代傳統的80C51 微控制器課程。

　　四、實驗例程的選擇和設計

　　1、傳統的微控制器實驗課主要以驗證性實驗為主。通過實驗把教師在理論課上教授的內容驗證一遍，讓學生能更好的理解微控制器的內部結構和各種功能。不可否認，傳統的實驗課有它的合理性和必要性，但是也有明顯的弊端。

　　***1***採用實驗例程過於簡單，實驗內容索然無味，難以激發學生的學習興趣和學習主動性;

　　***2***對不同層次水平的學生採用相同的實驗例程和評價標準，區分度不明顯，不適合因材施教的理念;

　　***3***實驗課時間過少。微控制器是一門實踐性非常強的課程，僅靠理論課的學習是遠遠不夠的。即使開設了相關的實驗課，但實驗課時也非常有限。

　　鑑於以上問題，需要從實驗例程的選擇和設計人手，合理安排分配時間。除了正常的實驗課，更要合理利用課餘時間。給學生布置有一定難度的具體任務，使學生在完成任務的同時，掌握微控制器技術和相關的各種知識，提高學生的動手能力和解決實際問題的能力。由於單片機種類繁多、功能強大、應用廣泛。有許多基於微控制器的實驗例程可供選擇，能很好的滿足實踐教學的各種要求和需要。

　　2、本文受山西大學商務學院教改專案資助。作者在專案期間，對學生進行了微控制器開發的培訓，培訓結束後參加了2014 年山西省大學生電子設計大賽。比賽結束後帶領學生一起研究和開發了一些實用的微控制器例程。通過以上一系列的活動積累了一定的微控制器實踐教學經驗。

　　***1***實驗課上使用的實驗例程難度不宜太大，基本還是一些驗證性實驗。可以從實驗環節和實驗內容上加以改進。採用案例教學法，教師可以先通過一個具體實驗例程邊講解邊除錯程式，最終完成該例程。學生在該過程中能較好的掌握微控制器的程式設計方法和外部I/O 口和內部資源的使用方法。然後使用任務驅動法，給學生布置一個類似的任務，讓學生獨立完成。作者在微控制器培訓期間就是採用的此方法，學生反映效果良好;

　　***2***充分利用實驗課以外的時間是學好微控制器的關鍵。可以針對不同水平和層次的學生，提出不同的有一定實用價值的任務。激發學生的學習興趣和主動性，培養學生創新能力。學生在完成任務的過程中可以掌握微控制器的基本原理和培養一定的工程實踐能力。參加各類電子設計大賽也是一個好的方法。作者帶領學生參加了2014 年山西省大學生電子設計大賽，製作研發了自動消防小車。自動消防小車是以微控制器為控制核心，外加各種感測器和相關電路實現的。通過大賽，激發了學生的學習興趣和主動性，使學生真正瞭解了微控制器的作用和設計開發的過程，起到了很好的示範作用。

　　大賽結束後作者和學生一起策劃成立了電子設計創新協會。協會主要負責學生課餘時間的學習。並且開放了一個實驗室供學生課餘時間使用。作者帶領協會學生開發和設計了一批基於微控制器的實用例程。例如：發現學校廁所經常有男生抽菸，就開發了基於微控制器的煙感報警器;還有基於微控制器的四旋翼飛機和駕車輔助系統等實用例程。

　　五、結束語

　　隨著科學技術的發展和國家對技術技能型人才的不斷需求，對高校實踐教學提出了更高的要求。傳統的微控制器實踐教學已不能滿足要求。本文通過對微控制器實踐教學存在的問題進行了研究，結合自己的微控制器實踐教學經驗，提出一些建設性的建議和方法，希望可以起到拋磚引玉的效果。