基于单片机的课程设计范例(3篇)
基于单片机的课程设计范文篇1
关键词：教学模式改革；机械；工程教育
中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2013）04-0072-02
一、《单片机原理》教学现状
《单片机原理》课程是电子类、机械类、控制类等专业的一门专业基础课，是在学生掌握了基础的电子技术类和计算机应用类课程之后，为加强对学生应用能力的培养而开设的体现电子技术、计算机技术综合应用的一门课程。本课程的目的和任务是使学生获得单片机应用系统设计的基本理论、基本知识与基本技能，为学生毕业走向工作岗位后从事机电一体化相关研究及开发打下良好的基础。《单片机原理》综合了硬件电路设计和软件编程等技术。学生在学习本课程的时候，一方面巩固掌握了前续基础课程，如《电子技术》和《计算机基础》等；另一方面，学会了单片机系统设计的思路和方法，为今后从事相关工作打下基础；此外，以MCS-51为基础的单片机课程也为今后的ARM、DSP学习，为《电子技术》的继续教育等夯实基础。《单片机原理》也是应用型人才培养的需要，现工科院校和高职院校都开设了相关课程。但是，单片机技术日新月异，而大部分高校的单片机课程教学模式却一直延续至今，没有针对技术发展、社会需求做出相应调整。单片机的传统教学方式多以课堂原理讲解为主，结合少量硬件实验，这种模式存在的问题较多。传统教学过程中未引入工程实践设计，导致学生动手能力普遍较差。由以上单片机课程的教学现状，我们可以看出，单片机课程改革势在必行，必须改革教学模式，才能适应工程教育的目的，培养学生的实践能力。
二、课程模式改革的理念、思路及实施方法
随着全世界人口、资源与环境压力的日益增大，工程与技术在创造性地解决这些问题方面正起着越来越重要的作用。已成为高等工程教育大国的中国，正以实施卓越工程师教育培养计划为突破点，加快高等工程教育改革创新。《单片机原理与应用》课程改革正是契合了工程教育改革的时机，以工程项目为导向的设计流程，为学生今后从事相关工作和继续学习铺垫了良好的基石。在工程教育的大背景下，如何巩固和加强单片机技术体系，在有限的时间内使学生在这个体系里循序渐进地学习和掌握单片机及嵌入式系统设计的过程，掌握常用EDA设计工具以及在实践过程中培养他们的创新和创造能力，是目前单片机课程亟待解决的问题。《单片机原理》课程模式改革的最终目的是建立单片机课程的工程教育体系结构，该体系结构以单片机基本原理为基础，设计开发及整合相关的硬件资源和软件资源，以及相关的教师资源，根据学生的认知过程，建立多层次、模块化、开放型、综合性的单片机工程训练教学新模式。其实施方法及内容主要为以下几方面。
1.针对机械类学生，确定单片机课程实践教学体系，开展单片机实践教学模式研究。单片机对于电子类的学生而言，是一门必修的技术基础课，主要应用在电子控制相关领域。而对于机械类的学生而言，单片机是选修课，那么如何改革当前针对机械类学生的单片机课程的教学体系，使得机械类学生能够有充足的兴趣来学习单片机，这是单片机模式改革的重要准备工作。首先拟从实际的工程项目出发，淡化理论知识。例如弱化指令系统、汇编语言程序设计、存储器及I/O口的扩展等。其次着重加强学生的实践和动手操作能力，通过课内和课外的工程项目实验来吸引学生。加强定时器操作、I/O口操作等方面的硬件设计和程序设计能力，例如花样流水灯、LED显示屏等实践项目。最后是结合机械类学生的特点及今后就业的领域，着重加强单片机在机电一体化领域的实际应用，使得学生在学习单片机课程的同时，也深入到了机电一体化的体系设计当中。
2.优化单片机实践课程体系，完善实践学习内容，对工具软件实践课程教学方法研究与探讨。针对单片机在机电一体化领域的实际应用，进行单片机实践课程的案例教学的开发。本实施方案是在上述实施的基础上，进行的细化工作。主要包括实践教学教案的编制，特别是机电一体化领域单片机实际应用的教案，以及单片机开发的工具软件实践课程的教学方法研究。在实践学习的内容方面，拟从机械类学生的特点及先前所学知识的基础上，以工程项目为导向，编制实践教学教案。初步拟定为这几项：IO口操作、中断定时操作、串口通信、键盘和显示、综合实验等。在工具软件的实践课程教学方法方面，拟引入Proteus、KeilC及Protel等EDA软件，建立单片机虚拟实验室，使得学生的学习不局限于实验室内有限的单片机实验箱。虚拟实验室的建立，使得学生的设计不局限于有限的单片机实验箱功能，进行单片机的开放性设计，锻炼实际应用和开发能力。
3.改革单片机课程考核成绩的评估机制，引入工程项目考核的机制，加强学生的实际工程设计能力。引入工程项目考核的机制，从项目规划、项目实施、项目验收等方面开展单片机课程的考核。拟改革原有的考试形式，摒弃纸面考查基础知识，而忽略实际应用能力的考试形式，而在数字虚拟实验室上开发实际的单片机工程项目。在此基础上，还可以更进一步，设计出基于Protel的电路原理图和PCB图，增强学生的实际工程应用能力。课程考核成绩主要分为三块：首先是课堂到课及课堂回答问题情况，占总成绩20%；其次是平时的5次作业情况，占总成绩的30%，这5次作业分别是I/O口操作、定时器应用、按键及LED显示、AD/DA、UART，它们是单片机课程的重点内容；最后是分组考核，3～4名学生为1组，根据一个紧密结合实际的单片机应用课题，然后开展硬件设计、程序开发和答辩等工作，这项考核占总成绩的50%。通过改革考核方法，使得学生全程参与到实践教学中来，从实践中学习，从实践中收获，调动了他们的学习积极性，从而能够取得较好的教学效果。
以工程项目及卓越工程师培养目标为导向，结合工科机械类的本科学生的实际特点，加强了课程和工程项目实践的紧密联系性，通过优化教学内容，以模块化、系统化的结构进行《单片机原理》课程的授课，能够让理工科学生特别是机械类学生在掌握单片机课程的基本理论和基本技能基础上，综合运用所学知识，实际开发一些单片机应用系统，提高教学效果。加强学生的动手能力、遇到问题时的思考能力、系统化设计的能力；改革课程的考核方式，更接近于工作实践，加强学生间的协调合作能力。弥补机械类学生在电子技术和单片机控制方面的不足，培养机电一体化的思想观念，并为他们今后的工作和学习打下良好的基础。以上具体方案，经过两年的教学实践及学生反应，效果良好。
参考文献：
[1]许超，吴新杰.任务驱动式实践教学在单片机课程中的应用[J].渤海大学学报（自然科学版），2011，32（2）：180-183.
[2]张毅刚，胡瑞强.基于Proteus的单片机课程的教学改革与实践能力培养[J].教育教学论坛，2012，（5）：149-150.
[3]黄云峰，程启明，刘刚，等.“MCS-51单片机原理”课程实验教学的现状及改革[J]，2011，（19）：124-125.
基于单片机的课程设计范文
【关键词】工作过程系统化；单片机；改革
我国地方高校现正在向应用型本科转型，而在转型的过程中，课程的转型是其中最为重要的一个环节。《单片机原理及应用》是一门应用型课程，这项技术已成为工业测控、仪器仪表等领域的核心技术，单片机应用技术也已成为一项重要的工程应用技术，单片机原理及应用课程则是各种电类专业学生的专业课。如此重要的一门应用型课程，学生在学习的过程中往往觉得抽象，理解不深刻，甚至到最后也不会熟练的掌握单片机技术。这就需要我们对这门课程有进一步的思考，如何提高学生的动手能力，如何让学生更好的学会这项技能呢？下面就三个方面进行阐述。
1.传统的《单片机原理及应用》教学
传统的教学内容都是以章节进行编排，分别阐述MCS一51单片机的硬件、指令系统、程序设计、中断系统、定时计数器系统等知识。另外还介绍单片机的串行通信技术、扩展技术、键盘显示等接口技术。每一个章节都是单片机系统的一个组成部分，学生要学到最后才能整体了解单片机的基本应用，往往学了前面忘了后面，更别说独立完成控制系统的设计与调试了。传统教学手段单一，主要以教师为主导。教师通过讲解的方式将知识技能传授学生，学生往往处于被动的地位.虽然教师能够在短时间内将知识全面！系统地灌输给学生，但是不利于调动学生的积极性，不利于提高学生的动手能力。
2.基于课程的工作过程系统化方法
基于课程的工作过程系统化系可以用一个表格表示。如下图1所示。纵向第一列表示的是课程，这里称为学习领域。纵向第一列显示的是需要解决的问题。第一是项目的数量，项目由浅入深的数量。第二是项目的排序，专题项目的纵向排列必须遵循知识增长的难度加大的规律。这就把功利性的需求与人本性的发展结合起来了。第三是课程的表述，纵向排列的每一门课程都是一个完整的工作过程。横向第一行表示的是学习情境。每一学习领域都由横向的多个学习情境构成。第一是单元的数量。第二是单元的功能，每一单元都是独立的，并且也是一个完整的工作过程，完成任一单元就完成了这门课。第三是单元的属性，同一课程的所有单元都应为同一个范畴的事物。
3.基于工作过程系统化《单片机原理及应用》课程的设计
学习情境是指在教学过程中根据项目的地引入或创设的生动具体的场景，从而激发学生学习和深入探究的积极性。情境教学法的核心在于激发学生的情感，让学生积极参与到课堂教学活动中。以知识生成为主要目的，去除以往的知识堆积为主体的教学。以学生的自主性、探索性学习为基础。充分发挥学生的主观能动性，明确学习目标，使学生有的放矢的去学习一些专业课程。这样学生在做中学，不但知识掌握牢固，而且还增加了学生自学和动手的能力，在现在应用本科转型的形式下尤为重要。
基于工作过程系统化《单片机原理及应用》课程的创新设计模式如下图2所示：我们通过简单闪烁灯设计、跑马灯设计、交通灯设计以及动态、静态LED显示设计有顺序的穿连在一起。通过做简单闪烁灯了解了单片机的硬件结构。通过跑马灯设计，了解程序是如何编写和运用的。通过交通灯设计，掌握了中断和定时计数器。最后通过动态LED显示设计，完成整门课所有的知识点。这样将《单片机原理及应用》课程的每一章知识，有机的结合在一起，学生不知不觉中就掌握每一章节的知识点了。
构建工作过程系统化课程为主要目的的课程改革在我校的实施已经初步取得成效。当然，实施基于工作过程系统化《单片机原理及应用》课程教学后，也带来了诸如实训设备的管理、教师工作量大、课堂管理难度增大等问题。在教师的共同努力下，我们正不断地修正与完善，保证项目课程的顺利实施，为地方经济发展培养更多适应社会需求的应用型人才。
【参考文献】
[1]姜大源.当代德国职业教育主流教学思想研究.清华大学出版社，2007.
基于单片机的课程设计范文
关键词：机器人；项目驱动；创新实践
中图分类号：G642文献标识码：A
文章编号：1005-913X（2015）04-0077-02
一、引言
进入21世纪以来，随着国家经济的飞速发展和城市化进程的加快，城市轨道交通进入大发展时期。前瞻产业研究院的《2015-2022年中国城市轨道交通行业市场前瞻与投资战略规划分析报告前瞻》研究显示：2013年，我国城市轨道交通运营里程为2408公里，同比增长17.01%。城轨交通运营线路条数为81条，比上年增加了12条。城市轨道交通的高速发展对轨道交通专业学生的水平和素质也提出了更高的要求。《C语言程序设计》和《单片机原理与应用》课程是城市轨道交通专业群中非常重要的专业核心基础课程，对其教学内容、教学方法的改进，已经成为轨道交通专业人才培养中普遍关注和重点研究的课题。
二、现状和存在的问题
（一）课程的教学课时偏少
教学课时偏少主要体现在两个方面：一是目前我国高职院校的学制一般是2+1或2.5+0.5年，学生在校时间较短，每门课不可能安排过多课时；二是高职院校学生的学习基础相对较差，导致他们接受知识较慢，每堂课讲授的内容不可能太多。正因如此，导致了在实际教学中理论课时和实践课时的不足，教师只能传授一些最基础的知识，没有时间和精力去提高学生应用知识解决实际问题的工程实践能力。
（二）学生的学习积极性不足
有些学生认为学习《C语言程序设计》和《单片机原理与应用》既抽象又枯燥，不如学习其它一些课程生动直观；有的学生是因为学习这些课程需要较强的抽象思维和逻辑思维能力，还需具备一定的数理、英语基础，因而在学习的过程中显得力不从心，不能掌握正确的学习方法和思维方式，从而对学习这两门课程产生了一种畏惧心理。
（三）实践教学环节不能满足教学的要求
城市轨道交通专业群本身就是技术应用专业，而且高职院校是以提高工程实践能力为主的职业教育。然而，现今高职院校所用的相关课程的教材，存在的普遍问题就是实践性教学内容严重不足，课程中的实践性教学多是验证性的实验，而具有实用性、创新性和职业性的基于工作过程的实训项目较少。
（四）教学方法落后、考核方式单一
高职课程一般采用的教学方法是教师课上讲授加学生实验的形式，教师在理论课上常常采用“填鸭式”教学，学生很少有机会发挥自身的主观能动性；实验时学生也仅仅是对书本上现有的一些实例进行验证调试，一旦调试成功就完成任务。这种教学方法根本不能让学生掌握如何从一个实际问题入手分析问题、解决问题。另外，单一的笔试考核方式也使教师和学生忽视了实践课的教学环节，从而导致现今的课程教学不能满足高职教育发展的需求。
三、课程教学创新实践的目的、意义和措施
第一，改革原有的理论和验证性试验相结合的教学体系，构建创新式、相互有机联系、基于实际工程项目开发的教学体系。
第二，激发学生学习《C语言程序设计》和《单片机原理与应用》的兴趣和积极性，充分调动起学生的主观能动性。
第三，提高城市轨道交通专业群及相关专业学生分析问题、解决问题的能力，并且加强了他们在工程实践中的应用能力。
第四，形成一套完整的，便于学生理解和掌握，基于机器人项目驱动的《C语言程序设计》和《单片机原理与应用》讲义，并运用于实际的教学。
通过将单片机的知识和C语言程序设计的知识融入到机器人项目中，让学生通过亲自设计、焊接、调试和组装项目系统中的典型模块，最后完成系统控制，全面掌握工程系统的建模、分析、设计和调试等方法，使学生体会到该课程在工程系统中的作用和地位，激发他们的学习兴趣，提高他们学习的主观能动性。另外，针对《C语言程序设计》和《单片机原理与应用》讲义中涉及到的每个机器人项目设计制作相应的微课视频，加强学生的直观认识，促进知识内容的理解。从而解决了《C语言程序设计》和《单片机原理与应用》这两门专业核心基础课程抽象、难学的老大难问题。
四、课程教学创新实践的内容
第一部分：基于机器人项目驱动的《C语言程序设计》教学实践
项目1：利用机器人实现直线运动
该项目包含的C语言程序设计内容有：简单的C语言程序；程序、算法；数据类型；常量与变量、控制字符；输出语句；顺序程序结构。
项目2：实现智能机器人的曲线运动
该项目包含的C语言程序设计内容有：循环控制语句；while循环；do……while循环；break语句与continue语句。
项目3：机器人的变速运动
该项目包含的C语言程序设计内容有：for语句循环；goto语句；嵌套循环；算术运算符与算术表达式；强制类型运算符；自增自减运算符；赋值运算符与赋值表达式；复合的赋值运算符。
项目4：机器人触觉导航
该项目包含的C语言程序设计内容有：选择语句if；关系运算符与关系表达式；逻辑运算符与逻辑表达式。
项目5：机器人循迹导航（跟踪条纹带）
该项目包含的C语言程序设计内容有：if…else分支语句；if语句嵌套；条件运算符；switch多分支选择语句。
项目6：基于I/O接口控制的机器人红外线导航
该项目包含的C语言程序设计内容有：while语句与if……else……语句综合应用。
项目7：C语言函数与机器人尾随小车
该项目包含的C语言程序设计内容有：数组；数组的定义、初始化、引用；二维数组的定义、引用、初始化；字符数组。
项目8：C语言函数与机器人运动状态
该项目包含的C语言程序设计内容有：函数定义；有参函数；函数的调用；参数的传递；形参与实参；函数的嵌套调用；递归；变量的存储方式；全局变量与局部变量；带参数的宏定义。
项目9：机器人与上位机的无线通讯
该项目包含的C语言程序设计内容有：地址和指针；指针变量及运算；数组指针；指针与函数；字符指针；指针与字符串。[1]
第二部分：基于机器人项目驱动的《单片机原理与应用》教学实践
项目1：认识机器人与单片机
该项目包含的C51单片机内容有：单片机定义以及内部结构；单片机电路符号以及封装图；单片机的框架组成及各部分功能；单片机简单控制原理；单片机的使用；单片机的类型及特点；单片机的应用领域。
项目2：机器人开发编程环境的建立
该项目包含的C51单片机内容有：KeiluVision2IDE集成开发环境的建立；SLISP软件下载工具的安装；串口调试软件的安装；简单的单片机C语言的调试与下载。
项目3：机器人的安装
该项目包含的C51单片机内容有：机器人的初步安装；51单片机芯片的安装；触觉传感器的安装；红外传感器的安装；利用面包板搭建电路。
项目4：机器人基本的巡航控制
该项目包含的C51单片机内容有：C51单片机的I/O接口介绍；单片机系统的设计；单片机控制发光二极管；单片机的软件初始化以及控制命令；单片机控制伺服电机；延时程序控制电机时序；单片机输出接口控制伺服电机。
项目5：单片机的输入接口与机器人的触觉导航
该项目包含的C51单片机内容有：单片机的输入接口；单片机控制触觉传感器原理及实物连接；单片机端口值的获取。
项目6：单片机I/O接口与机器人红外避障
该项目包含的C51单片机内容有：单片机输入输出接口控制红外线的发射与接收；单片机发送脉冲；高性能的IR检测
项目7：基于IRLED探测电路的智能机器人测距
该项目包含的C51单片机内容有：测距传感器的分类；频率扫描与区域探测；定时/计数器的应用及编程实现；TCON和TMOD特殊功能寄存器；定时器工作模式；C51单片机中断服务函数的概念和使用；中断使能寄存器；定时器时间调整。
项目8：机器人的串口通信（UART的应用）
该项目包含的C51单片机内容有：单片机串口通信；串口结构
串口控制寄存器SCON；串口的工作模式；波特率；RS232电平与TTL电平转换；存储器结构。
项目9：LCD应用编程及机器人的集成技术
该项目包含的C51单片机内容有：字符型点阵式LCD模块；LCD的引脚说明；LCD引脚与AT89S52单片机连接方式；LCD控制器接口、状态字；LCD内部RAM地址设置指令码。[2]
五、课程教学创新实践的成果
（一）提高了学生的工程实践和编程能力
大大提高了学生的工程实践和编程能力，明确了课程知识间的有机联系性。通过教学创新，使学生把《C语言程序设计》和《单片机原理与应用》课程学习与实际工程项目的开发相结合，更好的体现了理论联系实际，激发了学生学习专业的兴趣和积极性。
（二）更新了教师的教学理念
通过基于机器人项目驱动的城市轨道交通专业群课程教学创新实践，使教师深深体会到课程知识间的有机联系性和老师技术的全面性是提高教学质量的关键一环。
（三）教材建设的成果
提交了一套《基于机器人项目驱动的C语言程序设计》讲义和《基于机器人项目驱动的单片机原理与应用》讲义，该教材在城市轨道交通专业群的课程教学过程中起到了很好的效果。完成了和讲义相配套的微课视频的制作。
六、总结
基于机器人项目驱动的城市轨道交通专业群课程教学创新经过一年的运行，取得了很好的教学效果。学生在参加的各项比赛中共有37人次获得各项名次，其中还有一位同学在“国信蓝点杯”全国软件专业人才设计与开发大赛全国总决赛中获得一等奖。此次创新提高了学生对于课程的理解，帮助学生掌握了工程系统的建模、分析、设计和调试等方法，有效提升了学生的能力水平。
参考文献：