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關鍵詞:單片機?搖教學方法?搖實踐

在1970年微型計算機研制成功后,單片微型計算機就隨之出現了。單片機具有集成度高、處理功能強、可靠性高、系統結構簡單、價格低廉、易于使用等優點,作為典型的嵌入式系統,以單片機為核心構成的智能化產品,成功應用于各行各業,如:工業自動化、智能儀器儀表、家電產品、通信、航空航天、軍事等。單片機技術無疑是21世紀最為活躍的電子應用技術之一。

《單片機原理與接口技術》課程是測控專業的一門專業必修課,又是課程設計和畢業設計等教學環節中的重要手段。該課程的特點是概念多、名詞多、邏輯性強、內容抽象,對于初學者來說入門難,一個知識點掌握不好就影響到學習的效果和興趣。針對以上這些特點,總結教學過程中遇到的一些問題,進行了深入的思考,得到了一些看法。

一、從感性入手,培養學員的學習興趣

《單片機原理與接口技術》課程入門較難,如何提高學員的學習興趣在教學過程中顯得尤為重要。“興趣是最好的老師”!只要學員們有了對課程學習的興趣,那么雖然課程較抽象,但是也能深入進去,把它學好!筆者在開課時,將單片機控制實驗系統帶到教室,給學員們演示實驗系統的一些實驗項目,邊做邊講解其中的結構組成,并結合實物芯片來解釋其功能,然后介紹本課程的內容、特點以及學習方法等。通過實物演示實驗的方式,學員們表現出了極大的學習興趣,使學員們在感性上對單片機系統有一個深刻的認識,這樣一來,既提高了學員的學習興趣,又為學好本門課程奠定了堅實的基礎。

指令系統以及匯編語言程序設計是軟件方面的知識,需要上機調試驗證。在講解本部分內容時,將課堂轉移到實驗室,講解完指令,然后就可以通過編寫小程序去驗證。幾個人一個小組,通過配合合作,既學到了知識,又鍛煉了團隊合作的能力。學員們一致反映,本來枯燥的程序設計,通過上機編程實驗,變得有趣起來,引發學員們求知探索的強烈欲望。

二、夯實基礎,軟硬件有機結合

考慮到測控專業的士官學員基礎薄弱,參差不齊。雖然在開課之前開設了計算機文化基礎、電工基礎、模擬電子技術、脈沖與數字電路等課程,但對譯碼器、寄存器、存儲器、定時/計數器等器件不是很了解。所以對于一些基礎的知識還得進行補充復習,這樣當用到這些基礎知識時,就不會茫然了。此外,對于單片機的一些基礎性的知識,例如51系列單片機的結構、工作原理、基本指令等進行詳細的闡釋說明。只有夯實了基礎,才能對后續內容更深入的學習。

單片機系統是軟硬件結合的統一整體。硬件的工作離不開軟件,軟件沒有硬件也發揮不了作用。但是學員的興趣不一樣,就決定了他們有的喜歡硬件,有的偏愛軟件。在講課的過程中,注重軟硬結合,強調二者之間的相互關系,糾正某些學員的錯誤觀念。例如在講到串行口通信時,讓學員們自己編寫程序,為了驗證程序的有效性,再組織他們上機調試。這樣一來,軟硬兼施,達到了很好的學習效果。

三、強調實踐環節,培養動手操作能力

單片機原理與接口技術的工程實踐性較強,必須在重視理論教學的同時,重視實踐教學,培養學員們的動手操作能力。使學員們通過搭接電路、調試程序、檢查電路等操作,更好的掌握單片機的理論知識和應用技能。

實驗分為基本實驗、綜合實驗、課程設計三個層次,一般在相應的理論課后安排實驗,做到實驗與理論教學相輔相成。此外,以學校科技創新大賽和全國大學生電子設計競賽為契機,鼓勵學員們積極參加此類競賽活動,在參賽過程中去學習,充分調動學生學習的積極性。在實踐過程中,不斷啟發學員尋找解決問題的辦法,培養提出問題、分析問題和解決問題的能力,使實踐教學更具實用性。

四、利用多媒體手段,改革創新教學環節

單片機原理與接口技術課程是一門理論與實踐緊密結合,實踐性很強的專業基礎課程,既涉及硬件,又涉及軟件;既涉及電子技術,又涉及計算機技術等相關應用領域的專業知識。在傳統的“黑板―粉筆”的教學方法上,學生難學,老師難教,很難達到很好的教學效果。多媒體技術的出現,給現在的教學方式提出了全新的思路。單片機教學中涉及到很多電路圖、邏輯圖、時序圖,如果將這些電路圖、時序圖等做成課件的形式,就能夠在圖上用不同的顏色標出哪些屬于運算器,哪些屬于控制器,還可以輔助以文字和聲音等形式介紹其功能,同時動態地顯示各功能部件與CPU之間的數據流動方向等。這種方法能使學生在學習過程中的注意力保持良好狀態,有效地激發學生學習興趣,提高課堂教學效率。

利用多媒體手段,不用去實驗室,就可以通過仿真軟件來模擬硬件的實驗,這無疑是課堂教學的跨越式發展。在講解C51語言程序設計時,利用KeilC51單片機系統開發仿真軟件,可以進行單片機最小系統的仿真調試。將預先寫好的程序在KeilC51上運行,學員們可以在編譯窗口中看到每一條指令的地址、機器碼和源代碼,從而了解各條指令占用的空間大小。通過單步執行,還可以了解特殊寄存器內容的變化以及中斷、程序指針等的響應。從而可以更加直觀的解釋各種抽象概念。

制作CAI課件,提高教案和教輔材料的質量和水平。目前,計算機的普及和網絡的滲透使計算機輔助教學(CAI)成為一種先進的教學手段。為此,本課程組成立了CAI課件研發組,CAI課件運用多媒體創設問題的情境,讓學生更易理解,利于激發學生的創造性思維,提高教學效率,擴大信息量和受益面。同時,CAI課件的制作,促進了教員們之間的交流,促進了本課程的教學改革。

利用好校園網絡,豐富網上資源。通過豐富網上軟件資源,彌補了課堂教學時間的不足,推動了師生的互動交流,提高了教學效率和教學質量。學員和教員可以通過留言板、BBS、E-mail等形式展開第二課堂的交流,形成了課堂的有效補充。

五、結束語

《單片機原理及接口技術》是一門內容豐富、理論抽象、實踐性強、發展較快的課程,是測控類專業的一門重要的專業基礎課,該課程學習的好壞,直接關系到其他專業課程的學習。在近幾年教學過程中我們體會到:不斷地改革教學方法,了解前沿動態,實時更新教學內容,采用先進的教學手段,合理安排教學過程中的每一個環節,把握全局邏輯,突出重點,才能提高教學質量。通過2007、2008級測控專業學生的教學實踐表明,《單片機原理與接口技術》課程的教學教法極大地提高了學生對單片機的學習興趣,普遍反映單片機容易上手,課堂的發言和提問明顯較以前踴躍。有不少學生通過該課程的學習后,畢業設計選取了與單片機相關的課題。

單片機的教與學對于老師和學生都有一定的難度,但只要注意激發學生的學習興趣,注意教學方法,積極運用現代教育手段,適當調整教學方案,以單片機最新發展為導向,注意實際開發工具應用能力的培養,必定能使單片機的教與學躍上一個新臺階。

參考文獻

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[2]遲耀丹,王蓉暉等.單片機原理及應用.課程教學改革探討.吉林師范大學學報(自然科學版),2007(3).

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[4]孫育才.MCS―51系列單片微型計算機原理及其應用.南京:東南大學出版社,2004.

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關鍵詞 二學位；單片機；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2014）14-0096-02

Teaching Reform and Exploration on Principle and Interface Technology of Single Chip Microcomputer for Second Degree Undergraduates//Li Zhanfang， Tong Junling

Abstracts According to different learning Backgrounds of the Second Degree Undergraduates， the author focuses on improving the teaching method， aiming to make the Second Undergraduates learning this course from their hearts. And this teaching reform has achieved good teaching effect， at the same time， there is valuable reference to teaching reform of other more abstract course.

Key words second degree； single chip microcomputer； teaching reform

1 引言

近年來，為適應煤礦企業發展對人才的需要，許多原專業不對口的應屆或往屆本科畢業生來中國礦業大學攻讀第二學位，進行為期兩年的與煤礦產業有關的專業基礎知識的學習。他們大都是“半路出家”，且大部分都來自與所學專業無關的非理工類專業如英語、美術、體育等，基礎知識較薄弱。單片微機課程又是電氣專業重要的基礎課，長期以來，由于本課程存在概念多、專業名詞多、邏輯性強、系統性強、內容抽象等特點，導致這些缺乏電氣專業基礎知識的學生學習起來非常吃力，教學效果一直不很理想。然而單片機課程作為專業基礎課，還必須被學生掌握，因此，如何讓文史出身的二學位學生系統掌握本課程的知識是值得每位教師認真思考的問題。

2 教學方法探討

教學過程中穿插人文素質的教育 先生說：“教育是成就人格的事業。”教師的職責是“傳道，授業，解惑”，從中可以看出，教師在教授學生各種技術、理論知識的同時也要教授人文知識的重要性。而當代大學生要想成為適應社會發展的高素質人才，因此，人文素養的不斷提高應該滲透在學生學習、生活的各個環節中。現今，我國高校在理工科學生的培養上過多地強調專業知識的傳授和動手能力的培養，而人文素質的培養則相對薄弱。雖然二學位學生中有文科生，但人文素質教育不是單憑某幾門文科課程或理科課程能完成的。

人文素養在一個人的成長中起著非常重要的作用，能夠啟迪人的智慧、開發人的潛能、調動人的精神、激揚人的意志、規范人的行為以及維護人的健康等。如果在教授專業知識的同時貫穿一些人文素養方面的知識，將會對學生學習的主動性和積極性有巨大的促進作用。而且這種主動性和積極性將會逐漸固化成個人做事的習慣，不但有利于專業課程的學習，還有利于他們今后工作的順利開展。

在每次課前復習上次課所講內容時，經常會把之前講過的和本知識點有關的都串起來，比如可以把RAM作為主線，把講過的片內工作寄存器組、可位尋址區以及特殊功能寄存器串起來等。在講的過程中說明各個知識點之間的聯系，進而強調在學習過程中一定要細心，注意歸納總結掌握不同課程知識的規律，這樣才能真正學到很多通用的“道”，而不是只學到“術”。只有掌握了很多道理，才能會“舉一反三，觸類旁通”。

當前正處在一個資訊相當發達的時代，可以接收到各種各樣的訊息，同時也代表將受到更多的攪擾，產生更多的欲念。信息都是有能量的，因此當這些信息天天出現在人們眼前的時候，意味著它也耗著人們的神，揪著人們的心。從而也導致了現在大學生普遍都比較浮躁，靜不下心去學習。因此，在課堂上實時地傳達一些讓內心安定的信息，可能比教授知識更重要。比如課堂上做一些選擇題時，筆者會實時地給大家講解：當面臨選擇比較多的時候，我們的心更容易迷惑，正如現今我們的生活需要做的選擇多而使我們的心很迷惑一樣。只有大家明確每一個階段應該做什么，如何能做好，而且果斷地腳踏實地一步一個腳印去完成，才有可能成功，而且在通向成功之路的過程中是幸福和快樂的。只有大家的內心是安定的，以自己的既定目標激勵自己，才能學好大學期間的每門課程。

教學過程中注意讓學生轉換思維方式 很多理工科專業的一些基礎課程，比如工程制圖、機械設計等，在學習過程中大部分知識是以“所見即所得”的方式被學生直觀地接受。比如說，當學生學習齒輪的相關知識時，那在多媒體課件上可以展示一個齒輪，學生，即使是文科生也能夠馬上學會什么是齒輪，同時齒輪的齒根、齒頂等相關知識都可以從中學會。

而單片機的學習和上述課程不同，它不是“所見即所得”的形式。比如講到單片機的復位電路，在多媒體上看到復位電路時，大家是不是就知道單片機是如何復位了呢？當然不是，教師必須要講解其中電流及電壓的情況，而這些都是看不到的。再比如講到指令“MOV A， R0”時，同樣必須要知道是寄存器內部數據發生了變化，而這些從表面上是看不到的。經過幾次課的強調之后，學生的思維有所轉變，不再像以前一樣被動地聽教師講，而是會主動動腦筋思考，因為比較抽象，“所見并非所得”。

教學過程中注意讓專業知識貼近生活 單片機課程概念多，專業名詞多而且都很抽象，如果生硬地講解，學生不僅接受效果不好，而且會失去學習的興趣。教師在講解晦澀難懂的概念時可以時常用身邊的例子做比較，使學生在輕松的氛圍中學會理解并能使用單片機。比如在講解單片機的位數時，就可以和現在應用比較多的電腦的位數進行比較，而且可以把位寬比作馬路的寬度，馬路寬則車流量大，表明馬路處理車流量的能力強，而單片機位數寬則表明了它處理數據的能力。再比如還可以把單片機內部RAM的每個地址比作教室中每排座位的編號，而每個字節中的位比作一拍座位中的一個位子，這樣會使得學生更形象理解單片機的存儲空間。再比如可以把麻袋裝東西和取出東西的過程類比為堆棧，而棧指針SP正好比作麻袋上封口的繩子。

總之，用身邊熟悉的東西做類比，學生更能深刻理解單片機的一些概念和原理。

教學過程中注意形式的靈活多樣 單片機知識偏重于應用，而教科書中的內容則偏重于理論介紹，學生學習會感到枯燥乏味。若在課堂上使用靈活多樣的教學手段，將會大大促進課堂效果。比如在講“流水燈”控制程序時，若只對著課本或幻燈片講程序，學生尤其是文科生很難想象到流水燈的亮滅情況；如果在課堂上用虛擬單片機運行軟件Proteus進行演示，此時流水燈亮滅的動態效果將一覽無余。通過此工具還可讓學生自己修改程序完成其他的演示效果。這種方法不僅可以使程序“動”起來，而且通過學生自己動手改程序，使得學生有一種成就感，從而更加激發學生學習的興趣。

俗話說：沒有規矩不成方圓。因此，在課堂上不僅要活躍氣氛，更要嚴格課堂紀律，比如上課提問后排學生、上課禁止看手機等要求，使得被動型的學生也能“被迫”變為主動型，從而有利于知識的學習。

教學過程中注意引用實例 學校二學位學生畢業之后都要到煤礦上工作，因此，在講解單片機的應用時應圍繞煤礦現場單片機的應用系統來講，這樣更貼近實際。比如煤礦井下瓦斯濃度、風速、溫度等的監測監控系統，煤的稱重系統、運輸皮帶跑偏的監控、井上提升機的閘瓦間隙監控等，將這些案例進行收集整理，篩選出適合教學的單片機應用系統。每個應用系統可以分解為硬件部分和軟件部分，硬件部分又分為電源管理模塊、顯示電路模塊、按鍵電路模塊等，對應不同的硬件都要編寫相應的處理程序。因此，在設計過程中讓學生也參與到每個模塊的設計和程序的編制過程中，這樣的項目式教學內容更能激發學生的學習興趣。

3 總結

內因通過外因起作用，因此，在教學過程中貫穿一些人文知識，能夠使得學生從內心里主動吸收知識。同時結合上述一些教學方法，使得教學效果明顯改善。這種學知識的同時也學做人的道理的方法不僅能夠使得學生成為技術人才，更能成長為對社會有用的高素質人才。

參考文獻

[1]程穎，馬績偉.國內外理工科大學生人文素質教育的比較研究[J].長春工業大學學報：高教研究版，2009（1）：212-213.

篇3

Abstract: "Microcomputer Principle and Interface Technology" is an important foundation courses of electrical engineering major undergraduate, which is very important to cultivate students computer application ability. With the rapid development of computer technology, the system and the structure of microprocessors and computer systems have great changes, which need a new objective recognition about this course. This article describes the main ideas and specific measures of Microcomputer Principle and Interface Technology teaching in detail from curriculum, teaching content, experimental teaching and hours arrangement under the current curriculum reform background.

關鍵詞: 微機原理與接口技術;課程設置;教學改革;實驗教學

Key words: microcomputer principle and interface technology;curriculum;teaching reform;experimental teaching

中圖分類號:G40文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)23-0210-02

0引言

《微機原理與接口技術》是工科電類專業本科生的重要專業基礎課程,也是一門主干和必修課程。但是由于當前計算機技術尤其是單片機及嵌入式技術的飛速發展,傳統微機原理課程的地位受到了較大挑戰。部分教師和學生將微機原理與接口技術課程與單片機或嵌入式系統等的課程混為一談,對微機原理課程的地位和作用產生了質疑。本文將結合筆者多年從事微機原理與接口技術課程教學的經驗和體會,從多個角度闡述在新時期課程改革背景下本課程所應擔負的作用,并詳細說明課程內容、實驗教學及學時安排等方面的主要思路和具體措施。

1對微機原理與接口技術課程定位的再認識

從目前國內各工科高校的人才培養方案和課程規劃來看,微機原理與接口技術課程被看作是電氣、電子、自動化等電類專業的一門專業平臺課程,其主要任務是使學生從理論和實踐的層面掌握現代微型計算機的基本組成、工作原理及典型接口技術,建立微機系統的整體概念,使學生具有運用現代微機技術進行軟、硬件開發的初步能力。

為適應計算機技術飛速發展的時代需要,各高校微機原理與接口技術課程的課程設置和教學內容也做了相應調整。主要可以分為以下四種情況:①將長學時(90-100學時)的微機原理與接口技術課程拆分為系列課程,如依次分為短學時的《計算機組成原理》、《匯編語言程序設計》和《接口技術》課程;②先開設一門微機原理課程,主要講授微機的基本組成、工作原理和匯編語言程序設計,其后再開設一門《單片機接口技術》或《嵌入式系統設計與開發》,主要從開發設計的角度講授接口技術的應用;③同時開設《微機原理與接口技術》和《單片機原理與接口技術》課程,分別從80x86系統和單片機應用的角度講授系統的工作原理、程序設計和接口技術;④近幾年隨著嵌入式系統在各應用領域大放異彩,部分高校有將單片機類或嵌入式系統應用課程取代傳統微機原理課程的趨勢,個別高校甚至直接取消了傳統的微機原理課程。以上的第三種情況中,兩門課程中有一些重復的教學內容可以合并;而第四種情況則有些偏頗和激進了。因此,有必要重新思考和明確微機原理與接口技術課程在當前工科電類專業人才培養和課程架構中的作用和定位。

微機原理與接口技術作為一門專業基礎課程,筆者認為,開設該課程有三大主要目的:一是使學生系統學習微機系統的基本組成結構和工作原理;二是使學生掌握一門有用的低級語言;三是為微機應用系統(包括單片機應用系統)的設計與開發打下一定基礎。與此相對應,該課程的教學內容包括微機基本組成及工作原理、匯編語言程序設計和典型接口技術,主要強調基礎性、系統性和整體性;而單片機或嵌入式系統的課程往往是基于某一專用系統,屬于專業技術課程范疇,更偏向于應用,所涉及的接口技術方面的內容較多,而課程所涵蓋的微機系統的范圍比較窄,對微機工作原理涉及較少。兩者在微機系統的知識結構中處于不同的層面,互不統屬。且前者是后者在知識結構上的基礎,后者是前者在應用內容上的進一步延伸。可見,微機原理與接口技術課程與單片機或嵌入式課程并不是誰替代誰的問題,而是應加強聯系和互相促進的關系。對于想在微機應用控制方面進一步強化學生知識結構和應用能力的高校,可以在開設微機原理課程后,通過選修課或研究生課程的形式再開設一門單片機或嵌入式系統的課程。

2對微機原理與接口技術課程教學內容編排和學時安排的幾點思考

雖然目前各高校對于微機原理與接口技術課程(以下簡稱本課程)的開設形式不盡相同,但從課程設置的角度來看,本課程均應包括微機原理、匯編語言程序設計和典型接口技術的三大部分內容,這也分別對應著本課程的三個主要教學目的。對于非計算機類專業的本科生,本課程的內容還是應強調實用性,對不影響內容完整性,且相對過時、學生今后工作也基本用不到的知識可以少講或不講。

2.1 微機原理部分可以將微機原理部分的內容概括為三部分:①微處理器、微型計算機的發展和微型計算機的應用;②微型計算機的組成和工作原理;③計算機中常用的數據類型和編碼,進制轉換及補碼運算。

其中第一部分主要為了解內容,要求學生了解微處理器、微機及其應用領域的主要發展情況和最新技術進展。其教學目的是擴展學生的知識面,豐富知識結構及拓寬專業視野。

第二部分則要求學員理解8086微處理器內部功能結構和存儲器組織等內容,掌握8086微處理器寄存器結構及常用寄存器,理解8086 CPU的工作模式和最小模式下信號引腳的功能、最小模式系統總線周期時序,掌握時鐘周期、總線周期、指令周期等基本概念。第二部分是微機原理部分的核心內容,概念多,理解難度大。此部分內容從微處理器的內部組成結構、引腳功能及工作模式出發,其教學目的是使學生深入理解和掌握微處理器內部的工作機制和原理。

第三部分內容要求學生理解計算機中常用的數據類型、計算機中的數和編碼的表示方法,掌握符號二進制數的表示、補碼運算及判斷溢出的規則。此部分內容是微機系統的基礎知識部分,也是學生必不可少的專業基礎知識。

總的來說,微機原理部分的內容重在理論和基礎,強調體系和結構,以理論授課為主,其內容既與計算機文化基礎、數字電子技術等課程有聯系,又具有自身的深度和廣度,是本課程教學難度較大的部分。可以將此部分的理論教學時數安排在14-20學時。

2.2 匯編語言程序設計部分本部分的教學目的就是使學生能掌握一門低級語言――即匯編語言。學生有了這門低級語言的基礎,在今后單片機知識的學習和科研工作中都能達到事半功倍的效果。

本部分的內容又分為兩部分:即8086 CPU的指令系統和匯編語言程序設計。前者的教學重點在于尋址方式和主要指令的功能、用法和技巧。后者則側重于匯編語言程序設計的步驟和方法,包括常用偽指令和程序結構的介紹以及子程序設計、中斷服務程序設計和模塊化程序設計的方法,重在使學生能夠理解和掌握匯編語言程序設計的完整過程、主要方法技巧和應用環境。本部分的理論加實驗教學不應少于40學時。對于大部分單片機應用系統,8086 CPU的指令系統及其匯編語言程序設計的方法均具有很好的參考作用。對于基于MCS-51內核的微控制器,8086 CPU的指令系統和程序設計方法兼容性很高,可以使開發者節省大部分的學習時間。這一點也正是工科學生學習本課程的一個現實意義,也是部分高校在本科階段不額外開設單片機類課程的重要原因。由于部分工科院校在開設本課程之前,學生往往已經學習過一門高級語言的編程。因此,這些高校在本課程中分配給匯編語言程序設計部分的理論學時較少(有時甚至在10學時以內),連系統講解8086指令系統、偽指令和程序設計方法的時間都不夠,更遑論講深講透了。在筆者的微機原理與接口技術課程教學實踐中,發現學生如果沒有掌握好匯編語言程序設計部分,其接口技術部分往往也很難學好,對接口部分的實驗更是難于動手,其弊端在學生的課外科研或畢業設計中也暴露得非常明顯。

2.3 典型接口技術部分接口技術部分是本課程中的應用部分,可以采用精講多練的形式,以典型接口芯片的原理和使用方法為重點。本部分的理論加實驗教學可以安排在約30學時左右。

這里需要把握好一個度,即不要過多地羅列芯片,而應有所選擇,要做到少而精,以掌握一個典型接口芯片來帶動學會這一類芯片的使用方法,達到“授人以漁”的目的。這樣做,一方面能使學生始終保持“新鮮感”和濃厚的學習興趣,達到提高學習效率和實驗效果的目的;另一方面,學習過多的接口芯片也沒有必要。筆者認為,接口技術部分的教學目的應側重于使學生具備微機應用系統的整體概念,熟悉設計簡單微機應用系統(含單片機應用系統)的一般步驟、方法和過程。更新的接口芯片或更深更多的內容應該在相關選修課、課外科研或者今后的工作中由學生自行學習。

存儲器技術重點在于存儲器的連接和擴展,如數字電子技術課程中已涉及到,在本課程中可不講。微機的總線技術、人機交互設備及接口和微型計算機應用系統等內容,可以根據課程教學的具體要求進行選擇,應側重于相關新技術、微機應用新領域的進展介紹,具體可以專題講座的形式展開。

3本課程實驗教學的設計

《微機原理與接口技術》是一門實踐性和應用性都要求較高的課程,實驗教學在本課程中居于極為重要的地位。其擔負著三個主要作用:一是可以加深和提高對課程內容的理解,為理論教學提供有力的支撐作用;二是能夠打牢學生匯編語言程序設計的基礎;三是培養學生的創新思維和提高學生的微機綜合應用能力。具體可以從以下三方面做好本課程的實驗教學。

3.1 加大實驗課學時比例,將理論課和實驗課穿行、緊密銜接在本課程的理論和實踐結合最緊密的匯編語言程序設計、接口技術等章節中加大實驗課的學時比例,使實驗課與理論課的學時比例達到1:1。同時相對集中實驗課的時間以保證每個實驗的需要,這樣就加強了實驗實訓環節的時間保證。

3.2 優化實驗類型,開展任務驅動型的實驗模式為有效提高學生的實際動手能力,在本課程實驗教學中應適當加大實驗的難度,避免學生在實驗中“淺嘗輒止”。可將本課程的實驗細化為基礎型、設計型和綜合型三大類,適當降低基礎型實驗的比例,加大設計型實驗的比例,并開設綜合型實驗。基礎型實驗著重于教學內容的驗證和基本技能的掌握;設計型實驗則是學生在充分理解課堂單元內容的基礎上,著重考察其對單元內容的掌握程度和獨立設計、應用能力;綜合型實驗鼓勵學生主動研究探索,是檢驗學生在階段學習中知識掌握的全面程度以及其是否具備靈活運用所學知識進行獨立開發和設計的綜合能力。在實驗教學中要開展任務驅動型的實驗模式,即每次實驗對學生都是一個明確的任務,要求他們必須完成,每一個實驗必須調試通過后由指導教師審核并計入平時實驗成績。每次實驗開始前,指導教師明確提出具體的實驗要求,不向學生提供實驗電路或程序方面的具體指導,由學生自行設計實驗方案,獨立編寫實驗程序,并最終完成實驗報告。

3.3 實驗內容要體現梯度和層次,注重打牢基礎,側重應用,兼顧分級教學精心設計實驗內容,實驗內容的安排要體現梯度和層次。要循序漸進,先基礎、簡單、局部,后擴展、復雜和整體。即在實驗內容的組織上采用階段式結構,將實驗教學過程分為三個階段:基礎實驗階段、小型設計性實驗階段和綜合性實驗階段。實驗教學中還要注重打牢基礎,側重應用,兼顧分級教學。基礎型、設計型實驗均為必做實驗,計入平時實驗成績。綜合型實驗是為領悟力和學習能力出眾的學生開設的,是選做實驗。如匯編語言程序設計的6個實驗中,只有完成了前5個實驗的學生才可以選做第6個實驗,且實驗結果經審核通過后由指導教師給予額外的實驗成績獎勵。這樣既可以保證大多數學生的正常實驗教學進度,又可以兼顧到少數學有余力的學生的學習興趣,做到因材施教,進一步提升了他們的應用能力和創新思維。一些具體的實驗安排可以參見下表。

對于實驗課中還是“吃不飽”、鉆研勁頭足的學生可鼓勵其參加課外科研活動,通過參加教研室的科研實踐學習微機應用系統設計的全部過程和方法。也可以通過課余時間開放實驗室,由學生自己完成一些更復雜的PCI接口實驗或難度較大的Windows驅動程序的實驗。

4結語

隨著計算機技術的飛速發展和課程教學改革的不斷深入,微機原理與接口技術課程的傳統地位受到了較大挑戰,找準其在工科電類專業課程改革背景下的定位非常重要。同時,本著與時俱進的發展原則,應對本課程的傳統教學內容、實驗教學和學時安排進行改革,使其既能適應新形勢的客觀需要,又能繼續發揮其專業平臺課程不可替代的作用,這也是每一個相關任課教師需要深入探索的問題。

參考文獻:

[1]王莉.微機原理與接口技術系列課程教學改革的探討與實踐.科技咨詢導報,2007,(4):245-246.

[2]梁絨香.整合環節,加強能力―“微機原理與接口技術”教學改革與思考.科技信息,2007,(35):122,127.

篇4

【關鍵詞】單片機及接口技術；應用型創新人才；學生主體；教學改革

1單片機及接口技術課程教學現狀

單片機及接口技術是高等學院計算機、通信等專業開設的一門重要的專業課，是一門面向應用、技術性和實踐性極強的專業課程。由于該門課程概念較多，內容抽象，學生在學習過程中，既要理解抽象的單片機的硬件組成和工作原理，又要掌握匯編語言指令，還要應用這些知識進行程序設計，才能完成一個完整的應用系統。以往的教學主要依靠理論課堂教學和有限的驗證性實驗，學生很少能夠有機會運用理論知識解決工程設計的實際問題，這種教學模式不利于培養學生獨立思考問題的能力和解決問題的能力，也不利于具有創新精神的高素質專業人才的培養。因此，盡管學生完成了該門課程理論與實驗學習任務，但在面對具體應用時仍然存在知識運用能力較差的現象[1]，其原因主要有：（1）授課方式單一，難提興趣目前單片機及接口技術教學仍然采用理論講授為主，實驗為輔的傳統授課方式，形式單一，枯燥，學生覺得知識理解不到位，只能靠硬背，造成學習缺乏主動性，難以建立學習興趣[3]。（2）教材偏重理論，工程知識不足目前大部分單片機及接口課程教材，偏重于理論知識的講解，很少提到在實際工程中的具體應用方法，學生很少有機會了解所學知識在實際中的作用，學習缺乏成就感，學生學習缺乏興趣。（3）實驗內容陳舊，缺乏創新課程配置的實驗以驗證性實驗為主，缺乏設計性和綜合性實驗，缺乏生動實例，且實驗內容陳舊、新意和趣味性不足，不利于學生動手能力和知識運用能力的培養。（4）學生個體意識強烈，缺乏團隊合作傳統教學過程中，學生都是以個體形式學習，教師很少組織學生開展團隊協作任務，導致學生缺乏團隊協作精神，難易建立良好的溝通交流能力。鑒于此，針對目前單片機及接口技術課程教學過程中存在的問題，在總結以往成功教學經驗的同時，全方位對單片機及接口技術課程進行教學改革，從理論課的授課方式、內容、手段到實驗課的設計，從自主學習網絡平臺的構建，到科學、合理的考核評價體系，讓學生從構思、設計、實施，開展多種形式的學習活動，注重學生運用新知識、新技術的能力，強調學生創新能力、交流溝通能力以及團隊合作能力的培養。通過該課程一系列改革實施，為推動其他相關課程改革，培養具有應用創新能力強、適應社會發展需要的高質量計算機專業技術人才，將具有十分積極的意義和作用。

2單片機及接口技術課程教學改革措施

以培養應用型創新人才為出發點，改革該課程傳統教學模式，積極探索新的教學方法和教學模式，堅持以教師為主導，以學生為主體，以培養學生應用創新能力和增強實踐能力為目標，以“夯實基礎、培養能力、開拓思維、注重創新、面向應用”為指導思想，強化理論教學與實踐教學相結合、實踐與科研相結合、科研與工程實際相結合，構建全新的單片機及接口技術教學改革新體系，下面，就提出的具體改革舉措進行詳細探討。（1）注重創新引導，構建一體化、靈活的教學新模式單片機及接口技術課程是一門應用性非常強的課程，應當重點突出對學生應用創新能力的培養，主要措施有：①建立以教師為主導、學生為主體的教學原則，增加學生課堂活躍時間，讓學生積極參與到課堂活動中，強烈的參與感能夠充分發揮學生學習主動性，建立學習興趣[2]。②引入靈活多樣的教學方法：引入先進的教學方法，如演示法、模仿法、對比法、項目驅動法、案例法、團隊協作法等，營造輕松和諧的課堂氣氛，激發學生學習興趣，從而增加教學效果。③優化課堂授課內容，通過引入實際工程項目，讓學生能夠了解如何運用所學的理論知識解決實際問題，注重學生實踐應用能力的培養。（2）實驗教學改革①建立三級實驗教學體系：按著基礎訓練型綜合設計型研究創新型三級層次組織實驗教學，注重培養學生動手能力與創新能力[3]。②引進科研項目：盡可能地將科研成果引入到實驗教學中，通過讓學生不同程度地介入科研課題，了解科研過程和科研方法，適應應用型創新人才培養的需要[4]。③培養團隊合作精神:設計團隊合作題目，采取組內合作模式完成題目，充分調動和發揮學生的主觀能動性，增強學生的參與感和自信心，培養學生的團隊協作能力與溝通能力。④實驗室全面開放：可以充分發揮實驗室的作用，調動學生通過實驗手段探索新知識的積極性。實驗室的開放應包括時間和內容的開放，不斷發揮學生學習的主動性、創造性。（3）搭建學生自主學習與課程管理網絡平臺該網絡平臺依托校園網，突破空間和時間的限制，不但可以實現學生自主學習以及教師對課程的信息化管理，更重要地是為師生之間、學生之間的實時討論和交流提供了一個互動平臺[5]。從理論知識的學習、課程安排、考勤、實驗過程控制、成績管理以及領域內最新的技術、新應用等前沿信息。（4）建立多元化的考核體系，突出綜合素質將理論考核、實踐能力考核以及系統設計、創新能力評價等多種方式結合起來[6]，對學生掌握知識、運用知識和創新能力做出綜合、科學、合理的評價。并通過開放實驗、競賽、科研活動、科技發明、論文寫作等多種途徑為學生提供更多的獲得創新實踐的機會，突出綜合素質培養[7]。

3結束語

通過基于應用型創新人才培養模式下的《單片機及接口技術》課程教學改革與實踐，取得了顯著的成果。首先，通過新的教學模式在教學實踐中的實施，幫助學生建立學習興趣，培養發現問題、解決問題的能力，培養學生的專業素養。其次，通過單片機及接口技術自主學習與課程管理網絡平臺的建設，不但可以使學生強化基礎知識，而且可以學到更多的專業新知識，有利于學生自主學習；再次，利用該課程網絡平臺可以加強學生與教師之間的溝通和聯系。

【參考文獻】

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篇5

The Study on the Experimental Teaching Reform Necessity of "Microcomputer Principles and Interface Technology" Based on Proteus Simulation

DONG Xian-fen

（Department of Information Engineering， Shandong Yingcai University， Jinan 250104， China）

Abstract： This paper introduces the study on the experimental teaching reform necessity of this course， microcomputer principles and interface technology by Protues simulation software. This research aims to replace the experiment made by experimental box with Protues simulation one to improve experiment teaching efficiency. Protues simulation experiment teaching method has been applied in my teaching practice， and its effectiveness has been verified.

Key words： Proteus； simulation； experiment； reform

1 改革的意義和必要性

《微機原理與接口技術》課程是我院計算機科學與技術、電子信息工程等專業本專科的一門專業基礎課，本課程要求學生能夠掌握微機硬件的組成、原理及應用，并且能夠應用80x86指令系統進行匯編語言源程序的設計，掌握各種常用接口芯片的原理及其在接口技術中的具體應用，培養學生的軟硬件設計與應用能力，提高學生的實踐動手和創新能力。

《微機原理與接口技術》課程中涉及的概念較抽象，涵蓋的知識點也較多，需要實踐操作的項目也很多，是一門理實相結合、軟硬相結合的課程。因此，在教學過程中除要重視理論教學外，還必須輔以高質量的實踐教學。良好的實驗教學環節不僅可以增強學生學習的興趣，進而還可以加強學生對微機內部結構、匯編語言等知識的理解，還幫助學生對計算機內部工作原理和常用接口芯片的工作過程有了更清晰地認識[1]。實驗教學環節對提高學生的綜合實踐能力方面起著舉足輕重的作用。本文主要介紹利用Protues 仿真軟件實現微機接口實驗教學改革的研究與實踐。

目前，多數接口電路實驗主要是通過實驗箱完成，我院使用的是EL型微機教學實驗箱。實驗過程主要包括匯編語言程序設計和接口電路設計兩部分。主要的實驗有： 簡單的I/O口擴展實驗、存儲器讀寫實驗、8255A并行接口實驗、8251A串行接口實驗、8253A定時/計數器接口實驗、LCD顯示實驗、A/D和D/A轉換實驗等。

EL型微機教學實驗系統結構如圖1所示：

采用實驗箱完成實驗存在著一定的局限性：

1）實驗設備局限性。實驗箱價格較高，一經購買幾年之內很難再更換，不能緊跟專業的發展；相比較實驗箱而言，電腦的數量也更充裕，安排上課時間和地點更靈活；實驗箱的器件也容易損壞，維護較困難，且必須有專門的人員對實驗室進行維護管理。

2）實驗場所局限性。實驗箱需放在固定的實驗室，學生只能在上課時間或實驗室開放時間去做實驗，假期或學生外出實習期間不方便開展實驗。

3）實驗創新局限性。實驗箱的線路和芯片多數已固化，通過實驗箱開設的實驗多為驗證性實驗，學生只需按照實驗指導書既定的實驗步驟完成實驗，基本上沒有自己設計創造的部分，缺乏對學生創新能力的培養。

Protues仿真軟件處理器模型支持80C51單片機、8086微處理器、MSP430超低功耗混合信號處理器、ARM處理器等一系列常用的單片機或微處理器，Protues也可用于模擬與數字電路教學實驗，單片機教學實驗【2】。另外，在學生的課程設計和畢業設計中應用也非常廣泛。采用Protues開展實驗，建立Protues仿真軟件實驗教學平臺是突破《微機原理與接口技術》實驗教學現狀中諸多限制的一種可行的教學改革方法。另外，還可借助網上實驗教學功能使該實驗平臺具有更高的推廣使用價值，發揮出最大的教學效益。基于Protues仿真軟件進行實驗，僅需一臺安裝了Protues軟件的電腦，這方便了學生在宿舍、教室、機房等地不受時間和空間的限制開展實驗、課程設計、畢業設計和電子設計競賽等環節。而且，通過Protues仿真軟件，可以開設的實驗數量多、內容廣，實驗過程由簡單到復雜，即從較簡單的驗證性實驗到較復雜的設計性和綜合性實驗。目前使用實驗箱進行的實驗都能利用Protues仿真軟件開展，而反之則不行。

總之，基于Protues仿真的《微機原理與接口技術》實驗教學為本課程的實踐教學提供了教改思路，不僅有助于提高教學質量，改善實踐教學效果，而且有助于改善學生的學習主動性和提高學生對本課程學習的積極性和趣味性。熟練掌握Protues仿真軟件的使用，對學生綜合設計能力和創新能力的提高有很大幫助。

2 改革研究的內容、目標和擬解決的關鍵問題

2.1 研究內容

1）《微機原理與接口技術》實驗室現狀分析；最大地發揮Protues仿真軟件應用功能研究；（利用Protues仿真軟件進行《微機原理與接口技術》設計性、綜合性仿真電路編制策略研究；

2）修正仿真電路設計和實施教學過程中存在問題的策略研究；

3）研究如何將本方法推廣到電子、單片機等相關課程中去。

2.2 研究目標

本項目的主要研究目標是將驗證性實驗轉化成設計性、綜合性實驗。研究利用Protues 仿真技術進行《微機原理與接口技術》實驗教學的教改新方法，建立適合我院本專科學生的《微機原理與接口技術》課程所開設實驗的全部仿真電路和內部使用的實驗指導書，克服實驗箱既看不到芯片也看不到內部電路的缺點，發揮仿真實驗由電路編制者自己選擇芯片，自己設計電路，自己規劃地址的靈活功能。

2.3 擬解決的關鍵問題

1）提高學生設計電路的能力。通過利用Protues仿真軟件，提高學生學習的主動性和積極性，培養學生的綜合設計和創新能力。

2）克服學生用實驗箱完成實驗受時間和地點限制的問題。利用Protues仿真軟件進行實驗，學生可以不受時空限制開展實驗。

3）解決尚無適合我校本專科學生《微機原理與接口技術》實驗課教學仿真實驗指導書的問題。

3 改革的特色、創新點及推廣價值

3.1 改革的特色

通過本改革，將驗證性實驗轉化成了設計性和綜合性實驗。

3.2 改革的創新點

克服傳統實驗箱既看不到芯片也看不到內部電路的缺點，發揮仿真實驗由電路設計者自己選擇芯片，自己設計電路、自己規劃地址的靈活功能。

3.3 推廣價值

基于Protues仿真軟件進行《微機原理與接口技術》實驗，方便經濟。通過不斷完善和搜集資料，可以開展的實驗很豐富，實驗內容由簡到繁、由淺人深、循序漸進，既可以進行驗證性實驗，也可以進行設計性實驗和綜合性實驗。

目前，雖然利用Protues仿真軟件進行實驗教學已在我院計算機科學與技術、電子信息工程本專科微機接口課程實驗教學中良好運行，但能非常熟練使用這個軟件的教師人數還有待增加，通過本研究的開展，希望讓更多的教師重視仿真軟件在教學中的應用，進一步提高自身的教學和科研能力。

4 小結

本方法中的每個仿真實驗都需要用到本課程任課教師提前設計好的主板電路和譯碼電路【3】，學生在此基礎之上再設計出每個實驗的其他電路部分，并針對電路設計程序。

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關鍵詞：單片機；教學；工程能力

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）13-0149-02

一、目前單片機教學在工程能力培養上存在的問題

隨著單片機在社會中的應用越來越廣，企業對單片機領域的人才有較大的需求[1]。但在高校人才培養計劃中，與單片機人才培養密切相關的是《單片機原理及接口技術》和《單片機原理與應用》等相關課程，也逐步在探討與開展“理論教學+實踐教學”的單片機教學模式，并已有多個高校為單片機安排了專門的實驗教學學時，該教學方法從一定程度上改善了學生的動手能力，但實驗與工程應用相對脫節，學生并未掌握單片機系統的設計方法[2]，同時在教學過程中缺乏對學生工程概念的培養以及企業項目開發流程的指導，培養出來的學生缺少綜合開發能力，與企業所需要的具有工程能力的人才有很大差距。因此，本文探討了一種基于工程能力培養的單片機課程教學方法，即在教學過程中有步驟有計劃地引入企業項目開發的基本流程，并指導學生如何根據流程來開展項目開發工作，培養學生的工程觀念以及工程能力，與企業的用人需求相一致。

二、單片機教學中工程能力的具體體現

工科學生的工程能力包括知識的學習與應用能力，思維判斷與分析能力，工程設計與實踐能力，表達與交流能力以及創造與創新能力[3]。對于單片機課程而言，注重培養的工程能力主要體現在：一是對單片機理論知識的學習及將其應用到單片機系統設計與開發中的能力；二是可根據單片機系統需求說明書，結合單片機理論知識，設計出符合工程需求的單片機系統的能力；三是在前期積累基礎上的升華，對專業知識的融會貫通，并可在系統的設計與開發中，具有優化系統的能力――創新能力。

三、單片機教學中培養工程能力的具體措施

我校電子信息專業在第五學期開設《單片機原理及接口技術》課程，該課程特點是硬件與軟件并重，理論與應用相結合，同時還涉及多個學科，信息量大且課時少[4]。根據單片機課程的特點，結合我校電子信息專業學生從前期已學習課程而具有的知識儲備（前期學習儲備課程詳見表1），以及單片機的教學與實踐，同時從課堂理論教學環節、實驗室的實踐教學環節以及課后指導環節，采取相應的措施來培養學生工程能力。

1.理論教學環節工程能力的培養。通過改變教學策略―將傳統的以教為主的理論教學模式，轉變為教―學―做一體的教學模式，增強學生知識的學習與應用能力，提升實際工程問題的分析與解決能力。在教學過程中，除了教師對理論知識的講解，并引入相關案例，使學生加深對知識的理解外，還引導學生如何自己著手來設計具有一定功能的單片機系統。促使學生有效融入本課程的學習，提升動手能力以及創新能力。具體實施步驟如下：首先，在課堂教學初始階段，可結合單片機系統在我們實際生活中的一些應用實例，同時通過講解應用實例中的單片機系統的開發步驟，并引入企業單片機應用系統開發的流程。使學生對本課程有一個較為全面的認識，了解本課程的學習方向以及今后的就業方向，減少職業陌生感，提高學生學習興趣。另外，還鼓勵學生將之前在《電子系統仿真技術》中關于protues軟件平臺的使用知識，以及在《電子電路工程實踐》中學習的如何制作與調試PCB板的知識，與在本門課程中學習的單片機系統知識進行融會貫通，積極動手設計單片機硬件系統，并在protues上進行單片機系統的仿真，增強對單片機系統硬件的理解，特別是整個硬件系統的工作機制和如何根據所設計的硬件系統的需求，來設計符合系統硬件性能的單片機系統。其次，在課堂教學時，除了遵循教學大綱教學要求外，將企業單片機項目開發的實際使用的技術，與本課程所學知識進行對比討論，并對在企業工作所需的，但在教學大綱中未涉及或涉及較少的知識，進行有效補充。比如在講到指令系統、匯編語言程序設計時，可補充如何使用keil軟件來開發單片機系統的軟件，以及如何在keil中驗證自己所寫的代碼是否正確，并可通過單片機內部寄存器和單步執行來查看一下執行一些指令過程中，寄存器內部信息的變化，使學生更為深入了解單片機指令系統，指令系統的工作過程以及匯編語言的程序設計與運行過程。另外由于匯編語言本身的局限性，目前企業在開發單片機系統時，普遍采用單片機c語言，為了學生知識可與企業需求同步，在教學中結合學生前期所學的《c語言程序設計》課程，指導學生如何將c語言與單片機系統軟件設計結合起來，引導學生采用單片機c語言來開展單片機系統的軟件設計，并在實踐課上進行運行驗證，實現知識的融會貫通。

2.實踐教學環節工程能力的培養。目前我校單片機實驗教學學時僅為12學時，在后續的實踐環節，考慮到各個學生對課程知識的掌握程度不同，在單片機實踐教學環節采取驗證實驗與自主設計相結合的方式來開展實踐課――實驗教學環節采用驗證性實驗和自主設計性實驗兩個部分來構成，加強學生的工程設計與實踐能力。國內大多數院校的單片機實驗環節都在實驗箱上進行，實驗箱的接線操作比較古板，無法給學生提供足夠的設計空間，學生只能單純地對實驗代碼進行運行，觀察實驗箱對應的硬件。針對這一現狀，我校自行開發了一套實驗系統板可供安排各種綜合性實驗，學生還需要根據教師的要求，對代碼進行相應的修改，并能清晰說明整個代碼的運行流程以及修改依據，有效鍛煉學生分析代碼的能力以及表達能力。自主設計實驗環節仍然是在實驗系統板上進行，但教師在上相應的實踐課之前，需要對該次課所用的源碼進行有效梳理，刪減掉一些功能性代碼，同時對需要學生自行增加的代碼，提供必要的注釋，提前提供給學生，使學生能有較為充裕的時間來復習理論知識，并可充分思考如何解決實踐課的問題。這樣，學生不僅能更深領會該實踐課要實現的系統功能，并能在通讀已經提供的代碼和結合系統功能，對缺少的代碼補充完整。而且在上實踐課時，學生是有備而來，可以盡快地投入到實驗中，如果有深思已久，卻仍然無法解決的問題，可與老師一起探討如何解決問題，直到問題解決，增加學生成就感的同時，還可以提高學生分析與解決問題的能力，促進師生的溝通與交流，提高學生的表達與交流能力。

3.課后指導環節中工程能力的培養。通過加強《單片機原理及接口技術》與電子信息專業實踐教學環節相結合，可有效彌補單片機課程本身信息量大但課時偏少的問題。本專業第2學期開始，陸續開設了認識實習（第二學期）、電子電路工程實踐（第三學期），對后續的單片機學習提供了相關的知識儲備，并與單片機課程開設的同一學期，開設了智能電子儀器設備設計與實踐，學生可參考單片機課堂上學習的單片機系統設計流程來開展實踐環節的智能電子儀器設備的需求分析與軟硬件的設計，同時，在該實踐中對于具體產片的硬件設計與制作，數據采集過程中的A/D、D/A轉換，以及數據顯示等部分內容，可幫助學生在單片機學習過程中，對單片機硬件系統，A/D、D/A轉換接口、顯示接口的理解，并通過該實踐，學生可根據產品的需求，對產品功能以及性能的實現方式有極大的自由，學生可根據自己的想法以及對當前產品資料的查閱，然后對需要設計的產品進行自主創新，提高學生的創新能力。同時第五學期學習的單片機課程知識以及工程能力，可很好地服務于第六、第七學期開設的電子系統設計創新與實踐、先進電子制造實踐與生產實習，乃至學生最終的本科畢業設計。

通過在《單片機原理及接口技術》理論教學、實驗教學以及課后指導三個環節加強學生工程能力的培養，學生不僅可以更好地掌握理論知識，還可以將理論知識有效地運用到具體的單片機系統的分析中，同時在設計具體的單片機系統時，不再忙亂無章，而是有意識地根據單片機系統開發的基本流程，來逐步開展系統的分析與設計。學生的工程觀念以及實際工程項目開發能力顯著提高，同時增強學生對未來就業的信心，為將來的就業打下一定基礎。

參考文獻：

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篇7

（福建工程學院 信息科學與工程學院，福建 福州 350108）

摘 要：要真正提高《微機原理及接口技術》課程的教學效果，必須改變原來的課程教學和課程設計兩個體系.《微機原理及接口技術》課程“設計導向型”教學模式，即將理論課、實驗課和課程設計有機融合在一起，將課程教學內容與實際應用系統的設計進行優化和整合，引導學生從簡單的基礎知識逐步過渡到復雜接口設計及程序設計，學生在學習過程中，自然就逐步熟悉了單片機應用系統的開發流程，不僅培養了學生的動手能力與鉆研精神，還可以積累一定的創新與實踐經驗，這對于電子信息類專業本科學生，具有非常重要的意義.

關鍵詞 ：微機原理及接口技術；設計導向型；教學模式

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1673-260X（2015）01-0215-02

1 設計導向型教學模式的意義

單片機主要應用于測控領域，在工業自動檢測系統、數據采集系統、家電控制、智能儀器儀表等諸多領域都有廣泛的用途.《微機原理及接口技術》課程是電子信息類專業的重要專業課程.是一門軟硬件技術結合緊密，理論性和實踐性都很強的課程，本質上是基礎一門應用型的工程技術課程.該課程已在我院電子信息類專業開辦多年，積累了一定的教學和實踐經驗，我們將理論課、實驗課和應用設計統一起來，將單片機本身各功能模塊的原理性分析與實驗板電路的硬件設計及程序設計進行了較好的結合，從應用的角度與實際的應用系統很好地融合，顛覆傳統的教學方法.

2 設計導向型教學模式的實施過程

2.1 激發學習興趣的同時立下規矩

在第1次課中，我們會對單片機的有關概念以及它的用途做一個全面詳實的介紹，除了簡要列舉圖文并茂的應用案例外，還把歷年學生的設計優秀作品帶進教室，介紹它們的功能及操作使用，通過形象生動的演示介紹，讓學生真切地感受到單片機系統無所不在，與學習生活很貼近，第1次課就創建一個“單片機系統不僅有用而且有趣”的場景，激發學生的學習興趣.在培養學生興趣的同時，對這門課的學習方法和態度提出要求，在課堂，要求學生準時到堂、專注聽課、勤做筆記、積極互動、大膽提問；在課外，應廣泛閱讀、扎實溫習、認真練習、多做實踐、討論請教.并且告知學生考核成績由期末考試，平時學習、作業、測驗、實驗及實驗考核構成及每部分所占比例.這樣，在第1次課激發學習興趣的同時就立下規矩，對學生學習過程的評價有法可依，讓學生有一定的敬畏之心，自覺主動的投入到該課程的學習過程中.

2.2 理論課、實驗課和課程設計的有機統一

課程的學習是一個循序漸進的過程，我們在教學上是通過實驗電路板將各部分有機地串接起來，課程設計也是借助它的電路完成控制程序的設計.該實驗板是由本課題組成員自行開發制作的實驗設備，特點是：體積小，攜帶方便，在實驗、課程設計等各實踐環節中，學生人手一機，可以在課余時間完成擴展的實驗與系統設計，效果與開放性實驗是相同的.以該實驗板作為教學案例，我們編寫了實驗板測試程序，作為實驗板功能檢測與程序示例提供給學生閱讀使用，對每個模塊、每條指令功能都進行了注釋，極大的方便了學生的閱讀理解.在介紹有關章節的理論知識時，我們就會以實驗板相應部分的接口電路作為例子進行硬件電路的分析并介紹測試程序的有關模塊，這樣學生就會對一個完整應用系統的硬件和軟件如何設計有深刻的理解.實驗是設計應用系統學習過程中必不可少的重要實踐環節，通過實驗，使學生掌握單片機開發工具的使用、程序設計與調試的方法；掌握常用接口電路與單片機的連接方法；培養學生的設計能力、操作等能力，從而為兩周的課程設計打下堅實的基礎.在第1次課我們就會把有關的學習資料，包括單片機開發工具、Keil軟件的使用、測試程序、實驗板原理圖等提供給學生，要求他們逐步的去理解并掌握如何使用.針對該課程，我們共安排了7次實驗，實驗內容具有設計性、綜合性、創新性的“三性”特征，內容由易到難、循序漸進，每一次的實驗都包括三部分：首先是與知識點配合的基本實驗；其次是使用測試程序，在閱讀理解的基礎上編程運行以實現規定的功能或者通過修改參數運行程序以觀察現象并分析；再有是擴展性實驗部分，通過這樣的過程使學生在知識和能力等諸方面得到全面提高.要求學生每次實驗應做好預習工作，在理解知識點、消化實例的基礎上去編寫程序，撰寫預習報告.實驗進行過程中對出現的問題及時有效地幫助學生分析、解決問題，保證了學生實驗的順利完成，并要求學生做詳實的記錄，在每個實驗子項預備內容后預留的空檔位置記錄實驗現象、出現問題、解決辦法、實驗效果，本項實驗結論及分析，撰寫實驗總結，當堂上交實驗報告.兩節課實驗內容是相當的充實，許多標準化的程序模塊就可以被課程設計直接利用或具有重要的參考價值.經過一個學期有效的訓練，為應用系統的設計打下了堅實的基礎，兩周的課程設計就可以輕松應對.

2.3 應用系統的設計貫穿課程的始終

2.3.1 課程設計題目的擬定

課程設計的目標是通過小型微機應用產品的設計與調試過程，運用《微機原理及接口技術》課程所學的基本知識，在設計中加以應用，進而得到理解、鞏固和提高，學習掌握分析與解決實際問題的方法與手段，提高設計、編程與調試的實際動手能力，作為工程技術工作的一次基本訓練.針對課程設計的目標，在課程開始之初，依據學生認知特點，以能力培養為出發點，充分分析電子信息類專業應用技術能力的具體要求，科學合理地進行設計課題的規劃，擬定切實可行的設計課題.課題既要將教學內容與實踐結合在一起，又要能夠激發學生的學習興趣，符合學生能力水平及實驗室設計條件的課題，典型課題如多路溫度巡檢儀、簡易音樂播放器、可編程控制器、小區樓道開門控制系統、解題鬧鐘等等，課題在每個學期都會進行更新，課題新穎有趣，融合了微機接口技術的各部分的內容，包括中斷系統、定時計數器、鍵盤接口、顯示器接口、A/D接口等等.過往的課題的設計資料可以提供給學生閱讀，讓他們領悟應用系統設計的思想和方法.兩周的設計是對學生掌握這門課程綜合知識的考量，更是對他們應用知識駕馭設計系統的能力的檢驗.在課程學習的早期就告知學生課程設計的題目及內容，讓學生學習有個目標，可以提高學生的學習興趣和積極性.由于學生的水平能力各不相同，我們對所要設計的內容進行分解，分為基本的設計要求和功能選做擴展兩部分，那么在兩周的設計中我們要求學生應先完成基本要求，對大部分學生而言都能做到，增強了學生的學習熱情和信心.在完成基本設計的基礎上，有能力的學生再去選做功能擴展部分，給學生較大的發揮空間，激發學生的創新思維、創造力和成就感.這樣讓各個層次的學生從設計中都能夠得到鍛煉，學到設計、編程、調試的方法并在原有的基礎上都能夠得到提高.

2.3.2 設計過程的掌控

設計任務是貫穿了課程學習的始終，學生從學期初就要了解單片機應用系統的研制步驟和方法，從分析系統入手，需經過總體設計－硬件系統－軟件系統－仿真調試－固化程序等整個流程，在一個學期的學習過程的同時學生有充足的時間去了解該設計的內容與功能，查閱資料，并在每個學習階段去思考有關的功能如何實現.如硬件電路的設計在平時就可以逐步進行的，在期初介紹完片內硬件結構就可以讓學生先設計最小系統、指示燈電路、報警電路，輸入輸出外設接口電路講授后就可以設計顯示接口電路和鍵盤接口接口電路等，最終焊接電路板并調試完成.兩周的設計開始時我們會對課題進行更為具體詳實的布置，目的是讓學生在老師的引導下掌握規范化、標準化、可擴展化的設計思想與方法，尤其是軟件系統的設計，讓學生再次明確任務并介紹總體方案設計，引入分模塊設計和進程碼的概念，引導學生對任務進行分解，從易到難，并通過進程碼把各個功能模塊有機地串接在一起，最后才是程序綜合聯調和軟、硬件的綜合調試及功能完善、擴展.同時，在學生設計的過程中，要不斷地給予指導.要充分肯定每一位學生的努力和取得的成績，學生在剛開始設計的時候必然會很茫然，這時，教師一定要做好指導工作，避免學生在一開始工作時受到挫折，不利于項目的順利進展.在兩周的設計中，鼓勵學生進行討論，交換對某個功能實現的想法，以強幫弱，多鼓勵基礎薄弱的學生，給他們設計的信心，一點一滴讓他們了解設計的思想，逐個模塊地去理解掌握，最后大多數也都通過了驗收和答辯，較好的完成了課程設計的任務.答辯也是課程設計不可或缺的重要環節，答辯時，要求學生能夠流暢的敘述系統的功能、操作使用、設計思想等，并對老師提出的問題解釋說明，通過答辯可以對學生的能力層次、設計狀況了如指掌，同時還能夠提高學生的表達能力、鍛煉心理素質.

3 設計導向型教學模式的效果

設計導向型教學模式的重要思想就是將單片機理論課、實驗課和應用設計有機融合在一起，理論知識與應用系統的開發設計、調試緊密結合起來，以模塊化的方式組織課堂教學.這種將理論和實踐融合在一起，增強學生的學習興趣，激發學生的學習潛能，真正實現應用類課程“學以致用”的教學理念.

3.1 提高學習效率

項目導向型教學模式實施時，教師在課程教學之初便告知學生將要完成的設計任務，因而學習的目的性強、效率高.而傳統教學中，教師在課堂上講，學生被動學習，是一種典型的“填鴨式”教學.相比之下，項目導向型教學極大地提高了學生學習的效率，具有無可比擬的優越性.

3.2 培養創新精神

為完成設計，需要從各種途徑獲得與項目有關的信息和資源，尋找解決問題的方法并最終制定項目實施方案.在這個過程中，學生積極主動學習，不受傳統課堂框架的束縛，相互討論，集思廣益，新思想，新觀念，新方法不斷涌現，學生創新能力不斷增強，

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關鍵詞：獨立學院嵌入式課程設置課程改革優化

中圖分類號：G423.04

引言

以我校（武漢長江工商學院）為例，電子信息工程專業主要培養能在信息通信、電子技術、智能控制、計算機與網絡等領域和行政部門從事各類電子設備和信息系統的科學研究、產品設計、工藝制造、應用開發和技術管理的應用型工程技術人才，因此，我們以培養應用型人才為目標制定了培養方案。

課程設置現狀

在我們的培養方案中，除了專業基礎課程（C語言程序設計、電路分析、電工基礎、數字電路、模擬電路）外，有兩條主線：嵌入式方向與信號處理方向。其它方向如微電子、射頻、無線電等方向，考慮到我們學生的基礎以及培養方案總課時的要求，最終選擇了嵌入式與信號處理兩個方向，當然，隨著社會的不斷發展，以后的培養方案可能會考慮微電子等較新的方向。

之所以選擇嵌入式硬件方向為我們的一條主線是因為嵌入式系統是當前很熱門而且很有發展前景并且對于學生而言也是比較好就業的應用領域之一。嵌入式系統在智能化家居、家電，汽車電子、醫療、交通等各個方面都有應用，我們的生活已經離不開嵌入式系統。嵌入式系統是軟硬結合的技術，我們以硬件設計為主設置了我們的課程如下：

表1：嵌入式方向的課程設置

圍繞ARM嵌入式技術這門課，還有微機原理、單片機、EDA、DSP等課程及相關實驗。

學習了微機原理和單片機這兩門課后再學習嵌入式，學生更容易入門，因為嵌入式本身是從單片機發展而來，并且在微機原理與單片機這兩門課程中，我們以匯編指令為主，主要是考慮到做嵌入式系統除了了解ARM處理器工作原理和接口技術還要了解ARM的匯編指令系統。

考慮到嵌入式開發的發展方向與相關領域，我們還設置了EDA技術與DSP技術兩門課。數字圖像壓縮技術是嵌入式的應用領域之一，主要是掌握MPEG編解碼算法和技術和DSP技術，另外，為追求更高速的信號處理速度，現在一些速度要求較高場合，有不少公司是將一些DSP算法用硬件來實現，這就涉及到HDL數字電路設計技術及其FPGA/IP核實現技術。這也是我們將EDA技術與DSP技術這兩門課作為這個方向的專業課程的原因。

課程改革思路

首先是微機原理與單片機這兩門課，目前我們開設《微機原理與接口技術》理論課54課時，實驗課18課時，《單片機原理及其應用》理論課54課時，實驗課18課時，課程設計36課時。微機原理課程主要是幫助學生理解一款微型計算機的工作原理、結構、匯編語言編程及其接口電路，為以后的進一步學習不同的CPU以及計算機應用打下基礎。目前我們的教學還是以8086/8088作為微機原理主講芯片，其難度較大，與實驗教學和學生在課外的實際應用（如參加電子設計系列競賽、制作小作品、畢業論文、課程設計等）脫節，教學效果不理想。

隨著半導體技術的進步，處理器從單核時代進步到了多核時代，并且將來處理核的數目將會越來越多。隨著多核技術的發展，可能不久的將來大多數的軟件開發都將以多核芯片為基礎硬件平臺，隨之而來的是編程語言、數據結構、算法理論、軟件工程等都將隨著多核的出現而進行修訂，對我們專業而言，要考慮的主要是計算機硬件方向的課程設置要進行調整以適應多核時代的到來。經過調研與研討，我們決定將上述兩門課整合優化為《單片機原理與接口技術》54課時及《多核架構與編程技術》54課時。前瞻性的將多核架構及編程技術引入到獨立學院電子信息工程本科培養方案中，將培養方案中的專業基礎知識進行綜合與升華，幫助學生，順應市場格局變化，接受新技術新理念，建立系統、完整的專業基礎理論體系，培養學生綜合應用能力與創新型思維，提高動手實踐能力，開拓學生的專業學術視野。使我們的學生能順應時代的變化，在硬件、軟件方面能夠更好地了解多核思想及編程技術，以適應高新技術的飛速發展的需要。

其次是EDA技術與數字電路的整合。目前我們開設《EDA技術》理論課34課時，實驗課18課時，課程設計18課時，《數字電路》理論課54課時，實驗課18課時，課程設計36課時。這兩門課在實驗和課程設計的內容上有一定的重復。我們可以將這兩門課整合成一門課《數字電路與VHDL》，理論課72，實驗課18，課程設計36課時，改變原有的教學模式和教學內容，建立新的實驗體系，讓學生感受2種不同的設計方法，擺脫傳統的人工設計方法與思維模式，提高學生的創新意識與競爭能力，適應市場的需要。

最后是ARM嵌入式技術，目前我們以ARM7進行理論教學，以LPC2000系列ARM7微控制器及ADS1.2集成開發環境進行實驗，理論課36學時，實驗課18學時，只能滿足低端教學任務。在最初制定教學計劃，大部分ARM系統都是基于ARM7處理器，但是隨著更多應用在嵌入式系統中的實現，嵌入式系統設計向著更高級、更復雜的方向發展，現在基于ARM9處理器的產品越來越多，我們的教學要與時俱進，教學內容也要進行升級為以ARM9進行教學。從ARM體系結構的教學內容上看，ARM9的指令集完全兼ARM7，教學上沒有任何區別。并且學生們面對的編程模型和架構基礎也保持一致。

總結

本校電子信息工程專業實行3+1培養模式，所有課程安排在大一到大三完成，大四學生全部參加實習，現有培養方案中，專業基礎課排在第三、四學期，專業課基本壓縮在第五、六學期，比如上面提到的微機原理安排在第五學期，單片機、EDA技術、ARM嵌入式技術安排在第六學期。通常在第六學期，一部分學生忙于考研，一部分學生忙于找工作，精力沒有全部用于學習專業知識上，但是，經過上面的整合后，我們可以將單片機以及ARM嵌入式技術提前一個學期，再將EDA技術提前兩學期，讓學生們在整個大學的學習過程中，盡早的接觸到專業課程，提高學生們的學習興趣，這不僅可以讓一部分想參加電子設計系列競賽的同學可以盡早的進行系統學習，也可以讓準備考研和找工作的同學投入更多精力學習專業知識。

參考文獻

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關鍵詞：單片機 發光二極管 閃爍

0 引言

單片機由于體積小、價格低廉、功能強、可靠性高、面向控制和價格低廉等優點，不僅成為工業測控領域使用的智能化控制工具，而且已滲入到人們工作和生活的各個角落。在工科學校中基本都開設有《單片機原理及應用》這門課，而對所有學習單片機的人來說最入門的就是對發光二級管LED的控制。

1 發光二級管的工作原理

發光二極管Light-Emitting Diode簡稱為LED，由鎵（Ga）與砷（As）、磷（P）的化合物制成的二極管。發光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性。當給發光二極管加上正向電壓后，從P區注入到N區的空穴和由N區注入到P區的電子，在PN結附近數微米內分別與N區的電子和P區的空穴復合，產生自發輻射的熒光，因而可以用來制成發光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數字顯示。磷砷化鎵二極管發紅光，磷化鎵二極管發綠光，碳化硅二極管發黃光。

LED只能往一個方向導通，發光二極管的反向擊穿電壓約5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時必須串聯限流電阻以控制通過管子的電流來控制LED的亮度。限流電阻R可用下式計算：

R=（E-UF）/IF

式中E為電源電壓，UF為LED的正向壓降，IF為LED的一般工作電流。

2 LED的編程方法

假設LED的連接電路圖如圖1所示，八個紅色發光二極管通過限流電阻分別接到單片機P1端口的8個引腳上，單片機選用AT89C51。

2.1 單個發光二極管的控制

在圖1中，如圖所示，如果要使發光二極管D1點亮，由于D1的正極通過電阻R1接到電源VCC上，那么D1要正向導通必須使D1的陰極為低電平，也就是P1.0引腳為低電平，這個可以通過軟件可以控制，完整的C51程序如下：

同樣的，如果要使發光二極管D1一亮一滅不停地閃爍，則工作原理是讓D1點亮并延時一段時間，接著使D1熄滅并延時一段時間并不斷的循環，這樣就可以觀察到D1一亮一滅不停地閃爍。延時可以采用軟件延時或者定時計數器定時延時兩種方式，本文采用軟件延時，其工作原理是利用每條指令運行都需要一定的時鐘周期，運行一定數量的時鐘周期可以實現延時的功能，本圖中晶振為12MHz，那么12個振蕩周期為1us，延時1ms的延時程序如下：

2.2 多個發光二極管的控制 多個多個發光二極管的控制原理與單個發光二級管的控制原理一樣，在圖1中，如果要控制8個發光二極管同時一亮一滅的閃爍，那么只需要同時使8個發光二級管點亮延時一段時間，再同時使8個發光二級管熄滅并延時一段時間，周而復始不斷循環就可以實現8個LED不停地閃爍，完整的C51程序如

下：

2.3 花樣流水燈的控制 對于花樣流水燈，工作原理和前面多個發光二極管的控制原理一樣，只需要把不同狀態下燈所對應端口的值送到相應的控制端口并延時一定的時間就可以實現，編程時可以把所以對應狀態的端口值放在一個數組里存放，不停循環地取數組的值，每取一個值延時一段時間，即可以實現，程序略。

3 總結

單片機在各行各業中使用越來越多，文中對單片機中發光二極管的使用和編程方法進行總結，并給出各種方法的工作原理和完整的程序。

參考文獻：

[1]戴仙金.51單片機及其C語言程序開發實例.北京：清華大學出版社，2007.

[2]李朝青.單片機原理與接口技術.北京：北京航空航天大學出版社，2005.

[3]李廣軍等.實用接口技術.成都：電子科技大學出版社，1997.

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【關鍵詞】STC89C51；直流電機；無線遙控；光敏傳感器

1.引言

隨著社會經濟的高速增長，人民生活水平的不斷提高，人們對家庭生活舒適性的需求越來越強烈。遙控電動窗簾在最近幾年得到迅速發展，并廣泛應用于智能大廈、高級公寓和別墅等領域，只要遙控器輕按一下，窗簾就自動開合（百葉窗可以自動旋轉），非常方便。在本次設計中，主要研究的是利用STC單片機的無線遙控窗簾電路的設計。

2.系統方案設計原理

本設計主要由單片機最小系統、無線發射、接收模塊、按鍵部分、電機控制執行部分和限位開關組成，采用8位的STC89C51單片機做控制器，程序采用C語言編程。利用直流電機正反轉，實現控制窗簾的開關。無線遙控是由SC2262/SC2272 編碼解碼芯片組成的無線發送接收模塊，通過SC2272接收輸出端D0、D1、D2、D3輸出信號控制單片機，再利用單片機控制L298N來控制直流電機。利用限位開關來控制窗簾停止，防止過卷。系統框圖如圖1所示：

3.硬件電路設計

3.1 光敏智能識別模塊

在可見光范圍內，該器件的輸出電流與外界光照強度有良好的線性關系，這樣我們就可以方便地通過一個三極管將其轉換成電壓信號，具有良好的靈敏度。

3.2 按鍵設計

常用的按鍵有三種：機械觸點式按鍵、導電橡膠式和柔性按鍵（又稱觸摸式鍵盤）。機械觸點式按鍵是利用機械彈性使鍵復位，手感明顯，連線清晰，工藝簡單，適合單件制造。但是觸點處易侵入灰塵而導致接觸不良，體積相對較大。

但是由于客觀條件與經濟能力有限，本系統采用機械觸點式按鍵。

3.3 無線發送、接收設計

SC2272是一款用以解碼的芯片，編碼芯片SC2262發出的編碼信號由：地址碼、數據碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼芯片SC2272接收到信號后，其地址碼經過兩次比較核對后，VT腳才輸出高電平，與此同時相應的數據腳也輸出高電平，如果發送端一直按住按鍵，編碼芯片也會連續發射。當發射機沒有按鍵按下時，SC2262不接通電源，其17腳為低電平，所以315MHz的高頻發射電路不工作，當有按鍵按下時，SC2262得電工作，其第17腳輸出經調制的串行數據信號，當17腳為高電平期間315MHz的高頻發射電路起振并發射等幅高頻信號，當17腳為低平期間315MHz的高頻發射電路停止振蕩，所以高頻發射電路完全受控于SC2262的17腳輸出的數字信號，從而對高頻電路完成幅度鍵控（ASK調制）相當于調制度為100%的調幅。無線接收模塊R02A與單片機的接線圖如圖3所示。

3.4 正反轉狀態指示

本功能采用在直流電動機兩側并接發管二極管實現，正轉時綠燈亮，反轉時紅燈亮。

顯示模塊接線電路圖如圖4所示。

3.5 系統總原理圖（如圖5所示）

4.軟件設計

本系統按鍵采用高電平有效模式。當有按鍵按下時，無線發射模塊發出信號，接收模塊解碼后響應相應功能，當限位開關閉合時，說明窗簾已經到達指定位置，停止轉動。

本設計的程序采用的是“狀態機”的思想，它分為四個狀態：電機正轉狀態，電機反轉狀態，窗簾打開狀態，窗簾關閉狀態（程序的默認狀態）。如果光照強度高于參考值，同時窗簾處于關閉狀態，電機正轉，從而打開窗簾；如果光照強度高于參考值，但是窗簾已經處于打開狀態，則電機不轉。如果光照強度低于參考值，同時窗簾處于打開狀態，電機反轉，從而關閉窗簾；如果光照強度低于參考值，但是窗簾已經處于關閉狀態，則電機不轉。

參考文獻

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[2]康華光.電子技術基礎（數字部分）（第五版）[M].高等教育出版社.

[3]李朝青.單片機原理及接口技術[M].北京航天航空大學出版社，2001.

[4]胡漢才.單片機原理及其接口技術[M].清華大學出版社，2004.

[5]鄒書文，黃光桂.無線電遙控單片機[J].電腦與信息技術，1995.