单片机课程应用型教学改革和实践摘要：为了提高学生嵌入式系统的应用设计能力,对“单片机嵌入式系统的软硬件设计”课程的硬件教学、软件教学和考核方式进行了探讨，提出了相应的教学实践改革措施，对单片机课程的应用型教学方法进行了有效探索。关键词：单片机；嵌入式系统；应用型教学作者简介：王斌（1974-）,男，江苏淮安人，重庆大学自动化学院，副教授。（重庆400044）中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）13-0071-02目前研究生的培养分为学术型和专业型研究生，学术型以培养教学和科研人才为主，专业型主要培养企业紧缺的应用型人才。在研究生教学体系里很多课程任然沿袭了以往的教学大纲，不能适应专业型研究生的培养需求。单片机嵌入式系统是一门应用性很强的学科，其教学目标就是使学生熟悉单片机系统的开发流程，提高系统的软硬件设计能力。［1」而传统嵌入式系统的课程主要侧重于讲述嵌入式硬件的工作原理、嵌入式操作系统的原理等，没有从工程应用的角度研究嵌入式系统软硬件的设计。在工程应用中，8位和16位单片机占据了绝大多数的份额，这些系统无需设计复杂的嵌入式操作系统，主要关注系统的软硬件匹配、高可靠性等指标。为了适应企业对应用型人才的需求，提高专业型研究生的实践能力和创新能力，在“单片机嵌入式系统的软硬件设计”课程中从实际工程应用出发，针对单片机系统软硬件的应用设计、匹配设计、可靠性设计等展开教学，对单片机课程的应用型教学方法进行了有效探索。一、硬件教学改革硬件体系是嵌入式系统的构建基础，是系统工程方案和控制软件实现的根基。［2］嵌入式系统的硬件设计涵盖了模拟电路、数字电路、微电子技术、传感器测量技术等多个学科的内容，是对学生所学专业知识的综合训练。传统的嵌入式系统课程在硬件教学方面一般只讲述微处理器、存储器、总线接口等器件的原理和分类，没有从应用的角度分析这些器件在电路中的设计要求和规范，学生也感觉枯燥乏味。为此，在课程教学中着重分析这些器件在电路中的具体应用，强调嵌入式系统的硬件体系设计，包括控制单元、存储单元、接口单元、信号采集单元、信号输出单元电路等。［3］在各个单元电路的学习中，主要分析核心器件的性能指标参数和外围器件的匹配设计等。对于控制单元电路，通过Atmel.Freescale等公司的8位或16位产品路线图讲述单片机芯片的概念和分类，使学生理解由于时钟频率、内嵌资源、封装尺寸等技术指标的区别而产生不同系列或型号的单片机；分析单片机芯片和外围电路的匹配设计，如外围时钟电路、供电电路、复位电路等的电路设计。对于供电单元电路，比较分析线性电源、开关电源、电荷泵等不同供电方式的优缺点,描述不同供电拓扑结构的应用场合和电路设计等。对于接口单元电路，重点讲述不同接口电路在设置缓冲逻辑、协调信号差异等方面的具体应用，如通用I/O口驱动键盘、LED灯和模拟数据地址总线的应用，SPI接口构建分布式系统的电路设计，红外通信接口的低成本应用设计等。对于信号采集单元，分析电压、电流、温度等不同信号的传感器测量电路,研究信号的隔离放大和滤波的实现电路等。通过硬件体系不同单元电路的具体设计描述，学生能够理解这些电路的工作原理和应用设计要求，锻炼自身的系统硬件设计能力，根据所给的设计参数搭建合适的嵌入式硬件系统。针对嵌入式系统硬件的教学还引入了系统的可靠性设计概念，重点讲述系统抗电磁干扰的可靠性设计。电磁干扰是现代电子工业面临的一个主要问题，很多国家对电子设备和仪器有严格的电磁兼容性标准。为了满足电磁兼容的标准，电路设计者必须从板级设计开始就关注电子干扰的抑制，在器件选择、电路设计和版图设计阶段考虑如何降低干扰源的级别、缩短干扰的耦合路径、减少电磁辐射等。可靠性设计是硬件设计需要考虑的一个关键因素，在工程应用中占有重要的地位。［4］通过可靠性设计的学习，学生对系统硬件的应用设计将有更深入的认识，从而将硬件设计和工程实践需求结合起来。二、软件教学改革软件是嵌入式系统的灵魂，是系统控制算法的实现途径。以往的嵌入式系统软件教学主要介绍嵌入式操作系统，讲述操...