微机原理及单片机课程改革浅谈

微机原理及单片机课程改革浅谈作者：赵晚昭周柳娜赵晚春刘伟来源：《物联网技术》2012年第07期摘要：微机原理及应用和单片机原理及应用是高校自动化、电气自动化等信息工程类专业的重要课程。

本文阐述了在微机原理及应用和单片机原理及应用两门课程的实际教学当中所遇到的问题和同一批学生在这两门课程的学习中遇到的疑问,给出了对这两门课程的教学进行改革的一个初步方案，希望能对相关课程的改革提供一些参考。

关键词：高等院校；微机原理；单片机；教学改革中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：2095-1302(2012)07-0074-030 引言微机原理及应用和单片机原理及应用是现今大多数院校自动化、电气自动化等信息工程类专业的重要课程。

微机原理偏向于原理性的介绍，涉及的实验比较简单；而单片机则更偏向于应用性，涉及的实验较多。

这两门课程的实验过程及使用的芯片及编程的的方式非常类似。

大多数院校选择先开设微机原理的课程，在随后的一个学期开设单片机的课程。

这样的选择在逻辑上没有错误，可毕竟这两门课程有很大的相似之处，但又有各自的特点。

微机原理和单片机的内容既相关又有明显的区别，前后开课会使得学生可能产生忘了前面、记不住后面的感觉，同时两门课的相似点又使得学生区分不清，对内容产生混淆。

而实验的环节，用的实验箱不同，虽然芯片不同，学生也仅仅为做而做。

在实际教学中，会经常碰到学生提出“微机原理的汇编语言编程要分段(segment)，而单片机的汇编语言编程为何不分段”、“微机原理课里的标志寄存器有16位，为什么单片机里才有8位”等问题。

此外，这两门课一般都由同一位教师讲授，教师备课时不由得对比着备课，在教学中自然把两门课相关知识点进行描述或比较，使得单一门课程的教学时间无形中被占用。

对此，以笔者实际的教学经验，现对这两门课程的教学改革进行一些探讨。

1 课程改革思路微机原理及应用课程主要是帮助学生理解计算机的原理和结构，通过学习，使学生熟悉一款比较经典的CPU和以该CPU为中心的总线、存储器存储过程等数据处理以及用汇编语言编写程序的方法；同时，还涉及了诸如8255、8259A等一些芯片的运用及接口编程知识，微机原理及应用偏向于原理性的阐述。

而单片机原理及应用课程主要是针对某类型已经非常成熟的单片机型号，帮助学生学会如何使用单片微型机以及针对实现不同的功能进行编程的知识，该课程更偏向于应用。

这两门课程的内容既有很大交叉，又有各自的特点：微机原理及应用理论更系统，单片机应用性更强。

独立开设两门课程，不可避免地会出现知识点的重复和各自重点的缺失。

由此，针对这两门课程授课过程中的不足，笔者有了对这两门课程进行改革的想法。

即：同步开课，结合实际教授理论内容，合理分配实验学时等。

2 教学方面2.1 教学内容在理论教学方面，笔者对微机原理和单片机的教学内容进行了整合。

微机原理基于冯·诺依曼结构，这种理论更易于学生了解计算机体系和计算机系统的工作方式；单片机本质上也是计算机系统，只是性能弱，功能单一。

因此，在理论讲课过程中，应该以微机原理为主，同时针对微机原理和单片机的明显不同，比如同是45H，在微机原理中是立即数，在单片机中是存储的地址等，在这方面加以重点讲解。

微机原理的内容较多，涉及面广，如果对知识点面面俱到，不仅时间不够，而且学生的学习积极性肯定不高。

单片机原理课程主要基于80C51单片机进行讲解，并介绍单片机的特点、在片资源、汇编语言编程、片内接口及中断、通信及A/D、D/A转换等。

在这当中，肯定会遇到一些和微机原理相冲突的地方，不论讲解与否，势必会影响到后续课程讲授的连贯和流畅，因此，必须要对相关内容进行取舍。

在此，建议对于汇编语言内容，讲解计算机概论的同时兼顾单片机的兴起和发展；对指令系统的内容进行讲授，同时要总结微机原理和单片机指令的异同以及寄存器的差别等；程序设计部分就放到单片机教学部分讲授，因为汇编语言的程序设计方法这时并不是最重要的，而且此时的汇编程序与单片机编程的汇编程序有一定的不同，并且应用性不强。

在此学生能读懂程序或者能编写一些小的程序就达到要求了，而在以后单片机编程的学习中，再着重教授学生程序设计的方法。

同时，应当给学生指出计算机汇编和单片机编程的差异，特别是容易混淆和产生笔误以及一些诸如RET/IRET等具有极大相似而又是不同从属的指令。

指令系统的学习也只是学习经常使用的指令，主要通过对比的方式使学生对单片机的编程指令有更深的印象，同时对单片机的111条指令进行系统的分类，使学生记忆更加深刻，其他的就一笔带过。

中断控制器8259A、DMA控制器、定时器/计数器这些内容基本一样，就可以压缩到一起讲，然后把省下重复上课的学时投入到实验中。

串行通信的内容在原理上是一样的，针对自动化/电气工程及其自动化专业的学生，他们毕竟不是计算机专业的，所以微机原理方面属于选学内容，而实际操作中，单片机的很多问题都出现在通信及其协议上。

因此，对于波特率、串并行通信及其工作方式以及双机通信的例子应该进行重点讲解，力求学生做到熟练应用的水平，这对学生在以后的单片机课程设计或者以后从事相关的工作都有较高的实用及应用价值。

而由此衍生的串行总线、总线的扩展则适当讲解，目的是使学生在以后碰到相关问题时不会乱了阵脚，同时提前给他们解决相关问题的信心。

关于单片机C语言编程部分内容，虽然其应用范围很广，但笔者认为，自动化/电气工程及其自动化这两个专业都开设了C程序设计课程，为了更具有对比性和针对性，应当将这部分内容结合C程序设计课程学习，这样的效果应该会更好。

而C程序设计相对于微机原理而言相对独立，因此笔者的另一个教改思路就是将C程序设计课程和微机原理及单片机原理课程同时开设，在上完微机原理和单片机的理论课之后、实践课之前刚好能学到单片机的C语言编程这部分内容，这样就能更加有效地在学生潜意识中加深汇编原理及单片机知识的印象，而且在实践中，其“编程”部分也会有更多的选择。

而在师资配备上应该两名教师一组，一起设计教学内容，一位教师讲授微机原理和单片机内容，另一位教师讲授C程序设计和单片机的C语言编程部分的内容。

这样的搭配既可以使教师的教学更具有针对性，同时也使得学生学习计算机相关课程的时间增长，易于同学接受新的计算机知识和巩固已有的计算机知识。

笔者最乐观的估计是使学生对计算机及其编程有一个总体上的总结和认识，这不仅提高了教师的教学质量，而且提高了学生的学习效率。

2.2 授课的要求和方式基于教学内容的深刻理解，结合当前的计算机、单片机的技术发展再设计出相配套的课件，辅以合适的教学方式，这就可以使本来古板难记难学的微机原理和单片机知识比传统教学模式更容易使学生感兴趣和接受。

微机原理的内容是原理性的，要求教师对教学内容有较为深刻的理解，并且做出与时俱进的演绎。

比如微机原理大部分基于8位/16位的CPU展开,而当代的CPU已达到32位/64位，此间的脱节会让学生觉得所学的知识“过时”，但是，技术在不断发展，教材永远跟不上技术发展的步伐，而不管怎么变，计算机的原理至少在未来几十年内是不会有太大改变的。

比如冯·诺依曼结构提出到现在已经几十年了，即使技术工艺有了翻天覆地的变化，但依旧脱不开这个结构，因此，只有学习到核心原理，才能在日新月异的技术革新中更快地掌握新技术。

只有阐明这个道理，再结合当今的计算机发展状况开展课程，才能使学生从根本上重视本课程。

在课件制作上，幻灯片不仅要与教学内容紧密相关，做到一针见血，而且又不能过于简洁，以避免学生在看课件和听课时找不到课本对应的内容，课后难以回忆上课的内容。

课件内容文字也不能太多，太多会使得学生觉得老师在照本宣科，产生与其听课不如自学的另类“厌学”情绪。

所以，课件的内容应该是一个总纲性质，对知识点要有分类和总结，同时关键点应该着重点明在课本的位置等等，这样就更能吸引学生的兴趣。

而课件制作得炫目与否，笔者觉得课件制作太过华丽，反而会使学生的注意力被课件本身吸引而不是课件的内容，这无异于买椟还珠、舍本逐末，因此，不提倡太过绚丽的课件。

当然，课件也不能太过简单，太过简单在潜意识上也会减弱学生对课程的重视程度。

有了合适的教学内容和配套课件，还要通过合适的教学手段，才能使授课达到一个较好的效果。

教学手段有很多，比如传统方式、互动教学,还有欧美国家比较流行的“项目教学法”等，不管什么教学方法，都要结合学生的条件，教师的素质，结合心理学，抓住学生感兴趣的点，由点及面，全面引发学生的学习积极性。

这就决定了教学方法不能单一，必须从实际出发，找到最合适的方法进行教学。

以笔者为例，笔者就是在教学过程中发现电气自动化的学生对电脑组装、电气设备和实际动手方面比较感兴趣，因此，笔者从当前主流的电脑配置，以及配置注意各兼容性，寻求适合自己要求的配置出发，引出计算机原理的课程。

又从电气设备的控制出发，剖析其大致原理，分析其设备的主要功能，引出相关的知识，勾起学生学习的兴趣。

从效果看，可以较好地调动学生学习的积极性。

3 实践教学方面实践是微机原理和单片机学以致用的重要组成部分，也是教学过程中学生能够真正操作和最感兴趣的部分。

而一般的教学实践中，不论是微机原理部分课程，还是单片机部分课程，所占的课时数过少，而且有很多重复的部分，导致学生往往是开始积极性很高，越到后面积极性越低，甚至有排斥心理，导致后面的单片机课程设计甚至是毕业设计时对用到的相关知识不理解，没印象。

这对教师的劳动积极性无疑是一种打击。

笔者经过反思，觉得学生固然有自己的原因，但是作为教师，也应该对微机原理和单片机的实践教学做出总结和改进。

一般来说，本科阶段的计算机原理和单片机的实验、实践课是相互隔开的，中间几乎间隔了一个学期，这种不连贯的学习对知识的巩固是没有好处的。

所以，笔者认为，实践课应该按照基础实验—实验理解—应用系统设计—课程设计—毕业设计这条线循序渐进，不间断地贯穿学生本科阶段微机原理和单片机知识的学习。

基础实验是实践性阶段的起步，所选实验一般是验证性的，在整合了课程之后，可以对微机原理和单片机的基础实验重复的部分进行删减，或者对两者进行对比，这都可以提高学生理论联系实际的能力；做完实验后，就是对实验过程以及原理的理解，做好这个步骤可以进一步加深印象和更好地进入下个阶段的学习。

在理解基础实验后再进行课本附带的应用系统设计，就能进一步地提高学生的动手应用能力，还可以针对自己的不足上网找相关知识，有兴趣的学生还可以参加诸如“三小”课题或者自己制作某些装置等，以进一步提高自己的能力。

当同学们有了一定的理论基础以及实践能力之后，就可以进入课程设计这个阶段。

也就是说，学生可以根据所学知识，模仿做出一些小制作，甚至可以自己想出一些创意，并制作作品。