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單片機課程設計范文第1篇

關(guān)鍵詞：教學改革；實踐性；Proteus+Keil

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）18-0246-02

放眼當今社會，電子行業(yè)快速發(fā)展，單片機在多個領(lǐng)域如工業(yè)自動化、智能儀器儀表、消費類電子產(chǎn)品、武器裝備、終端及外部設備控制、計算機網(wǎng)絡和通信設備等有著廣泛的應用[1，2]。對于工科的電子、電氣相關(guān)專業(yè)的學生而言，掌握好單片機技術(shù)對自我知識的提升和今后就業(yè)的幫助都是大大有益的。因此，單片機課程在上述專業(yè)中的地位非常重要，而且鑒于單片機特殊的實踐性，它的實踐環(huán)節(jié)比如課程設計就更是重中之重了。

一、我校單片機教學的現(xiàn)狀

我校原有的單片機教學實驗環(huán)節(jié)有兩個：單片機課內(nèi)實驗和單片機課程設計。課內(nèi)實驗雖然有硬件設計和軟件編程兩部分，但由于開發(fā)板上硬件的最小系統(tǒng)比較完善，學生相當于只需要進行簡單的連線便完成了硬件設計。軟件設計則是在偉福Lab6000系列單片機仿真實驗系統(tǒng)上完成的，這些實驗基本都是驗證性實驗或者是很簡單的設計性試驗，主要目的是讓學生通過實驗了解單片機的硬件環(huán)境，熟悉單片機的編程方法。因此學生總體所完成的工作基本上是簡單的軟件編程，硬件設計幾乎沒有，更談不上是軟硬件的綜合系統(tǒng)設計。這使學生在以后的工作中應用單片機時捉襟見肘，學不夠用。

針對以上情況，我校單片機課程設計通過引入Proteus+Keil兩個軟件進行較大的改進，既加強了學生硬件電路的設計，又有軟硬件聯(lián)調(diào)的綜合考量，很好地培養(yǎng)了學生對單片機系統(tǒng)設計的能力，提高了大家學習的積極性和主動性。

此外，之前學校課程設計題目單一，沒有考慮到學生的個體差異，導致有些學生無從下手，最終只能模仿別人的電路板，甚至連設計報告也是抄襲別人的；還有些能力較強的學生做起來易如反掌，達不到拔高的效果，這樣就違背了課程設計的初衷[3]。

二、Proteus+Keil的完美結(jié)合

Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件，能很好地仿真單片機及器件。相對于另一款使用較高的仿真軟件Multisim，Proteus的元件庫更齊全，使用更方便，最重要的是它可以把軟件作用在處理器上，并和該處理器的任何模擬和數(shù)字器件協(xié)同仿真。除此，Proteus還提供了大量的虛擬儀器和分析工具，用戶可以在調(diào)試代碼時清晰地看到仿真結(jié)果或通過節(jié)點波形等查找錯誤原因。

Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，易學易用。

在計算機上，安裝Proteus仿真軟件和集成軟件開發(fā)環(huán)境軟件Keil，就已經(jīng)相當于是一個設備先進、功能完善的虛擬實驗室了，可以方便地進行軟硬件的級聯(lián)調(diào)試，加強單片機系統(tǒng)設計的概念。

在實際的課程設計中，先在Proteus ISIS中設計硬件原理圖，確定IO口的端口使用。項目的軟件可在Keil中進行設計，生成目標代碼文件*.hex，若編譯失敗，可對源程序進行修改，直至編譯成功。把生成的目標代碼文件*.hex添加到硬件電路的單片機中，比如AT89C52，然后運行仿真，即可以看到仿真結(jié)果。若不正確，可以分析錯誤原因，修改相應的軟硬件，直至仿真正確[4，5]。

三、課題的設置

課程設計不同于平時的作業(yè)，它有一定的針對性，要滿足高中低各層次不同學生的需求。假如全班同做的是一道很難的課程設計題，學困生根本無從下手，更別說從此獲取知識了，這樣他們很快沒有了學習的積極性，徹底放棄了。于是針對不同階段的學生，我校單片機課程準備了三個不同層次的題目組。

第一類是拔高性題目，比如簡易計算器，學生在短期內(nèi)必須要完成一些實際應用的題目，要求綜合性知識較全面，適合基本功扎實、有想法、愛創(chuàng)新的學生。例如有些學生在低年級段就參加了電子設計競賽，已經(jīng)有了單片機系統(tǒng)設計的概念，他們需要的是設計更為復雜實用的系統(tǒng)來提升自我。

第二類是中等難度的題目，比如多功能智力競賽搶答器，學生除了有基本的單片機知識，還必須有一定的動手實踐能力和邏輯分析能力，并且涉及其他知識領(lǐng)域，適合知識面較廣的學生。

第三類是基礎(chǔ)性題目，比如數(shù)字溫度計，是學生在掌握了單片機基本知識后所能完成的簡單的功能設計，這個層次的題目要求不高，適合底子較為薄弱的學生。也就是說，讓每個階段的學生都能從此次課程設計中汲取相應的養(yǎng)分，有所收獲[6]。

由于題目的難度系數(shù)不同，最終的評分準則也不同，第一類題滿分100分，第二類題滿分90分，第三類題滿分80分。這樣既有針對每個層次學生的題目，又能將大家的差距拉開，讓學生付出的勞動與最終給定的成績基本成正比。

四、總結(jié)

利用Proteus和Keil進行課程設計對學生來說也是樂于接受的，軟硬件都易于修改，減少了開發(fā)設計時間，而且Proteus軟件可以直觀地看到仿真結(jié)果或節(jié)點的波形，也就是說學生在自己的宿舍就能完成前期的設計工作，不再像以前那樣依賴實驗室的測試設備，方便快捷，靈活性好。而課題的多樣性，也給了學生更大的選擇空間，從而提高了積極性和參與性，讓學生親身領(lǐng)會系統(tǒng)分析、設計和調(diào)試各個階段的各種滋味，提高實際應用的能力。

參考文獻：

[1]彭勇.單片機課程的教學改革[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡信息，2006，（6）.

[2]張毅剛.新編MCS-51單片機應用設計（第3版）[M].哈爾濱工業(yè)大學出版社，2008.

[3]葛浩，林其斌.單片機課程設計教學改革與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2011，28（10）.

[4]李雪蓮，時謙.基于軟件仿真和硬件電路聯(lián)調(diào)的單片機課程設計[J].中國電力教育，2011，（9）.

[5]章萬靜，劉長榮，形海霞，顧軍林.Proteus和Keil聯(lián)合仿真在單片機教學改革中的應用[J].福建電腦，2010，（4）.

單片機課程設計范文第2篇

關(guān)鍵詞：工作過程；校企合作；學習領(lǐng)域

基于工作過程導向的課程設計是近年來高等職業(yè)教育課程改革的一個重要內(nèi)容，同時也越來越受到各高等職業(yè)院校的高度重視。在職業(yè)教育中要實現(xiàn)以工作過程為導向的課程開發(fā)，則是指按工作過程來序化知識，即以工作過程為參照系，將陳述性知識與過程性知識整合、理論知識與實踐知識整合。目前基于工作過程導向的課程改革較為流行的是學習領(lǐng)域（Learnfield）課程模式，學習領(lǐng)域的設計以職業(yè)資格標準為依據(jù)，以職業(yè)崗位需求為出發(fā)點，以提高學生綜合素質(zhì)為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)學生職業(yè)能力為核心，打破原有的章節(jié)式教學，與企業(yè)技術(shù)人員共同開發(fā)課程，優(yōu)化課程內(nèi)容，基于工作過程，采用任務驅(qū)動、項目導向的教學模式，以學生所熟悉的電子產(chǎn)品作為情境進行教學設計。在教學中，理論聯(lián)系實踐，邊學邊做，教學做一體化，充分激發(fā)學生的學習興趣，在任務的實施過程中培養(yǎng)學生單片機技術(shù)的應用能力，提高學生對實際問題的分析解決能力和技術(shù)創(chuàng)新能力。

一、課程定位

《單片機應用技術(shù)》是我院電氣自動化技術(shù)、應用電子技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，是一門理論性和實踐性都很強的綜合性課程。隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，單片機已廣泛應用于智能儀器儀表、工業(yè)控制、網(wǎng)絡通信、醫(yī)療設備、導航系統(tǒng)、汽車電子、辦公設備、家用電器等眾多領(lǐng)域，是實現(xiàn)電子電器產(chǎn)品智能化的有效途徑。通過該課程的學習，可使學生對電子技術(shù)向著模塊化、智能化方向發(fā)展的趨勢有初步認識，可以培養(yǎng)和鍛煉學生運用單片機技術(shù)對硬件、軟件進行開發(fā)設計的能力，為將來從事單片機控制產(chǎn)品的設計、分析、調(diào)試、檢測和維護奠定堅實的基礎(chǔ)。

二、課程教學設計理念和思路

1.課程設計理念

以崗位和工作任務需求為導向，以職業(yè)資格標準為依據(jù)，培養(yǎng)可持續(xù)發(fā)展的高技能人才，是本課程的根本設計理念。設計過程中，充分考慮學生的具體情況，有針對性地創(chuàng)造出最適合學生的基于工作過程的學習條件，充分調(diào)動學生的積極性，挖掘?qū)W生自身的潛力。

2.課程設計思路

（1）學校、企業(yè)、行業(yè)、畢業(yè)生四方聯(lián)合進行課程開發(fā)

以國家職業(yè)標準為依據(jù)，深入企業(yè)調(diào)研，了解單片機技術(shù)的應用、崗位及崗位職能，與企業(yè)專家、技術(shù)人員共同制定課程內(nèi)容；結(jié)合歷屆畢業(yè)生的回訪及反饋情況，在行業(yè)專家的指導下，以必須夠用為原則，最終確定培養(yǎng)目標和課程體系。

（2）打破傳統(tǒng)“章節(jié)”教學概念，以典型工作任務為載體設計課程

課程設計過程中，突破了傳統(tǒng)的“章節(jié)”體系的束縛，將傳統(tǒng)的知識體系進行了重構(gòu)，以企業(yè)的真實典型工作任務作為載體，按照由淺入深的學習規(guī)律，設計出教學情境。

（3）學校、企業(yè)、學生三位一體完成課程教學

課程教學由學生、企業(yè)、學校共同完成。學生：通過課程的學習和技能的鍛煉，提高自身職業(yè)能力，培養(yǎng)職業(yè)素養(yǎng)。學校：提供師資力量，進行企業(yè)調(diào)研，組織專業(yè)、課程建設研討會，匯總畢業(yè)生反饋意見，聯(lián)合企業(yè)進行課程開發(fā)，完成課程的實施過程；提供實訓場地，學校建設了多個課程相關(guān)實訓室，以滿足學生的技能需求。企業(yè)：提供行業(yè)骨干及專家，參與課程開發(fā)，完成課程的部分教學任務；提供真實生產(chǎn)環(huán)境，與校內(nèi)實訓基地相互補充。

三、課程教學內(nèi)容

1.內(nèi)容選取

通過企業(yè)調(diào)研，了解學生的就業(yè)崗位及崗位需求，結(jié)合國家職業(yè)標準，以企業(yè)的真實產(chǎn)品和實際工作任務為依據(jù)，創(chuàng)設學習情境，設計教學內(nèi)容。這些項目貫穿了單片機的所有知識點，每一個項目都是一個完整的工作任務，項目之間呈現(xiàn)知識與技能的遞進關(guān)系。

2.內(nèi)容組織

按照認知的基本規(guī)律，根據(jù)工作的復雜程度設置教學情境。4個學習情境在知識上和技能上前后包容，前一個學習情境是后一個學習情境的實施基礎(chǔ)，后一個學習情境在前一個的基礎(chǔ)上，更加復雜，任務更加綜合，符合學生的認知規(guī)律。（附錄）

根據(jù)企業(yè)真實工作過程，我們將每個綜合性較強的學習情境分解成為多個獨立的相對簡單的工作項目，在學習過程中，學生不但能掌握情境所包含的知識能力、方法能力、社會能力，還能培養(yǎng)將復雜問題簡單化的能力。

四、教學過程

本學習領(lǐng)域采用基于工作過程的教學模式，把教學和工作過程結(jié)合在一起，建設“教、學、做”合一的教學環(huán)境，開發(fā)理論與實踐相結(jié)合的學習情境。在學習情境的教學過程中，采用行動導向教學法，按照一個實際工作完整的“六步法”來進行，即獲取資訊、制訂計劃、做出決策、實施、檢查（控制）、評估。

五、考核方案設計

在考試方法上改變傳統(tǒng)的重視期末鑒定性考試、輕視平時形成性考試的思想，加大了平時形成性考試的比重。各項學習情境評價占40%，平時考勤占10%，期末考核占50%。為了提高學生的實踐能力和擴大就業(yè)機會，組織學生考取單片機設計師（中級）證書。

六、教學資源

1.自主開發(fā)的真實情境動畫

根據(jù)高職學生的特點，我們自主開發(fā)了課程教學情境動畫，將復雜難懂的工作過程變得更加直觀，更容易讓學生接受。

2.項目任務工作單

針對學生自主學習能力的培養(yǎng)，合理地設計出13個項目對應的項目任務工作單，學生在完成任務工作單的過程中自主獲取項目相關(guān)資訊。

3.課程學習網(wǎng)站

建設了《單片機應用技術(shù)》課程學習網(wǎng)站，網(wǎng)站內(nèi)資源豐富，提供了大量的學習材料以及學習指導，使學生可以在課外繼續(xù)課程的學習，拓展知識。

4.校內(nèi)實訓基地

針對電氣自動化技術(shù)專業(yè)崗位能力需求，學院設置了價值600多萬元的14個實訓室。實訓室都是采用生產(chǎn)型設備，真實再現(xiàn)企業(yè)環(huán)境。其中有單片機綜合實訓室、PLC綜合實訓室、維修電工實訓室、電氣控制實訓室、電工電子實訓室、電機維修實訓室、單片機仿真實訓室、電氣制圖實訓室等。

5.校外實訓基地

與陜西東風車橋傳動系統(tǒng)股份有限公司、銅川鋁業(yè)有限公司、銅川旺旺集團和陜西銅變實業(yè)股份有限公司合作共建有四個校外實訓基地，完全可以滿足課程的現(xiàn)場教學需要，目前大多承擔現(xiàn)場教學、頂崗實習等教學任務，進一步加強了學生職業(yè)綜合能力的培養(yǎng)。

基于工作過程的課程設計，先確定其學習領(lǐng)域內(nèi)容，以適當?shù)娜蝿諡檩d體，通過學生自主的行動和教師有效的組織、合理引導實施教學進程，這是培養(yǎng)學生實踐技能和學習能力的重要手段，是能力本位教育模式的體現(xiàn)。本課程的設計經(jīng)過一學年的實踐取得了很好的效果。

附錄

學習情境

1.LED電子顯示屏

項目一：單燈點亮 項目二：單燈閃爍 項目三：流水燈

項目四：數(shù)碼管顯示 項目五：LED漢字顯示

2.競賽搶答器

項目一：電子計數(shù)器 項目二：八路搶答器

3.學校自動打鈴器

項目一：簡易秒表 項目二：數(shù)字時鐘 項目三：打鈴器

4.大棚溫度控制器

項目一：棚內(nèi)溫度顯示系統(tǒng) 項目二：溫度報警

單片機課程設計范文第3篇

隨著單片機技術(shù)的迅猛發(fā)展,單片機的應用領(lǐng)域也越來越廣泛,特別是工業(yè)自動化控制、通信、儀器儀表的智能化及我們?nèi)粘Ｉ钪械母鱾€領(lǐng)域都得到廣泛的應用。作為工科類專業(yè)的學生,怎樣學好《單片機原理》這門專業(yè)基礎(chǔ)課,作為教師,怎樣通過《單片機原理》課程的學習及《單片機課程設計》來培養(yǎng)在校大學生理論聯(lián)系實際、敢于動手、善于動手和獨立自主解決實際問題的實踐能力,一直是教育工作者探索的課題。由于這門課程自身的特點和教學目標,實踐動手能力的培養(yǎng)非常關(guān)鍵。在實際教學中,我們采用了《單片機課程設計》的教學模式, 激發(fā)學生的學習積極性,并對實驗內(nèi)容進行教學改革,引導、鼓勵學生積極參加各類競賽,著力培養(yǎng)學生的實踐能力、科研能力及創(chuàng)新能力。

2、利用單片機課程特點,為學生創(chuàng)建一個實踐與創(chuàng)新的學習平臺

“單片機原理及應用”課程是一門技術(shù)性、應用性極強的學科。歷年來的全國大學生競賽試題（電子類）都幾乎會汲及到單片機技術(shù)的靈活運用。而實驗與課程設計又是一個極為重要的環(huán)節(jié)。我們將實驗課與課程設計有機地結(jié)合起來,首先做一定數(shù)量的驗證性實驗,讓學生充分掌握單片機的基本原理、指令系統(tǒng)、接口技術(shù),使其具備初步的單片機硬件設計、軟件開發(fā)能力基礎(chǔ)上,才進行綜合性實驗,在綜合性、設計性實驗做得得心應手的時候,再進行課程設計。單片機課程設計是一個十分重要的環(huán)節(jié),它包括單片機軟件設計、硬件設計,調(diào)試等實踐內(nèi)容。通過這些環(huán)節(jié)的實踐、教學,可以充分調(diào)動學生的主觀能動性,實現(xiàn)知識向能力的轉(zhuǎn)化。這樣,學生通過實踐、實戰(zhàn),一步步深入,當學生們將每個實驗內(nèi)容完成、理解、吃透后,就會有能力提升到一個新的高度：獨立、高效、有創(chuàng)造性地去開發(fā)新的項目。這樣,就能很好地、充分地利用實驗課及課程設計為學生構(gòu)造一個實踐與創(chuàng)新的學習平臺（如圖1）。同時又為他們將來參加各類競賽做了很好的鋪墊。

3、對實驗內(nèi)容進行教學改革,提高開發(fā)效率,培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神、適應能力強、實踐能力強的高素質(zhì)人才

3.1 改用C語言作為開發(fā)單片機的主流語言

以前,我們進行實驗時主要是以匯編語言為主。因為匯編語言能直接操作計算機的硬件,學習匯編語言能幫助我們?nèi)チ私鈫纹瑱C的硬件構(gòu)造,當然同學們必須掌握匯編語言的基本方法。但采用匯編語言編寫單片機應用系統(tǒng)程序所花的時間長,且調(diào)試及排除錯誤亦比較困難。為提高編制計算機系統(tǒng)和應用程序的效率,適應社會競爭的需要,改善程序的可讀性和可移植性,我們在要求學生了解匯編語言的基礎(chǔ)上改用了高級語言編程,用C語言作為開發(fā)單片機的主流語言。要求學生用C語言來編寫目標系統(tǒng)軟件,這樣就會縮短開發(fā)周期,增加軟件的可讀性,便于改進和擴充,同時,亦方便學生將C語言編寫的程序很容易在不同類型的計算機之間移植。

3.2 采用Keil C51 Windows集成開發(fā)軟件及51MCU DEMO試驗板作開發(fā)平臺

我們采用了Keil C51 Windows集成開發(fā)軟件及51MCU DEMO試驗板作學生學習單片機技術(shù)的開發(fā)平臺。Keil C51是德國Keil公司開發(fā)的基于Windows平臺的單片機集成開發(fā)環(huán)境,可以講是目前世界上最優(yōu)秀、最強大的51單片機開發(fā)應用平臺之一。它包含一個高效的編譯器、一個項目管理器和一個MAKE工具。它集編輯、編譯、仿真于一體,支持匯編、PL/M語言和C語言的程序設計,界面友好,易學、易用。特別是,它內(nèi)嵌的仿真調(diào)試軟件可以讓學生采用模擬仿真和實時在線仿真兩種方式對目標系統(tǒng)進行開發(fā),而且學生在軟件仿真時,不但可以隨時模擬單片機的I/O口、定時器、中斷之外,甚至還可以仿真單片機的串行通信。而51MCU DEMO試驗板功能強大、用途廣泛,它集與PC機通信的電平轉(zhuǎn)換電路驅(qū)動字符液晶及點陣圖形液晶接口、行列式鍵盤、音響實驗電路、中斷實驗電路、I2C總線、DIP開關(guān)、程序的ISP在線下載接口等于一體的51單片機開發(fā)板。學生除了能在其上進行一般的驗證性、綜合性實驗外,還可以學習開發(fā)、設計較高級的智能化、應用型實驗項目如：單片機與PC機的遠程交互通信、單片機在線編程控制等。

3.3 開好（重視）綜合性、設計性實驗,強調(diào)學生自己動手完成實驗的全過程

在確立了開發(fā)語言及實驗平臺搭建好后,強調(diào)學生必須認真對待每一個綜合性、設計性實驗。在選題時要求學生結(jié)合理論課及平時的資料收集,自己確定題目。自己分析、設計、自己動手編程、調(diào)試安裝,并最后完成一個單片機應用系統(tǒng)設計與實現(xiàn)。強調(diào)學生自己動手的目的是使學生在設計過程中,通過查閱資料、確定方案、軟硬件設計及調(diào)試和撰寫設計說明書等,從而對單片機應用系統(tǒng)的設計過程得到一次全面的實踐訓練,從而使學生獲得單片機應用系統(tǒng)開發(fā)的基本知識和基本技能,進一步強化學生的動手能力和應用能力的培養(yǎng),為以后參加種類比賽及將來去設計和實現(xiàn)單片機應用系統(tǒng)打下良好基礎(chǔ)。

4、課程設計典型案例分析

4.1 課程設計目的

單片機技術(shù)是一門實踐性很強的專業(yè)基礎(chǔ)課程,要求通過理論教學和實驗、課程設計等實踐性教學環(huán)節(jié),使學生能在理論的指導下,主要依靠實踐活動,設計出一個小型單片機應用系統(tǒng)。課程設計目的是使學生增進對單片機的感性認識,加深對單片機理論方面的理解,掌握單片機內(nèi)部功能模塊的應用,如：定時器/計數(shù)器、中斷、片內(nèi)外存貯器、I/O口等,熟悉單片機應用系統(tǒng)的軟硬件設計過程、方法及實現(xiàn),為以后設計和實現(xiàn)單片機應用系統(tǒng)打下良好基礎(chǔ)。同時,樹立嚴謹?shù)目茖W作風,培養(yǎng)學生綜合運用理論知識解決實際問題的能力。學生通過單片機軟硬件設計、調(diào)試、整理資料等環(huán)節(jié),初步掌握工程設計方法和組織實踐的基本技能,逐步熟悉開展科學實踐的程序和方法。

4.2 課程設計要求

要求學生獨立完成課題設計,掌握單片機應用系統(tǒng)設計方法；完成系統(tǒng)的軟硬件設計及調(diào)試工作；在課程設計中要注重培養(yǎng)工程質(zhì)量意識,并寫出課程設計報告；通過查閱手冊和有關(guān)文獻資料培養(yǎng)學生獨立分析和解決實際問題的能力；通過實際電路方案的分析比較、器件的選取、安裝、調(diào)試等環(huán)節(jié),掌握單片機應用系統(tǒng)的分析方法和工程設計方法；掌握常用儀器設備實驗仿真開發(fā)系統(tǒng)的使用方法,學會實驗調(diào)試,提高動手能力；綜合應用課程中學到的理論知識去獨立完成一個設計任務；培養(yǎng)嚴肅認真的工作作風和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。

4.3 單片機課程設計總學時安排

單片機課程設計總學時為18學時,安排學生每天用2學時進行課程設計,具體安排見（表1）同時還安排專門的老師作指導。包括對學生所選課題的深入分析,對實施方案的探討,對學生所擬定的總體設計方案進行認真研究、論證,以避免定稿后才發(fā)現(xiàn)方案上的疏忽,造成開發(fā)進程的延誤。

4．4 課程設計實例

4. 4. 1 實驗題目：單片機與PC機的通信實驗

系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境： 采用MCS-51單片機軟件Kei C51及51MCU DEMO試驗板作開發(fā)主平臺；采用C語言作為開發(fā)單片機的主流語言

實驗所需器材：并口下載器、16×2字符液晶顯示模組、128×64點陣圖形液晶顯示模組、5V高穩(wěn)壓電源、一臺PC機

實現(xiàn)方法探討： PC機發(fā)送一個字符給單片機,單片機收到后即在個位、十位數(shù)碼管上進行顯示,同時將其回發(fā)給單片機。要求：單片機收到PC機發(fā)來的信號后用串口中斷方式處理,而單片機回發(fā)給PC機時用查詢方式。

4. 4. 2 MCS-51單片機軟件Kei C51的開發(fā)過程

1）開發(fā)的全過程的過程,請見圖2。

2）單片機C源程序清單

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

uchar code SEG7[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};

uchar code ACT[4]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};

/*************************************************************/

uchar code as[]=" Receving Data:\0";

uchar a=0x30,b;

//****************************************************

void init(void)

{

TMOD=0x20;

TH1=0xfd;

TL1=0xfd;

SCON=0x50;

TR1=1;

ES=1;

EA=1;

}

//************************

void delay(uint k)

{

uint data i,j;

for(i=0;i

{

for(j=0;j

}

//**************************************

void main(void)

{ uchar i;

init();

while(1)

{

P0=SEG7[(a-0x30)/10];

P2=ACT[1];

delay(1);

P0=SEG7[(a-0x30)%10];

P2=ACT[0];

delay(1);

if(RI)

{

RI=0;i=0;

while(as[i]!='\0'){SBUF=as[i];while(!TI);TI=0;i++;}

SBUF=b;while(!TI);TI=0;

EA=1;

}

}

}

//*****************************************

void serial_serve(void) interrupt 4 ;

{

a=SBUF;

b=a;

EA=0;

}

5、引導、鼓勵學生積極參加各類競賽培養(yǎng)學生科研、創(chuàng)新能力

學生通過理論與實踐結(jié)合,通過單片機課程設計后,已經(jīng)掌握了一定的分析問題與解決實際問題的能力,在有了單片機課程設計的經(jīng)驗和掌握了技術(shù)知識及具有了實際操作能力的的基礎(chǔ)上,老師再去有的放矢地引導、鼓勵學生積極參加各類競賽、全國“跳戰(zhàn)杯”、廣東省的軟件大賽等,通過競賽努力去培養(yǎng)學生的科研能力與創(chuàng)新能力。為學生們畢業(yè)后找工作打下良好的基礎(chǔ)。實踐證明：《單片機課程設計》做得好,參加過各種類競賽、參加過學校學生科研立項,廣東省大學生創(chuàng)新實驗立項、做過大量項目的學生,畢業(yè)后都能找到好工作,都會受到用人單位的熱烈歡迎,都會成為單位的重要的技術(shù)人才。

6． 結(jié)論

通過“單片機課程設計”,使學生初步掌握了單片機系統(tǒng)的設計方法,并使學生得到了對項目開發(fā)及應用方面的初步訓練。懂得了如何去開發(fā)一個項目：從總體方案的初步設計、編程、軟件硬件調(diào)試、編寫設計報告、系統(tǒng)使用說明書,到系統(tǒng)功能的最終實現(xiàn)的全過程。真正做到理論聯(lián)系實際,提高了學生的動手能力和分析問題與解決問題的能力及創(chuàng)新能力,體現(xiàn)了由理論知識的學習到理論知識的實際應用的過渡過程。實踐證明,經(jīng)過這樣循序漸進的學習學生的動手能力、實踐能力及創(chuàng)新能力普遍得到極大地提高。

參考文獻：

［1］張志良.單片機原理與控制[M].北京：機電工業(yè)出版社,2002.

單片機課程設計范文第4篇

原來使用的“單片機技術(shù)與應用”課程的教學大綱對知識點分解層層深入，便于學生由淺入深地學習相關(guān)知識。但是由于原有的教學大綱只對知識點作出了要求，沒有對教學方法和教學過程作出要求；只強調(diào)了理論知識的學習，沒有對學生職業(yè)行為能力培養(yǎng)作出要求，所以學生感覺學習過程枯燥乏味，內(nèi)容深度大，學習難度大。

新制定的課程標準繼承了原有教學大綱中知識點由淺入深的分解特點，對各個知識點進行重新整合，以項目為驅(qū)動帶動全部知識的學習。把原來先學后練的教學方法改為了邊做邊學的學習方法，從而激發(fā)學生的學習興趣，讓學生參與到教學中。同時，在新課標中還強調(diào)了對學生職業(yè)行為能力培養(yǎng)的要求，將知識點的學習與實際工作流程相結(jié)合，學生掌握了該知識在實際工作中的應用方法。

原教學大綱和新課標中知識點分解圖如圖1：

2 “單片機技術(shù)與應用”課程標準制定

2.1 課程設計的基本理念

高等職業(yè)教育的根本任務是培養(yǎng)高級技術(shù)應用型人才。課程教學是實現(xiàn)高等職業(yè)教育人才培養(yǎng)目標的基本途徑，課程教學的質(zhì)量是直接影響人才培養(yǎng)質(zhì)量的核心要素。新的課程體系要與經(jīng)濟建設、科技進步和社會發(fā)展要求相適應，與人的全面發(fā)展需求相適應，與高等教育大眾化條件下多樣化的學習需求相適應，與高等職業(yè)教育課程改革與建設相適應。本體系的構(gòu)建，應根據(jù)先進的職業(yè)教育思想，改變學科本位的觀念，加強實踐教學，著眼課程群，培養(yǎng)學生綜合運用相關(guān)現(xiàn)代化先進工具和知識，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。

(1) 面向全體學生，注重素質(zhì)教育、能力與技能培養(yǎng)

本課程面向計算機應用技術(shù)專業(yè)的全體學生，注重專業(yè)基礎(chǔ)素質(zhì)教育，激發(fā)學生的學習興趣，提高他們的抽象思維能力，增強他們理論聯(lián)系實際的能力，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神。重視知識與技能；過程與方法；情感態(tài)度與價值觀課程目標的培養(yǎng)。

(2) 突出學生主體，尊重個體差異

本實訓在目標設定、教學過程、課程評價和教學資源的開發(fā)等方面都突出以學生為主體的思想，課程實施應成為學生在教師的指導下構(gòu)建知識、活躍思維、展現(xiàn)個性和拓展視野的過程。

(3) 注重過程評價，促進學生發(fā)展

建立能激勵學生動手能力發(fā)展的評價方法。在課程學習過程中應注重培養(yǎng)和激發(fā)學生動手實踐的積極性和自信心。

(4) 開發(fā)課程資源，拓展學用渠道

本課程要力求合理利用和積極開發(fā)課程資源，給學生提供貼近現(xiàn)場實際，能反映新技術(shù)、新工藝、新設備的課程資源。

2.2 課程總體目標

課程總目標是使學生具有單片機系統(tǒng)編程和設計的知識與技能、具備較高的職業(yè)素質(zhì)，具有調(diào)試單片機系統(tǒng)程序和設計最小單片機系統(tǒng)的能力，能解決程序調(diào)試和系統(tǒng)設計中遇到的問題，能勝任單片機產(chǎn)品調(diào)試員、單片機產(chǎn)品技術(shù)支持、單片機軟件開發(fā)師、單片機硬件開發(fā)師和單片機設計師等崗位工作。

(1) 知識要求

會對所學知識進行整合，能夠根據(jù)設計要求獨立編寫程序，并能在實踐工作中熟練進行單片機程序和系統(tǒng)電路的調(diào)試；掌握各種接口電路的分析方法和理論知識。

(2) 技能

能熟練進行單片機程序和系統(tǒng)電路的調(diào)試，并能獨立設計單片機系統(tǒng)電路并能編寫相應程序，同時還可以對以單片機為核心的設備進行維護。

(3) 素質(zhì)

通過項目實踐，培養(yǎng)愛崗敬業(yè)、熱情主動的工作態(tài)度；養(yǎng)成遵守操作規(guī)程，分析工作整潔、有序、愛護儀器設備的良好實驗習慣；能認真負責、實事求是、堅持原則、一絲不茍地依據(jù)標準進行編程和設計，并在工作實踐中能遵守勞動紀律，注意安全，具備良好的敬業(yè)精神和協(xié)作精神，堅持努力學習，不斷提高自身可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)理論水平和操作技能，形成良好的職業(yè)素養(yǎng)和勤奮工作的基本素質(zhì)。

2.3 內(nèi)容目標

本課程標準通過對知識點的重新分解，將內(nèi)容分成了六個主題。其中主題一是對單片機系統(tǒng)原理知識的學習，主題六是對知識的總結(jié)訓練，而其他的四個主題分為學習情境和訓練情景兩部分。在主題二到主題四中每個學習情境都分為了若干個小項目，幾個小項目又可以合為一個項目。內(nèi)容目標詳見附錄，其中學習情境設計方案如圖2所示：

2.4 教學評價建議

(1) 改革傳統(tǒng)的學生評價手段和方法，采用階段評價、目標評價、項目評價、理論與實踐一體化的評價模式。

(2) 關(guān)注評價的多元性，結(jié)合課堂講解表現(xiàn)、課堂項目操作、項目訓練、綜合訓練及考試情況，綜合評價學生成績。筆答考試可采用開卷考試形式。

(3) 評價比例分配

課堂表現(xiàn)：8%；課堂項目操作：12%；項目訓練20%；綜合訓練：20%；考試：40%。

以上為“單片機技術(shù)與應用”課程標準的主要設計內(nèi)容。由于課程標準的提出時間不長，沒有嚴格的設計要求，因此在新課標的設計過程中遇到一些問題。如內(nèi)容目標中的格式如何進行設計，是否將教師的教學方法融入其中，學生目前所具有的學習能力是否能夠與新課標中的要求相結(jié)合等等，這些都需要進一步的研究。

附錄：內(nèi)容目標

主題一 理論學習

要對一個單片機系統(tǒng)進行分析設計和編寫程序，就必須非常熟悉單片機芯片的組成原理，特別是要熟悉其各個外部引腳、內(nèi)部寄存器和數(shù)據(jù)區(qū)的使用方法。

1 學習目標

(1) 了解MCS-51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、主要功能部件和CPU微處理器的組成、任務分配。

注意：單片機上電后程序指針被賦予的初值。

(2) 了解MCS-51單片機的程序存儲器結(jié)構(gòu)，掌握內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的空間分配和SFR。

注意：程序存儲器的編址規(guī)律；只訪問外程序存儲器時，外部引腳的連接要求；上電后堆棧指針被賦予的初值。

(3) 掌握89C51芯片的外部引腳功能常見的幾種復位電路和計算機器周期的方法。

注意：準雙向并口和真正雙向并口的區(qū)別和相應并口讀數(shù)時的編程要求；89C51的復位時間是多少。

(4) 開發(fā)工具的使用

介紹Keil(或MedWin)、ISP兩個軟件的使用方法，并各種指令的學習編寫簡單的子程序，將源程序文件編譯并上載至實驗儀中顯示結(jié)果。

知識點：

掌握常用編程軟件的使用。在程序運行期間觀察相應存儲區(qū)和寄存器中數(shù)據(jù)的變化。

掌握MCS-51單片機的尋址方式。

2 教學建議

(1) 教學時數(shù)10學時。

(2) 實物教學，增強感性認識。

主題二 學習情境1

1 學習情境：信號燈控制

2 學習目標

(1) 熟練掌握MCS-51單片機的尋址方式和指令系統(tǒng)。

技能點：要會畫出模塊的流程圖，建立學生的編程思維；分清各個尋址方式的功能。(DATA PDATA XDATA CODE的訪問方式，地址空間，針對89C52芯片多128Bytes DATA區(qū)的應用，實際應用中256bytes Data區(qū)的單片機更多)

(2) 能編寫完整的程序。

技能點：會進行地址分配，整個程序的起始地址要正確；掌握各種程序結(jié)構(gòu)，能夠畫出系統(tǒng)的流程圖。

(3) 會應用常見的調(diào)試軟件進行程序調(diào)試。

(4) 理解機器周期和指令周期。

3 學習情境內(nèi)容

功能一：信號燈的控制1

利用P1口控制8個發(fā)光二極管，通過編寫并上載不同的程序，觀察發(fā)光二極管的狀態(tài)。

點亮8個發(fā)光二極管后單片機空運行。

給片內(nèi)RAM中40H-4FH單元賦值后，將其數(shù)據(jù)傳送給片外50H-5FH單元，最后將56H中的數(shù)據(jù)由P1口輸出給發(fā)光二極管顯示。

在數(shù)據(jù)區(qū)建立一個數(shù)據(jù)表，編寫程序?qū)⒈碇械牡?個數(shù)由P1口輸出給發(fā)光二極管顯示。

知識點：

掌握數(shù)據(jù)傳送指令。

掌握MCS-51單片機并口傳送和讀取數(shù)據(jù)時得技術(shù)要求。

MOVX與 MOVC的區(qū)別

功能二：信號燈的控制2

利用并口控制發(fā)光二極管，通過編寫并上載不同的程序，觀察發(fā)光二極管的狀態(tài)。

將累加器中的數(shù)據(jù)(十六進制)轉(zhuǎn)換為BCD碼，個位存入30H，十位存入31H，百位存入32H，最后由P0口輸出個位數(shù)據(jù)，P1口輸出十位數(shù)據(jù)，P2口輸出百位數(shù)據(jù)。

將DPH和DPL中放入兩個小于10的數(shù)據(jù)a和b，編寫程序?qū)崿F(xiàn)c=a2+b2-a，并把c通過P0口輸出。

將累加器A中數(shù)據(jù)得高4位和寄存器B中數(shù)據(jù)的低4位相乘后取反，并將其結(jié)果通過P0口輸出。

采用移位指令，實現(xiàn)累加器A中數(shù)據(jù)乘4，寄存器B中數(shù)據(jù)除以2。

知識點：

掌握算術(shù)操作指令和邏輯運算指令。

會畫簡單的流程圖。

會使用軟件正確調(diào)試程序。

功能三：信號燈的控制3

設計一個延時程序，使與P2.0相連的發(fā)光二極管每隔1秒亮一次。

采用循環(huán)控制，使8個發(fā)光二極管呈跑馬燈方式閃爍，其中發(fā)光二極管點亮時長為1秒，熄滅時長為2秒。

知識點：

掌握程序轉(zhuǎn)移類指令和位操作指令。

會畫簡單的流程圖。

會使用軟件正確調(diào)試程序。

理解指令延時的用法，NOP指令的使用。

4 教學建議

(1) 教學時數(shù)12學時。

(2) 學習過程中，教師通過講解和演示，指導學生完成項目學習。

(3) 采用多做多練加強學生對所學知識的掌握程度。

(4) 安排項目訓練，鞏固所學內(nèi)容。

5 實踐活動建議

(1) 訓練情境1：交通燈控制

(2) 教學建議：6學時

(3) 采用每組兩人的分組方式，鍛煉學生獨立設計和調(diào)試程序的能力

(4) 集中安排實驗

主題三 學習情境2

1 學習情境

跑馬燈設計與實現(xiàn)

2 學習目標

(1) 掌握TMOD和TCON專用寄存器各位的定義與設置。會計算和設置定時/計數(shù)器的初值。

(2) 掌握IE和IP專用寄存器各位的定義與設置。理解中斷的工作過程，熟記中斷入口地址。

技能點：能夠正確使用中斷方式對定時/計數(shù)器進行編程；能夠使用中斷方式對外部事件中斷進行處理；會畫流程圖，并編寫完整的具有中斷程序；理解電平觸發(fā)中斷、邊沿觸發(fā)中斷的區(qū)別及應用；中斷的優(yōu)先級和中斷嵌套的應用，中斷現(xiàn)場的保護和恢復。

3 學習情境內(nèi)容

設計一個個性跑馬燈，能夠完成以下功能：

功能一：利用P2口，用單片機內(nèi)部的定時器采用查詢方式，使8個發(fā)光二極管呈跑馬燈方式閃爍(亮1秒、滅2秒)。

功能二：用計數(shù)器中斷對按鍵按下的次數(shù)計數(shù)，作為跑馬燈閃爍次數(shù)。

功能三：用外部中斷對正常顯示和閃爍次數(shù)設定功能進行轉(zhuǎn)換。

知識點：

掌握定時/計數(shù)器的初始化方法；定時器初值與計數(shù)器初值的計算與設定。

掌握中斷源與中斷服務程序的入口地址；中斷相關(guān)寄存器的使用方法；中斷工作過程。

4 教學建議

(1) 教學時數(shù)8學時。

(2) 學習過程中，教師通過講解和演示，指導學生完成項目學習。

(3) 采用項目教學，多做多練加強學生對所學知識的掌握程度。

(4) 安排項目訓練，鞏固所學內(nèi)容。

5 實踐活動建議

(1) 訓練情境2：秒表設計與實現(xiàn)

(2) 教學建議：6學時

(3) 采用每組兩人的分組方式，鍛煉學生獨立設計和調(diào)試程序的能力

(4) 集中安排實驗

主題四 學習情境3

1 學習情境

單片機點對點串口通信

2 學習目標

(1) 了解SCON專用寄存器各位的定義與設置，掌握串口初始化的內(nèi)容與步驟。

(2) 會用查詢和中斷方式編寫數(shù)據(jù)通信程序。

技能點：能夠正確地編寫數(shù)據(jù)通信程序。

3 學習情境內(nèi)容

設計一個單片機之間的點對點的通信系統(tǒng)。要求甲機發(fā)送，乙機接收。甲機中按加號鍵，乙機中顯示數(shù)據(jù)加1；甲機中按減號鍵，乙機中顯示數(shù)據(jù)減1

知識點：

掌握與串行口初始化方法。

掌握串行口通信波特率的計算方法。

掌握串行口通信編程的兩種方法。

4 教學建議

(1) 教學時數(shù)6學時。

(2) 學習過程中，教師通過講解和演示，指導學生完成項目學習。

(3) 采用項目教學，多做多練加強學生對所學知識的掌握程度。

(4) 安排項目訓練，鞏固所學內(nèi)容。

5 實踐活動建議

(1) 訓練情境3：單片機雙機通信

(2) 教學建議：6學時

(3) 采用每組兩人的分組方式，鍛煉學生獨立設計和調(diào)試程序的能力

(4) 集中安排實驗

主題五 學習情境4

1 學習情境

溫度控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

2 學習目標

(1) 使用P0、P2口的第二功能，擴展片外數(shù)據(jù)存儲器RAM和片外程序存儲器。

技能點：能夠正確對89C51進行片外RAM和ROM擴展；理解并記住MOVX指令的時序圖。

(2) 對89C51的并口進行擴展

技能點：能夠正確對89C51的并口進行擴展。

(3) 人機接口擴展

技能點：能夠正確地在89C51外連接鍵盤和顯示設備。

(4) 8位A/D轉(zhuǎn)換芯片與單片機的接口

技能點：能夠正確選擇A/D轉(zhuǎn)換芯片，并實現(xiàn)其與單片機的正確連接。

(5) 8位D/A轉(zhuǎn)換芯片與單片機的接口

(6) 掌握C51程序設計方法

技能點：能夠正確運用單片機C51語言對單片機系統(tǒng)進行編程。

3 學習情境內(nèi)容

設計一個溫度控制系統(tǒng)，要求用C51編寫系統(tǒng)程序，并且該系統(tǒng)滿足以下要求：

功能一：使用89C51擴展一個片外RAM。

知識點：

掌握P0、P2口的第二功能使用方法。

會擴展片外數(shù)據(jù)存儲器和片外程序存儲器。

功能二：用兩位七段數(shù)碼管顯示其溫度值。

知識點：

掌握LED的動態(tài)顯示方法。

功能三：用 4*4的矩陣鍵盤，設置其溫度初值。

知識點：

掌握鍵盤設計方法。

掌握LED動態(tài)顯示方法。

功能四：具有對環(huán)境溫度進行實時測量，當外界溫度于設定溫度時，啟動風扇降溫；當外界溫度低于設定最低溫度時，發(fā)出報警聲。

知識點：

掌握A/D轉(zhuǎn)換的方法。

掌握D/A轉(zhuǎn)換的方法。

掌握正確選擇A/D和D/A芯片的方法。

4 教學建議

(1) 教學時數(shù)20學時。

(2) 提高課堂質(zhì)量，上課時要多啟發(fā)學生，提高他們提出問題、分析問題、解決問題的能力，讓學生學會理解記憶的技巧。

(3) 采用項目教學，多做多練加強學生對所學知識的掌握程度。

(4) 安排項目訓練，鞏固所學內(nèi)容。

5 實踐活動建議

(1) 訓練情境：人機接口設計與實現(xiàn)

(2) 教學建議：6學時

(3) 采用每組兩人的分組方式，鍛煉學生獨立設計和調(diào)試程序的能力

(4) 集中安排實驗

主題六 綜合訓練

使用套件設計一個最小單片機系統(tǒng)，完成其設計、繪圖、焊接、編程、調(diào)試工作并撰寫實訓報告。

1 教學建議

(1) 教學時數(shù)20學時。

(2) 教師命題，學生獨立完成。

單片機課程設計范文第5篇

關(guān)鍵詞：Arduino；傳感器；可視化編程VVVV；交互原型；實驗教學

0 概論

Arduino（D1）是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型搭建平臺，包含硬件（各種型號的arduino電路主板、電子元件和軟件控制開發(fā)平臺（Arduino IDE）。簡單地說，其就是一塊電路板，具有可供存儲、編輯等處理的芯片和多個用于輸出、輸入信號的連接口――針腳（Pin）。Arduino的工作過程可以表述為：通過針腳連接不同的傳感器捕捉外界信號通過針腳輸入Arduino電路板；再通過之前上傳到Arduino電路板的函數(shù)進行自動編輯；之后通過連接在針腳上的輸出設備（有線或者無線的）把信號傳遞出去；從而控制如LED、麥克風、電機等電器元件，如圖像信號、應用軟件等數(shù)字信息。使用者可以在不需要了解過多電子技術(shù)知識與計算機編程語言知識的情況下，通過簡單的練習，了解引腳連接的規(guī)律、函數(shù)的作用或可視化編程軟件VVVV，便可以進行設計與產(chǎn)品開發(fā)原型制作。從某種程度來說，其更適用于藝術(shù)家、設計師利用其創(chuàng)作和設計互動類藝術(shù)作品、空間裝置、工業(yè)產(chǎn)品等。

如圖1所示，Arduino unn基礎(chǔ)開發(fā)PCB板正反面，正面提供各種接入、輸出和通訊端口。

Arduino于2005年誕生于意大利。作為教學實踐，國外高校設計專業(yè)在教學中很早就引入了Arduino平臺，作為學生設計作品呈現(xiàn)與評價的必要形式與方法。荷蘭代爾夫特大學、德國施瓦本格民得專業(yè)設計學院（圖2），早已在教學實踐中系統(tǒng)地引入了Arduino交互平臺，并將其用于交互設計教學中學生開展交互產(chǎn)品設計創(chuàng)作與最終作品表達的技術(shù)基礎(chǔ)與手段。

1 產(chǎn)品交互原型設計課程

交互設計的設計規(guī)則中，原型設計是《設計方法學》的核心內(nèi)容。該課程主要面向產(chǎn)品設計專業(yè)和信息交互專業(yè)方向3年級以上的本科教學，并作為專業(yè)實踐課程而設置，共60～80課時；主要培養(yǎng)學生在產(chǎn)品設計課程中使用Arduino開源電子平臺，真實模擬產(chǎn)品人機交互概念設計的能力；培養(yǎng)學生在智能產(chǎn)品設計領(lǐng)域，對于服務設計、用戶體驗設計、交互設計等的概念表現(xiàn)和產(chǎn)品功能與人機互動行為等的形象化、表達和評估等能力。這是目前國際上交互設計領(lǐng)域主流的設計方法與評估設計手段；并且，培養(yǎng)學生對未來產(chǎn)品的前瞻性設計方法的學習與掌握，是其核心的專業(yè)實踐課程。

南京藝術(shù)學院工業(yè)設計學院根據(jù)產(chǎn)品設計和信息交互專業(yè)方向教學內(nèi)容的要求，以及目前國內(nèi)藝術(shù)院校設計學科的特點，重新規(guī)劃了課程的結(jié)構(gòu)和授課方式，以適應藝術(shù)類學生學習和掌握偏向電子技術(shù)與計算機語言的必要的專業(yè)技能和知識。

在翻閱了國內(nèi)外相關(guān)Arduino內(nèi)容的教材和資料后，筆者發(fā)現(xiàn)目前的教程及教材基本只針對Arduino的基礎(chǔ)技術(shù)內(nèi)容及開發(fā)方法進行了詳細的講解及技術(shù)解決方案的案例分析，并未對其應用及在藝術(shù)設計應用領(lǐng)域做有針對性的介紹。此外，大部分該類教材多為工科專業(yè)人員編寫，所針對用戶也大多是工科類電子工程、產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)等背景的專業(yè)人員和專業(yè)愛好者。而藝術(shù)設計、工業(yè)設計類專業(yè)是學生大多不具備掌握這類工科專業(yè)基礎(chǔ)資料的能力，很難理解其中的單片機、傳感器等電子元件以及計算機語言、軟件編寫與邏輯等，因此對其并不適用?？梢姡O計出一套適合設計類專業(yè)用戶的Arduino產(chǎn)品交互原型課程迫在眉睫。

南京藝術(shù)學院工業(yè)設計學院在充分考慮產(chǎn)品設計專業(yè)特點與藝術(shù)學科的基礎(chǔ)情況，在研究專業(yè)學習必要的電子技術(shù)原理內(nèi)容基礎(chǔ)的過程中，總結(jié)出如下幾個方面的課程內(nèi)容形式與教學方法：

首先，盡量避免使用晦澀的專業(yè)詞匯、公式、定義基本的電子部件和電子技術(shù)原理。教師授課時應盡量把晦澀的技術(shù)過程形象化描述，從而更為形象、直觀地為學生呈現(xiàn)硬件的連接圖而不是電路圖（圖3）。

其次，硬件的模塊化分類方式，能夠使學生更為形象化地理解各個電子元件之間的連接關(guān)系及其在完整的系統(tǒng)里的作用與功能。例如，在一個用Arduino單片機完整搭建的電路中，教師應明確哪些電器元件屬于輸入元件、哪些屬于存儲元件、哪些元件具有通訊功能、哪些屬于輸出元件；并在授課前充分考慮學生設計方案中可能會頻繁使用到的元件及元件組合，從而對其定義、分類。例如，在智能家居設計方案中，課題小組可能會用到的元件，如光耦傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等，可將其歸類為同一類型的輸入模塊，用于捕捉家庭環(huán)境中的環(huán)境數(shù)據(jù)；而對于某些用于使數(shù)據(jù)在不同設備中相互交換的元件，可以歸類為通訊或者接口類模塊，如藍牙模塊、WIFI模塊、RFID模塊、USB接口等。

計算機語言用于驅(qū)動和編輯連接好的電子元件，是用于發(fā)出指令的數(shù)據(jù)。可以形象地描述：硬件相互連接產(chǎn)生了軀體，而計算機語言編寫的程序則是賦予軀體的靈魂。在程序編寫部分，通常的課程和教材中會使用Arduino IDE（集成開發(fā)環(huán)境）完成，該環(huán)境需要具備C語言基礎(chǔ)、工業(yè)設計專業(yè)；而藝術(shù)院校產(chǎn)品設計專業(yè)的學生基本不具備掌握這一計算機語言的前置專業(yè)基礎(chǔ)。因此，在實踐的教學中，筆者尋求一種可視化編程語言的解決方案，可視化編程軟件VVVV可實現(xiàn)這一教學要求。該軟件是一款簡單原型設計和開發(fā)的圖形化編程軟件，可以作為大型數(shù)字媒體與物理硬件接口、實時動態(tài)圖像、音頻和視頻等數(shù)據(jù)信息；可以同時進行與許多用戶交互環(huán)境的處理；是非常適合藝術(shù)家與設計師的可視化編程解決方案（圖4）。

2 教學方法

在考慮設計專業(yè)學生的學習方式、教學內(nèi)容以及相關(guān)專業(yè)課程銜接的基礎(chǔ)上。南京藝術(shù)學院工業(yè)設計學院借鑒自身傳統(tǒng)的問題導入法的教學模式，在學習Arduino的技術(shù)基礎(chǔ)內(nèi)容前，導入相關(guān)的用戶需求與設計定位問題，并迅速地按課題小組選定的作品內(nèi)容與設計概念方案導入原型設計的知識學習。這一階段須建立在之前預設的特定課題設計內(nèi)容的基礎(chǔ)上，以課題“智能家居為例”。課題組在分別探討家居生活中的各種需求中，發(fā)現(xiàn)2～5歲的兒童在家庭安防中的問題：這一階段，兒童可以獨立行走，并開始對家庭環(huán)境中未知的事物產(chǎn)生好奇。如去捅插座孔、伸手夠高于自身高度的物體、攀爬高處甚至是陽_圍欄與窗戶；諸如此類的兒童安全隱患問題數(shù)不勝數(shù)。那么，什么樣的設計解決方案可以避免此類危險，并在家庭環(huán)境內(nèi)預設某些危險報警區(qū)域；當兒童進入時，可以預先警告父母或者對兒童采取阻嚇措施呢。帶著這些問題，課題組學生在學習Arduino的基本知識和各種傳感器模塊的功能后，其對超聲波測距傳感器的功能與設計情景中提出的問題產(chǎn)生了關(guān)聯(lián)。

因此，該組可以有針對性地選擇學習Arduino單片機與傳感器，在輸出設備的連接實驗中，通過實驗可以了解傳感器不但可以測出具體的物體靠近的距離，而且可以把距離數(shù)據(jù)實時、動態(tài)地傳遞到Arduino單片機的內(nèi)存中；之后，再輸出變化的數(shù)值（變量），并通過某種設備轉(zhuǎn)換變量為聲音的大小、光的強弱甚至是色彩的變化等等；這個過程即是用變量控制輸出設備的過程。課題組即可以基于此，迅速搭建其設計方案的產(chǎn)品交互原型。

3 課程實驗、實踐、設計

產(chǎn)品交互原型設計課程教學目的是使要學生掌握的Arduino開源電子原型平臺，使其能夠根據(jù)設計概念，連接硬件、編寫程序，驅(qū)動硬件模塊按照設計概念模擬產(chǎn)品的交互行為；最終在產(chǎn)品設計表達過程中，不僅掌握制作原型在外觀造型、材料工藝、色彩搭配等方面的呈現(xiàn)，更重要的是產(chǎn)品的功能與人機交互行為上的高度仿真的知識與技能。因此，學生親自動手實驗是這門課的基礎(chǔ)。實驗以分組的形式進行，課題小組針對前期的設計內(nèi)容選擇相應的智能硬件模塊（Arduino原型平臺與輸入輸出模塊）進行學習；從單一模塊入手，循序漸進地學習多個模塊組合使用與程序編寫，發(fā)覺計算機、屏幕及鍵盤以外的世界；以使學生學習和掌握物體怎樣能通過簡單的傳感器，監(jiān)測周邊的環(huán)境并應用于對數(shù)字世界的掌控。開源平臺Arduino作為原型設計的主板，通過簡單連接單個的傳感器和機械裝置，也可同時在可視化編程軟件VVVV中進行編輯與控制，確保學生在掌握該主板基本知識的同時，了解可視化編程軟件VVVV與Arduino相互配合的實踐使用，從而避免使用需要C語言編程的Arduino IDE（集成開發(fā)環(huán)境）。具體的實驗課題內(nèi)容為：

第一，概述―Arduino是進入物理世界的接口。

第二，第一段代碼“Hello World”。

第三，開源平臺Arduino的開發(fā)模式、單獨模式和作為無力界面與VVVV相連接的模式。

第四，“Firmata”連接VVVV，實現(xiàn)可視化編程。

第五，從反饋到循環(huán)，接收信號，編輯信號，再輸出信號。

第六，RGB-LED，控制一個LED燈。

第七，關(guān)于傳感器。一是電位器實驗、設計實踐；二是溫度傳感器實驗、設計實踐；三是加速度傳感器實驗、設計實踐；四是RFID射頻識別實驗、設計實踐；五是位移傳感器實驗、設計實踐。

通過1～3章的學習，課題小組可以基本了解Arduino開源平臺的基礎(chǔ)知識與運轉(zhuǎn)的機制；通過第4章的學習，了解和基本掌握解實現(xiàn)可視化編程控制和編輯開發(fā)Arduino功能的方式；通過第5章的學習，了解和基本掌握可視化編程必要的邏輯關(guān)系；第6章為前1～5章知識的綜合實踐練習，即通過可視化編程軟件VVVV驅(qū)動并改變一個連接在Arduino開源平臺上的RGB-LED燈（全色彩LED燈）的顏色；在第7章，各個課題組將有針對性地選擇與自己課題相關(guān)的綜合實驗模塊。由于章節(jié)限制，筆者在這里只節(jié)選一組實驗模塊作為實驗實踐案例。

實驗案例：溫度傳感器實驗、設計實踐、設計案例介紹

背景描述：

我們可以通過溫度傳遞非常多不同的信息。對于人體而言，我們可以推斷出與之自然或健康的狀態(tài)相關(guān)；對于人造物（產(chǎn)品）而言，可以理解為如反映其運行的狀態(tài)等。通過溫度傳感器，我們可以把這種變化作為輸入信號讀入計算機。這類型的傳感器通常會改變自己的阻值或者輸出溫度成比例的電壓。

實驗規(guī)則：

監(jiān)控一個杯子的溫度，同時通過一個彩色的LED燈顯示。如果我們使用一個熱源，如將一杯熱咖啡放在離傳感器很近的位置，則可以改變傳感器的電阻值。這一改變可以使用Arduino主板捕捉并通過VVVV傳輸出去。在VVVV中，我們把溫度轉(zhuǎn)換為一個色彩值，并通過一個RGB-LED燈，使之可以看見。RGB-LED燈的色彩變化可以作為參照，提醒用戶杯中的飲品是否達到了適宜飲用的溫度（圖5）。

如圖5所示，一個簡單的邏輯可以在Arduino的開發(fā)環(huán)境之中自然甚至完全地實施；但是，VVVV應用在原形搭建方面更為有用，因為其結(jié)果很快能夠調(diào)整同時可以直接反饋并評價。溫度傳感器可以提供這樣一種可能，溫度可以直接轉(zhuǎn)換成變量值，線性的變量值再次傳輸給色譜同時作為輸出而應用。

實驗材料：

溫度傳感器（LM35）、RGB-LED、Arduino主板、面包板、連接線和接口、3*10k?電阻

實驗圖與可視化編程（圖6）：

如圖6所示，左邊為電路連接示意圖。其并非標準的電路圖紙，只適用于設計類專業(yè)教學使用。右邊為可視化編程軟件VVVV的編程界面，程序以圖形的形式組成，可以很直觀地進行編輯。

實驗結(jié)果（圖7）：

圖7這個例子演示的是如何利用物理大小變化作為控制因素。當杯子還是熱的、LED燈亮著紅色時，他們可以同時傳達給我們更多的信息。我們在享受飲品的同時，還可以期待多些……

4 設計案例

Tia（圖8）是一款可以自動跟蹤使用者書寫習慣的臺燈。當用戶在做書寫、閱讀等動作時，Tia智能燈能夠捕捉運動軌跡，且燈會移動到相應位置，自動調(diào)節(jié)光線的高低，以符合使用者的書寫的習慣，避免了在光源的陰影下寫作的情況；同時，它能根據(jù)環(huán)境光線的強弱自動調(diào)整書寫光源強度，以達到最佳的書寫和閱讀使用的效果；此外，Tia還會自動感應使用者位置、聲音和振動來判斷，進行開啟或關(guān)閉動作。

關(guān)鍵的原型搭建主要分為4個部分。第一，外觀制造的工藝部分主要使用工程塑料的高壓注塑以實現(xiàn)實體外觀；第二，智能控制部分主要使用嵌入式芯片設計，嵌入Arduino單片機、光耦傳感器、超聲波傳感器、視頻識別等集成的硬件構(gòu)架；第三，控制程序采用可視化編程軟件VVVV編寫，以實現(xiàn)對外部環(huán)境的感知和調(diào)節(jié)以及書寫動作軌跡的捕捉；第四，機械部分采用四臺伺服舵機四個維度的旋轉(zhuǎn)達到光源方向與書寫或閱讀軌跡的同步的目的。

5 結(jié)語

“如果你想成為合格的程序員，你就永遠成為不了優(yōu)秀設計師?！笨茖W技術(shù)日新月異的今天，工業(yè)設計的定義已發(fā)生了根本性的改變。2015年，國際工業(yè)設計協(xié)會（ICSID）了新的工業(yè)設計定義：“設計是一種戰(zhàn)略性地解決問題的方法和流程，它能夠應用于產(chǎn)品、系統(tǒng)、服務和體驗，從而實現(xiàn)創(chuàng)新、商業(yè)成功和生活品質(zhì)的提升。”該定義為科技飛速發(fā)展語境下的藝術(shù)設計與創(chuàng)新人才的培養(yǎng)提出了新的思路與契機。以提高藝術(shù)性、形象化思維的創(chuàng)造力為培養(yǎng)目標的藝術(shù)院校，在產(chǎn)品設計專業(yè)人才培養(yǎng)方式與專業(yè)知識構(gòu)建中不可避免地受到時代的影響。如果一味地摒棄自生獨特的藝術(shù)專業(yè)特征與創(chuàng)新思維方式與能力，以適應科技的發(fā)展對設計的需求，將導致藝術(shù)院校培養(yǎng)藝術(shù)創(chuàng)新設計人才的教育目的和藝術(shù)學科的本質(zhì)的動搖。在藝術(shù)與科技相結(jié)合的大趨勢下，如何從形象化思維的角度去了解技術(shù)、掌握基本的信息技術(shù)工具（如計算機語言），從而將其選擇性地引入藝術(shù)設計教育及人才培養(yǎng)領(lǐng)域中，筆者已在文中用自己教學實踐中的一些粗淺的案例進行了總結(jié)，希望起到拋磚引玉的作用。

注釋：①Tia（提亞）-書寫習慣追蹤智能臺燈，獲2015第二屆“紫金獎”文化創(chuàng)意設計大賽銅獎，設計：林勝獅，林堯，指導：劉彥。

參考文獻：

[1] Jan Barth，Roman Stefan Grasy，Jochen Leinberger，Mark Lukas，Markus Lorenz Schilling . Prototyping Interfaces Interaktives Skizzieren Mit VVVV[M]. Hermann Schmidt Mainz，2013：156-161.