基于单片机的课程设计范文篇1

【关键词】汽车单片机课程设计CDIO

【中图分类号】G【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2015）12C-0067-02

近年来，随着国际工程教育改革的不断深入，CDIO工程教育模式应运而生。其中，C（Conceive）构思，主要包括商业计划、发展理论、技术程序制订和市场需求分析，企业战略及规则制度建立;D（Design）设计，主要包括工程进度及实施方案设计制订等;I（Implement）实现，主要指将设计方案转化为产品成果的过程，包括设计方案的确认、程序编码、样品测试及成品制造;O（Operate）运作，主要指对系统进行改进、修订和淘汰，对产品前期程序进行评估的过程。CDIO工程教育模式的核心理念来源于工程产品系统的生命周期，其核心思想是强调学生掌握扎实的工程基础理论及专业知识，在此基础上将教育过程运用到工程实践的具体领域中，整个人才培养过程注重团队协作和创新能力训练，为培养新一代高水平、高素质的工程师打下扎实的基础。

根据桂林航天工业学院汽车服务工程专业和车辆工程专业课程特点和人才培养方向，并结合用人单位人才需求标准，融合CDIO课程教学大纲，借鉴CDIO检验测评标准，对教学大纲进行整合，设计出更具实践性、合理性、针对性的汽车单片机课程设计项目，将所要学习的知识巧妙地隐含在项目任务之中，引导学生边学边做，独立或协作完成相应的项目学习任务。项目通过1年的研究和实践，逐步形成一套切实可行的有利于学生工程实践能力提高的人才培养模式。

一、传统的汽车单片机课程设计中存在的问题

汽车单片机课程设计是汽车服务工程专业的一门独立专业实践课。从学科性质上看，它是一门专业理论和专业技能结合的综合实践课程;其任务是使学生获得就业前必备的综合专业技能，为学生走上工作岗位打下良好的专业基础。传统的汽车单片机课程设计采用的是在现成的PCB电路板上完成元器件焊接组装调试等任务，这种模式存在以下问题：

（一）课程设计题目选择缺少针对性

交通灯控制电路，抢答器控制电路，电子钟控制电路等传统的单片机题目，对汽车专业的学生来讲针对性不强，没有将单片机技术与汽车电子控制技术有机结合起来，不利于学生对课本上控制原理的理解与掌握，没有达到“学以致用”的目的。

（二）课程设计教学模式缺少创新性

由于学生没有参与电路板的设计，而是在PCB电路板上直接焊接组装成套器件，这种机械式的实践模式，不利于学生对汽车电子控制产品设计和创新能力的培养，不利于今后从事产品的开发和技术革新，没有达到“融会贯通”的目的。

（三）课程设计能力培养缺少全面性

由于缺少PCB电路板设计制作环节，学生无法从源头了解掌握现代电子产品设计制造技术，并且对所焊接出的电路板进行调试与故障分析时，往往都会束手无策，完全依赖老师，这样不利于培养学生分析和解决问题的能力，没有达到“追本溯源”的目的。

二、基于CDIO理念的课程设计改革与实践

综上所析，传统的汽车单片机课程设计的培养模式不能有效提高学生设计、创新以及分析解决问题的能力，因此基于CDIO理念，以项目的“C构思-D设计-I实现-O运行”的全生命周期为导向，如图1所示方案对汽车单片机课程设计进行改革与实践。

图1汽车单片机课程设计改革与实践方案

（一）培养学生构思能力

在题目的选择上具有涵盖性，面向汽车电子控制系统多方面的单片机应用，学生能够完成整个知识体系的学习;具有完整性，每一个项目都是一个完整的单片机最小应用系统的设计开发，学生能够通过该项目的学习，实现理论与实践相结合;具有设计性，能让学生举一反三，以达到某一控制功能为目标，采用不同的设计方法;具有创新性，根据题目要求利用课本所学知识自由发挥;具有趣味性，贴近实际，能够调动学生对汽车电子控制相关知识的学习兴趣，使学生主动完成知识的学习。根据以上原则，确定出课程设计题目如表1所示。课程设计开始之前，提前一个月公布课程设计题目，通过适当的安排和组织，学生可根据题目组成5-6人的团队，并且给各团队充分的自由，让团队成员集思广益，提出题目构成想法，并可参考指导老师的建议共同完善。由于构思时间充分，团队成员群策群力，最后在课程设计开始时可得到最佳的项目方案。

表1汽车单片机课程设计题目

编号题目名称

1汽车车窗控制电路设计

2汽车车灯控制电路设计

3汽车发动机点火模型控制电路设计

4汽车发动机喷油模型控制电路设计

5汽车发动机转速测量电路设计

6汽车冷却液温度测量电路设计

（二）培养学生设计能力

在确定题目方案后，就要根据题目对相应控制电路进行具体设计。首先利用Proteus和Keil两款软件的联调来完成控制电路的仿真设计，虽然能看到虚拟仿真的运行结果，但是仿真环境过于理想化，许多电路设计出现的实际问题在仿真中是遇不到的，理想仿真结果与产品实际的运行结果之间存在很大偏差。为了有效避免仿真设计的缺陷，利用实验室的单片机开发板实现硬件电路的设计与调试，这样大大提高了设计效率。

（三）培养学生实现能力

所设计的电路在仿真软件及硬件开发板运行通过后，在PROTEL软件上绘制控制电路原理图并生成相应的PCB文件图打印出来，利用制板机将PCB图转印在铜板上，使用盐酸和双氧水等腐蚀剂对铜板进行腐蚀，利用钻孔机对电路板打孔，并将事先准备好的元器件手工焊接在电路板上。这一环节使学生能够正确识别和使用元器件，掌握了手工制板并进行相应电气连接，按照电路功能模块进行调试，能够有效分析和排除相应故障，最终实现题目相应功能。

（四）培养学生运作能力

在完成题目要求的设计任务后，也要做好软硬件实物的展示工作，课题项目负责人作为主讲人，团队成员协助课题演示，对题目的设计方案、研究思路、关键技术、工作原理、研究成果、存在的问题等内容等进行公开汇报，在此过程中，指导老师及其他同学可以不时提问，这样互动问答可以巩固学生对相关知识的理解和综合运用能力。

三、课程设计改革的实施效果

对汽车单片机课程设计改革方案我们实施了一年，新方案得到我院2012级汽车服务工程本科专业学生的支持和欢迎，取得了很好的教学效果。

激发了学生的学习兴趣，他们主动参与热情非常高，在整个课程设计期间实验室使用率非常高，学生考勤率很好，特别是当其作品通过验收后，学生充满成就感，图2为汽车车灯控制电路实物作品。

在本课程设计要求学生利用单片机完成与汽车电子控制技术相关实用电路的设计，通过在Proteus软件及实验开发板上进行试做调试成功后，再进行印制电路的设计制作并完成产品的装配、调试、检测，从中对学生进行产品设计、制作、工艺等方面的一系列综合训练。

图2汽车车灯控制电路实物作品

【参考文献】

[1]朱向庆，胡均万，增辉，等.工程教育模式的微型项目驱动教学法研究[J].实验技术与管理，2012，29（11）

[2]曹海平，管图华.基于CDIO理念的电工电子实训教学改革与实践[J].实验室研究与探索，2013，32（1）

【基金项目】2015年度广西教育厅教改B类项目（2015JGB436）;2014年度广西高等教育教学改革工程项目（2014JGZ152）;2014年度广西壮族自治区教育厅立项项目（LX2014466）;2013年度桂林航天工业学院校级教学改革研究项目（2013JB11）

基于单片机的课程设计范文篇2

Abstract：Thispaperdiscussesunderthebackgroundofthe"Internet+"era，thereformofhowtoeffectivelygraspteachingcontentsandpracticalmethodsrelatedtotheSCM，cultivatingstudentstoapplyknowledgeandskillslearnedtosolvepracticalproblemsinthecomprehensiveapplicationabilities.Thesinglechipmicrocomputerteachingisdividedintotwostages，thebasicteachingprocessandthecoursedesignprocess，andusesmethodofincreasingtheexperimenttimeandothers.TheteachingresultsshowthatintheteachingprocessofSCM，thecombinationofIOTkeytechnologyandSCMinthe"Internet+"era，theintegrationof"teachingandlearning"and"practiceanddo"，haveextremelyimportantinfluenceonstudents'innovativepracticalabilitytrainingandtheteachingreformofSCM.

关键词：“互联网+”；单片机；教学改革

Keywords：Internet+；microcontrollers；teachingreform

中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1006-4311（2016）21-0165-02

0引言

“互联网+”是创新2.0下的互联网发展的新业态，是知识社会创新2.0推动下的互联网形态演进及其催生的经济社会发展新形态。“互联网+”是互联网思维的进一步实践成果，推动经济形态不断地发生演变，从而带动社会经济实体的生命力，为改革、创新、发展提供广阔的网络平台。互联网+”是两化融合的升级版，将互联网作为当前信息化发展的核心特征提取出来，并与工业、商业、金融业等服务业的全面融合，其具体的应用包括工业、金融、商贸、智慧城市、通信、交通、民生、旅游、医疗、教育等方面。这个充满创新的“互联网+”时代，给相关的技术人员带来了机遇和挑战。

本文重点探讨了在“互联网+”时代技术背景下，如何有效把握单片机相关的教学内容和实践方法的改革，才能突出培养学生运用所学知识和技能解决实际问题的综合应用能力。

1单片机教学与“互联网+”时代技术的特点

《单片机原理与应用》是工科院校相关专业的重要的专业必修课，是一门集电子、计算机、语言编程等技术的应用性很强的课程[1-2]。了解单片机的工作原理，掌握单片机技术，将理论知识指导实践生产，成为相关专业大学生的重要任务[3]。传统的单片机教学方式，学生可掌握单片机的基础编程方法和接口基本使用，而结合实际需求针对具体功能的单片机系统的综合设计能力还有一定的欠缺。目前的单片机教学中，存在着理论课和实验课结合力度不强，实验内容陈旧、缺乏时效性，综合实验难以开展，教学方法陈旧，实践教学重视度不够，并且实验手段单一且脱离实际，对实践操作考核针对性不强等不足之处。“互联网+”时代对单片机或嵌入式教学改革提供了机遇与挑战，并对单片机教学在教学内容、教学方法和课程体系设置上都提出新的迫切要求。“互联网+”时代的技术载体是物联网技术，其是物联网思维的进一步实践成果。物联网架构的三个层次包括感知层、网络层和应用层，其关键技术都涉及到单片机嵌入式系统的具体应用，这也为单片机教学改革提供了很好的教学题材、研究内容、方法探讨。将“互联网+”的相关技术应用到“单片机原理与应用”这门以实践为主的教学中，锻炼学生解决实际问题的综合设计能力，为学生将来在“互联网+”时代相关产业的就业提供技术储备。

2教学内容和方法改革

传统的微机原理、单片机和嵌入式系统等相关课程传统的教学内容是8086、51内核、ARM7内核单片机硬件结构、指令系统、汇编程序设计、中断技术、定时器/计数器、串行通信、存储器扩展技术、接口系统软硬件设计等。结合“互联网+”时代的产业技术要求，计划将单片机整个教学过程更改为基础理论研究和实践动手创造两个阶段。基础理论研究阶段即采取课堂集中授课的方式完成，其课程包括微机原理接口与技术、单片机原理和嵌入式系统原理及应用三门课程，此三门课具备实践为主的特点，需要增加实验课程的课时比例，各课程若总课时设定为48学时，实验课时最低要保证16学时。同时结合“互联网+”时代的相关技术和应用在基础理论研究教学任务完成后，增加实践动手创造必要阶段，即在大三大四增加单片机课程设计阶段及开展嵌入式短学期学习，特别是针对物联网专业的学生，开展卓越工程师计划，让学生进公司进研发团队，可参与具体的物联网相关嵌入式产品设计。具体教学内容和方法改革如下。

2.1课堂教学内容和课时安排

“互联网+”时代的单片机课程的教学重点在于如何将单片机与无线通信的“互联网+”技术紧密联系在一起。单片机的课程基础包括C语言、模拟电路、数字电路等课程，在进行单片机正式授课内容前，教学安排中要学生对重点基础课程内容进行对应的复习。传统的单片机课程内容一般离不开89C51相关的内容，这里建议单片机课程的对象可以采用新型市场上比较热门的芯片进行对应的介绍学习，笔者课堂教学采用意法半导体主控制芯片STM8，总课时一般设定在至少48学时，实验课时至少设置在16学时。32学时的课堂教学计划见表1。此教学计划中只针对性的讲述STM8单片机常用的汇编指令以及循环和跳转等汇编语言程序设计方法，重点讲解单片机C语言程序设计和物联网基础知识的教学内容，重点让学生掌握单片机最小系统以及应用设计方法的教学内容。

其中，用10学时进行嵌入式产品设计基础知识学习，包括GPRS接口、蓝牙接口、WIFI接口、GPS接口、温湿度传感器接口等，并提供给学生相关的学习资料和调试源代码及过程，此过程以学生自主消化吸收为主。这一部分知识的掌握好坏程度在后续的单片机课程设计阶段将得到进一步的提高。

2.2基础实验内容和课时安排

课程的基本实验安排是至少16个学时，与32个学时的课堂教学穿行，有效提高学生动手能力及学生学习掌握STM8片内资源使用及相关类似单片机的开发环境安装、开发工具使用单片机软件的编程方法。在实验过程中，采用STM8单片机实验箱，实验2人一组，编程语言采用C语言为主，汇编语言为辅的方式，完成4个题目的实验内容。实验题目以及内容要求见表2。

这6个实验涵盖了学习任何一种单片机的基本思路和STM8单片机的程序设计的具体课堂教学内容。在整个实验过程中，建议学生上机之前对实验内容进行了解，上机过程中集中时间进行调试，在实验教师的帮助下，学生了解单片机的使用方法及掌握单片机编程知识的基础上，进一步加强其发现问题以及解决问题的能力，为后续的短学期课程设计以及毕业设计的进一步实践打下坚实的理论基础。

2.3课程设计内容和课时安排

在学生完成单片机的课堂教学以及基础实验内容后，在大二下学期即可安排短学期进行单片机课程设计，时间安排在两周较好，课程设计内容为设计实现一个完整功能的单片机应用系统（这里强调不局限某种单片机），学生2-3人一组，每个组成员项目分工，最终课程设计考核采用现场实物与PPT答辩的方式，在这个过程中，每个小组成员通过查阅论文资料选择自己小组的设计题目，然后题目需有教师确认后方能进行。学生整个过程中，主动完成设计总体方案、设计原理图与PCB、最后焊接PCB板、硬件调试、软件调试等一系列实践相结合的工作，其中教师需要安排4个学时的答疑时间给同学，帮忙解决一些同学解决不了的问题。在课程设计考核过程中，学生以组为单位汇报PPT（PPT内容必须包括项目进行过程中遇到的问题，如何解决的），教师集中评点，指出各小组设计方案中的优缺点，给班级同学一个共同交流学习经验的机会，同时也培养了学生的学习兴趣和创作热情。

该课程设计目的是锻炼学生动手、编程能力，通过该课程设计，学生可理论联系实际，充分了解项目从选题、立项、分析到完成的整体过程。对于大学生创新、自学、动手等能力及专业热情都有较好的培养，为学生在后续专业学习和实践打下坚实的技术基础，同时也为学生参与大学生国家或省级电子设计大赛、飞思卡尔大学生智能车比赛、全国大学生物联网创新创业等竞赛提供有力的技术保证。基于本课程整体教学改革实践的成果，本校仅在2015年期间，国家级省级电子设计大赛、飞思卡尔、物理网创新创业大赛中取得一等奖共计5项，其他奖项若干，也为后续相关竞赛积累了丰富的经验。

3结束语

实践教学结果表明，在单片机的教学过程中，将“互联网+”时代关键物联技术与单片机教学相结合，将“教与学”“练与做”很好地融合，使学生掌握基本知识和操作技能，并将关键的“互联网+”技术融入进去，培养学生分析解决实际问题的能力。将“教、学、做”定为“互联网+”时代工科学科如单片机、嵌入式教学的教学理念，树立培养出更多实用型工科人才的教学目标。最终，学生将跟上“互联网+”时代信息技术和物理网技术发展需求，为学生科研深造和未来的工作提供很好的前提保障。

参考文献：

[1]丁保华，张有忠，陈军，等.单片机原理与接口技术实验教学改革与实践[J].实验技术与管理，2010，27（1）：117-119.