学文网单片机原理及接口技术篇1
摘 要 本文简要阐述了单片机的作用原理，并进一步阐述了单片机的接口技术，提出了单片机所应用的领域，以及在研发中需要提升的方面。旨在为单片机能够在各个领域得到更为深入的应用，做出自己应有的贡献。
【关键词】单片机 作用原理 接口技术
新时代背景下，社会的发展和科技的进步，使得各类先进的科学技术被应用于众多的生产与生活领域，作为电子信息工程中重要的组成部分，单片机也得到了广泛的应用与普及，可以说，在现阶段的众多领域中，都能够发现单片机应用的身影。而对于单片机而言，若想在更多的生产与生活领域中应用到单片机技术，则需要对单片机的作用原理及接口技术等做深入的探讨和分析，以此来掌握单片机所能够应用到的领域和范围。同时，通过对单片机的原理及接口技术的灵活掌握与运用，才能使单片机技术得到更深程度的技术发掘和运用。因此，对于“单片机的原理及接口技术”的研究，就具有极大的现实意义。
1 单片机的原理
对于单片机而言，是一类集成芯片的总称，也可将其理解为能够***工作的微型计算机。在此单片机的芯片上，会涉及到CPU、ROM、RAM等通过I/O接口进行结合的***运转系统。而针对不同的应用范畴和领域，还应在单片机上添加相应的部件，以此来确保单片机各种功能的应用于实现。而单片机的设计思路，应追溯到上个世纪的80年代，专家和学者们，希望通过一块较小的继承芯片，来容纳单片机中的处理系统及众多设备，这将使得此类集成系统的效果更佳的优良，并同时能够使单片机内的系统等得以相应的收缩。可以说，对于单片机来讲，其主要的功能，即是进行实时控制功能的实现，并能够做到***操控。而单片机芯片内由于部件的收缩与削减，使得其并无较好的抗干扰能力，这便需要针对单片机所应用的领域与所实现的具体功能，来对其抗干扰能力进行必要的加强。此外，单片机能的程序也可通过不同的功能而做出相应的调整，并配以相应的辅助部件，以达到较为特殊功能的实现。有时在完成较为大型的功能及任务时，还可将单片机中用作不同处理与运行功能的芯片进行整合，这不仅加强了单片机的智能化程度，还在很大程度上提升了单片机的工作效率。
2 单片机的接口技术
现阶段，在投入应用的众多类型控制器中，均使其智能化水平得到较高的发展与提升。直至现阶段为止，众多新型的设备，已经逐步取代了以往较为落后的输入与输出设备。伴随着时代的发展和科技的进步，越来越多外形各异，且价格低廉的USB存储设备，受到人们的普遍关注与喜爱。并且，此种带有USB接口的存储设备随着技术的革新，变得愈加的符合人们的需求，不仅内部的存储空间增大，其体积也在随之减少。同时，此类USB接口的存储设备，逐渐发展成为能够随身携带的U盘或移动硬盘，在功能性上较之传统的软盘，从各个方面都体现出碾压性的优势。而且，由于其能够与计算机接口直接连接，进行数据信息的读写功能，使之应用范围愈加深入与广泛。其接口原理为：通过SL8HHS芯片及相应的USB协议，使其能够通过芯片所涵w的双任务端口，将由芯片读取的各类信息，写入U盘之中。因此，SL8HHS芯片能够达成单片机与多种USB之间的相互连接及数据传输功能。并且，依据单片机的功能，其能够操控所收集到的数据信息；USB控制其则能够操控U盘及其起到连接作用的接口，并进行数据的接收与传输；RAM则可进行数据信息的临时缓冲存储。通过此种接口技术，并配以其他配件芯片，实现了单片机的各类信息读取、传输、以及写入等功能。
3 单片机所应用到的领域
根据上述单片机的作用原理，可将其应用于众多电子信息设备与仪器之中。例如：单片机在工业操控技术中的应用、在各类仪器与仪表上的应用、服务设施中的应用、以及众多为人们生产与生活提供便利的领域等等。由于单片机自身所具备的特点为体积小、能耗低，但功能性与可操控性方面则较为强大，这使得将其应用于智能化的操控设备与仪器中，将会发挥其极为明显的功用。若将其应用于智能化的仪器或仪表之中，则能够对仪器设备中所涉及到的各类数据：温度、湿度、运转速率、额定功率、以及最大功率等数据信息，进行准确的测算及控制。同时，由于将单片机应用于此类具有智能化的仪器或仪表之中，也能够使此类仪器仪表的自动化水平得以进一步提升，从而真正实现其自动化水平增强。若将单片机应用于工业化的机械或设备操控上，则能够促使工业化机械及设备在操控效率和便捷程度上得以提升。现阶段，由于科学技术的改良与完善，使得单片机技术逐步进入人们生活的视野，为人们的日常生活提供多样化的服务与便利。例如：我们在日常生活中应用到的电视、冰箱、洗衣机、热水器、空调、以及其他家用电器设备，都含有单片机作用的功劳。而随着互联网+时代的进入，使得单片机在接口技术上有了全新的发展与突破，即能够通过所增加的通信接口来逐步满足计算机及网络通信间的数据传输功能。此外，在航天、医疗、国防、以及科研等领域里，单片机都在不同程度的发挥着其巨大的作用。
4 单片机研发的主要方面
首先，是将单片机的抗干扰能力通过研发得以加强。现阶段，单片机进行干扰排除的方式主要为外部操作，即将干扰源或干扰路径切断。虽然也能够起到防止干扰的作用和效果，但却无法做到真正意义上的抗干扰。对此，应从单片机的硬件方面入手，逐渐将其抗干扰能力加强。其次，是要将单片机编程效率提升。在对单片机进行编程的过程中，所应用到的语言类型大多为C语言，若要提升单片机编程效率，则应在不断加强C语言编程效率的同时，还要尽量找寻出效率更高的编程语言类型，以此来提升单片机编程过程中的实际效率。
5 结语
综上所述，文中通过对单片机的作用原理及接口技术的分析与研究，总结出单片机所能应用到的领域。并通过分析得出，若要将单片机进行深入的应用，则应当从提升单片机的抗干扰性、以及加强编程语言的效率等方面入手，唯有如此，才能使单片机技术在更多的领域内得以应用，并对社会的生产和人们的生活，产生更为多样的效用。
参考文献
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[3]凌震乾.论单片机原理与接口技术课程设计性实验的开设[J].教育与职业，2011（09）：164-165.
作者单位
公安海警学院 浙江省宁波市 315800
单片机原理及接口技术篇2
摘 要： 单片机原理及接口技术课程是电子、电信、自动控制和机电等专业学生的一门重要的专业基础课程，近二十年来随着单片机的普及和发展，传统的教学模式受到挑战。为改革和创新单片机原理及接口技术课程的教学内容和手段，作者引入多媒体教学与传统教学模式相结合，从教学方法、实验室建设和实验设备的研制等几方面进行探索性的改革，根据学生的实际水平，在指令系统、汇编语言教学中，采用阶梯式教学法，由浅入深，引导学生进行研究性学习。通过问卷调查的方式发现，大部分学生对单片机原理及接口技术课程的教学改革是认可的。
关键词： 单片机原理及接口技术课程 存在问题 改革措施
单片机原理及接口技术课程是电子信息科学与技术、机电一体化和机械设计制造及其自动化专业学生的必修课，但从多年来学生平时上课的表现和考试的结果，以及从学生走向工作岗位后反馈的问题来看，我校单片机原理及接口技术课程教学中存在着一些不足之处，如教学内容过于陈旧，汇编语言的教学方式过于死板，实践的方法跟不上当今工作岗位的要求等。为响应学校升本及创建省级精品课的要求，全面提高我校的办学质量和办学水平，从2007年开始，我们对单片机原理及接口技术课程的教学进行了探索性的改革实践，具体做法如下。
1.提出问题
多年来，我校的单片机原理及接口技术课程教学都是以汇编语言为主，从每届学生考试的结果来看，学生对汇编语言部分知识的掌握比较差。对于单片机这样的以培养学生的产品设计应用能力为主要教学目标之一的课程来说，编程语言掌握不好，学生对单片机原理的掌握可想而知。究其原因，主要是汇编语言是低级语言，仅是机器指令的简单符号化，寄存器使用相对高级的语言，操作繁杂，并且要求学生具有一定的硬件基础知识，显然学生在短时间内难以完全掌握。
目前大多数高校的理论教学过程都是采用先基础后应用的模式，即单片机硬件结构、指令系统、汇编语言设计、外部系统扩展、接口技术和应用系统设计，这种方法虽然思路清晰，但是存在着过于机械性的弊端，缺乏生动、直观的实物等辅助教学手段，这样便使学生觉得学习单片机枯燥乏味，没有现实意义，缺乏兴趣，严重影响了教学效果。同时，学生在实践教学时对验证性实验重视不够。当前的实践课教学大多以单片机实验箱为实验平台，而开设的也多为验证性实验。学生在做这类实验时大都是用实验指导书上已经写好的程序资料，几乎没有多少同学去分析程序的流程，更不用说去研究读懂那些代码了。另外，对于用到电路硬件的实验，也只是按实验指导书要求在实验箱上做简单的连线，没有一个整个系统电气原理***的概念，再加上实验条件的有限，不可能每个同学都得到老师的辅导，导致学生过度追求实验结果，而忽略了硬件连线、软件调试等过程。
另外，我校的单片机原理及接口技术课程教学都是以MCS-51系列单片机为主来进行的，多年来基本没有太大变化，实际在市场上单片机已经发展出了很多品种，即使是51系列单片机也是非常丰富的，比如：有内置看门狗的，有内置PWM的，有内置SPI的和内置A/D，/D/A，等等。但是学生们却知道的很少。
2.教学改革措施
2.1课堂教学方法的改革
2.1.1多媒体教学和传统教学模式相结合
随着大学教育教学改革的深入，多媒体教学已更加广泛地应用于各种教育教学领域。传统教学方法是以课堂教学为主，以教师为中心进行的教学，而对单片机原理及接口技术课程这种实践性较强的课堂教学，显然传统的教学方法不能充分调动学生学习的积极性，而多媒体教学方法是通过计算机技术、网络技术、多媒体技术和现代教学方法进行的教学活动，集文字、***像、声音、视频影像、动画等各种信息于一体，教学更加形象、直观和生动。例如通过使用丰富的网络资源，同学们能够了解当前有关单片机的新书讯、新技术、新信息和相关领域的内容，了解单片机应用和发展的现状。同时在每章节的最后把网络上具有代表性的和应用性的问题搬到课堂上，组织大家一起进行讨论和分析等，能使课堂学习的基础知识和实际应用联系在一起。这样就可以引导同学们学会搜集和消化网络上的有关资源，学会查阅单片机厂家提供的芯片技术资料，为将来自己进行软硬件设计打下基础。
2.1.2在汇编语言教学中引入标准C语言
鉴于汇编语言不容易掌握的问题，教师在讲授完单片机原理硬件结构、指令系统和汇编语言程序设计章节之后，可引入单片机标准C语言的教学内容。其内容主要包括C的基本语法、C的数据结构、C的存储结构和C的流程控制等知识要点，并且在讲解的过程中跟汇编语言作对比，理解两者在端口和中断等定义上的不同，使同学们在了解单片机硬件结构的基础上，理解C的数据结构、存储结构与单片机硬件结构的相互对应关系。另外，在学习的过程中，要让同学们认识到C语言相对汇编语言的优点：如C语言的可读性、可维护性好，便于维护和调试，以及代码重用和移植，等等。采用汇编语言和C语言进行对照的教学模式，学生可以很快地在短期内掌握单片机原理应用的编程，无疑会对后期的学习有相当大的益处。
2.1.3引入单片机最常用的开发工具Keil C51
集成电路的发展使得单片机的性能不断提高，应用领域日益广阔，单片机编译调试工具也在不断完善。最常用的开发工具Keil C51是由美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面，同时该软件系统随着Windows版本的更新不断地完善，另外，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。
在引入标准C语言的基础上，为了使学生们走向社会后能够更快适应工厂企业的单片机相关产品的开发，我们又引导同学们掌握此开发平台的使用方法，为以后打下了一个很好的工作基础。
2.2实践性教学的改革
2.2.1变革传统的实验模式
我们尝试改变传统实验过程中以验证性为主的实验模式，指导老师仅提供实验的方向，学生根据实验目的和要求，提前预习，自己到***书馆或者网上查阅相关资料，设计实验方案，编写相关的实验程序。在实验中遇到问题可与小组成员讨论解决，最后得到实验结果。学生应根据自己的实验过程撰写实验报告，包括学生实验中遇到的问题，以及提出的解决方案。同时教师也可以组织学生间进行交流，对各组实验结果与报告展开分析和讨论，从而提高学生的研究能力和科学实验能力。
2.2.2充分利用好课外时间
单片机原理及接口技术课程的课外教学也是实践教学中很重要的一个组成部分，它不仅仅是实验教学的一个补充。事实上，大学生可以通过组织兴趣小组、参与教师的科研等各种方式进行课外学习，这在很大程度上能够激发学生的创新精神，强化他们的实践能力，从而增强他们***解决实际问题的能力。另外，单片机课程任课老师也应适当地对学生课外学习予以指导，针对他们感兴趣的研究方向，提供参考书目，引导学生了解最新动态，把握研究方向，与学生之间展开讨论，鼓励学生走出学校，参加各种嵌入式系统讲座，参与校内外组织的各种跟单片机相关的竞赛活动，开阔学生们的视野，增长他们的才干，逐步培养自己的研究能力和创新能力。
3.结语
在单片机原理及接口技术课程教学环节和实践环节中引入新的内容和教学方法，是否提高了学生们对这门课的学习兴趣、热情和效果呢？我们设计了单片机原理课程评价调查表，来检验学生们对课程改革教学的认可度，分别对05级和06级共计220名学生进行了问卷调查，统计得出的结果是05级112名学生评出的分数平均得分是88.36分，06级108名学生给出的平均分是90.02分。可见通过同学们对改革后的单片机原理及接口技术课程教学的评价，该课程并非那么难学，只要采用合理的教学方法，通过多种手段，提高学生的学习兴趣，就一定能够达到好的教学效果。
参考文献：
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单片机原理及接口技术篇3
【摘要】《单片机原理及接口技术》是电子类专业的核心课程，该课程教学内容多，实践性和理论性强。本文针对教学过程中存在的一些问题，就如何提高教学效果、培养学生的应用能力，提出了一些切实可行的探索方法。
【关键词】单片机；教学目标；教学方法
现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作。单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。由此可见，《单片机原理及接口技术》是电子类专业本、专科学生的一门核心课程。通过本门课程的学习，使学生具有单片机应用系统硬件设计及软件编程的能力，为将来学习DSP、嵌入式系统、毕业设计及参加工作打下良好的基础。因此做好该课程的教学，对提高教学质量和培养学生的创新能力具有重要的意义。因此，如何提高教学效果，激发学生们的学习兴趣，培养学生们分析解决问题的能力，是教学过程中必须要解决的问题。下面结合作者多年的教学实践，从几个方面进行探讨。
1.根据教学目标确定教学内容
《单片机原理及接口技术》的教学目的是使学生初步掌握单片机工作的基本原理和接口技术，熟悉汇编语言，能够将软硬件结合起来进行开发应用等，为后续课程的学习以及未来从事微机系统设计开发工作打下良好的基础。因此，必须根据教学目标选择教学内容。
早期的单片机都是8位或4位的。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。按常理，我们应该讲授最新最先进单片机，不仅速度快而且功能十分丰富强大，但在教学中我们仍选用的51系列的8位单片机为主，16位的单片机为辅。8位机始终是嵌入式低端应用主要机型，而且在未来相当长的时间里，仍会保持这个势头。16位机是电子设计竞赛中经常出现的机型，所以也要根据课时安排，加以补充。
汇编语言最接近机器码的一种语言，其主要优点是占用资源少，程序执行效率高，但是不同的CPU，其汇编语言可能有所差异，所以不易移植。C语言是一种结构化的高级语言，其优点是可读性好，移植容易，是普遍使用的一种计算机语言，缺点是占用资源较多，执行效率没有汇编高。在教学过程中，我们该选择汇编语言还是C语言呢？汇编语言有利于我们理解单片机的工作原理，所以在介绍其工作原理部分，应该适当介绍。而在历年的电子竞赛中，学生采用汇编编程的很少，所以在接口与应用部分，要详细讲解C语言。
单片机教材中的原理***，是反映出各个部件的组成，及其工作原理。在课堂教学中，经常被重视。还有一种时序***，可能讲解的并不细致。在单片机教材中出现过读取内外部数据的时序***，帮助学生理解数据读取的整个过程。这些内容还应该做些扩展，要求学生掌握在该过程中，需要哪些引脚参与，什么时候这些引脚信号起作用。这样做的目的在于学生掌握以后，在比赛中出现其他的时序***，就可以理解。例如，今年四川省的电子设计大赛E题-激光***自动射击装置，该题中需要使用摄像头进行控制。很多学生对于摄像头和FIFO芯片的工作时序理解不太清楚。如果这个环节不了解，后面的设计就很可能做不出来。
2.应用多种教学方法和手段
该课程内容多、知识点零散，很多学生在学习后，不知道如何掌握其主要内容。该课程理论性和实践性很强，学生在理解和掌握时很困难。针对这些问题，只能在教学过程中采用多种教学方法和手段，才能激发学生的学习积极性，提高教学质量。
2.1 教学内容详略得当
《单片机原理及接口技术》在全国高校开设相当普遍，大部分院校培养的学生主要以实际应用为主。在这样的教学目标指导下，在安排教学内容上就应该以原理与应用为主来组织教学，根据学生专业情况适当增减教学内容。
本该课程内容多，在教学过程中需要把握重点难点。例如，在介绍单片机内部结构这章时，本章的重点应该是CPU的内部逻辑结构、总线结构、内外存储器结构。对于它的外部结构，只需要了解它引脚的功能和作用就可以了。本章的难点在于存储器的管理。
2.2 采用实例教学法
实例教学就是以真实的事件为基础进行教学的过程。具体来说就是在讲到某个知识点时，不拘泥于教材的内容，而用较为实际的例子进行说明，这样往往比单纯的说教更具说服力。在课堂上，教师借助于多媒体手段和单片机仿真软件Proteus及Keil uVision2软件对所讲解的实例进行演示，让程序单步运行，并察看每一步所产生的变化，有利于学生理解。仿真软件操作简单，仿真效果和实际硬件十分接近，非常适合课堂演示。
对于一些难于理解的教学内容，如数码管的动态扫描工作过程、键盘的处理、中断过程、A/D及D/A转换过程等内容，可结合多媒体课件和Proteus仿真软件的演示操作模拟实际的运行情况，提高学生的学习兴趣，把原本枯燥的知识变得生动，加深对相关内容的理解。例如D/A转换的内容，用单片机控制小电机正转、停止、反转，这个例子用传统的教学方法学生很难理解，现在有了Proteus仿真软件的演示，当单片机输出一定数字量时，D/A转换器的输出电压值通过电压探头一目了然，仿真电机的运转情况与真实的系统一致。
2.3 采用类比教学法
由于概念多、内容抽象、不易理解，因此，深入浅出地讲解课程内容可以减少学生对课程的畏难情绪。对于一些比较抽象的内容，若能将其与学生熟悉的生活实践相联系，就能收到事半功倍的效果，通过类比，往往能取得很好的教学效果。
例如，我们在讲解内存地址的时候，我们可以以学生的宿舍做类比。每个学生宿舍它都有一个编号，对应的是内存单元应该也有编号，这个编号就是它的地址。
2.4 任务驱动教学法
任务驱动的教学的方式，能为学生提供体验实践的情境和感悟问题的情境，围绕任务展开学习，以任务的完成结果检验和总结学习过程等，改变学生的学习状态，使学生主动建构探究、实践、思考、运用、解决、高智慧的学习体系。
学习单片机的主要目的是为了应用，为了提高学生的学习兴趣，可以采用任务驱动教学法。例如，在学习了并行口之后，可以给学生布置一个任务，要求他们用并行口完成对LED灯的控制。这个任务完成后，可以让他们实现流水灯和交通灯的控制。这样，由浅入深，大大提高了学习的效率和兴趣，培养他们***探索、勇于开拓进取的自学能力。一个“任务”完成了，学生就会获得满足感、成就感，从而激发了他们的求知欲望，逐步形成一个感知心智活动的良性循环。
3.加强实践环节教学
对于理论知识的学习，如果不将这些理论付诸实践，那对于学生来说永远只是雾里看花，无法深入。因此，加强实践教学环节显得尤其重要。重视实验教学，精选实验内容，根据教学进度，及时安排实验，使学生能够理论和实践相结合。每次实验，都安排验证性实验和设计性实验，通过验证性实验使学生加深对所学内容的理解，通过设计性实验培养学生分析解决问题能力。
在实验设备的选择上，可以采用以51单片机为主，并且提供MSP430芯片的实验箱。
对于实践环节，除了利用实验设备以外，还应该鼓励学生参加一些相关的比赛。比如，全国的电子设计大赛、工信部的电子设计大赛。通过参加这类比赛，增扩展加学生的知识面，锻炼学生的实践能力。
4.结束语
《单片机原理与接口技术》是一门理论性和实践性都很强的课程。本文中针对教学过程中，存在的一些问题，提出了自己的解决方法和策略。教学也是一个不断学习和探索的过程。我们应该不断完善教学体系，更新教学内容、探索新的教学方法，调动学生的学习积极性和主动性，提高学生的综合能力。
参考文献
[1]高惠芳，张海峰，胡冀.单片机原理与应用技术[M].北京：科学出版社，2010.
[2]董普松，Proteus在单片机系统设计中的应用[J].现代电子技术，2008（14）.
[3]季金奎，王秀萍.浅谈项目化课程改革的思路[J].科技信息，2009（19）.
[4]周润景，张丽娜.基于Proteus的电路及单片机系统设计与仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.
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