论文部分内容阅读
摘 要 阐述基于YL-236型单片机竞赛装置的五年制高职学校单片机实训教学项目的开发实例，将从近年来全国各级各地职业学校技能大赛的单片机控制装置安装与调试项目中及时捕捉到的竞赛信息有效转化为常态的单片机实训教学项目并予以推广，形成学生人人都参加技能竞赛的新格局。
关键词 技能大赛；五年制高职；单片机；实训教学
中图分类号：G712 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2016）06-0140-03
Abstract Based on YL-236 microcomputer competition devices， the article expatiated the practical training teaching items development of microcomputer application technology in five-year higher vocational education which advocated the goal of cultivating persons with high technical abilities. By extending information collected in vocational school’s installation and debugging of microcomputer control devices competition item to practical training teaching items， we will have a future which every student participate in skill competitions.
Key words skills contest； five-year higher vocational education； micro-
computer； practical training
1 前言
职业学校的技能大赛是引领整个职业学校把握市场脉搏和教学改革的重要风向标，亦是使学生更贴近行业、企业技术前沿，推进校企深度合作的纽带。回顾近年来全国各级各地职业学校技能大赛的单片机控制装置安装与调试项目，通过细致解读此类竞赛的规程，不难发现，由竞赛活动促进相关专业领域的教学改革这一办学指导思想在此类单片机专业技能大赛中均有不同程度的体现。
2 单片机竞赛项目的专业导向性作用
在精心剖析每年度各级别的职业学校技能大赛单片机项目竞赛试题的基础之上，全面地分析具体的知识、技能考核内容与相应的评分要点，从本质上探索技能大赛中单片机项目的专业导向性作用。首要表现为它对于职业学校单片机应用技术课程教学内容的选择是以必需、够用和实用为目的这一基本要求相当明确，然而这在单片机实训教学过程中的操作尺度却并非易于把握。其次，现有的全国职业学校技能大赛中，单片机项目兼顾了理论考核与实践考核两个方面，二者有机融合，各有侧重。显然，避免对基础理论知识的忽视、理论教学与实践教学的脱节确实是职业学校单片机实训教学中亟待解决的重要问题。
3 以竞赛设备为载体，构建单片机实训教学新平台
自2009年起，常州刘国钧高等职业技术学校一直是常州市职业学校技能大赛单片机控制装置安装与调试项目竞赛的考点，为了保证市级竞赛的高效率与高品质，学校引进竞赛指定使用的设备——亚龙YL-236型单片机控制功能实训考核装置。基于前述问题，在职业技能大赛中为广大学生提供了一个新的实训平台机，及时调整了单片机应用技术实训课程的结构，积极开发基于YL-236型单片机竞赛装置的实训教学项目，进一步将职业学校技能大赛的常规化理念渗透于日常的专业教学中。如此将更有利于提高学校实训基地的利用率，优化校企之间的联合，进而增强校外实训基地的建设。
4 基于YL-236型单片机竞赛装置实训教学项目开发的实例
YL-236型单片机控制功能实训考核装置作为职业学校技能竞赛和教学设备，配备了显示模块、继电器模块、ADC/DAC模块、步进电机控制模块、传感器配接模块、扩展模块、温度传感器模块、智能物料搬运装置等能够根据规划的实训教学项目进行基础训练或综合设计的多种类型的功能模块，可以满足具有灵活性、开放式特点的实训教学要求。基于YL-236型单片机竞赛设备的以上特点，首先针对每个独立模块设计单体的训练项目，适时融入某一部分单片机应用知识的链接、相关硬件接口电路原理图的分析、C51语言的软件设计流程图与编程技巧的解读等专项训练。各个单片机实训项目设计的难度由浅入深、逐层递进，反复对基本技能进行强化训练，并且在每个项目调试与演示结果的环节之后增设高度模拟职业技能大赛中需要达到的技术要求与指标，分别从职业与安全意识、工艺性、功能性三个方面考量，逼真地还原了典型单片机控制系统的工作过程。
下面以基于YL-236型单片机竞赛装置规划的实训教学项目七“LED点阵显示广告牌”为开发实例，阐述单片机控制项目的设计理念与指导学生训练的注意事项。
项目描述：在16×32的LED点阵显示屏上显示“实训”两个汉字。项目分析：1）LED点阵的显示原理；2）字模提取软件进行汉字的编码。硬件选择：主机模块MCU01、电源模块MCU02、显示模块MCU04。知识链接：1）LED显示屏的数据刷新率要求为50帧/秒；2）74AC573数据锁存器的真值表。软件设计：1）初始化点阵清屏；2）将4字节数据送入4列，扫描第一行；将4字节再次送入锁存器，扫描第二行，依次类推……显示一个汉字。电路接线表如表1所示。调试结果演示技术要求与指标如表2所示。项目总结：点亮LED，一般要求的电平持续时间是1 ms；时间过短，LED将不能充分点亮；时间过长，显示的字可能不停闪烁。 作为一个单体的实训项目，学生的学习重点和难点是LED点阵显示的原理和利用字模提取软件进行任意汉字的编码。根据项目的要求与配置，可以首先安排学生画出LED点阵显示广告牌的电路原理图；然后根据其电路原理图，绘制在YL-236型单片机竞赛装置上实现LED点阵显示广告牌项目要求的硬件模块接线图。这一重要的环节紧紧契合了全国职业学校技能大赛单片机控制项目对于模块图制图方面的要求和规范。根据硬件模块接线图，接下来应确定本项目硬件模块的具体选择和使用：主机模块MCU01、电源模块MCU02、显示模块MCU04三大模块。同时增加设计了项目电路接线的表格。学生通过该表格的填写，与前面的硬件模块接线图同步展现并再次印证了各个模块之间关键连线的关系。学生在实际接线的操作中，由于LED点阵显示屏模块引脚的接线较多，此处建议使用合适长度的电子排线来完成接线，使模块间的连接关系显得更为清晰，所有模块的 5 V电源与地彼此之间相连接，并且可以将控制信号连接线、电源连接线使用尼龙扎带捆扎固定、整理整齐。
值得注意的是，在选择了所需的模块之后，限于YL-236型单片机竞赛装置的空间，必须考虑如何进行合理、方便的模块布局，使得走线符合电路的电气特性并且整体的格局美观。
确保硬件连接准确无误后，进入该项目总体的软件设计阶段，在此之前，学生需要掌握的知识点：1）了解LED点阵显示屏的原理；2）能分析LED点阵显示屏的数据刷新率的含义；3）能利用字模提取软件进行任意汉字的编码；4）能编写基本的动态扫描驱动程序；5）能读懂74AC573数据锁存器的真值表。储备知识完毕后，启动软件的整体设计流程。对于本项目的程序需求分析，可以采用顶层分解的方式来降低学生学习的理论重心，其实质即为LED显示屏的控制与显示，程序设计步骤：初始化16×32的LED点阵显示屏，清屏；将4个字节的数据分别送至4个列，并扫描第一行；将4个字节再次送入锁存器，并扫描第二行，依次类推……直至显示出一个汉字。
在具体驱动程序的编写过程中尤为值得一提的是，与一切显示图像的设备一样，LED点阵显示屏也需要一定的数据刷新率。实践证明，只有数据刷新率在不低于50帧/秒时，人眼才感觉不到闪烁。因此，人的视觉暂留效应正是设计要求每秒钟最低扫描LED点阵显示屏50次的原因所在，学生也可以自己通过使用模块做相应的测试来证实这一实用技巧。另外，LED具有一定的响应时间和余辉效应，点亮LED一般要求的电平持续时间是1 ms，若时间过短，LED将不能充分点亮；若时间过长，显示的字可能不停闪烁。当LED点亮后撤走电平，它不会立即熄灭，这样从左向右扫描完一帧，看起来却是同时点亮的。
如此由浅入深、以不同知识和技能的重组形式，让学生能够从每一个项目实施过程中的技能需求自然过渡至向理论方向寻求界定相关知识的外延和内涵。在成功进行系统软硬件联合调试的基础上，学生还将完成配套设计的项目任务书、工作单、工艺表或调试结果演示技术要求与指标等项目开发资料，着重培养应用能力和解决问题的实际工作能力。
每个项目的质量考核评价表的设计借鉴了全国技能大赛单片机控制装置安装与调试项目的评分项目和评分标准，一般考量学生在职业与安全意识、模块元件连接工艺、制图准确性与规范性、实现的功能性等方面的完成度，使普通的学生在常态的单片机装调项目技能训练中也能够体验到国赛赛程中的严格和规范性。
由上述项目实例LED点阵显示广告牌可见，在应用YL-236型单片机竞赛装置开发实训教学项目或设计工作任务时的基本思路可以总结为：围绕该竞赛装置的正常工作，首先考虑需要应用它提供的哪些模块的元件去采集外部信息，处理这些输入信号将使用到单片机的哪些控制指令，如何编写控制程序；其次，需要应用该竞赛装置提供的哪些模块的元件处理输出信号，执行对装置的控制；最后，对于综合性单片机实训项目的规划更可以变化多样，根据控制系统不同的动作要求、意外情况处理方式等，使用不同的模块、应用不同的控制电路和编写不同的单片机控制程序。总之，即是在已形成的基本的简单项目的单片机竞赛装置安装与调试能力的基础上，提升学生设计综合应用方案的能力。
5 结语
基于YL-236型单片机竞赛装置实训教学项目的开发，注重在学生单片机软件与硬件联合调试技术方面能力的培养，强调了呈现项目的结果，充分展现了当代职业教育的特色。常州刘国钧高等职业技术学校在全国职业学校技能大赛单片机控制装置安装与调试项目中获得的优异成绩亦得益于在争创国家示范性高等职业院校建设中的课程改革、师资队伍、实训基地等方面取得的长足发展。
新的职业教育理念已经深深印入教师的心中，此时正是将全国技能大赛的成果有效地转化为常态教学成果的大好时机。在全国职业学校单片机控制项目技能大赛总体指导思想的指引下，在借鉴汲取以往比赛项目经验的基础上，基于YL-236型单片机竞赛装置实训教学项目的开发，将竞赛设备作为广大学生在常规课程中时刻接触的实训载体，使人人均有机会通过此设备参与技能大赛，真正形成人人参赛的新格局。
参考文献
[1]李刚.基于工作过程的高职课程教学模式的理论探讨[J].黑龙江教育：高教研究与评估，2011（7）：65-66.
[2]高林，刘松.高职组电子产品设计嵌入式产品开发项目的赛后启示与思考[J].电子制作，2010（8）：7-9.
关键词 技能大赛；五年制高职；单片机；实训教学
中图分类号：G712 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2016）06-0140-03
Abstract Based on YL-236 microcomputer competition devices， the article expatiated the practical training teaching items development of microcomputer application technology in five-year higher vocational education which advocated the goal of cultivating persons with high technical abilities. By extending information collected in vocational school’s installation and debugging of microcomputer control devices competition item to practical training teaching items， we will have a future which every student participate in skill competitions.
Key words skills contest； five-year higher vocational education； micro-
computer； practical training
1 前言
职业学校的技能大赛是引领整个职业学校把握市场脉搏和教学改革的重要风向标，亦是使学生更贴近行业、企业技术前沿，推进校企深度合作的纽带。回顾近年来全国各级各地职业学校技能大赛的单片机控制装置安装与调试项目，通过细致解读此类竞赛的规程，不难发现，由竞赛活动促进相关专业领域的教学改革这一办学指导思想在此类单片机专业技能大赛中均有不同程度的体现。
2 单片机竞赛项目的专业导向性作用
在精心剖析每年度各级别的职业学校技能大赛单片机项目竞赛试题的基础之上，全面地分析具体的知识、技能考核内容与相应的评分要点，从本质上探索技能大赛中单片机项目的专业导向性作用。首要表现为它对于职业学校单片机应用技术课程教学内容的选择是以必需、够用和实用为目的这一基本要求相当明确，然而这在单片机实训教学过程中的操作尺度却并非易于把握。其次，现有的全国职业学校技能大赛中，单片机项目兼顾了理论考核与实践考核两个方面，二者有机融合，各有侧重。显然，避免对基础理论知识的忽视、理论教学与实践教学的脱节确实是职业学校单片机实训教学中亟待解决的重要问题。
3 以竞赛设备为载体，构建单片机实训教学新平台
自2009年起，常州刘国钧高等职业技术学校一直是常州市职业学校技能大赛单片机控制装置安装与调试项目竞赛的考点，为了保证市级竞赛的高效率与高品质，学校引进竞赛指定使用的设备——亚龙YL-236型单片机控制功能实训考核装置。基于前述问题，在职业技能大赛中为广大学生提供了一个新的实训平台机，及时调整了单片机应用技术实训课程的结构，积极开发基于YL-236型单片机竞赛装置的实训教学项目，进一步将职业学校技能大赛的常规化理念渗透于日常的专业教学中。如此将更有利于提高学校实训基地的利用率，优化校企之间的联合，进而增强校外实训基地的建设。
4 基于YL-236型单片机竞赛装置实训教学项目开发的实例
YL-236型单片机控制功能实训考核装置作为职业学校技能竞赛和教学设备，配备了显示模块、继电器模块、ADC/DAC模块、步进电机控制模块、传感器配接模块、扩展模块、温度传感器模块、智能物料搬运装置等能够根据规划的实训教学项目进行基础训练或综合设计的多种类型的功能模块，可以满足具有灵活性、开放式特点的实训教学要求。基于YL-236型单片机竞赛设备的以上特点，首先针对每个独立模块设计单体的训练项目，适时融入某一部分单片机应用知识的链接、相关硬件接口电路原理图的分析、C51语言的软件设计流程图与编程技巧的解读等专项训练。各个单片机实训项目设计的难度由浅入深、逐层递进，反复对基本技能进行强化训练，并且在每个项目调试与演示结果的环节之后增设高度模拟职业技能大赛中需要达到的技术要求与指标，分别从职业与安全意识、工艺性、功能性三个方面考量，逼真地还原了典型单片机控制系统的工作过程。
下面以基于YL-236型单片机竞赛装置规划的实训教学项目七“LED点阵显示广告牌”为开发实例，阐述单片机控制项目的设计理念与指导学生训练的注意事项。
项目描述：在16×32的LED点阵显示屏上显示“实训”两个汉字。项目分析：1）LED点阵的显示原理；2）字模提取软件进行汉字的编码。硬件选择：主机模块MCU01、电源模块MCU02、显示模块MCU04。知识链接：1）LED显示屏的数据刷新率要求为50帧/秒；2）74AC573数据锁存器的真值表。软件设计：1）初始化点阵清屏；2）将4字节数据送入4列，扫描第一行；将4字节再次送入锁存器，扫描第二行，依次类推……显示一个汉字。电路接线表如表1所示。调试结果演示技术要求与指标如表2所示。项目总结：点亮LED，一般要求的电平持续时间是1 ms；时间过短，LED将不能充分点亮；时间过长，显示的字可能不停闪烁。 作为一个单体的实训项目，学生的学习重点和难点是LED点阵显示的原理和利用字模提取软件进行任意汉字的编码。根据项目的要求与配置，可以首先安排学生画出LED点阵显示广告牌的电路原理图；然后根据其电路原理图，绘制在YL-236型单片机竞赛装置上实现LED点阵显示广告牌项目要求的硬件模块接线图。这一重要的环节紧紧契合了全国职业学校技能大赛单片机控制项目对于模块图制图方面的要求和规范。根据硬件模块接线图，接下来应确定本项目硬件模块的具体选择和使用：主机模块MCU01、电源模块MCU02、显示模块MCU04三大模块。同时增加设计了项目电路接线的表格。学生通过该表格的填写，与前面的硬件模块接线图同步展现并再次印证了各个模块之间关键连线的关系。学生在实际接线的操作中，由于LED点阵显示屏模块引脚的接线较多，此处建议使用合适长度的电子排线来完成接线，使模块间的连接关系显得更为清晰，所有模块的 5 V电源与地彼此之间相连接，并且可以将控制信号连接线、电源连接线使用尼龙扎带捆扎固定、整理整齐。
值得注意的是，在选择了所需的模块之后，限于YL-236型单片机竞赛装置的空间，必须考虑如何进行合理、方便的模块布局，使得走线符合电路的电气特性并且整体的格局美观。
确保硬件连接准确无误后，进入该项目总体的软件设计阶段，在此之前，学生需要掌握的知识点：1）了解LED点阵显示屏的原理；2）能分析LED点阵显示屏的数据刷新率的含义；3）能利用字模提取软件进行任意汉字的编码；4）能编写基本的动态扫描驱动程序；5）能读懂74AC573数据锁存器的真值表。储备知识完毕后，启动软件的整体设计流程。对于本项目的程序需求分析，可以采用顶层分解的方式来降低学生学习的理论重心，其实质即为LED显示屏的控制与显示，程序设计步骤：初始化16×32的LED点阵显示屏，清屏；将4个字节的数据分别送至4个列，并扫描第一行；将4个字节再次送入锁存器，并扫描第二行，依次类推……直至显示出一个汉字。
在具体驱动程序的编写过程中尤为值得一提的是，与一切显示图像的设备一样，LED点阵显示屏也需要一定的数据刷新率。实践证明，只有数据刷新率在不低于50帧/秒时，人眼才感觉不到闪烁。因此，人的视觉暂留效应正是设计要求每秒钟最低扫描LED点阵显示屏50次的原因所在，学生也可以自己通过使用模块做相应的测试来证实这一实用技巧。另外，LED具有一定的响应时间和余辉效应，点亮LED一般要求的电平持续时间是1 ms，若时间过短，LED将不能充分点亮；若时间过长，显示的字可能不停闪烁。当LED点亮后撤走电平，它不会立即熄灭，这样从左向右扫描完一帧，看起来却是同时点亮的。
如此由浅入深、以不同知识和技能的重组形式，让学生能够从每一个项目实施过程中的技能需求自然过渡至向理论方向寻求界定相关知识的外延和内涵。在成功进行系统软硬件联合调试的基础上，学生还将完成配套设计的项目任务书、工作单、工艺表或调试结果演示技术要求与指标等项目开发资料，着重培养应用能力和解决问题的实际工作能力。
每个项目的质量考核评价表的设计借鉴了全国技能大赛单片机控制装置安装与调试项目的评分项目和评分标准，一般考量学生在职业与安全意识、模块元件连接工艺、制图准确性与规范性、实现的功能性等方面的完成度，使普通的学生在常态的单片机装调项目技能训练中也能够体验到国赛赛程中的严格和规范性。
由上述项目实例LED点阵显示广告牌可见，在应用YL-236型单片机竞赛装置开发实训教学项目或设计工作任务时的基本思路可以总结为：围绕该竞赛装置的正常工作，首先考虑需要应用它提供的哪些模块的元件去采集外部信息，处理这些输入信号将使用到单片机的哪些控制指令，如何编写控制程序；其次，需要应用该竞赛装置提供的哪些模块的元件处理输出信号，执行对装置的控制；最后，对于综合性单片机实训项目的规划更可以变化多样，根据控制系统不同的动作要求、意外情况处理方式等，使用不同的模块、应用不同的控制电路和编写不同的单片机控制程序。总之，即是在已形成的基本的简单项目的单片机竞赛装置安装与调试能力的基础上，提升学生设计综合应用方案的能力。
5 结语
基于YL-236型单片机竞赛装置实训教学项目的开发，注重在学生单片机软件与硬件联合调试技术方面能力的培养，强调了呈现项目的结果，充分展现了当代职业教育的特色。常州刘国钧高等职业技术学校在全国职业学校技能大赛单片机控制装置安装与调试项目中获得的优异成绩亦得益于在争创国家示范性高等职业院校建设中的课程改革、师资队伍、实训基地等方面取得的长足发展。
新的职业教育理念已经深深印入教师的心中，此时正是将全国技能大赛的成果有效地转化为常态教学成果的大好时机。在全国职业学校单片机控制项目技能大赛总体指导思想的指引下，在借鉴汲取以往比赛项目经验的基础上，基于YL-236型单片机竞赛装置实训教学项目的开发，将竞赛设备作为广大学生在常规课程中时刻接触的实训载体，使人人均有机会通过此设备参与技能大赛，真正形成人人参赛的新格局。
参考文献
[1]李刚.基于工作过程的高职课程教学模式的理论探讨[J].黑龙江教育：高教研究与评估，2011（7）：65-66.
[2]高林，刘松.高职组电子产品设计嵌入式产品开发项目的赛后启示与思考[J].电子制作，2010（8）：7-9.