主頁 > 技術(shù)文章 > 淺析基于單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的C程序設(shè)計(jì)教學(xué)方法探討 2024-10-11

淺析基于單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的C程序設(shè)計(jì)教學(xué)方法探討

摘要：“C程序設(shè)計(jì)”課程是電子類專業(yè)基礎(chǔ)必修課，主要是為單片機(jī)編程服務(wù)，該課程的教學(xué)效果直接影響到后續(xù)單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)。本文結(jié)合單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的特點(diǎn)，探討了C程序設(shè)計(jì)教學(xué)方法，為后續(xù)單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。
　　隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，基于單片機(jī)上的系統(tǒng)開發(fā)，C語言作為一種高級(jí)的編程語言，越來越受到人們的關(guān)注。現(xiàn)在，無論是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)企業(yè)還是電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)等，一般都以C語言為主要開發(fā)工具。結(jié)合單片機(jī)的系統(tǒng)資源，用C語言開發(fā)符合實(shí)際工程需要的單片機(jī)系統(tǒng)，對(duì)于編程者來說就有重要的意義。
　　1.C在單片機(jī)教學(xué)中的地位：
　　C語言作為一種結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語言，它是程序開發(fā)工具中使用最廣泛一門編程語言。C語言具有很強(qiáng)的功能性、結(jié)構(gòu)性、可移植性。用C語言編寫程序比匯編更符合人們的思考習(xí)慣，程序開發(fā)者可以擺脫與硬件不必要的接觸，更專心地考慮程序的功能和算法而不是考慮一些細(xì)節(jié)問題，這樣就減少了開發(fā)和調(diào)試的時(shí)間。由于它具有良好的程序結(jié)構(gòu)，適用于模塊化程序設(shè)計(jì)，因此采用C語言設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序時(shí)，采用結(jié)構(gòu)化的、自頂向下、逐步求精的程序設(shè)計(jì)方法，將功能模塊化，由不同的模塊完成不同的功能。這樣可使整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)清晰，易于調(diào)試和維護(hù)。
　　2.單片機(jī)教學(xué)現(xiàn)狀：
　　單片機(jī)技術(shù)是現(xiàn)代電子工程領(lǐng)域一門飛速發(fā)展的技術(shù)，是現(xiàn)代電子技術(shù)中的一項(xiàng)不可缺少的重要技術(shù)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和日益普及，單片機(jī)技術(shù)已滲透到各個(gè)領(lǐng)域，影響著我們的日常生活和工作。因此電子技術(shù)及相關(guān)專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)越來越成為社會(huì)發(fā)展的需求。當(dāng)前，各大高校的電子、計(jì)算機(jī)類專業(yè)均開設(shè)單片機(jī)課程。
　　《單片機(jī)》是我院電子系一門實(shí)踐性極強(qiáng)的專業(yè)主干課程，是我校電子系重點(diǎn)建設(shè)課程之一，是本專業(yè)學(xué)生的必修課程。為了提高我系單片機(jī)教學(xué)效果，我們對(duì)單片機(jī)教學(xué)進(jìn)行了大膽改革，使用C語言開發(fā)單片機(jī)，且課程的設(shè)計(jì)打破了學(xué)科體系的框架，將單片機(jī)和C語言的相關(guān)知識(shí)和技能按“項(xiàng)目”進(jìn)行整合，并將《C程序設(shè)計(jì)》課程列為電子類專業(yè)核心基礎(chǔ)課程之一。因此，《C程序設(shè)計(jì)》課程教學(xué)效果的好壞，將直接影響學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。
　　從近幾年我系《C程序設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)效果來看，學(xué)生普遍反映該課程的學(xué)習(xí)比較困難，課程的語法知識(shí)較多，理解和記憶都不太容易，即使記住了語法知識(shí)也不能靈活應(yīng)用；不知道學(xué)習(xí)C語言究竟有何用處，學(xué)完C后不能很好地利用C進(jìn)行單片機(jī)小型系統(tǒng)的開發(fā)，缺乏知識(shí)的靈活應(yīng)用能力。因此，根據(jù)以往單片機(jī)教學(xué)所得經(jīng)驗(yàn)，我覺得教師有必要在《C程序設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)過程中在以下幾個(gè)方面引起足夠的重視，并在教學(xué)中加以改進(jìn)，為后續(xù)單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　3.《C程序設(shè)計(jì)》課程教學(xué)方法探索：
　　3.1上好每堂課，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣
　　語言程序設(shè)計(jì)教學(xué)被認(rèn)為是一種需要師生雙方改進(jìn)的一門課程，因?yàn)榇蠖鄶?shù)語言教材中通常先給出一般的語法格式，然后逐步講解語法要點(diǎn)，再給出實(shí)例。這種順序灌輸會(huì)使學(xué)生失去學(xué)習(xí)的興趣，所以我認(rèn)為在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)采取以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式，要求學(xué)生自己先看有關(guān)知識(shí)點(diǎn)，并識(shí)記。教師采取精講實(shí)例，在這過程中引出相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，然后再舉一類似實(shí)例讓學(xué)生自己分析，鞏固知識(shí)點(diǎn)。教師應(yīng)把主要精力放在算法的分析和各語句語法的具體應(yīng)用上，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力，采取互動(dòng)機(jī)制，迫使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)。
　　3.2注重演示，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)踐操作能力：
　　因?yàn)槭谡n對(duì)象是一年級(jí)新生，所以教師多用通俗易懂的語言進(jìn)行講解，多舉實(shí)例，使學(xué)生容易理解和消化。在教學(xué)過程中，盡量采用講解、演示方法，如在講解經(jīng)典算法后，按照理論方法所述，用DEV C++軟件進(jìn)行編程演示，從而加深學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解。
在教學(xué)過程中，教師應(yīng)將理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行整合，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用設(shè)置實(shí)驗(yàn)題目，讓每個(gè)學(xué)生獨(dú)立完成。遇到學(xué)生不能解決的問題，教師應(yīng)利用多媒體進(jìn)行演示解決問題的過程，從而加深學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解并提高實(shí)踐操作能力。
3.3培養(yǎng)良好的編程風(fēng)格
　　3.3.1優(yōu)化程序
　　由于在許多工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域中的嵌入式系統(tǒng)都采用單片機(jī)開發(fā)，它們所需要的計(jì)算和控制工作日趨復(fù)雜，其中軟件的設(shè)計(jì)是最復(fù)雜和困難的，工作量大，特別是對(duì)于控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員需要考慮單片機(jī)的軟硬件資源分配，但是單片機(jī)系統(tǒng)是一種資源十分有限的系統(tǒng)。這主要表現(xiàn)在CPU和片內(nèi)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、程序存儲(chǔ)器資源的不足。因此在用C語言進(jìn)行單片機(jī)開發(fā)時(shí)，如何使用好這些有限的資源就顯得十分重要。雖然C語言具有許多的優(yōu)點(diǎn)，但是生成的代碼相對(duì)要長(zhǎng)，基本多占用存儲(chǔ)空間20%—50%。因而，在“C程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中，教師不僅要教會(huì)學(xué)生如何編寫程序，而且應(yīng)在教學(xué)過程中向?qū)W生灌輸優(yōu)化代碼的思想，讓學(xué)生從大一開始就有開發(fā)項(xiàng)目的一些經(jīng)驗(yàn)。
　　3.3.2合理選用數(shù)據(jù)類型
　　C語言在程序開發(fā)中提供了的豐富的數(shù)據(jù)類型，尤其是關(guān)于用戶界面開發(fā)和一些動(dòng)畫與圖像技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。但是在開發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)，我們要按照實(shí)際需要，合理地選用數(shù)據(jù)類型。C語言中有Char等少數(shù)的數(shù)據(jù)類型是機(jī)器語言直接支持的數(shù)據(jù)類型，用此類數(shù)據(jù)類型的語句所生成的代碼較短，而其它的數(shù)據(jù)類型如整型、浮點(diǎn)型等數(shù)據(jù)要有一定的內(nèi)部程序或內(nèi)部函數(shù)的支持，相對(duì)來說較復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型的語句生成的代碼也復(fù)雜，不利于轉(zhuǎn)化成單片機(jī)的代碼。因此，在“C程序設(shè)計(jì)“教學(xué)過程中，要向?qū)W生適當(dāng)說明選擇合適數(shù)據(jù)類型的好處，并盡可能地減少程序中使用的數(shù)據(jù)類型的種類，為以后學(xué)生的單片機(jī)學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。
　　3.3.3灌輸模塊化程序設(shè)計(jì)思想
　　在普通微型計(jì)算機(jī)上進(jìn)行C語言程序開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，只需考慮程序功能實(shí)現(xiàn)，而不必考慮程序代碼的長(zhǎng)短。但是在單片機(jī)上進(jìn)行C語言程序設(shè)計(jì)就必須考慮系統(tǒng)的硬件資源，要求設(shè)計(jì)的軟件程序結(jié)構(gòu)是合理、緊湊和高效的。同一任務(wù)，有時(shí)用主程序完成是合理的，但有時(shí)需子程序效率最高，占用資源最少；有時(shí)并不是程序的算法越簡(jiǎn)單、長(zhǎng)度越短越好，由于有一些算法要調(diào)用一些內(nèi)部的子程序和函數(shù)，生成的機(jī)器代碼質(zhì)量反而較低。不同的算法對(duì)程序代碼效率影響很大。因此，在進(jìn)行“C程序設(shè)計(jì)”教學(xué)時(shí)，教師應(yīng)適當(dāng)向?qū)W生灌輸模塊化程序設(shè)計(jì)的思想，在不影響程序功能實(shí)現(xiàn)的情況下可以采用一些優(yōu)化算法，并且把程序分成若干個(gè)功能獨(dú)立的模塊，為學(xué)生今后的單片機(jī)項(xiàng)目開發(fā)做好鋪墊。
單片機(jī)系統(tǒng)采用C語言開發(fā)與設(shè)計(jì)，極大地促進(jìn)了單片機(jī)在生產(chǎn)、生活各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，提高了程序開發(fā)效率。因而，C語言學(xué)習(xí)效果的好壞，對(duì)今后單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)具有深遠(yuǎn)的影響。除了講解C語言的基本語法外，更重要的是改善教學(xué)方法，利用各種方法培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并向?qū)W生灌輸良好的編程風(fēng)格與編程方法，為今后的單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

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淺析基于單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的C程序設(shè)計(jì)教學(xué)方法探討

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