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嵌入式系统开发技术项目化研究

2022-01-05 22:15:01毕业论文访问手机版

摘要:为提升嵌入式系统开发技术课程的教学效果与教学质量,引入智能小车硬件平台对课程进行项目化教学。分析嵌入式系统开发技术课程基于硬件平台实施的必要性,以设计多功能智能小车控制系统为项目,详细阐述将课程内容与项目相结合,为建设高效率嵌入式系统课堂提供思路。

关键词:嵌入式系统;硬件平台;项目化

随着国家经济的快速发展,嵌入式系统得到广泛应用,各行各业迫切需求大量的嵌入式技术人才,当今“嵌入式系统开发技术”已成为高等学校电子信息类专业的必修课,教学内容是以目前主流的嵌入式处理器为核心,为完成特定功能进行软硬件设计开发。目的就是让学生掌握嵌入式系统的软硬件构成及常见设计开发方法,着重培养学生的动手实践能力,使学生成为社会需要、行业需求的技能应用型人才[1]。

1嵌入式系统开发技术课程的教学现状

嵌入式系统开发技术是一门综合性课程,本门课程一般是在第四或第五学期开课,涉及到前导课程较多,如电路、数电、模电、单片机、传感器、C语言等课程,同时还要对这些课程掌握得比较精通,不能仅限于了解。目前学生学习单片机时普遍学习的是8位单片机,而在嵌入式系统中一般是使用32位单片机,涉及到的知识体系结构更为复杂,除了常见的应用程序的编写,还会涉及到操作系统程序的编写,内容的广度与深度远远大过8位单片机,这对刚接触的学生来说会非常吃力[2]。同时本门课程是一门理论与实践并重的课程。学生需要学习很多理论知识,由于难度较大,学生很难长时间集中注意力。如果没有设计足够吸引人的实训内容,实训课时不能很好地与理论课程进行衔接,学生对实训课没有多大的兴趣,课堂教学效果会大打折扣,因此,对课程进行项目化改造就显得非常重要[3]。

2基于智能小车硬件平台的项目化改造

利用项目化教学,将一个大任务进行分解,得到若干个小任务点,再将每个小任务点与知识点联系在一起,循序渐进,一步一步最终完成学习任务。本门课程选用的硬件平台为51智能小车,外形如图1所示。首先,该硬件将智能小车和单片机开发板进行二合一,里面包含单片机开发板一套,不但可以全面学习51单片机开发板基础知识,更可以设计、学习、娱乐三管齐下,将学到的知识融入实践,真正做到在娱乐中学习。其次,该装置搭载了电压检测系统,该系统直接插在底板插座上使用,实测系统电压,分析不同实验装置与小车之间的效果参数。最后,该装置支持多种通信连接方式,通过蓝牙、wifi等通信方式,我们可以在电脑、手机上进行远距离操控,为后续学习物联网方面知识打下基础。同时该智能小车拓展性强,适合学生DIY设计,用不同的传感器可完成不同的花样玩法,比如:装上风扇电机可拓展成智能灭火车;在小车上加上超声波舵机云台,云台左右转动,判断周围环境距离,可实现高级避障功能;在小车上插上声音传感器和人体红外传感器,就可以对小车实现声控和人体感应。结合企业实际工作情境,从实用性和学生的兴趣点出发,设计了本课程的教学载体,即以“设计小车多功能控制系统”为贯穿项目,在该贯穿项目的基础上下设“设计小车运动控制系统”等5个子项目和15个训练任务,如图2所示。子项目以小车运动控制系统为基石,在此基础上不断对小车的功能进行完善,以激发学生的学习兴趣。在对小车功能进行完善的过程中,各个子项目都遵循“由易到难、由简到繁”的思路。

3基于硬件平台的嵌入式课程项目实施

在此,将以直流电机调速系统的设计项目为例,来讲解项目化教学的具体实施过程。首先在上课前将本节课的任务要求给出,如表1所示。给出任务要求后,教师接着进行理论教学,讲解本节课所用到的知识点,为了更生动形象,辅以视频、动画、微课等信息化资源,务求让所有学生掌握该知识点。讲完之后,引导学生根据任务要求,选取硬件平台的资源,设计硬件电路。除了单片机最小系统外,还需要按键,现有按键资源如图3所示。学生自主选取独立按键和矩阵按键,然后完成硬件电路的接线。硬件电路完成之后,学生画出程序设计流程图,最后教师可以给出图4所示的参考流程图。学生根据自己设计的程序控制流程图,在KEil4软件中完成程序的编写,编译之后生成HEX文件,最后将HEX文件下载到各自组的智能小车中的单片机,上电之后运行电路,查看能否实现任务要求;如果有问题,则根据错误情况进行软硬件调试,直到现象正确为止。

4结语

嵌入式系统开发技术课程的特点就是理论与实践并重,并且当今信息技术及嵌入式技术更新非常快,这就需要教师在教学中不断改进教学方法,创新教学模式,探索符合时代发展的教学手段。实践证明,将硬件平台与课程教学相结合,可以激发学生的学习求知欲,提高学生的实践能力,对培养社会满意、企业认同的技术技能型人才具有重要的现实意义。

参考文献:

[1]周风波,杨为民.基于高校“嵌入式系统”课程教学改革研究[J].科教导刊,2019,5(14):97-98.

[2]肖知明.基于专业群的跨界融合、模块嵌入式项目化课程教学设计与实践研究:以灯具开发设计课程为例[J].现代职业教育,2020(17):150-151.

[3]刘振栋.基于成果导向的项目化课程体系构建思考:以高职物联网应用技术专业为例[J].时代汽车,2020(17):81-83.

作者:王涛 李靓琦 陈紫鹏 张文光 单位:吉安职业技术学院