主頁 > 技術文章 > 淺析基于單片機系統(tǒng)開發(fā)的C程序設計教學方法探討 2024-10-11

淺析基于單片機系統(tǒng)開發(fā)的C程序設計教學方法探討

摘要：“C程序設計”課程是電子類專業(yè)基礎必修課，主要是為單片機編程服務，該課程的教學效果直接影響到后續(xù)單片機課程的學習。本文結合單片機系統(tǒng)開發(fā)的特點，探討了C程序設計教學方法，為后續(xù)單片機課程的學習打下基礎。
　　隨著微電子技術的發(fā)展和廣泛應用，基于單片機上的系統(tǒng)開發(fā)，C語言作為一種高級的編程語言，越來越受到人們的關注�，F(xiàn)在，無論是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)企業(yè)還是電子設計競賽、畢業(yè)設計等，一般都以C語言為主要開發(fā)工具。結合單片機的系統(tǒng)資源，用C語言開發(fā)符合實際工程需要的單片機系統(tǒng)，對于編程者來說就有重要的意義。
　　1.C在單片機教學中的地位：
　　C語言作為一種結構化的程序設計語言，它是程序開發(fā)工具中使用最廣泛一門編程語言。C語言具有很強的功能性、結構性、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節(jié)問題，這樣就減少了開發(fā)和調(diào)試的時間。由于它具有良好的程序結構，適用于模塊化程序設計，因此采用C語言設計單片機應用系統(tǒng)程序時，采用結構化的、自頂向下、逐步求精的程序設計方法，將功能模塊化，由不同的模塊完成不同的功能。這樣可使整個應用系統(tǒng)程序結構清晰，易于調(diào)試和維護。
　　2.單片機教學現(xiàn)狀：
　　單片機技術是現(xiàn)代電子工程領域一門飛速發(fā)展的技術，是現(xiàn)代電子技術中的一項不可缺少的重要技術。隨著技術的不斷進步和日益普及，單片機技術已滲透到各個領域，影響著我們的日常生活和工作。因此電子技術及相關專業(yè)的學生學習單片機技術越來越成為社會發(fā)展的需求。當前，各大高校的電子、計算機類專業(yè)均開設單片機課程。
　　《單片機》是我院電子系一門實踐性極強的專業(yè)主干課程，是我校電子系重點建設課程之一，是本專業(yè)學生的必修課程。為了提高我系單片機教學效果，我們對單片機教學進行了大膽改革，使用C語言開發(fā)單片機，且課程的設計打破了學科體系的框架，將單片機和C語言的相關知識和技能按“項目”進行整合，并將《C程序設計》課程列為電子類專業(yè)核心基礎課程之一。因此，《C程序設計》課程教學效果的好壞，將直接影響學生后續(xù)專業(yè)課程的學習。
　　從近幾年我系《C程序設計》課程的教學效果來看，學生普遍反映該課程的學習比較困難，課程的語法知識較多，理解和記憶都不太容易，即使記住了語法知識也不能靈活應用；不知道學習C語言究竟有何用處，學完C后不能很好地利用C進行單片機小型系統(tǒng)的開發(fā)，缺乏知識的靈活應用能力。因此，根據(jù)以往單片機教學所得經(jīng)驗，我覺得教師有必要在《C程序設計》課程的教學過程中在以下幾個方面引起足夠的重視，并在教學中加以改進，為后續(xù)單片機課程的學習打下堅實的基礎。
　　3.《C程序設計》課程教學方法探索：
　　3.1上好每堂課，激發(fā)學生的學習興趣
　　語言程序設計教學被認為是一種需要師生雙方改進的一門課程，因為大多數(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，再給出實例。這種順序灌輸會使學生失去學習的興趣，所以我認為在課堂教學環(huán)節(jié)應采取以學生為主體、以教師為主導的教學模式，要求學生自己先看有關知識點，并識記。教師采取精講實例，在這過程中引出相關知識點，然后再舉一類似實例讓學生自己分析，鞏固知識點。教師應把主要精力放在算法的分析和各語句語法的具體應用上，同時培養(yǎng)學生自學能力，采取互動機制，迫使學生主動學習。
　　3.2注重演示，強化實驗，提高實踐操作能力：
　　因為授課對象是一年級新生，所以教師多用通俗易懂的語言進行講解，多舉實例，使學生容易理解和消化。在教學過程中，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++軟件進行編程演示，從而加深學生對教學內(nèi)容的理解。
在教學過程中，教師應將理論知識與實驗內(nèi)容進行整合，根據(jù)教學內(nèi)容并結合實際應用設置實驗題目，讓每個學生獨立完成。遇到學生不能解決的問題，教師應利用多媒體進行演示解決問題的過程，從而加深學生對教學內(nèi)容的理解并提高實踐操作能力。
3.3培養(yǎng)良好的編程風格
　　3.3.1優(yōu)化程序
　　由于在許多工業(yè)測控領域中的嵌入式系統(tǒng)都采用單片機開發(fā)，它們所需要的計算和控制工作日趨復雜，其中軟件的設計是最復雜和困難的，工作量大，特別是對于控制系統(tǒng)，設計人員需要考慮單片機的軟硬件資源分配，但是單片機系統(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)結構簡單、程序存儲器資源的不足。因此在用C語言進行單片機開發(fā)時，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，但是生成的代碼相對要長，基本多占用存儲空間20%—50%。因而，在“C程序設計”課程教學中，教師不僅要教會學生如何編寫程序，而且應在教學過程中向學生灌輸優(yōu)化代碼的思想，讓學生從大一開始就有開發(fā)項目的一些經(jīng)驗。
　　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，尤其是關于用戶界面開發(fā)和一些動畫與圖像技術的實現(xiàn)。但是在開發(fā)單片機系統(tǒng)時，我們要按照實際需要，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，相對來說較復雜的數(shù)據(jù)類型的語句生成的代碼也復雜，不利于轉化成單片機的代碼。因此，在“C程序設計“教學過程中，要向學生適當說明選擇合適數(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，為以后學生的單片機學習打好基礎。
　　3.3.3灌輸模塊化程序設計思想
　　在普通微型計算機上進行C語言程序開發(fā)設計時，只需考慮程序功能實現(xiàn)，而不必考慮程序代碼的長短。但是在單片機上進行C語言程序設計就必須考慮系統(tǒng)的硬件資源，要求設計的軟件程序結構是合理、緊湊和高效的。同一任務，有時用主程序完成是合理的，但有時需子程序效率最高，占用資源最少；有時并不是程序的算法越簡單、長度越短越好，由于有一些算法要調(diào)用一些內(nèi)部的子程序和函數(shù)，生成的機器代碼質(zhì)量反而較低。不同的算法對程序代碼效率影響很大。因此，在進行“C程序設計”教學時，教師應適當向學生灌輸模塊化程序設計的思想，在不影響程序功能實現(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功能獨立的模塊，為學生今后的單片機項目開發(fā)做好鋪墊。
單片機系統(tǒng)采用C語言開發(fā)與設計，極大地促進了單片機在生產(chǎn)、生活各個領域的應用，提高了程序開發(fā)效率。因而，C語言學習效果的好壞，對今后單片機課程的學習具有深遠的影響。除了講解C語言的基本語法外，更重要的是改善教學方法，利用各種方法培養(yǎng)學生的學習興趣，并向學生灌輸良好的編程風格與編程方法，為今后的單片機課程的學習打下良好的基礎。

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