引 言

近年來，國內(nèi)一部分本科院校正處于向應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)轉(zhuǎn)型的進(jìn)程中 [1-2]。應(yīng)用型大學(xué)的首要職能是服務(wù)社會，為社會培養(yǎng)品格良好、理論功底扎實、具有較強應(yīng)用實踐能力的應(yīng)用型人才 [3-4]。因此，相關(guān)高校及教師也應(yīng)積極改變教學(xué)思路，變革實驗教學(xué)平臺。

單片機的應(yīng)用非常廣泛，許多理工科專業(yè)都設(shè)置了專門課程。單片機課程教學(xué)的特點是實踐性比較強 [5]。而傳統(tǒng)的單片機實驗平臺往往側(cè)重單片機本身的功能特性，忽略了實際應(yīng)用。在實際教學(xué)中，很多學(xué)生學(xué)會了使用單片機，卻開發(fā)不出實用的系統(tǒng) [6]。

本文首次提出微實驗和微開發(fā)的概念，以加速學(xué)生工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)。同時在此概念的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一款便于學(xué)生掌握單片機原理及其應(yīng)用的單片機微實驗與微開發(fā)平臺。

1 微實驗與微開發(fā)的概念

所謂微開發(fā)，就是針對特定專業(yè)或課程，將具有代表性的技術(shù)進(jìn)行一定程度的簡化，并集成到一個小型平臺上，使學(xué)生通過該平臺即可對相應(yīng)專業(yè)或課程建立較為系統(tǒng)的認(rèn)識，同時又能學(xué)習(xí)使用相關(guān)技術(shù)進(jìn)行較小規(guī)模的應(yīng)用開發(fā)。在這種小型平臺下進(jìn)行的特定技術(shù)實驗稱為微實驗，能夠進(jìn)行微實驗與微開發(fā)的小型平臺簡稱為雙微平臺。

微實驗與微開發(fā)的概念兼顧了基礎(chǔ)學(xué)習(xí)和高端開發(fā)兩個方面。剛剛接觸相關(guān)課程的學(xué)生可在雙微平臺上進(jìn)行微實驗，從而快速入門 ；已經(jīng)具備一定基礎(chǔ)的學(xué)生則可進(jìn)行微開發(fā)，實現(xiàn)系統(tǒng)級的高端設(shè)計。經(jīng)過這兩個層面的訓(xùn)練，學(xué)生可見微知著，在一個簡化后的小型平臺上體會到生產(chǎn)或生活中的真實場景。

2 單片機雙微平臺

單片機的應(yīng)用已滲透到生產(chǎn)或生活的較多領(lǐng)域，相關(guān)專業(yè)對單片機的教學(xué)也非常重視。因此，本文基于微實驗與微開發(fā)的概念，針對單片機課程的實踐教學(xué)，設(shè)計了單片機雙微平臺。

2.1 系統(tǒng)設(shè)計

在實際生產(chǎn)或生活中，只用單片機尚無法實現(xiàn)一個實用的產(chǎn)品，必須包括其他功能單元，如傳感器單元、輸出單元或執(zhí)行單元等。因此，為了使單片機雙微平臺更加貼近實際應(yīng)用，各種常見的電子電路單元被集成到平臺上，并且在所有單元都實現(xiàn)其功能的前提下做了簡化。這些功能單元包括溫度傳感器、光照傳感器、紅外傳感器、顯示器、語音電路、電源、電機及其驅(qū)動器、繼電器和無線通信等。單片機雙微平臺示意圖如圖 1 所示。

2.2 硬件組成

本文平臺以當(dāng)下主流的高性能單片機 STM32F407 為核心 [7]；溫度傳感器采用 DS18B20 ；光照強度傳感器采用BH1750；避障傳感器采用紅外對管 ；語音電路采用集成MP3 音頻編解碼技術(shù)的 YX5200-24SS；電機采用 25GA370 直流減速電機，可在較小的功耗下實現(xiàn)大扭矩，且驅(qū)動電路簡單，僅用 SOP8 封裝的 L9110S 即可 ；繼電器采用松樂SRD-03VDC-SL-C，3V電壓即可驅(qū)動線圈 ；無線通信采用nRF24L01模塊，單片機無需運行復(fù)雜的通信協(xié)議。單片機雙微平臺硬件系統(tǒng)框圖如圖 2 所示。

                                                                                                                                                                       圖 2 單片機雙微平臺硬件系統(tǒng)框圖

此外，平臺利用 2個直流電機和 1個萬向輪將 PCB支撐起來，形成一個可移動的小車，平臺的實際尺寸為 ：長19.5cm，寬 22.0cm，高 6.5cm，效果圖如圖 3所示。各個傳感器也與 PCB有機結(jié)合，6組紅外避障傳感器分布于 PCB 前后左右四個方向，4 個光照傳感器和 3個溫度傳感器分布式放置，形成傳感器陣列。平臺可采用單節(jié)動力鋰電池供電， 配有 Boost型升壓電源，用于驅(qū)動電機。平臺的各個功能單元有機結(jié)合，形成一套能夠滿足系統(tǒng)級開發(fā)的功能單元組合。

3 結(jié) 語

本文提出了微實驗與微開發(fā)的概念，并設(shè)計了一款針對單片機原理及其應(yīng)用課程的雙微平臺。在該平臺下，可進(jìn)行多種微實驗與微開發(fā)，使學(xué)生逐步建立單片機實際應(yīng)用的系統(tǒng)級認(rèn)識。平臺設(shè)計巧妙，方便實用，實驗室建設(shè)成本低， 有助于高校培養(yǎng)具有工程應(yīng)用能力的應(yīng)用技術(shù)型人才。