Arduino在单片机教学中的优势剖析

Arduino在单片机教学中的优势剖析 摘 要： 高职电类专业教学中传统单片机的教与学存在着诸多不足，而Arduino函数库模块化，程序代码简单易学，代码开放源，成本低廉的特点，使其应用于高职电类专业教学更符合高职生知识和心理结构，有利于高职生掌握单片机的应用技术和创新创业要求。 关键词：传统单片机教学 Arduino特点 教学优势中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）09-0236-01一、Arduino产生背景Arduino是由意大利米兰交互设计学院的两位教师 David Cuartielles 和 Massimo Banzi 联合创建，是一款便捷灵活、方便使用的开源电子原型平台，它构建于开放原始码simple I/O介面版，并且具有使用类似Java、C语言的Processing/Wiring开发环境。它包含两个主要的部分：硬件部分是可以用来做电路连接的Arduino电路板；另外一个则是Arduino IDE，即计算机的程序开发环境。Arduino能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、电机和其他装置来反馈、影响环境，支持多样的互动程序，如 Flash，Max/MSP，VVVV，PureData，C，Processin 等。二、传统单片机课程教学中的困境目前高职电类专业的课程设置中，单片机技术与应用是专业基础课程，是每个学生的必修课程，要求学生完成该课程后熟练掌握单片机相关知识，利用所学知识设计智能控制系统。传统的单片机课程理论内容多、难度大，超越了绝大多数高职学生的认知水平，使得人才培养目标常常不能实现。传统单片机教学中编程语言一般是汇编语言或C51语言，其中汇编语言由于涉及到单片机硬件的底层结构，需要熟悉掌握各类寄存器的读写等；C51语言相对汇编语言不需过多涉及单片机底层结构，通过C51语言的学习能够完成一般接口的控制和应用，但是学习中涉及到专用传感器、显示器等器件时，复杂的代码和高要求的时序就大大增加了学习的难度，但因为必须要掌握各种传感器、显示器实际应用，学生需要花费大量时间学习各种协议和时序，客观上影响了应用和开发层面的学习，而且学习过程复杂且枯燥，也容易使学生失去单片机学习的兴趣。实际上，从人才培养目标来看，单片机技术应该以应用为主，学生掌握较深的单片机理论知识没有必要。三、Arduino在单片机教学中的优势高职教学应该符合“实用、够用，能用”的原则。简化单片机学习中复杂、繁杂的中间过程硬件的制作和软件的编程，掌握系统整合能力，实现较复杂的电路功能，急需一种简单实用的开放式学习模式，而Arduino的出现，并且在高职教学中推广应用是一种较好的解决目前单片机教学困境的有效办法，它相对传统的单片机教学有不少优势。1.程序代码简单易用Arduino发明之初就是为了解决电子技术难学、程序代码难编程的不足。Arduino IDE是基于processing IDE开发的，极易掌握，同时它又有着足够的灵活性。Arduino语言基于wiring语言开发，是对 AVRGCC库的二次封装，不需要太多的单片机知识，Arduino的程序语言类似于C/C+的语法，随着IDE的更新，它包含了许多基本常用的函数库，如EEPROM、网络通信（Ethernet）、舵机控制（Servo）、步进电机控制（Stepper）等。有了这些函数库，可以节省大量的单片机繁琐的底层知识学习和编程时间。只要了解函数的应用及对参数设定，就可以轻松完成电路的设计。比如在智能机器人设计中，需要用到舵机控制，如果采用传统单片机方式来设计，因舵机的控制需要产生PWM信号，编写的代码相当复杂。而应用Arduino时，只需直接调用头文件，利用函数“*servo.write（i）”即完成舵机旋转动作，代码简洁明了。2.资源开放易于获取Arduino IDE可以在Windows、Macintosh OSX、Linux三大主流操作系统上运行，而大多数控制器只能在Windows上开发。所有软硬件资源放在网络上，有任何需要都可以在网络上找到解答。在Arduino的发展中，由于源代码的开放性，世界各地的电子爱好者或者电子积木创意者紧随电子科技的发展，不断开发出应用程序，更新、添加Arduino库函数，拓展了实践应用范围。网上有许多社交网站供爱好者讨论和学习，这种“互联网+”的学习模式符合高职主流教学模式。对于高职院校电类专业学生，掌握Arduino编程，仅需掌握 C语言基础，简单学习后，就可以利用各种资源快速的进行电路开发。3.成本低廉方便推广Arduino应用系统具备电子积木式特点，通过以Arduino开发板为核心，配合各种传感器、电机等积木式外设，容易搭建出智能控制系统。由于代码的开放性，同时Arduino硬件是基于AVR芯片发展而来，如网络平台淘宝等电子P2P平台有极其丰富的产品且发展迅速。根据不同应用方向Arduino开发板有十几种，各种积木式应用模块也是应有尽有且价格低廉； Arduino的代码开放性及发明人基本不收取专利费，可以快速建设Arduino实训室；普通学生也购得起，玩得起，课余时间也能够自主学习，使得利用Arduino进行学习、创意成本低廉、成效显著，可以更好地提升单片机理论和实践水平。四、结束语Arduino发展十年，随着电子技术的迅猛发展及众多电子设计人员的努力，Arduino作为互动电子创意设计与制作的平台，越来越得到广泛应用。许多高职院校不断地探索将Arduino应用于教学中，也取得了一定的效果。由于易学易懂，成本低廉，高职院校电类专业学生甚至其他专业的学生，通过模块化电子积木方式，自己创意创新完成设计的产品，可以增加单片机技术学习乐趣，提高单片机技术水平，为就业打下良好的基础。参考文献1蔡睿妍.Arduino的原理及应用J 电子设计工程， 2012 （8）。2施智雄. Arduino在大学工科教学中应用探索J 西昌学院学报（自然科学版），2012（4）。3苏江. 高职机电专业单片机课程一体化教学改革探索与实践J 科技咨讯2015（35）4解晓飞，王晓莉，郝红娟.浅谈高职单片机课程教学改革J.石油教育，2014（3）