Arduino在單片機教學中的優(yōu)勢剖析 摘 要： 高職電類專業(yè)教學中傳統(tǒng)單片機的教與學存在著諸多不足，而Arduino函數(shù)庫模塊化，程序代碼簡單易學，代碼開放源，成本低廉的特點，使其應(yīng)用于高職電類專業(yè)教學更符合高職生知識和心理結(jié)構(gòu)，有利于高職生掌握單片機的應(yīng)用技術(shù)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)要求。 關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)單片機教學 Arduino特點 教學優(yōu)勢中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）09-0236-01一、Arduino產(chǎn)生背景Arduino是由意大利米蘭交互設(shè)計學院的兩位教師 David Cuartielles 和 Massimo Banzi 聯(lián)合創(chuàng)建，是一款便捷靈活、方便使用的開源電子原型平臺，它構(gòu)建于開放原始碼simple I/O介面版，并且具有使用類似Java、C語言的Processing/Wiring開發(fā)環(huán)境。它包含兩個主要的部分：硬件部分是可以用來做電路連接的Arduino電路板；另外一個則是Arduino IDE，即計算機的程序開發(fā)環(huán)境。Arduino能通過各種各樣的傳感器來感知環(huán)境，通過控制燈光、電機和其他裝置來反饋、影響環(huán)境，支持多樣的互動程序，如 Flash，Max/MSP，VVVV，PureData，C，Processin 等。二、傳統(tǒng)單片機課程教學中的困境目前高職電類專業(yè)的課程設(shè)置中，單片機技術(shù)與應(yīng)用是專業(yè)基礎(chǔ)課程，是每個學生的必修課程，要求學生完成該課程后熟練掌握單片機相關(guān)知識，利用所學知識設(shè)計智能控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的單片機課程理論內(nèi)容多、難度大，超越了絕大多數(shù)高職學生的認知水平，使得人才培養(yǎng)目標常常不能實現(xiàn)。傳統(tǒng)單片機教學中編程語言一般是匯編語言或C51語言，其中匯編語言由于涉及到單片機硬件的底層結(jié)構(gòu)，需要熟悉掌握各類寄存器的讀寫等；C51語言相對匯編語言不需過多涉及單片機底層結(jié)構(gòu)，通過C51語言的學習能夠完成一般接口的控制和應(yīng)用，但是學習中涉及到專用傳感器、顯示器等器件時，復(fù)雜的代碼和高要求的時序就大大增加了學習的難度，但因為必須要掌握各種傳感器、顯示器實際應(yīng)用，學生需要花費大量時間學習各種協(xié)議和時序，客觀上影響了應(yīng)用和開發(fā)層面的學習，而且學習過程復(fù)雜且枯燥，也容易使學生失去單片機學習的興趣。實際上，從人才培養(yǎng)目標來看，單片機技術(shù)應(yīng)該以應(yīng)用為主，學生掌握較深的單片機理論知識沒有必要。三、Arduino在單片機教學中的優(yōu)勢高職教學應(yīng)該符合“實用、夠用，能用”的原則。簡化單片機學習中復(fù)雜、繁雜的中間過程硬件的制作和軟件的編程，掌握系統(tǒng)整合能力，實現(xiàn)較復(fù)雜的電路功能，急需一種簡單實用的開放式學習模式，而Arduino的出現(xiàn)，并且在高職教學中推廣應(yīng)用是一種較好的解決目前單片機教學困境的有效辦法，它相對傳統(tǒng)的單片機教學有不少優(yōu)勢。1.程序代碼簡單易用Arduino發(fā)明之初就是為了解決電子技術(shù)難學、程序代碼難編程的不足。Arduino IDE是基于processing IDE開發(fā)的，極易掌握，同時它又有著足夠的靈活性。Arduino語言基于wiring語言開發(fā)，是對 AVRGCC庫的二次封裝，不需要太多的單片機知識，Arduino的程序語言類似于C/C+的語法，隨著IDE的更新，它包含了許多基本常用的函數(shù)庫，如EEPROM、網(wǎng)絡(luò)通信（Ethernet）、舵機控制（Servo）、步進電機控制（Stepper）等。有了這些函數(shù)庫，可以節(jié)省大量的單片機繁瑣的底層知識學習和編程時間。只要了解函數(shù)的應(yīng)用及對參數(shù)設(shè)定，就可以輕松完成電路的設(shè)計。比如在智能機器人設(shè)計中，需要用到舵機控制，如果采用傳統(tǒng)單片機方式來設(shè)計，因舵機的控制需要產(chǎn)生PWM信號，編寫的代碼相當復(fù)雜。而應(yīng)用Arduino時，只需直接調(diào)用頭文件，利用函數(shù)“*servo.write（i）”即完成舵機旋轉(zhuǎn)動作，代碼簡潔明了。2.資源開放易于獲取Arduino IDE可以在Windows、Macintosh OSX、Linux三大主流操作系統(tǒng)上運行，而大多數(shù)控制器只能在Windows上開發(fā)。所有軟硬件資源放在網(wǎng)絡(luò)上，有任何需要都可以在網(wǎng)絡(luò)上找到解答。在Arduino的發(fā)展中，由于源代碼的開放性，世界各地的電子愛好者或者電子積木創(chuàng)意者緊隨電子科技的發(fā)展，不斷開發(fā)出應(yīng)用程序，更新、添加Arduino庫函數(shù)，拓展了實踐應(yīng)用范圍。網(wǎng)上有許多社交網(wǎng)站供愛好者討論和學習，這種“互聯(lián)網(wǎng)+”的學習模式符合高職主流教學模式。對于高職院校電類專業(yè)學生，掌握Arduino編程，僅需掌握 C語言基礎(chǔ)，簡單學習后，就可以利用各種資源快速的進行電路開發(fā)。3.成本低廉方便推廣Arduino應(yīng)用系統(tǒng)具備電子積木式特點，通過以Arduino開發(fā)板為核心，配合各種傳感器、電機等積木式外設(shè)，容易搭建出智能控制系統(tǒng)。由于代碼的開放性，同時Arduino硬件是基于AVR芯片發(fā)展而來，如網(wǎng)絡(luò)平臺淘寶等電子P2P平臺有極其豐富的產(chǎn)品且發(fā)展迅速。根據(jù)不同應(yīng)用方向Arduino開發(fā)板有十幾種，各種積木式應(yīng)用模塊也是應(yīng)有盡有且價格低廉； Arduino的代碼開放性及發(fā)明人基本不收取專利費，可以快速建設(shè)Arduino實訓室；普通學生也購得起，玩得起，課余時間也能夠自主學習，使得利用Arduino進行學習、創(chuàng)意成本低廉、成效顯著，可以更好地提升單片機理論和實踐水平。四、結(jié)束語Arduino發(fā)展十年，隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展及眾多電子設(shè)計人員的努力，Arduino作為互動電子創(chuàng)意設(shè)計與制作的平臺，越來越得到廣泛應(yīng)用。許多高職院校不斷地探索將Arduino應(yīng)用于教學中，也取得了一定的效果。由于易學易懂，成本低廉，高職院校電類專業(yè)學生甚至其他專業(yè)的學生，通過模塊化電子積木方式，自己創(chuàng)意創(chuàng)新完成設(shè)計的產(chǎn)品，可以增加單片機技術(shù)學習樂趣，提高單片機技術(shù)水平，為就業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。參考文獻1蔡睿妍.Arduino的原理及應(yīng)用J 電子設(shè)計工程， 2012 （8）。2施智雄. Arduino在大學工科教學中應(yīng)用探索J 西昌學院學報（自然科學版），2012（4）。3蘇江. 高職機電專業(yè)單片機課程一體化教學改革探索與實踐J 科技咨訊2015（35）4解曉飛，王曉莉，郝紅娟.淺談高職單片機課程教學改革J.石油教育，2014（3）