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醫(yī)學(xué)院校中單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的思考論文
【摘要】通過《單片機(jī)》課程內(nèi)容及形式的一些探索，探討如何使該門課程更具專業(yè)趨向性，提高同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，并形成專業(yè)知識(shí)的系統(tǒng)化概念。
【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；醫(yī)學(xué)；課程
【中圖分類號(hào)】G642
【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A
【文章編號(hào)】1004-6763（2016）03-0041-02
隨著嵌入式系統(tǒng)軟硬件的發(fā)展，“智能化設(shè)備”、“可穿戴設(shè)備”等概念漸漸被人們所熟悉。單片機(jī)作為嵌入式系統(tǒng)的核心芯片，其相關(guān)技術(shù)伴隨著廣泛的應(yīng)用取得了飛速的發(fā)展。在各大工科院校中，《單片機(jī)》都是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，目的是使同學(xué)們掌握單片機(jī)的系統(tǒng)開發(fā)知識(shí)，熟悉嵌入式系統(tǒng)的測(cè)量和控制原理，為以后的產(chǎn)品設(shè)計(jì)等打下基礎(chǔ)[1-2]。然而，在部分特色院校，比如醫(yī)學(xué)院校的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)，我們希望使單片機(jī)課程更有專業(yè)趨向性、趣味性，引導(dǎo)同學(xué)們從理論走向?qū)I(yè)實(shí)踐[3]。從高中到大學(xué)，從多年學(xué)習(xí)幾門課程到一學(xué)期十幾門新課，且同時(shí)都是從基礎(chǔ)理論開始，大學(xué)的課程容易讓同學(xué)們感到繁雜，考一門丟一門的現(xiàn)象十分普遍。因此，我們?cè)诟麟A段授課中都注意相關(guān)課程的系統(tǒng)性，讓理論知識(shí)形象化，易于學(xué)生接受，同時(shí)把各知識(shí)點(diǎn)跟專業(yè)實(shí)際應(yīng)用相聯(lián)系，讓同學(xué)們切實(shí)認(rèn)識(shí)到其實(shí)用性[4]。
比如，在概述性質(zhì)的第一次課，將“智能化設(shè)備”以人體來做類比，五官對(duì)應(yīng)傳感器，大腦對(duì)應(yīng)中控核心（超級(jí)計(jì)算機(jī)、PC以及單片機(jī)等），神經(jīng)對(duì)應(yīng)通訊系統(tǒng)。這樣簡(jiǎn)單形象的類比一是讓同學(xué)們立即了解到雖然之前沒有接觸過單片機(jī)這個(gè)名詞，但實(shí)際就是計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支，并不是一個(gè)全然陌生的新設(shè)備；另外，也形象地跟《傳感器》、《通信原理》等課程建立了聯(lián)系，傳感器、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)是現(xiàn)代化信息技術(shù)的三大支柱產(chǎn)業(yè)，基本上各工科專業(yè)都會(huì)開設(shè)相關(guān)課程，也是嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)會(huì)涉及到的必不可少的知識(shí)體系。通過形象化的介紹，同學(xué)們可以了解各門課程的應(yīng)用方向，在開始學(xué)習(xí)這些相關(guān)課程時(shí)，能更快地抓住重點(diǎn)，有目的性地去掌握知識(shí)并系統(tǒng)應(yīng)用�！秵纹瑱C(jī)》是一門軟硬件相結(jié)合的課程，在軟件部分，跟其他任何計(jì)算機(jī)語言一樣，會(huì)介紹指令及常用程序。這些程序除了改用匯編等指令來完成之外，本質(zhì)上都很類似，而且單片機(jī)采用精簡(jiǎn)指令集，指令本身相對(duì)來說非常少且容易掌握，因此，我們將重點(diǎn)放在指令實(shí)例的情景化，方便同學(xué)們舉一反三，增強(qiáng)實(shí)用性。
比如在練習(xí)循環(huán)語句時(shí)的一個(gè)例題：從一個(gè)指定的起始位置，查找一個(gè)指定的字符，查詢結(jié)束條件為找到指定的字符或者查詢完規(guī)定的字符長(zhǎng)度。這樣一個(gè)例題，我們常規(guī)的講解完示例程序代碼以后，再簡(jiǎn)單介紹一下可能的應(yīng)用，這其實(shí)就跟大家在登錄各種網(wǎng)頁時(shí)要做的工作類似，我們輸入登錄信息（用戶名和密碼等），網(wǎng)站一般會(huì)規(guī)定這些字符信息的最長(zhǎng)限制，用戶不一定會(huì)使用到最長(zhǎng)的字符串，同時(shí)往往以“ENTER”鍵結(jié)束輸入，進(jìn)行登錄操作，因此我們可以設(shè)定查詢“ENTER”的ASCII碼，以查詢到“ENTER”或規(guī)定的字符長(zhǎng)度為循環(huán)結(jié)束條件，將“ENTER”之前的字符串或規(guī)定的最長(zhǎng)字符串作為用戶輸入的登錄信息并進(jìn)入下一步操作。所以這段示例代碼，其實(shí)就可以作為大家已經(jīng)很熟悉的日常登錄界面的判斷代碼。通過這樣的一些聯(lián)系，把理論知識(shí)跟日常相結(jié)合，讓大家用到的時(shí)候就能想到，加深理解和記憶。作為醫(yī)科院校的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)課程，更多的時(shí)候，我們會(huì)列舉在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用。比如，在講解單片機(jī)對(duì)外部設(shè)備操作時(shí)，通常會(huì)介紹一個(gè)實(shí)例，即通過P1口的某一個(gè)管腳送出固定頻率的方波，這本質(zhì)上是一個(gè)定時(shí)翻轉(zhuǎn)P1口狀態(tài)的操作，非常簡(jiǎn)單，但實(shí)際上這就是單片機(jī)控制外部設(shè)備的通用模式。單片機(jī)整個(gè)芯片封裝，跟外部設(shè)備通信只能通過管腳，作為一個(gè)數(shù)字化芯片，輸出的就是高低兩種電平，而高低電平可以控制電機(jī)的啟停，高低電平的不同持續(xù)時(shí)間（占空比）可以控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，通過單片機(jī)自帶的定時(shí)器設(shè)置高低電平的持續(xù)時(shí)間或者通過循環(huán)語句來進(jìn)行定時(shí)，基本上就完成了這個(gè)例題的代碼講解。但我們?cè)诮榻B完代碼以后，以一個(gè)自動(dòng)化輸液監(jiān)控器為例，進(jìn)一步完善教學(xué)。以往人工方式調(diào)節(jié)是由護(hù)士在一定時(shí)間（10秒）計(jì)數(shù)滴落的液滴，手動(dòng)調(diào)節(jié)速度閥門，這種調(diào)節(jié)有很大的誤差，而且在對(duì)輸液中途的狀態(tài)并沒有監(jiān)控，輸液結(jié)束以后需要病人主動(dòng)聯(lián)系護(hù)士拔針，容易出意外。自動(dòng)化輸液監(jiān)控器在液滴的滴落口一側(cè)放置一個(gè)發(fā)光二極管，另一側(cè)放置一個(gè)光電管，速度閥門的電機(jī)跟單片機(jī)的P1口管腳相連。通電以后發(fā)光二極管發(fā)光，照射到對(duì)應(yīng)的光電管產(chǎn)生電流，當(dāng)有液滴滴落的時(shí)候，隔斷光線，光電管無輸出，這樣，液滴滴落就形成對(duì)應(yīng)的下降沿脈沖，滴落的速度即脈沖間隔。將其跟設(shè)置好的速度相比，若不合適則增減對(duì)應(yīng)P1口管腳的高低持續(xù)時(shí)間（占空比），調(diào)節(jié)速度閥門的電機(jī)，直到達(dá)到合適的輸液速度，并且在輸液過程中可以一直監(jiān)控及調(diào)節(jié)，輸液故障或結(jié)束后（超過設(shè)定時(shí)間無滴落）還可以自動(dòng)報(bào)警或提示。
通過這樣一個(gè)實(shí)際的示例，可以讓同學(xué)們將理論和應(yīng)用直接聯(lián)系起來，明白這些平實(shí)而基礎(chǔ)的理論知識(shí)就是身邊各種設(shè)備的原理，并不是那么復(fù)雜而遙不可及；也可以開拓大家的思維，將其它所見到的“智能化設(shè)備”功能分解還原，或者利用單片機(jī)去做一些小改動(dòng)；同時(shí)，也將單片機(jī)跟傳感器聯(lián)系了起來，讓同學(xué)們對(duì)二者的聯(lián)合應(yīng)用有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)。不斷通過這些形象化的類比，在大家對(duì)單片機(jī)在醫(yī)學(xué)設(shè)備上的應(yīng)用有了直觀認(rèn)識(shí)以后，我們會(huì)通過綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)讓同學(xué)們進(jìn)一步的提升。這些實(shí)驗(yàn)的選題跟在研醫(yī)學(xué)課題相關(guān)，也可以由同學(xué)們提自己感興趣的題目，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)狀況進(jìn)一步申請(qǐng)創(chuàng)新課題，或者延伸至畢業(yè)設(shè)計(jì)題目。單片機(jī)作為嵌入式控制系統(tǒng)，這樣的課題往往還涉及到《電路原理》、《傳感器》等其他相關(guān)科目，間接地提升了大家對(duì)相關(guān)課程的關(guān)注度，對(duì)各科知識(shí)能系統(tǒng)性地掌握，也不會(huì)考完就遺忘。醫(yī)工專業(yè)的學(xué)生很多會(huì)進(jìn)入公司做醫(yī)療產(chǎn)品的研發(fā)，或者在醫(yī)院的設(shè)備科工作，這些簡(jiǎn)單的醫(yī)療小設(shè)備小產(chǎn)品的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，也為以后從事相關(guān)工作打下了基礎(chǔ)�！秵纹瑱C(jī)》是工科專業(yè)的一門基礎(chǔ)專業(yè)課，我們努力將其與專業(yè)發(fā)展相聯(lián)系，培養(yǎng)同學(xué)們將單片機(jī)運(yùn)用到醫(yī)療器械設(shè)計(jì)的興趣，增強(qiáng)了大家對(duì)相關(guān)專業(yè)課程的系統(tǒng)性掌握，加強(qiáng)了理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系，提升動(dòng)手能力，為社會(huì)培養(yǎng)更多合格的專業(yè)人才。
參考文獻(xiàn)
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[4]高昀.單片機(jī)教學(xué)實(shí)踐改革探索[J].科教導(dǎo)刊（電子版），2015（18）：81.
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