试析飞思卡尔嵌入式教学综合实验的开发研究

论文摘要：随着飞思卡尔全国大学生智能车比赛的影响日益广泛，越来越多的高校参与到了飞思卡尔大学计划中。因此飞思卡尔嵌入式系统已经纳入多所高校的嵌入式教学系统。结合上海电力学院飞思卡尔嵌入式教学，有针对性的设计和开发出适应人才培养和社会需求的综合实验体系，有利于提高学生的积极性和创新性，加强学生的动手能力和系统设计能力。

　　论文关键词：飞思卡尔；嵌入式；综合实验

　　近年来，随着嵌入式技术的发展，嵌入式系统在越来越多的领域内得到了广泛的应用，各种相关的嵌入式产品纷纷涌现，然而嵌入式技术人才的供给远远小于社会需求，因此各大高校纷纷开展嵌入式教学。目前高校中多采用ARM嵌入式教学系统，教学环境比较单一，若能将更多业界优秀的嵌入式系统引入到高校教学中，将会给学生深入学习嵌入式系统提供更多可以选择的平台，而飞思卡尔单片机无疑是很好的选择。飞思卡尔公司是世界上最大的半导体公司之一，随着它在汽车电子和工业自动化控制等领域中日益广泛的应用和市场份额的增大以及飞思卡尔杯全国大学生智能车比赛的日趋火热，其已经越来越多的融入到了我们的日常生活中。上海电力学院（以下简称“我校”）加入飞思卡尔全国大学计划，参与飞思卡尔公司与高校携手共建的“飞思卡尔嵌入式设计及应用”示范教学实验室，将飞思卡尔嵌入式系统纳入嵌入式教学体系中，从而给我校的嵌入式教学注入了新的活力，
　　“嵌入式系统”是一门实践性很强的课程，实验是“嵌入式系统”课程的重要组成部分，学生必须通过大量的实验和实践环节，来加深对嵌入式系统理论知识的理解和认识。因此，加强嵌入式系统实验教学建设，对嵌入式系统的学习、研究与开发将起到关键的作用。综合性实验的合理设置更是培养学生系统设计和创新能力的重点，为了适应我校嵌入式人才培养的教学要求，需要我们在教学实践中不断提高和改进，不断探索和实践。

　　一、飞思卡尔嵌入式实验教学环境

　　飞思卡尔嵌入式实验教学采用苏州大学开发设计的基于飞思卡尔MC9S12DG128系列的MCU嵌入式教学实验箱，包含了配套的基础实验和综合实验的实验体系。基础实验主要是对MC9S12DG128芯片的基本功能模块的学习和应用。通过完成这些验证性的基础实验，使学生逐步熟悉嵌入式软硬件的设计过程，从而对飞思卡尔嵌入式开发平台的功能、特性有了初步的认识和掌握。
　　但是我们在教学中发现，因课时有限，部分综合实验中所涉及的知识点未能讲解，因此综合实验项目的完成相对有一定的难度，且与基础实验的跨度较大。学生很难运用基础实验的相关内容完成综合实验，造成学生无从下手，从而对综合实验失去了兴趣，这在很大程度上影响了教学效果。而综合性实验对学生创新能力、科学思维能力和综合分析能力的培养至关重要，合理设计综合实验才能完善整个实验体系，符合课程设置的连贯性和科学性，才能使学生深入理解和掌握嵌入式系统的精髓。因此针对我校学生的人才培养定位，开发和设计能够衔接基础实验、结合实际应用的综合性实验是实验教学中面临的一个亟待解决的问题。

　　二、创新实验内容，优化实验体系

　　综合性实验的开发和设计既要符合学生的认知特点，由浅入深，由易到难，又要综合和涵盖课程的单元知识点。根据学生的兴趣和现有实验条件，保证实验效果。在此基础上，设计了几个综合性实验，现以“计算器的设计”实验为例进行说明。
　　学生对计算器的功能比较熟悉，所以这个题目具有实用性，学生易于接受。本实验的实验目的是通过算法将4×4键盘中的按键设置成所需的功能键和数字键，通过按键输入数字及运算符号，设计计算器算法完成相应运算，将结果显示在液晶显示器上，当输入错误时会有铃声提示。本实验系统结合了键盘模块、液晶显示模块、铃声控制模块和并行I/0口模块的知识点，学生只有掌握了各模块功能，并认真做好相关的基础实验后，才能顺利进行实验，这在一定程度上也加强了他们对基础实验的重视。
　　在综合实验的设计中充分考虑到了学生学习认知能力的区别。为避免有的学生“吃不饱”，将实验要求分为基本要求和提高要求。基本要求是每个学生必须完成的，在完成基本要求的基础上，学有余力的学生可以继续完成提高要求。本实验的提高要求是：（1）将SCI串行通信模块加入，采用电脑和键盘两种输入方式，使运算过程和结果可同步显示在电脑上。（2）此计算器在不用的时候可做时钟使用，用于显示当前系统时间，并可进行时间调整和闹钟设置。提高要求涵盖了大部分基础实验，加强了对前面所学各章节内容的综合考察和系统应用。学生在实验中可随时查漏补缺，做到融会贯通。另外该实验还可灵活的变通为另外一个实验——超市收银机系统。该实验的要求与计算器基本相同，但在算法实现上会有所区别，这就给学生一个继续思考和发挥的空间。实验完成较快的学生不会无所事事或代替其他学生做实验，充分提高了课堂时间的利用率、学生的积极主动性和探索精神，活跃了实验氛围。
　　当然，实验要求不是一成不变的。在实验过程中，学生可以随时提出自己的想法，更改或者增加实验功能，教师帮助进行思路引导和可行性分析，让学生自己通过实验验证结果，给予学生最大的自由度。对基本要求的“紧”和提高要求的“松”，使教师能最大程度的把握课堂节奏，关注到各个层面的学生。这在很大程度上提高了学生的创新意识和动手能力，激发了学生的学习兴趣。