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1、Arduino在單片機教學(xué)中的優(yōu)勢剖析
摘 要： 高職電類專業(yè)教學(xué)中傳統(tǒng)單片機的教與學(xué)存在著諸多不足，而Arduino函數(shù)庫模塊化，程序代碼簡單易學(xué)，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(xué)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(xué) Arduino特點 教學(xué)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(xué)院的兩位教師 David
2、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(xué)
3、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(xué)生的必修課程，要求學(xué)生完成該課程后熟練掌握單片機相關(guān)知識，利用所學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)習(xí)能夠完成一般接口的控制和應(yīng)用，但是學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)的難度
4、，但因為必須要掌握各種傳感器、顯示器實際應(yīng)用，學(xué)生需要花費大量時間學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)，而且學(xué)習(xí)過程復(fù)雜且枯燥，也容易使學(xué)生失去單片機學(xué)習(xí)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(xué)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(xué)中的優(yōu)勢
高職教學(xué)應(yīng)該符合“實用、夠用，能用”的原則。簡化單片機學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)模式，而Arduino的出現(xiàn)，并且在高職教學(xué)中推廣應(yīng)用是一種較好的解決目前單片機教學(xué)困境的有效辦法，
5、它相對傳統(tǒng)的單片機教學(xué)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(xué)、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(xué)習(xí)和編程
6、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，
7、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(xué)習(xí)，這種“互聯(lián)網(wǎng)+”的學(xué)習(xí)模式符合高職主流教學(xué)模式。對于高職院校電類專業(yè)學(xué)生，掌握Arduino編程，僅需掌握 C語言基礎(chǔ)，簡單學(xué)習(xí)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
8、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(xùn)室；普通學(xué)生也購得起，玩得起，課余時間也能夠自主學(xué)習(xí)，使得利用Arduino進行學(xué)習(xí)、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(xué)中，也取得了一定的效果。由于易學(xué)易懂
9、，成本低廉，高職院校電類專業(yè)學(xué)生甚至其他專業(yè)的學(xué)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(xué)習(xí)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
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Arduino在單片機教學(xué)中的優(yōu)勢剖析
