醫學(xué)院校中單片機課程設計的思考論文
【摘要】通過(guò)《單片機》課程內容及形式的一些探索，探討如何使該門(mén)課程更具專(zhuān)業(yè)趨向性，提高同學(xué)們的學(xué)習興趣，并形成專(zhuān)業(yè)知識的系統化概念。
【關(guān)鍵詞】單片機；醫學(xué)；課程
【中圖分類(lèi)號】G642
【文獻標志碼】A
【文章編號】1004-6763（2016）03-0041-02
隨著(zhù)嵌入式系統軟硬件的發(fā)展，“智能化設備”、“可穿戴設備”等概念漸漸被人們所熟悉。單片機作為嵌入式系統的核心芯片，其相關(guān)技術(shù)伴隨著(zhù)廣泛的應用取得了飛速的發(fā)展。在各大工科院校中，《單片機》都是一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎課程，目的是使同學(xué)們掌握單片機的系統開(kāi)發(fā)知識，熟悉嵌入式系統的測量和控制原理，為以后的產(chǎn)品設計等打下基礎[1-2]。然而，在部分特色院校，比如醫學(xué)院校的生物醫學(xué)工程專(zhuān)業(yè)，我們希望使單片機課程更有專(zhuān)業(yè)趨向性、趣味性，引導同學(xué)們從理論走向專(zhuān)業(yè)實(shí)踐[3]。從高中到大學(xué)，從多年學(xué)習幾門(mén)課程到一學(xué)期十幾門(mén)新課，且同時(shí)都是從基礎理論開(kāi)始，大學(xué)的課程容易讓同學(xué)們感到繁雜，考一門(mén)丟一門(mén)的現象十分普遍。因此，我們在各階段授課中都注意相關(guān)課程的系統性，讓理論知識形象化，易于學(xué)生接受，同時(shí)把各知識點(diǎn)跟專(zhuān)業(yè)實(shí)際應用相聯(lián)系，讓同學(xué)們切實(shí)認識到其實(shí)用性[4]。
比如，在概述性質(zhì)的第一次課，將“智能化設備”以人體來(lái)做類(lèi)比，五官對應傳感器，大腦對應中控核心（超級計算機、PC以及單片機等），神經(jīng)對應通訊系統。這樣簡(jiǎn)單形象的類(lèi)比一是讓同學(xué)們立即了解到雖然之前沒(méi)有接觸過(guò)單片機這個(gè)名詞，但實(shí)際就是計算機的一個(gè)分支，并不是一個(gè)全然陌生的新設備；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)和計算機技術(shù)是現代化信息技術(shù)的三大支柱產(chǎn)業(yè)，基本上各工科專(zhuān)業(yè)都會(huì )開(kāi)設相關(guān)課程，也是嵌入式系統產(chǎn)品設計會(huì )涉及到的必不可少的知識體系。通過(guò)形象化的介紹，同學(xué)們可以了解各門(mén)課程的應用方向，在開(kāi)始學(xué)習這些相關(guān)課程時(shí)，能更快地抓住重點(diǎn)，有目的性地去掌握知識并系統應用�！秵纹瑱C》是一門(mén)軟硬件相結合的課程，在軟件部分，跟其他任何計算機語(yǔ)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(lái)完成之外，本質(zhì)上都很類(lèi)似，而且單片機采用精簡(jiǎn)指令集，指令本身相對來(lái)說(shuō)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，增強實(shí)用性。
比如在練習循環(huán)語(yǔ)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(xún)結束條件為找到指定的字符或者查詢(xún)完規定的字符長(cháng)度。這樣一個(gè)例題，我們常規的講解完示例程序代碼以后，再簡(jiǎn)單介紹一下可能的應用，這其實(shí)就跟大家在登錄各種網(wǎng)頁(yè)時(shí)要做的工作類(lèi)似，我們輸入登錄信息（用戶(hù)名和密碼等），網(wǎng)站一般會(huì )規定這些字符信息的最長(cháng)限制，用戶(hù)不一定會(huì )使用到最長(cháng)的字符串，同時(shí)往往以“ENTER”鍵結束輸入，進(jìn)行登錄操作，因此我們可以設定查詢(xún)“ENTER”的ASCII碼，以查詢(xún)到“ENTER”或規定的字符長(cháng)度為循環(huán)結束條件，將“ENTER”之前的字符串或規定的最長(cháng)字符串作為用戶(hù)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(guò)這樣的一些聯(lián)系，把理論知識跟日常相結合，讓大家用到的時(shí)候就能想到，加深理解和記憶。作為醫科院校的生物醫學(xué)工程專(zhuān)業(yè)課程，更多的時(shí)候，我們會(huì )列舉在醫學(xué)方面的應用。比如，在講解單片機對外部設備操作時(shí)，通常會(huì )介紹一個(gè)實(shí)例，即通過(guò)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P1口狀態(tài)的操作，非常簡(jiǎn)單，但實(shí)際上這就是單片機控制外部設備的通用模式。單片機整個(gè)芯片封裝，跟外部設備通信只能通過(guò)管腳，作為一個(gè)數字化芯片，輸出的就是高低兩種電平，而高低電平可以控制電機的啟停，高低電平的不同持續時(shí)間（占空比）可以控制馬達的轉速，通過(guò)單片機自帶的定時(shí)器設置高低電平的持續時(shí)間或者通過(guò)循環(huán)語(yǔ)句來(lái)進(jìn)行定時(shí)，基本上就完成了這個(gè)例題的代碼講解。但我們在介紹完代碼以后，以一個(gè)自動(dòng)化輸液監控器為例，進(jìn)一步完善教學(xué)。以往人工方式調節是由護士在一定時(shí)間（10秒）計數滴落的液滴，手動(dòng)調節速度閥門(mén)，這種調節有很大的誤差，而且在對輸液中途的狀態(tài)并沒(méi)有監控，輸液結束以后需要病人主動(dòng)聯(lián)系護士拔針，容易出意外。自動(dòng)化輸液監控器在液滴的滴落口一側放置一個(gè)發(fā)光二極管，另一側放置一個(gè)光電管，速度閥門(mén)的電機跟單片機的P1口管腳相連。通電以后發(fā)光二極管發(fā)光，照射到對應的光電管產(chǎn)生電流，當有液滴滴落的時(shí)候，隔斷光線(xiàn)，光電管無(wú)輸出，這樣，液滴滴落就形成對應的下降沿脈沖，滴落的速度即脈沖間隔。將其跟設置好的速度相比，若不合適則增減對應P1口管腳的高低持續時(shí)間（占空比），調節速度閥門(mén)的電機，直到達到合適的輸液速度，并且在輸液過(guò)程中可以一直監控及調節，輸液故障或結束后（超過(guò)設定時(shí)間無(wú)滴落）還可以自動(dòng)報警或提示。
通過(guò)這樣一個(gè)實(shí)際的示例，可以讓同學(xué)們將理論和應用直接聯(lián)系起來(lái)，明白這些平實(shí)而基礎的理論知識就是身邊各種設備的原理，并不是那么復雜而遙不可及；也可以開(kāi)拓大家的思維，將其它所見(jiàn)到的“智能化設備”功能分解還原，或者利用單片機去做一些小改動(dòng)；同時(shí)，也將單片機跟傳感器聯(lián)系了起來(lái)，讓同學(xué)們對二者的聯(lián)合應用有一個(gè)直觀(guān)的認識。不斷通過(guò)這些形象化的類(lèi)比，在大家對單片機在醫學(xué)設備上的應用有了直觀(guān)認識以后，我們會(huì )通過(guò)綜合性設計實(shí)驗讓同學(xué)們進(jìn)一步的提升。這些實(shí)驗的選題跟在研醫學(xué)課題相關(guān)，也可以由同學(xué)們提自己感興趣的題目，并根據實(shí)驗狀況進(jìn)一步申請創(chuàng )新課題，或者延伸至畢業(yè)設計題目。單片機作為嵌入式控制系統，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相關(guān)課程的關(guān)注度，對各科知識能系統性地掌握，也不會(huì )考完就遺忘。醫工專(zhuān)業(yè)的學(xué)生很多會(huì )進(jìn)入公司做醫療產(chǎn)品的研發(fā)，或者在醫院的設備科工作，這些簡(jiǎn)單的醫療小設備小產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗，也為以后從事相關(guān)工作打下了基礎�！秵纹瑱C》是工科專(zhuān)業(yè)的一門(mén)基礎專(zhuān)業(yè)課，我們努力將其與專(zhuān)業(yè)發(fā)展相聯(lián)系，培養同學(xué)們將單片機運用到醫療器械設計的興趣，增強了大家對相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程的系統性掌握，加強了理論知識與實(shí)際應用的聯(lián)系，提升動(dòng)手能力，為社會(huì )培養更多合格的專(zhuān)業(yè)人才。
參考文獻
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