0 引言

“单片机原理及应用”是一门系统性很强的课程，知识内容繁多，但逻辑性不强[1]。一般的教学过程以结构为主线，介绍硬件结构、汇编语言、软件编程及系统扩展。在结构讲解过程中通常先从介绍各个功能部件结构和特性开始，名称概念多，内容枯燥繁杂，初学者往往只关注单个部件而无法从整体系统的角度去把握。

笔者近年来承担了我校物理专业选修课“单片机原理及应用”的教学任务。物理专业学生由于习惯于逻辑推理的思维模式，擅长用高等数学分析和解决问题，在单片机的学习中普遍反映内容抽象、逻辑性差，知识点分散、枯燥，找不到重点。因而，笔者在该课程教学过程中特别注重引导学生建立系统性和模块化思想，借鉴和利用思维导图来体现单片机中的“系统—模块”关系，使单片机结构体系的表述富于层次化，直观生动，有助于学生提高学习兴趣和效率。

1 思维导图

思维导图是由英国著名心理学家Tony Bozan受达芬奇笔记的启发于二十世纪七十年代提出的一种可视化思维方法[2]。思维导图一般从一个中心主题出发向外发散分支，每一分支衍生一个次级主题，每一个次级主题又可以成为一个中心主题继续向外发散分支，从而建立一个主题之间相互联系的有序网络状图。为使记忆更加形象，思维导图的绘制常借助不同的颜色、符号和图片来辅助绘制和记忆。思维导图可以用纸笔绘制，也可用Mindmannager、MinMap、Xmind等软件制作，使用方法灵活，易于与多媒体相结合，已被广泛用于不同课程的教学实践[3,4]。

农村订单定向医学生学习动机在害怕失败维度上存在显著性差异(P=0.023<0.05)。农村户籍的订单定向医学生比城镇户籍的订单定向医学生得分更高，说明其比城镇户籍的学生更害怕失败。但在整体学习动机、求职进取、社会取向、物质追求、个人成就、小群体取向上均无显著性差异(见表4)。

思维导图与人类大脑的思维方式相似，是对发散性思维的可视化表达，适合于表达概念之间的层次结构及相互关系[5]。单片机是一种功能相对单一的计算机系统，其结构体系具有明显的层次化特征。单片机的层次结构与思维导图的发散性思维脉络之间极其相似，因而可以借鉴思维导图的形式和思维特点进行该课程的教学，将思维导图用于单片机层次结构和功能特性的表征和阐述，帮助学生建立“系统—模块”思想，学会“自上而下”和“自下而上”的认知路径，从而实现对单片机整体系统脉络结构的完整把握。

巴班斯基(1984)认为以系统形式描述教学过程，可以“帮助人全面地、完整地对待教学过程的选择，整体而有序地考虑教学过程诸成分及其相互联系，力求使全过程及其每一成分发挥最优功能”[8],从而“使学生在耗费最少必要时间、精力和经费情况下获得知识、形成技能、技巧及某种个性特征，提高品格修养”[9]。

2 教学案例

2.1 单片机内部结构的思维导图

MCS-51单片机内部结构包括CPU、ROM、RAM、定时器、中断系统、并行I/O口和串行I/O口等，在一般的教学过程中，通常先给出结构框图，接着按顺序展开介绍各个部件的结构和功能特点，虽然罗列的内容很多，但往往缺少层次性，也不容易突出各功能部件之间的相互联系。由于内容相对松散，学生在课堂学习中无法持续保持学习兴趣和注意力集中，削弱了学习效果。

以思维导图形式呈现的单片机内部结构图保持了单片机原有结构框图中的结构体系，将所有的结构综合在一个图形中，体现了认识过程中“自上而下”的思维发散性，突出了组织结构的层次性以及不同层次部件之间的关联性，并配以不同形状、线型、颜色等元素，使图形更加感性和直观。教学实践证明，采用思维导图可以帮助学生更好的把握单片机的整体结构体系，理解单片机的功能特点和工作原理。

笔者在教学中尝试借用思维导图形式来展示单片机内部结构，如图1所示，CPU作为中心主题，ROM、RAM、定时器、中断系统、并行I/O口和串行I/O口及CPU中的控制器和运算器作为分支主题，RAM又分为高128B和低128B两个子主题，并各自再分支，控制器和运算也列出相应子主题。图中灰色实线代表CPU与分支主题部件之间的信号传输关系，即CPU通过片内总线连接ROM、RAM、定时器、中断系统、并行I/O口和串行I/O口。黑色实线表示结构上的层次关系，如CPU结构上主要包含控制器和运算器，而控制器中又主要涉及PC、IR、ID、SP和DPTR等部件和寄存器。而黑色虚线则表示不同层次分支主题之间的关联，如控制器中的SP、DPTR和运算器中的ACC、PSW以及定时器、中断系统、并行I/O口和串行I/O口这些部件对应的寄存器即为特殊功能寄存器(SFR)中的一部分，实际的物理地址在RAM的高128字节中。

图1 单片机内部结构的思维导图

2.2 单片机扩展系统的思维导图

单片机的内部结构提供了构成最小系统的基本资源，而系统扩展是实现单片机作为嵌入式主控单元功能所必需的，基于总线的单片机系统扩展技术也是该课程的核心内容之一。传统的教学过程一般先介绍三组总线和编址方法，接着对存储器、普通并行I/O口、8255A、8155等分别介绍各自扩展的硬件连接和软件编程方法。学生对单个部件的扩展一般容易接受，但对于多个部件的同时扩展却成为难点，尤其发生在对扩展的信号连接方式和相应的地址分配关系的理解和掌握上。笔者尝试将多个部件的系统扩展综合起来并以思维导图的形式呈现，取得了明显的效果。

通常，欠缺结婚形式要件的法律后果是婚姻不成立，而不是婚姻无效。中俄婚姻法都持此见解，故在婚姻无效的事由中并无欠缺形式要件这一项。

图2给出了MCS-51单片机扩展系统的思维导图，图中以MCS-51单片机为中心主题，8155、6264、74LS377、74LS244、8255A、DAC0832和ADC0809等扩展部件为分支主题，74LS138和74LS373为辅助器件，三组总线联系中心主题和分支主题，数据总线(P0)以灰色宽实线表示，地址总线(P0经74LS373、P2)以黑色线系表示，控制线和则以黑色双线型表示。P0口发出的A/D复用信号经74LS373分离出低8位地址连接6264的低8位片内地址，6264的剩余片内地址由P2.0～P2.4提供，地址总线高3位P2.7、2.6、2.5经74LS138译码产生的～信号依次作为各个部件的片选信号，74LS377、74LS244和DAC0832实际相当于只有一个单元的存储器，只需片选信号即可，8255A和ADC0809同样可以看成是只有4个和8个存储单元的小型存储器，因此这些部件的扩展可以统一归为存储器的扩展。需要特别指出的是，由于8155芯片本身集成了地址锁存器，因而其D0～D7可以直接与P0口按位连接而不需要经74LS373锁存。

以思维导图形式给出的单片机系统扩展图以层次主题、颜色、线型等不同方式提供了更丰富的认知元素，有助于学生更清楚地把握单片机系统扩展的原理和方法，也有助于学生对于各扩展部件编址方法及系统地址的辨析和确认。如对图中6264采用全译码方式，系统最高3位地址001时片选信号有效，其余13位地址为8K空间的片内地址，所以6264的系统地址范围为：2000H～3FFFH。对其它扩展部件而言，由于系统16位地址中均有若干位未参与地址译码，为部分译码方式，存在地址重复，如对8155的片内RAM，P2.0=0，最高3位000，低8位作为256B的片内地址，则一个可用地址范围为：0000H～00FFH(未参与译码的系统地址各位均取0，下同)；8155中6个端口的地址范围为：0100H～0105H。对ADC0809最高3位为110，最低3位000～111B，则8个通道地址范围：C000H～C007H。同理可得74LS377地址：4000H；74LS244地址：6000H；8255A地址：8000H～8003H；DAC0832地址：A000H。

图2 单片机扩展系统的思维导图

3 结语

针对“单片机原理及应用”课程中，单片机结构体系知识点分散、体系层次结构难于把握等难点，本文提出借鉴和应用思维导图描绘和呈现单片机层次化结构体系，利用思维导图的层次主题关系以及不同形状、颜色、线形等元素增加单片机结构体系的直观性、整体性和关联性的教学方法分别给出了单片机内部结构、单片机系统扩展的思维导图，并结合单片机结构特点和思维导图特性对相关的认知和学习过程进行了评析。思维导图的层次主题结构和扩散性思维路径契合了单片机结构体系特点，并能够突出层次之间及不同功能部件之间的联系。教学实践结果表明，思维导图在单片机教学中的借鉴和应用提高了单片机结构体系内容的教学效率，有助于学生建立“系统-模块”思想，实现对单片机结构的整体性把握以及对相关工作原理和应用技术的理解和掌握。

参考文献:

[1] 张鑫 编著. 单片机原理及应用(第3版)[M]. 北京: 电子工业出版社, 2014.8.

[2] Tony Buzan, The Mind Map Book[M]. London: BBC Active, 2006: 3-25.

[3] 王竹萍, 姜云霞, 任相花. 基于思维导图的高效电路教学法的研究[J]. 南京: 电气电子教学学报, 2011, 33(6):87-89.

[4] 李楠, 孔军辉. 思维导图在“模拟电子技术”教学中的应用[J]. 南京: 电气电子教学学报, 2013, 35(6):73-75.

[5] 赵国庆. 概念图、思维导图教学应用若干重要问题的探讨[J]. 兰州: 电化教育研究, 2012, 5:78-83 .