数控装备设计理念融入单片机课程教学
翟兆阳曲雅静尹明虎石坤
［摘要］“单片机原理及应用”是一门面向应用、具有很强实践性和综合性的课程，如何结合实际控制目标对“单片机原理及应用”课程教学进行创新改革值得深入思考。针对机械设计制造及其自动化、车辆工程等专业，可以结合机械设计相关专业基础知识，将数控装备的结构设计及运动控制融入单片机教学当中，让学生通过“单片机原理及应用”课程的学习，实现了与机械原理、机械设计等专业基础课程的紧密衔接，参与教改班级学生的知识体系得到了进一步完善，综合素质水平得到了进一步提高，为培养兼具数控装备结构设计、自动化检测及控制能力的复合型人才提供了有力的支撑。
［关键词］单片机原理及应用；数控装备；结构设计；复合型人才
［基金项目］2021年度西安理工大学教育教学改革研究项目“‘两性一度导向下《机械原理课程设计》贯通式教学改革与实践研究”（xjy2117）
［中图分类号］G642.0［文献标识码］A［文章编号］1674-9324（2023）10-0141-04［收稿日期］2022-05-27
“单片机原理及应用”是一门面向应用环节，具有很强实践性和综合性的课程，是为机械设计制造及其自动化、车辆工程等专业设置的专业基础课［1-4］。该课程旨在使学生通过学习单片机的工作原理、硬件结构、程序设计、接口技术及扩展方法，掌握单片机在实际应用中软件系统与硬件系统的设计思想以及设计方法和步骤，使学生具备分析、设计单片机的基本技能［5-7］。结合实验课程教学，增强实践动手能力，培养学生对单片机的分析、设计以及综合开发应用能力，为今后解决相关工程技术问题奠定基础［8］。
一、“单片机原理及应用”课程性质及教学目的
“单片机原理及应用”通过课堂理论教学讲授单片机组成及工作原理、单片机程序设计、中断系统、定时/计数器、接口技术和单片机应用系统的分析设计方法，配合课程实验教学和课外作业训练，使学生掌握单片机的工作原理、应用程序编写和单片机设计的基本方法，培养学生应用所学知识进行单片机系统分析和设计能力，以及综合运用单片机系统软硬件相关知识解决相关工程技术问题的能力［9-10］。
该课程分为课堂教学和实验两部分。课堂教学通过课堂教学使学生掌握单片机的组成与内部结构、存储器组织、指令系统与程序设计、中断系统与定时器/计数器、串口通信、单片机接口技术、系统扩展方法等基本知识，初步掌握通过仿真软件进行单片机系统程序编写、硬件系统设计及综合仿真调试的方法，培养学生单片机系统应用程序分析和编写能力、硬件系统的设计能力，以及根据功能要求进行单片机系统软硬件分析和设计开发能力［11］。实验教学通过实验环节，使学生熟悉单片机系统集成环境软件的使用方法，掌握单片机中断、定时、计数、输入/输出通道接口、串行通信等功能及其实现方法；实验环节采用分组形式，要求学生能够利用所学理论知识，根据要求构建实验系统并安全地进行实验，能够正确采集分析和解释实验数据，并得到合理的结论；培养学生利用所学知识分析问题、解决问题和方案设计的能力，以及团队合作与交流沟通能力［12-13］。
二、融入的数控装备结构及功能
目前单片机系统的应用已经遍布生活和工业各方面，全面实现了乘用车辆、家用电器、医疗仪器、工业设备的智能化检测与控制。“单片机原理及应用”是一门面向应用、具有很强实践性和综合性的课程。如何结合实际控制目标，对“单片机原理及应用”课程教学进行创新改革，值得我们深入思考。针对机械设计制造及其自动化、车辆工程等专业，可以结合机械设计相关专业基础知识以及企业横向课题，将数控装备的结构设计及运动控制融入单片机教学当中［14-16］。让学生通过“单片机原理及应用”课程的学习，实现与机械原理、机械设计等专业基础课程的紧密衔接，旨在培养兼具数控装备结构设计、自动化检测及控制能力的复合型人才。下面结合全自动连接线加工机进行具体讲解说明。
电容器连接线的加工是配套电容器生产的重要工序，连接线的质量直接关系到电容器运行的可靠性和稳定性。目前国内电容器厂家的连接线加工方法主要是靠操作工手持刀具对电缆线进行裁断，并剥离绝缘橡胶。此方式不仅对工人的操作水平要求较高，而且工人劳动强度大，容易出现质量问题，加工效率也较低，是整个电容器生产链条的一个瓶颈。针对这种情况，为了提高产品质量及生产效率，全自动连接线加工机应运而生，该设备是用于剥离电缆线外层绝缘橡胶，并裁断电缆线的自动化设备。
由于电容器连接线的种类较多，线径、绝缘层厚度、连接线长度等加工要求都各不相同。目前国内生产的电缆线加工设备由于加工范围较小，自动化程度较低，无法满足电容器生产厂家的需要。因此，全新研制的全自动连接线加工机填补了国内全自动加工电容器连接线的空白，提高了电容器行业生产的自动化水平。全自动连接