高職院校C語言教學(xué)輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)思

黃鑫

摘要：隨著信息科技的飛速發(fā)展，智能化設(shè)備進(jìn)入生活的步伐，單片機(jī)的應(yīng)用逐步變得越來越重要，而單片機(jī)的應(yīng)用離不開程序設(shè)計(jì)編程語言，C語言是現(xiàn)在較為廣泛使用的一種編程語言，利用C語言可以開發(fā)出功能比較強(qiáng)大的軟件，目前教學(xué)用嵌入式機(jī)器人幾乎應(yīng)用于所有高校C語言教學(xué)之中，如何能夠讓學(xué)生在嵌入式機(jī)器人中熟練、正確地運(yùn)用C語言開發(fā)出高質(zhì)量的應(yīng)用程序，成為目前教育界和工程領(lǐng)域迫切需要解決的問題，已經(jīng)引起教育部門和社會(huì)的廣泛重視。

關(guān)鍵詞：嵌入式編程；交互式；機(jī)器人

目前高職院校教學(xué)所使用的C語言教材，實(shí)驗(yàn)器材等都是采用理論教學(xué)，上機(jī)實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性低。為解決此類現(xiàn)象，提高學(xué)生對(duì)C語言理論基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣，設(shè)想一種實(shí)驗(yàn)設(shè)備，通過學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程中逐步掌握理論基礎(chǔ)知識(shí)，目前比較流行的是機(jī)器人，因此采用機(jī)器人作為實(shí)驗(yàn)器材，在機(jī)器人平臺(tái)上研究適應(yīng)于C語言教學(xué)的交互式編程系統(tǒng)。教學(xué)輔助系統(tǒng)可以為C語言提供良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，提高學(xué)生對(duì)C語言編程的興趣，從而使學(xué)生能快速、牢固的掌握C語言程序設(shè)計(jì)的知識(shí)。

一、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思想

此系統(tǒng)結(jié)合機(jī)器人硬件設(shè)備，針對(duì)職業(yè)學(xué)校學(xué)生的特點(diǎn)，總體布局采用所見即所得的方式，我們小組討論采取3級(jí)結(jié)構(gòu)框架。第一級(jí)結(jié)構(gòu)為硬件連接，即針對(duì)現(xiàn)有的機(jī)器人設(shè)備，將機(jī)器人主控板的示意圖作為第一級(jí)界面，在此示意圖上芯片的各種接口和硬件一一對(duì)應(yīng)，可將機(jī)器人的各種外設(shè)連接在示意圖上?？紤]到機(jī)器人的外設(shè)較多，有輸入、輸出多種模塊，輸入部分為傳感器類，傳感器基本分兩類，一類為數(shù)字傳感器，一類為模擬傳感器；輸出部分為電機(jī)，所以界面采用直流電機(jī)、數(shù)字傳感器和模擬傳感器三個(gè)部分。點(diǎn)擊某個(gè)部分可選擇主控板示意圖界面上的某類芯片接口，此合適的相應(yīng)類的芯片接口為紅色，提示用戶此類接口為優(yōu)先推薦接口。連接好相應(yīng)的接口及傳感器后，在第二級(jí)界面就出現(xiàn)相應(yīng)的模塊操作界面，即必須在第一級(jí)界面安裝好相應(yīng)的機(jī)器人硬件設(shè)備才能產(chǎn)生第二級(jí)的模塊操作界面。在操作界面上采用各種圖標(biāo)點(diǎn)擊方式進(jìn)行流程圖的設(shè)計(jì)，到此我們只完成了可實(shí)現(xiàn)流程圖圖標(biāo)的操作，然而要完成C語言教學(xué)和驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，必須要有相關(guān)的結(jié)構(gòu)語言支撐，這點(diǎn)就比較困難了，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的討論，我們決定采用C語言流程圖的圖標(biāo)來代替程序結(jié)構(gòu)，底層和結(jié)構(gòu)函數(shù)進(jìn)行鏈接，各種條件利用變量進(jìn)行選擇的方式來完成。第二層結(jié)構(gòu)就是重中之重的了，因?yàn)檫@套系統(tǒng)是針對(duì)C語言教學(xué)開發(fā)的，所以重點(diǎn)在C語言教學(xué)上，也就是說必須將C語言的源代碼顯示出來，我們小組做了很多實(shí)驗(yàn)，最后采用底層做好函數(shù)，圖標(biāo)進(jìn)行鏈接，將C語言的源代碼反顯示出來，函數(shù)采用頭文件的方式給固化到軟件的初始化中，后面只需要調(diào)用即可，考慮到生動(dòng)性更好一點(diǎn)，我們做了一個(gè)以前完全沒有的設(shè)想，在第二級(jí)界面中增加，流程圖反C語言，C語言反流程圖的雙向編譯功能。第三層結(jié)構(gòu)為編譯界面，此結(jié)構(gòu)需要和主控板所用單片機(jī)做通訊程序，主要置于底層。

二、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思想，擬利用三層結(jié)構(gòu)界面進(jìn)行研究，第一層結(jié)構(gòu)為硬件連接結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)為上層結(jié)構(gòu)，尤為重要，在此結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了相關(guān)操作才能在下面的結(jié)構(gòu)中用相應(yīng)的功能。第一層結(jié)構(gòu)需要和選配的機(jī)器人主控制器配合使用，需要根據(jù)選配的機(jī)器人主控板畫出示意圖，做好底層代碼編譯鏈接。第二層結(jié)構(gòu)為程序和流程圖交互式編程界面，在此結(jié)構(gòu)上可以對(duì)已在第一層結(jié)構(gòu)中連接的硬件進(jìn)行各種檢測(cè)和控制操作，交互式在第二層結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生。第三層結(jié)構(gòu)為編譯界面，此結(jié)構(gòu)需要和主控板所用單片機(jī)做通訊程序，主要置于底層。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。

第一層結(jié)構(gòu)是第二層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，所有的操作都必須完成第一層結(jié)構(gòu)的安裝連接才能進(jìn)入第二層結(jié)構(gòu)并使用相應(yīng)的功能，所以第一層結(jié)構(gòu)的搭建最為重要。

第二層結(jié)構(gòu)是界面軟件編程設(shè)計(jì)，變量的定義和C語言的交互部分都是采用底層函數(shù)方式來完成，在軟件中只做相應(yīng)的鏈接和顯示，實(shí)現(xiàn)流程圖和C語言的程序交互式編程。

第三層結(jié)構(gòu)是編譯和下傳設(shè)計(jì)，編譯部分考慮了語法檢查和提示功能，當(dāng)需要編譯時(shí)，先進(jìn)行程序的語法檢查，采用順序查詢的方式進(jìn)行，利用相應(yīng)的代碼進(jìn)行查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中的語法規(guī)則，符合語法規(guī)則的不進(jìn)行提示，如果不符合語法規(guī)則，則進(jìn)行提示出錯(cuò)信息，并指示錯(cuò)誤位置和語法缺省項(xiàng)，此時(shí)用戶可以根據(jù)提示進(jìn)行修改，當(dāng)所有的語法都通過檢查并正確就進(jìn)行編譯，生成下載代碼文件。利用USB口，通訊程序?qū)⑸傻拇a文件下傳到機(jī)器人中。

三、小結(jié)

本論文研究了高職院校C語言教學(xué)輔助系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)構(gòu)思，其中包括系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思想、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及功能流程。此系統(tǒng)采用項(xiàng)目方式總體布局設(shè)計(jì)，在實(shí)現(xiàn)硬件連接的基礎(chǔ)上做相應(yīng)鏈接方式，達(dá)到硬件鏈接和流程圖模塊實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)；采用流程圖和C語言交互式編譯過程，C語言采用模塊化語言設(shè)計(jì)，雙方可進(jìn)行交互操作。學(xué)生能夠利用C語言編程完成機(jī)器人的各種項(xiàng)目，用流程圖設(shè)計(jì)與編寫適合于機(jī)器人運(yùn)行的C語言應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)C語言和流程圖一一對(duì)應(yīng)的編程方式，直觀、形象、生動(dòng)的對(duì)C語言的基本語法進(jìn)行學(xué)習(xí)。因此，在機(jī)器人設(shè)備上開發(fā)適合于學(xué)生學(xué)習(xí)C語言的教學(xué)輔助系統(tǒng)，可以為C語言提供良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，提高學(xué)生對(duì)C語言編程的興趣，從而提高教學(xué)質(zhì)量，為實(shí)現(xiàn)嵌入式C語言的應(yīng)用，提供了有力的支撐。