基于流水灯的“微控制器应用”课程项目教学设计.pdf

1、基于流水灯的“微控制器应用”课程项目教学设计打开文本图片集摘 要：“微控制器應用”课程是高职应用电子技术专业核心课程，对培养学生的分析问题、解决问题能力，以及创新能力都具有十分重要的作用。但由于课程逻辑性强，与其他课程的关联度大，加之高职学生专业基础较弱、主动学习意愿不够强烈，随着课程内容的逐步加深，许多学生会逐渐失去学习兴趣，教学效果不甚理想。如何让多数学生掌握课程的主要内容并保持学习的兴趣与动力，在项目教学设计中，基础项目设计的重要性不容小觑。文章以流水灯控制为主线，以最大范围涵盖课程主要内容为目的，设计了若干个基础教学项目，项目功能简单具体、可操作性强，在课程教学实施中避免了学生的畏难情

2、绪，满足了学生对“微控制器应用”课程的基础要求，为进一步学习打下了基础。关键词：流水灯;微控制器应用;基础项目设计中图分类号：G712文献标识码：A收稿日期：2018-11-14基金项目：上海工程技术大学教学研究项目“微控制器应用课程建设”（k201716003）。作者简介：彭远芳（1968），女，重庆人，副教授，硕士，主要从事 C 语言程序设计、微控制器应用以及电子线路板设计等课程的教学工作。一、高职“微控制器应用”课程高职“微控制器应用”课程以电子电路的分析与实践能力、电子线路板的设计能力为基础，学习以单片机为微控制器的典型小系统调试与开发的全过程，该课程涉及模拟电子技术、数字电子技术、集

3、成电路应用、传感器应用技术以及 C 语言程序设计的相关知识，并为后续课程如 CPLD/FPGA 应用技术、嵌入式系统应用等课程的学习奠定基础，更为学生毕业后从事智能仪表、汽车电子及其他消费类电子产品的调试、设计与制造，以及继续学习与职业能力的提升起支撑作用，因此该课程对应用电子技术专业的学生显得尤为重要。笔者提出通过项目教学法引导学生学习，为此设计了基础、提高、拓展项目以适应不同学习需求的学生，在教学实践中，由于学生学习基础、接受能力、主观能动性迥异，加之课程内容多学时少，之前设计的提高及拓展项目不能为多数学生所接受，为改变曲高和寡的处境？以流水灯控制为主线，以最大范围涵盖课程主要内容为目的，

4、设计了若干个基础教学项目，在极少改变硬件组成的前提下，通过不同的控制方式将教学内容蕴涵于项目中，克服了学生在遭遇新知识点时的畏难情绪，使得多数学生能够跟着教师的思路学习，在经历这样一个慢热的过程后，基本掌握了课程基础内容，学习兴趣也由此被激发出来。二、教学设计图 1 为典型流水灯硬件电路（晶振电路和复位电路略），其中 P1 口作为外接独立式按键，P2 口输出低电平点亮发光二极管。以该电路为基础，采用不同的控制方式，体现课程中最基础最重要的内容，具体设计如下。（一）I/O 口的基本应用1.项目 1-无键控制的流水灯暂不考虑按键控制，I/O 口的输出从 1 位发光二极管（如 D0）的闪烁（D0D7

5、）左移流水/右移流水花样流水灯图案设计与实现。在项目功能实现的过程中，先要理解“闪烁”“流水”的原理，分别掌握利用左移/右移运算符、字符串循环左移/右移函数实现左右移流水的方法;对于花样流水灯，如设置从八路 LED 闪烁左移流水右移流水两个亮点从中间向两侧舒展两个亮点从两侧向中间收缩八路 LED 闪烁为 1 次循环，掌握采用子函数调用实现花样流水效果，以及利用一维数组存储和输出花样流水图形数据表这两种方法。2.项目 2-通用 I/0 口键控流水灯（1）单键控制的流水灯。为方便起见（如 K0），KO 未动作记为 KO+0，按下/释放 n次记为 KO+n 动作，项目设计中可设置 K0+0 为八路

6、LED 闪烁，K0+1 左移流水，K0+2 右移流水，K0+3 两个亮点从中间向两侧舒展，K0+4 两个亮点从两侧向中间收缩，K0+5 隔路左移流水，K0+6 隔路右移流水，K0+7 左四路和右四路交替亮灭，K0+8 则回到 K0+0。程序设计中，通过引入一次键动作的判断（包括按下/释放及键抖动处理）、按键动作次数的计数，掌握用两种分支结构（if-else if 语句和 switch-case 语句）对按键动作次数进行相应的处理，并比较这两种分支结构的异同。（2）多键控制的流水灯。依据图 1，在功能设计上由简单到复杂，如基本功能可设计为 Ki 键动作（i=18），发光二极管 Di 被点亮;进一

7、步可将上述花样流水图案进行分解，设计为 Ki 键动作，实现图案中的第 i 个流水动作（动作时长可自定义）。通过项目 1-2，学生掌握了通用 I/O 口的输入输出特性、程序基本结构和编程方法。（二）外中断及定时器/计数器中断的应用中断系统是单片机最重要的资源，包括外部中断、定时器/计数器中断以及串行口中断。中断系统的应用是重点也是难点，通过单片机外中断及定时器/计数器中断控制流水灯的运行。如图 2，保留 K2-K5 并分别与 INT0/INT1、T0/T1 接口，项目具体内容如下。1.项目 3-利用外部中断控制流水灯先引入 INT0/INT1（K2/K3 作为中断源），暂不考虑 K4/K5，如设

8、置无键按下为左移流水右移流水的循环，K2 动作则 8 路闪烁持续 5S 报警，K3 动作则完成上述项目 2 中单键控制的花样流水灯功能（持续 10S），INT0/INT1 选用边沿触发。该项目功能虽简单，但实现过程中涉及的知识点却很多也相当重要。如通用 I/O 口外接按键的软件去抖动和 INT0/INT1 外接按键的软件去抖动有何异同？如何实现？采用中断方式为何多选用边沿触发而不是电平触发？为何中断函数一般要求尽可能短？INT0 中断函数如何设计，才能实现 8 路闪烁报警持续 5s（INT1 亦如此即完成花样流水灯持续 10s 的功能），需知多数学生均会将 5s 或 10s 延时放在中断服务函

9、数中，这显然是不合理的，启发学生可以为 INT0/INT1 各设置一个标志位 flag0/flag1，以及增设两个计数变量C0/C1，通过调用 1s 延时函数分别实现 5s/10s 延时，在此基础上将项目需要实现的功能通过逻辑关系加以详细描述，再利用编程语言实现，学生会发现这是一个无比奇妙的过程。2.项目 4-利用计数器控制流水灯忽略 K2-K4，为方便起见，K5 未动作记为 K5+0，按下/释放 m 次记为 K5+m。项目设计为在 K5 按下 m 次完成花样流水灯的第 m 个动作（m=18），且持续 ms（通过定时器 T0 实现）。为此 T1 为 8 位自动重装初值的计数器，初值设置为 0X

10、FF，工作于查询方式;T0 为定时器方式 1，工作于中断控制方式（50ms 溢出一次），另设置两个计数变量 C0/C1，其中C0 用以对 K5 动作次数进行计数，C1 对 T0 溢出次数进行计数，实现 1s-8s 的延时。在程序结构上，选用 switch-case 结构，实现花样流水动作的分解与延时时长的配合。（三）串口典型应用串口是单片机最重要的资源之一，也是学生比较难以理解的内容。通过串口资源来控制流水灯，项目内容简单直观，学生易于理解。具体设计如下。1.项目 5-通过串口方式 0 控制流水灯图 3 给出了利用串口方式 0 控制流水灯的电路，可以设计为 Ki 键按下发光二极管 Di闪烁（闪

11、烁间隔 1s 由 T0 或采用调用延时子函数实现）。此时串口用作同步移位寄存器，单片机的 P1 口每读入一组按键信息，RXD 端作为数据移位的出口（设置为查询工作方式），在 TXD 所提供移位脉冲的控制下，低位在前、高位在后将按键信息逐位移出。需要着重强调的是 74LS164 的输出 QAQH 应与发光二极管 Q7Q0 依此相连，以避免数据传输完成后出现“头朝地”的现象，并通过流水灯运行效果加以印证。2.项目 6-双机通信控制流水灯图 4 则给出了利用串行通信控制流水灯（闪烁间隔 1s 仍需由 T0 或采用调用延时子函数实现）。可以看到，这是一个简单的双机通信系统，甲机向乙机发送 8 位数据，

12、乙机将接收到的数据在其连接的数码管上显示。串口的工作方式可以设置为方式 1方式 3 中的任意一种（设置为中断工作方式）。由于是双机通信，因此对甲乙两个单片机均需进行编程，通过这个简单的项目，学生更加容易理解串口发送和接收数据的典型流程，何时可增加奇偶校验位，何时可修改波特率以改变传输速度，并通过流水灯加以验证。三、结语以上通过流水灯涵盖了 I/O 端口典型应用、外部中断、定时器/计数器以及串行口应用，项目设计中也可将流水灯用于人机接口及其程序设计，如通过 4 只发光二极管、以四位二进制代码的形式显示 44 矩阵式键盘的键号，从实际应用出发，有关人机接口应用的项目选用显示器主要是 LED 数码管

13、、点阵电子显示屏、LCD1602 液晶显示器等。教学实践表明：将课程主要内容蕴含于简单项目中，在课程教学中项目的硬件组成只有些许改动，更多的是通过更改控制方式，将课程内容有機地嵌入其中，采取灵活多变的方式激发学生的学习兴趣，同时增强了教学内容的系统性，使多数学生能够掌握课程的基础内容。当然，对课程的深入学习是一定要通过深入研究具体、实用的典型单片机小系统而获得的，但不可否认课程基础知识的学习和掌握是提高与拓展的第一步。参考文献：1蔡燕玲.基于多知识点的单片机单一项目教学设计J.信息技术与信息化，2016（5）.2纪艺娟.利用 Keil 与 Proteus 联调改进单片机实验课程教学J.电子技术，2017（12）.3王可宁，王 伟，王青松.以专业认证为导向的单片机教学改革方法探索J.教育现代化，2017（6）.4郑秋梅，王风华.“问题驱动”的研究性教学改革研究与实践J.中国成人教育，2015（20）.5刘 平.深入浅出玩转 51 单片机M.北京：北京航空航天大学出版社，2014.