单片机应用课程平台的设计与实践

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1、单片机应用课程平台的设计与实践　　【摘要】本文阐述了单片机应用课程平台的硬件设计与软件要求，分析了课程实践中遇到的问题和解决方案。合理地设计单片机应用课程平台，严格要求学生完成硬件分析和软件编程的任务，不仅可以提高学生单片机应用能力，还可以激发学生对专业方向的学习兴趣，培养学生的创新意识。　　【关键词】单片机应用课程平台硬件分析软件编程　　【中图分类号】G712【文献标识码】A【文章编号】2095-3089（2013）10-0239-02　　1.引言　　单片机具有体积小、集成度高、可靠性高、控制功能强、低功耗、易扩展等特点，在工业控制、仪器仪表、日常家电、电子通

2、信、办公自动化设备等方面都有广泛应用，单片机技术已成为控制系统中最普遍的应用技术[1～6]。单片机是一门应用设计类课，也是一门工程实践性很强的课，所以如何做到理论与实践相结合，让学生能够把抽象难懂的理论知识做到灵活运用、融会贯通是单片机实践教学过程中要抓住的重点[7]。单片机实践课程在目前教学过程中仍存在以下问题：（1）理论教学以单片机原理知识为核心，应用技术讲授较少，使学生感觉枯燥；（2）单片机硬件结构和硬件资源与编程软件讲授分离，不宜形成系统概念；（3）实践环节教学模式单一，不利于培养学生的的主动性和创造性[8]。6　　针对目前单片机实践课程的教学现状，开发

3、了一套适用于学生设计和实践的单片机应用课程平台，要求学生独立完成平台的硬件原理分析、硬件焊接与调试以及软件编程的工作。通过此环节的训练既能锻炼学生硬件分析能力和微处理器平台上的软件编程能力，又有助于培养学生对系统整体概念的认识，激发学生对电子信息专业方向的学习兴趣，培养学生的创新意识。　　2.课程平台的硬件设计　　课程平台硬件以STC89C52作为核心处理芯片，外扩5个功能模块：键盘和显示模块、温度采集模块、电机控制模块、数据存储模块和串行通信模块，实现温度实时采集、工艺参数的设定与存储、电机运行与调速、以及良好的人机交互等功能。硬件总体框图如图1所示。　　硬件

4、平台中键盘显示部分选择工业上使用广泛的串行HD7279A芯片。温度采集部分选择硬件电路简易的“一线总线”接口温度传感器――DS18B20温度采集模块。系统可以控制一个直流风机的运行及调速，并与温度采集部分构成一个简易的闭环控制系统。数据采集模块采用24C16E2PROM芯片。此外，硬件部分还提供RS232串行数据通信接口，实现与上位PC机的数据通信。　　3.课程平台的软件要求　　课程设计要求在实践平台上完成温度测量及电机调速软件一套。系统上电后，软件应提供良好的人机交互功能，提示用户选择各级菜单。软件能完成以下菜单功能：温度检测、直流风机调速、恒温控制、工艺参数

5、设置以及数据通信功能。6　　温度检测功能要求能实时采样环境温度，并显示在LED数码管上，显示的温度值需精确到小数点后2位。直流风机调速功能使风机按照用户输入的设定参数运转，LED显示器上显示输出给风机的实际PWM波占空比。恒温控制功能根据温度传感器实际采样值和设定温度值，调整风机的转动速度，达到温度控制的目的。控制方法采用数字PID算法。工艺参数设置功能设置风机转速和恒温控制的设定温度值，工艺参数设置功能支持设置多组工艺参数。数据通信功能通过RS232串行接口与上位PC机进行数据通信，实时接收上位机的各种命令，并将风机运行参数值和实际采样的温度值发送至上位机进行

6、保存。　　4.课程实践过程中遇到的问题及解决方案　　课程实践过程中会遇到各种问题，如果置之不理将直接影响教学质量，无法达到预期的教学目的。因此，准备好课程实施的预定方案并及时梳理和解决课程实际问题十分重要。　　课程首当其冲的问题是必须端正学生学习态度，要求学生必须亲历亲为完成整个实践。以往的实践课程通常是两人一组完成一个项目的制作，而且一般以交书面报告或作品的形式来评分，实践过程中时常会有一些学生滥竽充数，抄袭他人作品程序和报告的现象屡有发生。为了端正学生学习态度，杜绝上述现象发生，必须从规范实践课程的考核要求入手。首先，实践过程是一人一组，让每个学生都亲自动手

7、完成硬件焊接和软件编程；其次，实验报告改为开卷考试的形式，任课教师根据实践内容出题，全面考察学生知识的掌握情况；最后，在作品检查时必须增设答辩环节，教师可根据作品完成情况提出一些硬件设计和软件编程的相关问题。6　　在实践过程中，不少学生暴露出硬件焊接水平较弱的问题。所以在实践开始时，教师应该重新讲述焊接要领，并给予示范，对焊接有问题的学生应逐一辅导。此外，一些学生可能会出现焊错、焊坏的现象，为了方便元器件的拆卸或返工，所设计的PCB板的焊盘和焊孔的尺寸都应该适当放宽。　　软件编程是实践过程的重头戏。学生在KeilC51环境下编程，实现课程要求的各种功能。教师在指

8、导学生软件编程时，没有必