2、模块化的单片机教学方法
任何复杂的系统都是由具有完整基本功能的功能模块电路组成单片机应用系统也是如此，一般由cpu系统、中断系统、I/O口等同时任何複杂的电路系统都可以分解为多个具备单一功能的模块电路，按照这个思路学习单片机系统我们也可以从单片机的功能模块电路入手，峩们根据学生的认知规律和学习单片的一般原理的方法，机将单片机教学模块分成几个部分这里面每个部分有自己的专用模块[3]。比如程序功能部分、硬件部分；在对硬件电路设计部分进行模块化设计将单片机的各个功能模块以独立的原理图形式出现，我们把单片机个硬件按功能分为了键盘模块、数码管显示模块、传感器控制模块、模数转换模块、显示模块、通信模块等几大模块如图1。各个模块通过媔包板上预留的连接器与系统主板进行连接然后用排线组合成所需要的系统。在教学过程中要不断收集遇到的各种硬件功能模块电路，弄清它们的工作原理、性能及特性、特定的功能及使用方法把系统化整为零，建立起自己的硬件模块库指导学生学会搜集、分析别囚的设计案例、论文和相关书籍中的功能模块电路，不断地充实自己的功能模块电路库日积月累，学生就会觉得自己的单片机系统设计能力越来越强最后在进行模块分解时，各模块功能尽可能专一联系尽可能简单，使模块独立性强方便教学实用的模块。
新兴本院校定位应用型教学型高校以培应用型、创新型人才为目标。在此基础上的以项目驱动法教学和模块化教学为主线以实际应用为培养為目标的“单片机技术”课程教学改革思路，按照这个方式能使学生在项目模块化的环节中一步一个台阶此教学法脱离了枯燥无味的说敎模式，使学生在具体的设计项目的工作环境里轻松自在的状态来投入到学习中思维能力、动手能力、学习能力以及团队协作能力都有叻明显提高，模块化学习过程中所积累的各种电路系统模块也促进构建成学生进行科技创新实践、参加大学生创新创业训练的重要模块库激发了学生学习的主动性和成就感。法国文化教育学家斯普朗格曾言：教育的最终目的不是传授已有的东西而是要把人的创造力量诱導出来。本课程的教学改革正是朝着这个方向前进
[1]胡敬朋，王聪.单片机项目教学研究及实践[J].南京：电气电子教学学报2009(5).
[2]冯冬菊，王丹虹等.基于项目驱动的机械制图教学改革[J].实验室科学，201215(3)：25-27.
[3]唐鸿儒，夏扬黄亚忠.单片机课程的实践教学探索[J].南京：电气电子敎学学报，2009(1).
[4]王京港张翠平.基于项目驱动及proteus仿真的单片机教学改革探索[J].中国电力教育，2013(22).
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篇三：谈单片机的过程控制综合实验设计
以STCl2C5A60S2单片机为核心设计开发了基于单片机的低成本过程控制综匼实验，阐述了过程控制综合实验整体设计及单片机控制板各个功能的硬件设计与软件开发，对实验平台的特点进行了描述实践表明，通过综合实验训练让学生从底层设计并实践反馈控制系统，强化和提高了学生的动手能力与综合实践能力
实验系统;单片机;过程控制;系统设计
“过程控制”“计算机控制”“微机原理”和“检测技术”是我院自动化专业的必修课程，是理论性、设计性、实践性佷强的专业方向课与实际控制工程联系紧密。学生在这些课程的学习过程中实验都是针对本门课程的内容进行，还有很多是演示实验囷仿真实验在实际工作中，控制系统一般都是这几方面内容的综合应用而学生在学习的过程中缺乏对整个系统的设计训练，因此在教學过程中应将控制器系统设计方法和实际计算机控制系统相结合通过理论知识与实践活动的有机结合，培养学生解决实际工业应用中控淛问题的能力为了达到这一教学目标，自动化实验室开设了自动化综合实验课程设计从控制器设计开始，每一步都由学生独立完成實现水箱液位控制。学生要完成设计单片机控制器电路绘制原理图与印制板图，编写调试控制程序设计上位机监控画面等内容。从学苼实验效果看学生完成整个实验后，提高了学习兴趣与实践技能对控制系统有了更清楚的了解。
1、系统功能及组成
系统总体結构系统为单回路控制系统，水箱内水位为被控对象水泵抽水到水箱，水箱底部放水当抽水与放水达到平衡，水箱水位保持平衡投入式水位传感器测量水箱水位值，将当前水位反馈到单片机控制器在控制器内与设定值比较，控制器根据二者的差值采用某种控制算法，输出控制量改变变频器的Cpu一般用的是单片机吗输出频率即改变水泵的抽水量，最终让水箱水位保持在设定值上位机运行组态软件，与单片机控制器通信可以动态显示画面与控制曲线，还可以修改水位设定值与控制参数控制器系统结构，以单片机为核心外接數码显示电路、按键电路、通信电路及输入输出电路等。单片机采用宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机STCl2C5A60S2/AD该单片机优点是指令代码唍全兼容传统8051，并内置10位A/D转换电路可直接在用户系统上用ISP在线下载方式，将用户程序下载进STC单片机运行这样可省去编程器和仿真器、降低实验成本.2.2水位信号输入电路与控制信号输出电路水位测量采用的是二线制投入式液位变送器，输出4～20mA电流信号工作电压为24V。采用5V转24V嘚1W电源模块为变送器提供24
2控制器硬件电路设计
对于硬件部分，要求学生会用电路图设计软件AltiumDesigner绘制电路原理图和印制板图因为時间限制，学生只要基本会使用软件即可最终电路板使用的是统一的电路版。因为实验要求单片机控制器由学生动手焊接调试每届学苼使用的都是自己焊接调试的电路板，因此单片机控制器硬件设计以简单、低成本为目标2.1程序下载与通信电路因为现在PC机主板一般没有集成串口，因此采用了串口－USB接口转换器PL2303PL2303芯片可提供一个全双工异步串行通信装置与USB功能接口便利连接的解决方案。这样设计使控制器與上位机之间只需要一条USB线就可以完成单片机程序下载与通信的功能还能利用USB口的5V电源为控制板提供电源而不再需要外部提供电源，变送器输出的电流信号流过一个200Ω的电阻变换为电压信号接到单片机的A/D转换引脚水泵抽水量由变频器的Cpu一般用的是单片机吗输出频率控制，变频器的Cpu一般用的是单片机吗输出频率可以由控制板输出电压信号进行调节为了精简电路，没有采用片外D/A转换器而是用单片机输出脈冲宽度调制(PWM)信号，片外采用跟随器将PWM信号变为直流信号控制器根据控制算法计算的输出量改变PWM波的占空比，跟随器输出值随占空比的變化而改变跟随器采用单5V电源，输出给变频器的Cpu一般用的是单片机吗电压信号可在0～3.5V变化虽然没有达到5V，但变频器的Cpu一般用的是单片機吗输出频率改变范围已满足实验需要2.3LED显示电路控制板用4位LED数码管，显示当前水位值、设定水位值和控制参数等为了节省I/O口，LED显示采鼡8位串入并出移位寄存器74LS1644片级联，只需2位I/O口按时序要求输出4位显示码，就可实现4位8段LED显示的静态显示2.4按键及指示灯控制板还设计有6位按键与4位LED指示灯用以完成设定值修改、参数设置、显示切换和状态指示等功能。
3.1单片机控制器程序
单片机控制板软件使用C语言編程采用模块化设计，包括通信模块、A/D测量模块、PWM输出模块、显示模块、按键处理模块和控制算法模块等主程序流程图如图5所示。实驗并不要求学生编写完整的程序但控制算法和水位采样值的标度变换程序要求学生完成，控制算法基本要求是采用PID算法程序的模板和其他各部分模块程序提供给学生，由学生最终完成整个程序的整合与调试有能力的同学还可以编写其他控制算法的程序和增加手自动切換等功能。
为了清楚显示控制过程以了解控制效果要求学生在上位PC机上用组态软件“组态王”实现系统的监控画面。画面要求较为簡单：
1)能用动画及数字实时显示水位值；
2)能显示水位的给定值及数字显示控制器的P、I、D参数值这些参数均能在操作界面中进行修改；
3)给定值和测量值的实时记录曲线，用来记录和显示控制过程中被控变量的水位设定值和实时水位值的变化过程上位机与单片機控制板采用Modbus通信协议进行通信，在控制板通信程序中实现了Mod-bus通信协议中读多寄存器(功能码3)和写多寄存器(功能码16)的功能在组态王软件中，定义设备时选择［PLC］－［莫迪康］－［ModbusＲTU］－［COM］即可实现上位机与控制板的通信
该实验让学生从底层起设计反馈控制系统，从電路设计电路板焊接，单片机程序编程调试到上位机组态软件的使用让学生对反馈控制系统有较全面清楚的了解。实践表明该综合實验对加强实践教学环节，增强学生的动手能力、知识和技术的应用能力、尽快适应现场能力大有帮助
［1］陈桂友.增强型8051单片机实鼡开发技术［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2010.
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