時(shí)間：2023-03-30 10:40:12
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關(guān)鍵詞：單片機(jī)RS—485總線(xiàn)數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換鍵盤(pán)處理
一、前言
目前檢測(cè)溫度一般采用熱電偶或熱敏電阻作為傳感器，這種傳感器至儀表之間一般都要用專(zhuān)用的溫度補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，而溫度補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)價(jià)格很貴，并且線(xiàn)路太長(zhǎng)也會(huì)影響測(cè)量精度。在實(shí)際應(yīng)用中往往需要對(duì)較遠(yuǎn)處（1KM左右）的溫度信號(hào)進(jìn)行監(jiān)視?，F(xiàn)有的解決方案有很多，例如：
1、在現(xiàn)場(chǎng)用智能儀表對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，用計(jì)算機(jī)作上位機(jī)與智能儀表進(jìn)行通訊來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)（采用這種方案要增加計(jì)算機(jī)設(shè)備及相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件）。
2、NCU+DDC實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)。用兩個(gè)DDC，一個(gè)安裝在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量溫度，另一個(gè)安裝在監(jiān)視地，兩個(gè)DDC通過(guò)NCU進(jìn)行通訊從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)。
但以上方案都存在成本高的問(wèn)題，有沒(méi)有低成本的解決方案呢？其實(shí)，在單片機(jī)應(yīng)用日益廣泛的今天，完全可以用單片機(jī)以極低的成本來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)。
二、問(wèn)題的提出
我單位管理的鍋爐房同時(shí)給兩棟建筑物內(nèi)的兩家酒店供應(yīng)蒸汽，由安裝在兩棟建筑物地下室的熱交換器進(jìn)行熱交換后產(chǎn)生熱水送給客房。從鍋爐房至兩個(gè)熱交換站的距離分別約600米，值班人員要不停地奔波于兩個(gè)熱交換站與鍋爐房之間進(jìn)行設(shè)備巡視，檢查熱水溫度是否控制在規(guī)定的范圍，這樣不僅增加了值班人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也使鍋爐房經(jīng)常無(wú)人(因每班1人值班)。如果能在鍋爐房顯示兩個(gè)熱交換站內(nèi)各熱交換器的熱水溫度，則值班人員僅在熱水溫度異常時(shí)才需到各熱交換站檢查設(shè)備，這樣便可解決上述問(wèn)題。我公司曾就此問(wèn)題找專(zhuān)業(yè)公司作過(guò)方案，其報(bào)價(jià)在人民幣10萬(wàn)元左右，后因種種原因該項(xiàng)目未實(shí)施。經(jīng)過(guò)分析，本人發(fā)現(xiàn)可以用單片機(jī)+智能儀表以低成本實(shí)現(xiàn)溫度遠(yuǎn)程顯示，并且經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)取得了成功，現(xiàn)將設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)述如下：
三、控制要求及解決方案選擇
1、兩個(gè)熱交換站分高低區(qū)共安裝有8個(gè)熱交換器，正常水溫在45oC至65oC之間；兩個(gè)熱交換站與鍋爐房的距離分別為500米和600米左右。
1步進(jìn)電機(jī)原理簡(jiǎn)介
步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)PM）和混合式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)HB）。
步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它是通過(guò)輸入脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。
步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。其基本原理作用如下：
(1)控制換相順序
通電換相這一過(guò)程稱(chēng)為脈沖分配。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)锳-B-C－D,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A,B,C，D相的通斷。
(2)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向
如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。
(3)控制步進(jìn)電機(jī)的速度
如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。
(4)步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)及術(shù)語(yǔ)
相數(shù)：產(chǎn)生不同對(duì)極N、S磁場(chǎng)的激磁線(xiàn)圈對(duì)數(shù)。常用m表示。
拍數(shù)：完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運(yùn)行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.
步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角位移用θ表示。θ=360度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運(yùn)行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機(jī)為例。四拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ=360度/（50*4）=1.8度（俗稱(chēng)整步），八拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ=360度/（50*8）=0.9度（俗稱(chēng)半步）。
定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場(chǎng)齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的）
靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機(jī)體積（幾何尺寸）的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動(dòng)電壓及驅(qū)動(dòng)電源等無(wú)關(guān)。雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過(guò)份
采用減小氣隙，增加激磁安匝來(lái)提高靜力矩是不可取的，這樣會(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。
(5)、步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)及術(shù)語(yǔ)：
步距角精度：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在15%以?xún)?nèi)。
失步：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱(chēng)之為失步。
失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線(xiàn)偏移定子齒軸線(xiàn)的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。
1.1概念
電子臺(tái)歷對(duì)于人們來(lái)說(shuō)并不陌生，是日常生活中的一種計(jì)時(shí)工具，顯示內(nèi)容比較具體，包括：年、月、秒等，以其自身精確、使用方便等優(yōu)勢(shì)受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。在電子臺(tái)歷使用過(guò)程中，能夠在兩個(gè)方面體現(xiàn)其特點(diǎn)，一方面，能夠與軟、硬件更新同步，為人們提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，具有實(shí)時(shí)性特點(diǎn)；另一方面，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要是將單片機(jī)作為基礎(chǔ)，與LED顯示電路等構(gòu)成，而且在特殊環(huán)境影響下，能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)試，極大地提高了工作效率。
1.2設(shè)計(jì)原理
電子臺(tái)歷軟件主要包括程序初始化、按鍵檢測(cè)等，硬件則為單片機(jī)，由于單片機(jī)芯片接口數(shù)量較多，在實(shí)際應(yīng)用中比較復(fù)雜。誠(chéng)然，電子臺(tái)歷體積小，但是，其內(nèi)部系統(tǒng)包含電源電路、時(shí)鐘等部件，能夠確保其穩(wěn)定、正常運(yùn)行，另外，在其設(shè)計(jì)中，臺(tái)歷前板顯示屏幕是價(jià)格比較昂貴的數(shù)碼管液晶顯示器，能夠有效突破傳統(tǒng)僅能夠顯示一種字體的弊端，通過(guò)這種設(shè)計(jì)，不僅能夠滿(mǎn)足個(gè)性化需求，有效節(jié)約成本，還能夠提高電子臺(tái)歷市場(chǎng)占有率。目前，Proteus系統(tǒng)電子臺(tái)歷應(yīng)用范圍比較廣泛。
2在電子信息中單片機(jī)電子臺(tái)歷的應(yīng)用
2.1激發(fā)學(xué)生興趣，挖掘創(chuàng)新潛能
傳統(tǒng)教學(xué)主要采用標(biāo)準(zhǔn)模塊，學(xué)生被動(dòng)地在課前對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)習(xí)，并將事先編好的程序錄入系統(tǒng)中進(jìn)行驗(yàn)證即可，在很大程度上寫(xiě)弱了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和熱情，而單片機(jī)教學(xué)不同，學(xué)生在教師引導(dǎo)下，可以利用單片機(jī)軟件進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，有效激發(fā)學(xué)生興趣，拓展學(xué)生思維，能夠深入挖掘創(chuàng)新潛能。另外，該技術(shù)自身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、學(xué)生操作難度較低，能夠?yàn)閷W(xué)生進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)提供支持，不僅能夠優(yōu)化教學(xué)，提升教學(xué)有效性，還能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性和熱情。
2.2豐富教學(xué)內(nèi)容，拓展知識(shí)范圍
電子信息工程作為計(jì)算機(jī)應(yīng)用科學(xué)的重要組成部分，是適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展影響下，電子信息技術(shù)已經(jīng)在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛推廣和普及，在推動(dòng)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面具有重要作用。傳統(tǒng)電子信息工程中的設(shè)計(jì)與運(yùn)用，已經(jīng)不能夠更好地幫助學(xué)生參與現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展，特別是在單片機(jī)在人們生活中的應(yīng)用，使得人們對(duì)電子信息工程提出了更高的要求情況下。因此，將單片機(jī)技術(shù)引入教學(xué)中成為未來(lái)主要趨勢(shì)，在教學(xué)中滲透，不僅能夠豐富教學(xué)內(nèi)容，豐富知識(shí)范圍，還能夠進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造力，提升自身專(zhuān)業(yè)技能。在實(shí)際教學(xué)中，教師要認(rèn)識(shí)到單片機(jī)添加到教學(xué)中的重要性，并引導(dǎo)學(xué)生全面、系統(tǒng)了解和掌握單片機(jī)知識(shí)，從而推動(dòng)電子信息工程實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。
2.3提供實(shí)驗(yàn)素材，培養(yǎng)綜合能力
電子信息工程發(fā)展過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)在促進(jìn)其不斷發(fā)展中占據(jù)不可替代的重要位置，傳統(tǒng)教學(xué)中，教師普遍將理論知識(shí)的傳授作為課堂教學(xué)核心，在很大程度上限制學(xué)生發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，無(wú)法真正理解和掌握單片機(jī)技術(shù)相關(guān)內(nèi)容，為了能夠突破傳統(tǒng)單一模式的缺陷，教師可以引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)并掌握此設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)，例如：臺(tái)歷結(jié)構(gòu)等，并將單片機(jī)在電子臺(tái)歷中的運(yùn)用作為實(shí)驗(yàn)課題，圍繞實(shí)踐操作進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師通過(guò)正確引導(dǎo)，使得學(xué)生在體會(huì)實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，扎實(shí)的掌握基礎(chǔ)知識(shí)，從而為進(jìn)一步開(kāi)展電子信息工程教學(xué)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。除此之外，教師還需要放手讓學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)自身存在的不足之處，參照原始實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行對(duì)比，加以調(diào)整和優(yōu)化，提高學(xué)習(xí)效率。通過(guò)這種方式，不僅能夠使得學(xué)生更好地掌握專(zhuān)業(yè)知識(shí)，豐富知識(shí)面，還能夠有效培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)等綜合能力，從而進(jìn)一步挖掘電子信息工程。
3結(jié)語(yǔ)
關(guān)鍵詞： 單片機(jī)； MSP430F149； 模糊PID控制； 電阻爐
中圖分類(lèi)號(hào)： TP273.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1009-8631（2011）05-0056-02
電阻爐是一種具有純滯后的大慣性系統(tǒng)，開(kāi)關(guān)爐門(mén)、加熱材料、環(huán)境溫度以及電網(wǎng)電壓等都影響控制過(guò)程，傳統(tǒng)的加熱爐控制系統(tǒng)大多建立在一定的模型基礎(chǔ)上，難以保證加熱工藝要求。故引入模糊控制，采用模糊PID算法，運(yùn)用MSP430F149單片機(jī)對(duì)電阻爐實(shí)現(xiàn)智能的溫度控制，可以解決上述種種不足，從而實(shí)現(xiàn)可靠的控制，達(dá)到生產(chǎn)實(shí)際的需要。
一、智能溫度控制的硬件系統(tǒng)
智能溫度控制系統(tǒng)利用MSP430F149單片機(jī)及其接口電路實(shí)現(xiàn)對(duì)電爐所加熱的水或空氣等介質(zhì)溫度進(jìn)行控制，可以方便快捷地調(diào)節(jié)和控制所要設(shè)定的溫度。此系統(tǒng)由電源、控制算法、溫度檢測(cè)、鍵盤(pán)輸入、溫度顯示等幾大部分組成，如圖1。
用MSP430F149作為控制芯片，熱電偶采集溫度數(shù)據(jù)，由于控制芯片集成有外部8路A/D轉(zhuǎn)換器，再者對(duì)溫度信號(hào)又沒(méi)有很高的要求，可以達(dá)到預(yù)期的效果。采用1602顯示，顯示兩行，每行顯示16個(gè)字符，上面一行顯示設(shè)定值，下面一行顯示當(dāng)前值。4X4鍵盤(pán)用來(lái)輸入0~9數(shù)字、“*”、“確定”和“小數(shù)點(diǎn)”。熱電偶采集溫度范圍選擇在400℃～1000℃范圍。留些余量，實(shí)際采集范圍500-900℃。如果溫度范圍不滿(mǎn)足采集需要，可以用合適范圍的熱電偶替換，再對(duì)A/D轉(zhuǎn)換部分程序做小的改動(dòng)就可以了。報(bào)警模塊：對(duì)超出設(shè)定值±10℃進(jìn)行報(bào)警。
二、模糊PID控制算法設(shè)計(jì)
1.模糊控制原理
s：系統(tǒng)的設(shè)定值。
x1、x2：模糊控制的輸入（精確量）。
X1、X2：模糊量化處理后的模糊量。
U:經(jīng)過(guò)模糊控制規(guī)則和近似推理后得出的模糊控制量。
u：經(jīng)模糊判決后得到的ΔKp、Δki、ΔKd
v：經(jīng)PID算法計(jì)算的PWM波占空比。
Y：對(duì)象的輸出。
常規(guī)PID參數(shù)自調(diào)整的模糊控制器采用二輸入三輸出的形式，該控制器是以e和Δe即上圖的x1、x2，以ΔKp、Δki、ΔKd作為輸出。
2.模糊化設(shè)計(jì)
電阻爐溫度控制系統(tǒng)將采樣得到的溫度信號(hào)與系統(tǒng)溫度設(shè)定值進(jìn)行比較，得到系統(tǒng)的輸入語(yǔ)言變量溫度誤差e、溫度誤差變化Δe，輸出語(yǔ)言變量為PID的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的變化ΔKp、Δki、ΔKd。將溫度誤差e、溫度誤差變化Δe定義為模糊集上的論域：E，ΔE={-10，-5，0，5，10}。
其模糊子集為：E，ΔE={NB，NS，ZO，PS，PB}，子集中的元素風(fēng)別為負(fù)大、負(fù)小、零、正小、正大。
3.模糊推理及模糊決策
（1）根據(jù)控制規(guī)則表編寫(xiě)對(duì)應(yīng)的模糊推理語(yǔ)句，例如：
If e is NB and Δe is NB then ΔK is PB[0]
If e is NS and Δe is NS then ΔK is PS[0]
……….
（2）模糊推理
模糊推理是不確定性推理方法的一種，其基礎(chǔ)是模糊邏輯。這里為了程序的簡(jiǎn)單，給這二十五條規(guī)則分別對(duì)應(yīng)一組ΔKp、Δki、ΔKd值，計(jì)算輸出時(shí)加在系統(tǒng)的基礎(chǔ)PID值上，作為修正。
3.精確化計(jì)算
由于模糊推理機(jī)得出的控制量是一個(gè)經(jīng)過(guò)修正的PID量，經(jīng)過(guò)計(jì)算也不能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。因此，接了常規(guī)的PID控制器，讓其控制輸出有一定占空比的PWM波，來(lái)控制電阻爐的加熱功率，從而控制溫度。
三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
為便于程序的使用和維護(hù)，系統(tǒng)全部程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主程序和若干中斷響應(yīng)子程序組成，這里給出主程序流程圖如圖4所示。
增量型PID控制器計(jì)算程序流程圖如圖5所示
采用模糊PID控制，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，調(diào)節(jié)精度提高，穩(wěn)態(tài)性能變好；無(wú)超調(diào)和振蕩，具有較強(qiáng)的魯棒性；在同樣的精度要求下，系統(tǒng)過(guò)渡時(shí)間變短。在電阻爐的溫度控制中，避開(kāi)了對(duì)電阻爐建立精確的數(shù)學(xué)模型這一難題，取得了較好的控制效果。
參考文獻(xiàn)：
[1] 潘笑，高玉玲等.基于模糊PID的AT89C2051單片機(jī)智能溫度控制系統(tǒng)[EB/OLD].兵工自動(dòng)化網(wǎng)，2006.
[2] 劉金錕.智能控制[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.
關(guān)鍵詞：切削力，測(cè)量，單片機(jī)
前言
切削力的測(cè)量不僅可以研究切削機(jī)理、計(jì)算功率消耗、優(yōu)化切削用量和刀具幾何參數(shù)、校核切削力和切削溫度理論計(jì)算的準(zhǔn)確性，更重要的是，可以通過(guò)切削力的變化來(lái)監(jiān)控切削過(guò)程，反映刀具磨損或破損、切削用量合理性、機(jī)床故障、顫振等切削狀態(tài)。
1 計(jì)算機(jī)向單片機(jī)傳輸命令和數(shù)據(jù)
通過(guò)對(duì)單片機(jī)的編程來(lái)控制USB接口芯片，接收和響應(yīng)主機(jī)對(duì)設(shè)備發(fā)出的命令。在測(cè)力系統(tǒng)中，單片機(jī)的編程設(shè)計(jì)程序通常由三部分組成：
第一、初始化單片機(jī)和所有的外圍電路。
第二、主循環(huán)部分，其任務(wù)是可以中斷的。
第三、中斷服務(wù)程序，其任務(wù)是對(duì)時(shí)間敏感的，必須馬上執(zhí)行。
當(dāng)應(yīng)用程序中的“數(shù)據(jù)采集”按鈕按下后，USB進(jìn)入主循環(huán)函數(shù)，將從端點(diǎn)緩沖區(qū)中提取命令，并按照命令的要求，調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)，如采集數(shù)據(jù)，橋路調(diào)零，設(shè)置頻率等。關(guān)鍵的幾個(gè)函數(shù)如下：
(1) AfxBeginThread( WriteCommand, &mMainWrite)；//啟動(dòng)一個(gè)線(xiàn)程，調(diào)用傳輸命令函數(shù)
(2) open_ file(threadParam->pipe-name)；//創(chuàng)建文件句柄
(3) open_dev()；//創(chuàng)建設(shè)備句柄
(4) DeviceIoControl(hDevice，IOCTL_ WRITE_REGISTERS,
(PVOID)&ioBlock,sizeof(IOBLOCK)，NULL,O,&nBytes,NULL);
//DeviceIoControl函數(shù)發(fā)送控制代碼到指定的設(shè)備驅(qū)動(dòng)上，使得相應(yīng)的設(shè)備完成數(shù)據(jù)輸出的功能。論文格式。
(5) WriteFile(hFile,threadParam->pcIoBuffer，threadParam->uiLength,&nBytes，NULL)；
//寫(xiě)文件函數(shù)將數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)的緩沖區(qū)中。論文格式。
2 單片機(jī)向計(jì)算機(jī)傳輸數(shù)據(jù)其流程
單片機(jī)向計(jì)算機(jī)傳輸流程
經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)首先保存在單片機(jī)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，當(dāng)單片機(jī)接收到主機(jī)發(fā)來(lái)的IN命令時(shí)，調(diào)用如下函數(shù)將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中。論文格式。
1) AfxBeginThread( ReadData, &m一ainRead)；//啟動(dòng)一個(gè)線(xiàn)程，調(diào)用讀取數(shù)據(jù)函數(shù)
2) open_ file(threadParm一>pipe name);； //創(chuàng)建文件句柄，準(zhǔn)備讀取數(shù)據(jù)
3) open dev ()；//創(chuàng)建設(shè)備句柄
4) DeviceIoControl (hDevice，IOCTLesWRITE REGISTERS,
(PVOID)&ioBlock，sizeof(IO_BLOCK)，NULL,O,&nBytes,NULL)；
//DeviceIoControl函數(shù)發(fā)送控制代碼到指定的設(shè)備驅(qū)動(dòng)上，使得相應(yīng)的設(shè)備完成數(shù)據(jù)輸入的功能。
5) ReadFile(hFile，threadParam->pcIoBuffer， threadParam->uiLength,&nBytes, NULL)；
//讀文件函數(shù)將數(shù)據(jù)從單片機(jī)的緩沖區(qū)讀入到threadParam->pcIoBuffer內(nèi)存中。
3結(jié)論
利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)切削力測(cè)量中USB數(shù)據(jù)傳輸功能，以達(dá)到對(duì)切削力的測(cè)量的監(jiān)控。實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程中連續(xù)自動(dòng)采樣、實(shí)時(shí)顯示、過(guò)載報(bào)警。
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關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；課程實(shí)踐；答辯；KEIL C
中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2013）36-8369-02
單片機(jī)課程實(shí)踐是高校自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)集中實(shí)踐環(huán)節(jié)的必修課，是學(xué)生學(xué)習(xí)《單片機(jī)原理》課程后，進(jìn)行的一次全面的綜合實(shí)踐，其目的旨在加深對(duì)單片機(jī)基礎(chǔ)理論和基本知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生具有單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的能力，在具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐意識(shí)，提高應(yīng)用能力、創(chuàng)新意識(shí)和合作精神。在項(xiàng)目的實(shí)踐中，使得學(xué)生掌握一定的理論與技術(shù)知識(shí)，而且應(yīng)該樹(shù)立管理理念，建立項(xiàng)目工程思維觀(guān)念，而這一點(diǎn)正是高級(jí)語(yǔ)言編程思維的一種體現(xiàn)。
通過(guò)將單片機(jī)課程實(shí)踐和高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，使學(xué)生在理解單片機(jī)理論和高級(jí)語(yǔ)言編程思想的基礎(chǔ)上，實(shí)際動(dòng)手開(kāi)發(fā)一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)，來(lái)提高綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)的能力。
1 研究?jī)?nèi)容或?qū)ο?/p>
引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已學(xué)的單片機(jī)理論知識(shí)、單片機(jī)程序設(shè)計(jì)方法和高級(jí)語(yǔ)言編程思想，具體設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)用的小型單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程按以下順序進(jìn)行――選定課題、調(diào)查用戶(hù)需求、總結(jié)歸納數(shù)據(jù)流程、分析性能、書(shū)寫(xiě)需求分析及總體設(shè)計(jì)報(bào)告（包括組成原理圖、硬件連接、程序流程、系統(tǒng)功能模塊）、完成應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、撰寫(xiě)課程實(shí)踐報(bào)告、系統(tǒng)驗(yàn)收、組織課程實(shí)踐答辯。讓學(xué)生在這一系列工作中綜合運(yùn)用單片機(jī)系統(tǒng)原理以及編程語(yǔ)言等相關(guān)課程知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。
根據(jù)單片機(jī)課程實(shí)踐和專(zhuān)業(yè)課程實(shí)踐兩個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)各有4～5周但分散的實(shí)際情況，考慮將其進(jìn)行整合。并在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中安排相應(yīng)的指導(dǎo)老師對(duì)學(xué)生進(jìn)行必要的指導(dǎo)和幫助，為學(xué)生提供分析思路，解決學(xué)生項(xiàng)目完成中碰到的實(shí)際問(wèn)題。
2 研究擬達(dá)到目標(biāo)
通過(guò)在單片機(jī)課程實(shí)踐中結(jié)合高級(jí)語(yǔ)言編程思想，使學(xué)生在掌握單片機(jī)理論基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，通過(guò)參與項(xiàng)目的分析、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，建立軟件工程理念，具備一定的理論與單片機(jī)實(shí)物實(shí)踐相結(jié)合、解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的能力。同時(shí)在完成項(xiàng)目的過(guò)程中，鍛煉科研開(kāi)發(fā)能力和科研論文寫(xiě)作能力，為大四的畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)論文的順利完成奠定基礎(chǔ)，并為以后工作中的理論與實(shí)踐相結(jié)合奠定良好的基礎(chǔ)。
使學(xué)生在單片機(jī)課程實(shí)踐和高級(jí)語(yǔ)言程序編程實(shí)踐相結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，利用所學(xué)的單片機(jī)系統(tǒng)原理和C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，解決單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題，掌握高級(jí)語(yǔ)言編程思想，借助相關(guān)編程工具，完成一個(gè)小型項(xiàng)目的自主分析、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
3 主要研究方法
教師提供部分項(xiàng)目供學(xué)生選擇，學(xué)生亦可自擬項(xiàng)目，但課題的選擇要由教師審查核準(zhǔn)。項(xiàng)目盡量選擇實(shí)際需求的題目，讓學(xué)生走出校園，通過(guò)調(diào)查走訪(fǎng)，了解國(guó)內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用發(fā)展的狀況，開(kāi)闊眼界，而且在開(kāi)發(fā)一個(gè)真實(shí)項(xiàng)目的過(guò)程中，帶來(lái)求知的源動(dòng)力，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的渴望以及創(chuàng)造力；對(duì)于虛擬項(xiàng)目，要求學(xué)生做到切合實(shí)際需求，能解決一定的應(yīng)用問(wèn)題，有一定的應(yīng)用價(jià)值。
編程開(kāi)發(fā)工具原則上推薦學(xué)生使用KEIL C，如果學(xué)生認(rèn)為其它開(kāi)發(fā)工具更適合可由學(xué)生自主選擇。由于實(shí)際可用的編程開(kāi)發(fā)工具與日俱增且不斷更新，為此在課程實(shí)踐中，對(duì)學(xué)生開(kāi)發(fā)工具的選擇不做過(guò)多限制，使得學(xué)生可以選擇自己感興趣的程序設(shè)計(jì)工具進(jìn)行項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，既鍛煉了學(xué)生自學(xué)的能力，又能讓學(xué)生成為項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的決策者，這種主人翁意識(shí)使得學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，從而激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。
為了防止學(xué)生對(duì)課程實(shí)踐任務(wù)敷衍了事，對(duì)課程實(shí)踐的考核方式由原來(lái)的提交程序和文檔改變?yōu)榇疝q的方式。且在集中教學(xué)環(huán)節(jié)之前就讓學(xué)生明確單片機(jī)課程實(shí)踐的任務(wù)，同時(shí)考慮在集中教學(xué)環(huán)節(jié)結(jié)束后適當(dāng)放寬學(xué)生上交可運(yùn)行的項(xiàng)目程序和課程實(shí)踐報(bào)告以及組織答辯的時(shí)間，讓學(xué)生能更好的延續(xù)自主學(xué)習(xí)的積極性并進(jìn)一步完善項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)。
4 特色、創(chuàng)新及推廣應(yīng)用價(jià)值
通過(guò)將單片機(jī)課程實(shí)踐和高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，讓學(xué)生在項(xiàng)目的分析、設(shè)計(jì)、與實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中掌握單片機(jī)理論知識(shí)、單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的設(shè)計(jì)方法和高級(jí)語(yǔ)言程序編程思想 ，提高自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主觀(guān)能動(dòng)性，提高學(xué)生解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的能力。
《單片機(jī)原理》課程實(shí)踐教學(xué)，將單片機(jī)課程實(shí)踐和高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)兩個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)有機(jī)整合，讓學(xué)生能在該實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中綜合運(yùn)用單片機(jī)系統(tǒng)原理和高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)以及相關(guān)編程思想等多種知識(shí)，培養(yǎng)初步的科研能力和科研論文寫(xiě)作能力以及團(tuán)隊(duì)合作精神。并通過(guò)組織課程實(shí)踐答辯使學(xué)生進(jìn)行類(lèi)似畢業(yè)答辯的演習(xí)。
在自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生的單片機(jī)課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作的方式，以共同完成項(xiàng)目為目標(biāo)，讓學(xué)生在單片機(jī)課程實(shí)踐中綜合運(yùn)用所學(xué)的單片機(jī)系統(tǒng)原理和高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的理論知識(shí)來(lái)完成項(xiàng)目的分析與設(shè)計(jì)，并借助相關(guān)的編程語(yǔ)言來(lái)完成項(xiàng)目的編程實(shí)現(xiàn)。將原本獨(dú)立但有高度關(guān)聯(lián)的兩個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行有機(jī)整合，可以讓學(xué)生有更多的時(shí)間來(lái)系統(tǒng)而連續(xù)的綜合運(yùn)用所學(xué)的相關(guān)知識(shí)，進(jìn)而更好的將理論與實(shí)踐進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
【關(guān)鍵詞】Proteus 電子 虛擬實(shí)驗(yàn) EDA
一、引言
在電子技術(shù)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，經(jīng)常需要設(shè)計(jì)出電路，并連接實(shí)物進(jìn)行原理分析和驗(yàn)證，在電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅需要考慮各種元器件的參數(shù)、性能、功耗、封裝等多種因素，而且在電路的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中還需要經(jīng)過(guò)大量多次的電路焊接、調(diào)試和實(shí)驗(yàn)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，這種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法很難適應(yīng)現(xiàn)代電子電路設(shè)計(jì)的規(guī)?；⒌统杀?、短周期的設(shè)計(jì)要求，當(dāng)然，也不能很好的適應(yīng)現(xiàn)代化電子技術(shù)的教學(xué)。隨著EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）技術(shù)的發(fā)展，電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)過(guò)程可以通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件，搭建仿真實(shí)驗(yàn)電路，靈活調(diào)整元件參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，進(jìn)而能顯著提高設(shè)計(jì)效率，降低成本，縮短設(shè)計(jì)周期。
Proteus是英國(guó)Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件，它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及器件。可以從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。不僅對(duì)科研開(kāi)發(fā)，而且對(duì)于電子技術(shù)課程教學(xué)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)論文設(shè)計(jì)、電子技能競(jìng)賽等都提供便捷的輔助功能，對(duì)培養(yǎng)電子技術(shù)創(chuàng)新型復(fù)合人才提供了最便捷的實(shí)驗(yàn)條件。
二、Proteus在電子技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)
（一）Proteus軟件的資源豐富
1.Proteus可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有30多個(gè)元件庫(kù)。
2.Proteus可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號(hào)發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。
3.除了現(xiàn)實(shí)存在的儀器外，Proteus還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線(xiàn)路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。
4.Proteus可提供的調(diào)試手段 Proteus提供了比較豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。
（二）Proteus支持電路仿真
1.Proteus不僅可將許多單片機(jī)實(shí)例功能形象化，也可將許多單片機(jī)實(shí)例運(yùn)行過(guò)程通過(guò)多媒體展示，這在相當(dāng)程度上替代了傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能。
2.Proteus提供了實(shí)驗(yàn)室無(wú)法相比的大量的元器件庫(kù)，提供了修改電路設(shè)計(jì)的靈活性、提供了實(shí)驗(yàn)室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐精神、創(chuàng)造精神的平臺(tái)。
（三）Proteus應(yīng)用領(lǐng)域廣泛
Proteus軟件是一個(gè)巨大的教學(xué)、仿真、開(kāi)發(fā)資源庫(kù)，不僅可以用于：模擬電路與數(shù)字電路、單片機(jī)、嵌入系統(tǒng)、微控制器系統(tǒng)的教學(xué)、實(shí)驗(yàn)與考評(píng)，也可以用于真實(shí)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程。
三、Proteus在電子技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用案例分析
（一）Proteus在電路分析課程中應(yīng)用案例
應(yīng)用Proteus進(jìn)行電路分析時(shí)，通過(guò)如下設(shè)置：點(diǎn)擊system――set Animation options――在對(duì)話(huà)框的Animation options 區(qū)域選擇show wire current with Arrows，即可以箭頭的方向表示電流的流向，幫助學(xué)生理解。同時(shí)，可以將電流表、電壓表、功率表等連接到電路中，對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，快速得到仿真結(jié)果。
（二）Proteus在數(shù)字、模擬電子技術(shù)課程中應(yīng)用案例
應(yīng)用Proteus還可以進(jìn)行數(shù)字、模擬電路的仿真分析，例如用譯碼器74LS138搭建的仿真電路，當(dāng)控制信號(hào)E1接電源，E2、E3接地時(shí)，通過(guò)單刀雙擲開(kāi)關(guān)選擇ABC三個(gè)輸入端子的不同組合，即可在八路輸出端子產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的譯碼輸出，控制相應(yīng)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮。將抽象的高低電平用發(fā)光二極管和單刀雙擲開(kāi)關(guān)形象的表示出來(lái)，從而更好地幫助學(xué)生理解數(shù)字邏輯器件74LS138的譯碼功能，同時(shí)也使枯燥的理論內(nèi)容變得生動(dòng)形象。
（三）Proteus在單片機(jī)技術(shù)課程中應(yīng)用案例
單片機(jī)技術(shù)作為電子專(zhuān)業(yè)課程，一直以來(lái)都是學(xué)生們反映較難理解的課程，因?yàn)槠鋬?nèi)容綜合性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)、且比較抽象。單片機(jī)課程的實(shí)踐教學(xué)以往多采用驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，將所需的器件在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行連線(xiàn)，下載程序并調(diào)試。但是這種方法必須在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)依托硬件完成，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備數(shù)量要求較高，且對(duì)于一些綜合性實(shí)驗(yàn)，需要較多的元器件支撐。為了提高實(shí)踐教學(xué)效率、改善教學(xué)效果、降低教學(xué)成本，在單片機(jī)理論、實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中引入Proteus軟件。例如在矩陣按鍵控制實(shí)驗(yàn)中，就只需將元器件從元器件庫(kù)中拖放到圖紙上，按照電路圖將元件連接，再將keil編譯好的程序下載到單片機(jī)中，按下play鍵即可進(jìn)行仿真。需要修改電路只需在圖紙上進(jìn)行，快捷方便。
四、結(jié)語(yǔ)
在電子技術(shù)課程教學(xué)中，利用仿真軟件將理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合，提高了電子技術(shù)課程的教學(xué)效果，開(kāi)發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的潛在能力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識(shí)，開(kāi)拓了學(xué)生的視野，增強(qiáng)了學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力和實(shí)際動(dòng)手能力，為后續(xù)高頻電路、單片機(jī)等專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)以及參加電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽等奠定了夯實(shí)的基礎(chǔ)。
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關(guān)鍵詞：卓越工程師計(jì)劃；單片機(jī)；教學(xué)改革
中圖分類(lèi)號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)11-2563-02
Teaching Reform and Exploration of MCU Course for“A Plan for Educating and Training Outstanding Engineer”
XIE Guang-qian
(School of Computer Science & Information,Changzhou Institute of Technology, Changzhou 213002, China)
Abstract: Under the education background of“a plan for educating and training outstanding engineers”this paper analyzes some problems in traditional education models of the principle and application of MCU course and explains the necessity of teaching reform of MCU. The paper also elaborates the educational reform of the MCU from the aspects of the reform of theroy and practice teaching methods，and assessment methods of MCU. In this way，the student studies with clear objectives in order to develop their practice ability, engineering ability and innovative ability, which can help students becoming the outstanding embedded system engineers to satisfy the needs of society.
Key words: a plan for educating and training outstanding engineers(PETOE); MCU; teaching reform
“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”是《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》中高等教育質(zhì)量提升的重要內(nèi)容。2009年12月教育部正式啟動(dòng)“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”。實(shí)施“卓越計(jì)劃”是培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類(lèi)型工程技術(shù)人才，為國(guó)家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和人才強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略[1]。
作為以“卓越計(jì)劃”為指導(dǎo)思想的應(yīng)用型本科院校，所培養(yǎng)的人才定位于面向生產(chǎn)、建設(shè)和管理的第一線(xiàn)，能夠靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，既有較厚實(shí)的理論基礎(chǔ)和人文素質(zhì)，又有較強(qiáng)的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。在課程建設(shè)的過(guò)程中，不能完全照搬研究型院校的課程模式，也要有別于高職高專(zhuān)類(lèi)院校的教學(xué)方法。因此，作為一批新興的應(yīng)用型本科而言，在課程建設(shè)中，要以“卓越計(jì)劃”為大前提，從中探索出一種適合自己的教學(xué)方法改革模式[2]。
“單片機(jī)原理及應(yīng)用”作為工科院校電類(lèi)或相關(guān)專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)必修課，是一門(mén)結(jié)合電子、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的應(yīng)用性很強(qiáng)的課程。為達(dá)到培養(yǎng)目標(biāo)，我們對(duì)傳統(tǒng)的，以課堂講授為主的教學(xué)模式進(jìn)行改革，將項(xiàng)目實(shí)踐的教育理念引入單片機(jī)課程改革，對(duì)教學(xué)計(jì)劃、課內(nèi)課外的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式做重新設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)幾個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)施過(guò)程，學(xué)生反映效果普遍較好。
1傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)存在的問(wèn)題
1.1教學(xué)方式單一枯燥
傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)理論課和實(shí)驗(yàn)課分開(kāi)，穿行，實(shí)際教學(xué)中根本不能滿(mǎn)足教學(xué)要求，存在較多問(wèn)題。其教學(xué)基本思路是按教材編寫(xiě)的順序，先講單片機(jī)硬件基礎(chǔ)知識(shí)，然后講解單片機(jī)的指令系統(tǒng)和匯編語(yǔ)言程序的編制、接口技術(shù)及應(yīng)用實(shí)例，教學(xué)形式單一，方法呆板，往往讓學(xué)生找不到學(xué)習(xí)重點(diǎn)，從而導(dǎo)致學(xué)生逐漸喪失對(duì)單片機(jī)學(xué)習(xí)的興趣，結(jié)果造成課堂教學(xué)效果越來(lái)越差。實(shí)驗(yàn)課則以教師為中心，學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，用統(tǒng)一的模式，按照指導(dǎo)書(shū)上規(guī)定的步驟做相同的實(shí)驗(yàn)。再加上對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目檢查手段的限制，使得很多學(xué)生動(dòng)力不足，抄襲嚴(yán)重，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果大大折扣。這與遵循“以應(yīng)用為先導(dǎo)，強(qiáng)化學(xué)科基礎(chǔ)，突出實(shí)踐能力，重視創(chuàng)新潛質(zhì)與素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展”的卓越工程師人才培養(yǎng)思路相違背。
1.2課堂教學(xué)太抽象
單片機(jī)內(nèi)容涉及的概念較多，大量的操作命令貫穿始終，許多匯編指令既難理解又容易忘記。而單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)知識(shí)本來(lái)就很枯燥，傳統(tǒng)的說(shuō)教式的教學(xué)方法，使學(xué)生感到學(xué)習(xí)內(nèi)容晦澀抽象難以理解，缺乏直觀(guān)的表現(xiàn)形式，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不甚理想。
1.3理論學(xué)習(xí)和工程實(shí)踐脫離
單片機(jī)的課程比較抽象內(nèi)容單調(diào)而枯燥，同時(shí)它又是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科。要求學(xué)生在學(xué)好理論課的同時(shí)，還要有較強(qiáng)的動(dòng)手能力。傳統(tǒng)的教學(xué)方式上采取的單一的書(shū)本教學(xué)法，不能很好的調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。即使做實(shí)驗(yàn)，也是在老師的指導(dǎo)下，按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的說(shuō)明和要求，在實(shí)驗(yàn)箱上較容易實(shí)現(xiàn)。讓學(xué)生覺(jué)得單片機(jī)的實(shí)際使用，對(duì)自己還是遙不可及的事情。很明顯，傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)缺乏實(shí)際工程背景。
2面向卓越工程師的單片機(jī)教學(xué)改革
2.1改革教學(xué)形式，增強(qiáng)教學(xué)的趣味性
美國(guó)現(xiàn)代心理學(xué)家布魯納說(shuō)：“學(xué)習(xí)最好的刺激，乃是對(duì)所學(xué)材料的興趣?！迸d趣是最好的導(dǎo)師[3]。如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是面向卓越工程師的單片機(jī)教學(xué)改革的首要目標(biāo)。因此，在對(duì)單片機(jī)的具體內(nèi)容講述之前，給學(xué)生展示一些往屆學(xué)生用單片機(jī)進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品：如溫度報(bào)警裝置、酒精濃度測(cè)試儀、電壓電流檢測(cè)儀、智能尋跡小車(chē)等。讓學(xué)生直接看到、聽(tīng)到單片機(jī)的實(shí)際作用，從而拉近了單片機(jī)與學(xué)生之間的距離，學(xué)生對(duì)單片機(jī)的作用也有了立體的概念，接著介紹單片機(jī)在家用電器、工業(yè)控制測(cè)量及其它方面的應(yīng)用，使學(xué)生明白學(xué)習(xí)的目的。并且從中選取一簡(jiǎn)單產(chǎn)品引申到理論教學(xué)中涉及的主要內(nèi)容，從而激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，在頭腦中形成理論知識(shí)框架。
在教學(xué)中選用C語(yǔ)言作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，摒棄了傳統(tǒng)的匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā)模式。眾所周知匯編語(yǔ)言抽象、晦澀難懂，對(duì)于較長(zhǎng)的程序，學(xué)生更是難以理解。C語(yǔ)言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它兼顧了多種高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，并具備匯編語(yǔ)言的功能。目前，使用C語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)已經(jīng)成為嵌入式軟件開(kāi)發(fā)的一個(gè)主流。用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)系統(tǒng)可以大大縮短開(kāi)發(fā)周期，明顯增強(qiáng)程序的可讀性，便于改進(jìn)、擴(kuò)充和移植。而我們學(xué)生是學(xué)計(jì)算機(jī)的，大家都有很好的C語(yǔ)言基礎(chǔ)。從而使學(xué)生從心底里面有了學(xué)好單片機(jī)課程的信心。
2.2以工程項(xiàng)目為背景，使學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)明確[4-5]
在單片機(jī)教學(xué)過(guò)程中，為了提高教學(xué)效果，我們將工程項(xiàng)目的思想引入到實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，并貫穿于單片機(jī)教學(xué)的始終。經(jīng)過(guò)3年的教學(xué)實(shí)踐，取得了不錯(cuò)的教學(xué)效果。該方法的基本思路是選擇合適的單片機(jī)開(kāi)發(fā)板，作為課堂教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)演示。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)程序的編寫(xiě)，直接在開(kāi)發(fā)板顯示結(jié)果，使學(xué)生有直觀(guān)的感覺(jué)，從而大大增強(qiáng)了學(xué)習(xí)效果。該開(kāi)發(fā)板的選擇尤為重要，應(yīng)能實(shí)現(xiàn)單片機(jī)教學(xué)中所有的程序和實(shí)驗(yàn)。類(lèi)似的板子網(wǎng)上賣(mài)的也多，價(jià)格100元左右，通過(guò)USB接口下載程序，使用特別方便。作為培養(yǎng)學(xué)生以卓越工程師為目標(biāo)，下一步的設(shè)想是帶領(lǐng)學(xué)生自己做出這樣的單片機(jī)開(kāi)發(fā)板。我們學(xué)院正調(diào)整電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)課程的教學(xué)計(jì)劃，從而實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)課程有序銜接。每次上課之前，首先明確本次課程教學(xué)的目標(biāo)，使學(xué)生知道本節(jié)課為了干什么？讓學(xué)生帶著目的去思考。一般情況下，我會(huì)用一堂課講理論，第二堂課編寫(xiě)程序，并在開(kāi)發(fā)板上實(shí)現(xiàn)，讓學(xué)生即時(shí)對(duì)理論知識(shí)有了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的實(shí)現(xiàn)。這里要注意，程序一定要現(xiàn)場(chǎng)寫(xiě)，出了錯(cuò)也沒(méi)關(guān)系，讓學(xué)生一起找程序的錯(cuò)誤，提高了學(xué)生的專(zhuān)注力。例如，在講完了單片機(jī)的整體結(jié)構(gòu)，我首先講解如何實(shí)現(xiàn)循環(huán)燈，當(dāng)然之前要分析單片機(jī)開(kāi)發(fā)板的硬件原理圖，穿插講解硬件的一些基本知識(shí)，為什么電路要這樣設(shè)計(jì)？為什么要這樣布板？接著用keil軟件編程實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)演示。在實(shí)現(xiàn)定時(shí)器的實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，我們同樣使用循環(huán)燈實(shí)驗(yàn)，只不過(guò)確定了循環(huán)間隔。講到外中斷的時(shí)候，我們還是用固定間隔的循環(huán)燈，只不過(guò)這次實(shí)驗(yàn)只有家了觸發(fā)，它才循環(huán)。從而使前后內(nèi)容進(jìn)行了很好的銜接。學(xué)生們對(duì)學(xué)習(xí)的內(nèi)容和目標(biāo)一目了然，大大增強(qiáng)了他們的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力。
2.3改變考核方式，提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力
單片機(jī)作為一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，合適的實(shí)驗(yàn)尤為重要。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方式以教師為中心，按照指導(dǎo)書(shū)的步驟實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，缺乏必要的考核手段。在面向卓越工程師背景下，已有所欠缺。按照近3年的實(shí)踐，我們提出了一套合適的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)和考核辦法。作為一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，應(yīng)提高實(shí)驗(yàn)在整個(gè)單片機(jī)課程的比重。我們的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)只有每次實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)步驟簡(jiǎn)略，讓學(xué)生自己去摸索。實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容就是在課堂上演示程序的基礎(chǔ)之上稍作修改即可，只要上課認(rèn)真聽(tīng)總該沒(méi)問(wèn)題。同時(shí)要求學(xué)生自己購(gòu)買(mǎi)單片機(jī)開(kāi)發(fā)板，便于課后自己學(xué)習(xí)調(diào)試，而且開(kāi)發(fā)板價(jià)格也不貴。根據(jù)近3年的統(tǒng)計(jì)，基本上2～3人就有一套單片機(jī)開(kāi)發(fā)板。每次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都是當(dāng)堂布置的，建議用買(mǎi)的開(kāi)發(fā)板實(shí)現(xiàn)。采取合適的實(shí)驗(yàn)考核手段對(duì)學(xué)好單片機(jī)尤為必要。我們實(shí)驗(yàn)時(shí)，原則上不超過(guò)3人一組，實(shí)驗(yàn)分?jǐn)?shù)占單片機(jī)課程分?jǐn)?shù)30%。而實(shí)驗(yàn)分?jǐn)?shù)主要依據(jù)就是學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的情況。最先完成的一組100分，最后完成的一組60分，至于其他組的分?jǐn)?shù)按照60～100等間距劃分。實(shí)驗(yàn)的目的是為了掌握知識(shí)本身，而不是純粹為了好的實(shí)驗(yàn)成績(jī)，我們?cè)试S學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)交流。在每組學(xué)生做完時(shí)，我會(huì)提兩個(gè)問(wèn)題讓學(xué)生回答，當(dāng)然問(wèn)的是本組做的比較少的同學(xué)。如果問(wèn)題沒(méi)有回答出來(lái)，20分鐘后再有資格被我檢查，還會(huì)問(wèn)學(xué)生兩個(gè)問(wèn)題。所以實(shí)驗(yàn)時(shí)，每組學(xué)生都在認(rèn)真的討論，達(dá)到了良好的學(xué)習(xí)效果，提高了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。
2.4通過(guò)課程設(shè)計(jì)，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)際解決問(wèn)題的能力[6]
由于單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)受課時(shí)的限制，每個(gè)實(shí)驗(yàn)往往都是就單片機(jī)某一方面的功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，缺乏單片機(jī)綜合設(shè)計(jì)。所以為了更好把單片機(jī)所有功能綜合在一起，增加了單片機(jī)課程設(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié)。這也體現(xiàn)了卓越工程師計(jì)劃“以應(yīng)用為先導(dǎo)，強(qiáng)化學(xué)科基礎(chǔ)，突出實(shí)踐能力，重視創(chuàng)新潛質(zhì)與素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展”的人才培養(yǎng)思路。就本學(xué)院而言，安排了兩周時(shí)間的課程設(shè)計(jì)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)的實(shí)戰(zhàn)性，提高學(xué)生實(shí)際解決問(wèn)題的能力。我們安排5個(gè)課題，讓學(xué)生進(jìn)行選擇，通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，極大的提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，更好的鞏固了單片機(jī)基本知識(shí)，知道了單片機(jī)的實(shí)際作用。例如我們當(dāng)中之一的課題就是溫度控制器的設(shè)計(jì)，通過(guò)單片機(jī)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)溫度，并能實(shí)現(xiàn)溫度語(yǔ)言報(bào)警，而且結(jié)合所學(xué)軟件知識(shí)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的通信和即時(shí)數(shù)據(jù)的圖形顯示和存儲(chǔ)。在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，也鍛煉了學(xué)生繪制電路板的能力。通過(guò)課程設(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié)，讓學(xué)生掌握實(shí)際項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程，從而為以后的工作打好良好的基礎(chǔ)。
3結(jié)束語(yǔ)
卓越工程師計(jì)劃強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的深入掌握和對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的熟練應(yīng)用。通過(guò)對(duì)單片機(jī)課程的教學(xué)改革，增強(qiáng)了課程的實(shí)踐性和實(shí)用性，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)了學(xué)生動(dòng)手能力、分析和解決工程實(shí)踐問(wèn)題的能力，為學(xué)生在今后的實(shí)習(xí)與工作奠定良好的基礎(chǔ)。（下轉(zhuǎn)第2578頁(yè)）
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