武汉论坛发言10年11月.ppt

单片机原理精品课程的内容更新与 实践能力培养,电气工程及自动化学院 张毅刚,,2,一、单片机原理课程特点与定位,历史：二十余年, 年轻课程 工科（理科）绝大多数涉电专业(一、二、三本科、职业技术学院、专科)均开设本课程。 本科阶段必须掌握的应用技术与技能。 就业、攻读硕士学位的必备要求 各种电子竞赛以及毕业设计均涉及。 全国大学生创新性实验计划项目,3,3,课程性质：应用技术类课程。 课程目标：培养学生的实践动手能力，提高学生综合素质，掌握单片机应用系统设计的应用型人才。 课程特点： 与工程实际应用紧密结合 实践性强 涉及面广 内容更新快,4,4,二、课程内容更新与教材建设,1. 结合教材建设进行课程内容的更新 应能及时反映新的技术进展； 涵盖应用设计中的基本概念及主要内容； 设计用的元器件应为市场常见； 每部分内容要有与应用紧密结合的相应设计实例； 为巩固知识点每章后应有较大量的思考题、习题； 增加一些便于学生自学内容。,5,国家级“十一五”规划教材单片机原理及应用及配套的多媒体课件，已于2010年5月（高教社）出版。,6,普通高等教育国家级“十一五”规划教材（高等教育出版社）,7,国家级“十一五”规划教材配套的多媒体课件,8,多媒体课件光盘的主要内容如下： 全部电子课件（链接）； 历年参考试题； 各章习题参考答案； 大作业题目或课程设计题目（Proteus调试通过）； 基础实验（10个，提供汇编语言源程序，可让学生编写相应的C51程序）； 课程简介与教学大纲。,9,在2004年1月由高等教育出版社出版的普通高等教育 “十五”国家级规划教材单片机原理及应用的基础上进行了内容更新。 “十五”国家级规划教材，已印刷20次计11万5千册。,10,10,普通高等教育国家级“十五”规划教材单片机原理及应用,11,内容更新 各院校多以介绍51系列为主。 本教材介绍市场流行的AT89S51。 AT89C51已经不再生产。 依据：2008年电子产品世界杂志对有关嵌入式处理器使用问题的276名工程师问卷调查，结果如下： 8051内核的单片机用的最多，依次ARM,飞思卡尔，PIC、AVR等。 但PIC单片机大有后来之上之势，给予足够的重视。,12,为开阔学生眼界，增加了各种单片机以及嵌入式处理器家族（单片机、DSP、嵌入式微处理器）的简介（见第1章）。 增加低功耗节电方式介绍，也是PIC的欠缺，还有看门狗的介绍（见第2章）。 简要介绍“C51” 编程，并对涉及各种接口的C51程序设计举例介绍。并给出与各种具体应用的例程。（见第14章）。 编程语言的选择，争议较大，需深入探讨。学生用C51编程，不愿用汇编。是否介绍汇编语言编程？ 删去有关数据转换和数据处理，因为C51编写很简单易读（见第14章）。,13,键盘显示器接口中的8279删去，以及利用通用并行I/O口的键盘/显示器接口设计也删去。增加介绍CH451和HD7279的内容。首推CH451，因CH451对LED数码管的驱动功能较完善。但不能处理多键同时按下，需另加硬件电路（见第10章）。 串行扩展，1、2、3总线，重点I2C总线（见第13章）。 总之，对“十五”国家规划教材中落后、过时的器件与内容删去。使教材跟上教学改革的步伐。,14,14,三、实践与创新能力的培养与教学理念,由于本课程的特点，需在提高学生的实践与创新能力上下功夫，应对传统的教学模式进行深入改革。 课程的学习方式： 1. 课堂讲授+基础实验+课程设计（传统教学模式） 2. 自学+布置题目+学生完成+教师总结（充分发挥 学生的主观能动性，硬件实现）,15,3. 案例教学（教师讲授案例，与应用实例相结合，利用Proteus仿真软件进行仿真） 想办法把“让我学”变成“我要学”。 大作业： 注重设计能力的培养。针对各章内容，分阶段布置给学生应用设计的大作业, 即紧密结合已学内容的一个小系统设计，要求在Proteus环境下仿真调试通过。已收到较好的效果。,16,设立一个邮箱，以文件的形式提交大作业。 要求教师要精心设计出相应的大作业题目。数量要多，题目不重复，学生独立完成。,17,17,软硬件结合 单片机技术特点是软件控制硬件。不仅要介绍接口硬件和外围电路设计，特别注重介绍接口驱动程序的编写，避免软、硬件脱节。 培养学生的市场、成本和性/价比观念 比较多种设计方案，注重设计的可行性、性/价比；把科研开发中的经验进行总结，多看最新的期刊杂志；关注元器件市场，了解最新的元器件及价格。,18,18,课程考核的改革 对考核方式进行改革，重点考核学生的实际能力，成绩由以下几部分组成： 期末试卷占50（知识点），平时占50，其中： 基础实验20（要求学生用C51编程，并调试通过） EDA仿真大作业20（每人题目不同，需用proteus仿真调试通过，题目的数量根据实际情况来定） 出席4 课后作业6（主要考察知识点的掌握）,19,19,四、培养提高实践能力的举措 指导思想“加强实践环节的训练，注重学生的创新能力和工程实践能力的培养” 。 主要由基础性实验、课程设计、科技创新组成。 1.基础实验 本环节，掌握仿真开发工具的仿真调试手段，基本的汇编语言源程序的编写与调试，常用接口的设计与调试。鼓励能力强的同学用C51编写。 共10个实验题目（见与教材配套的光盘）：,20,20,基础实验10个（课程教学计划内） 实验系统操作实验 数据区传送程序设计实验 数据排序实验 查找相同数个数实验 P1口转弯灯实验 工业顺序控制实验 8255控制交通灯实验 A/D转换实验 D/A转换实验 电子时钟设计,21,注意弥补传统的“实验箱”的不足，提倡鼓励课程教学计划之外的学习，学生自愿。具体做法如下： 教师引导，提供资料和思路。鼓励学生课余时间，自己制作各种实验板，作各种小实验。也可购买套件，自行学习。 对于规定的基础实验，要求学生把相应的实验题目用C51编写程序，并在proteus下仿真通过。,22,22,2. 课程设计（教学计划内） 两周，该环节很好的综合了单片机课程所学的内容，培养学生独立设计开发单片机应用系统的能力。 目前采用机器人套件，学生自己焊板、编程并调试通过。控制器采用51或PIC、AVR。 也可拟定数十个题目，供学生选择，在proteus下仿真通过，然后在配套的实验板（广州风标电子公司产品） 上调试通过。 典型的题目如下。（见“十一五”国家级规划教材）,23,23,（1）LED电子钟的制作 以89C51单片机为核心，制作一个LED显示的智能电子钟 设计要求： 计时：秒、分、时、天、周、月、年； 闰年自动判别； 五路定时输出，可任意关断(最大可到16路)； 时间、月、日交替显示； 自定任意时刻自动开/关屏； 计时精度：误差1秒/月(具有微调设置)。 键盘采用动态扫描方式查询。所有的查询、设置功能均由K1、K2完成。,24,24,（2）单片机控制的LCD时钟 51单片机控制的时钟，在LCD显示器上显示即时时间。 设计要求： 使用文字型LCD显示器来显示现在的时间。 显示格式为“时时：分分：秒秒”。 4个操作键K1-K4，功能如下： 操作键K1：进入设置现在的时间； 操作键K2：设置小时； 操作键K3：设置分钟； 操作键K4：确认完成设置。,25,25,程序执行后工作指示灯LED 闪动，表示程序开始执行，LCD显示“00：00：00”，然后开始计时， 扩充功能： 增加闹铃功能，时间到则产生音乐声； 增加闹铃功能，时间到则启动继电器控制家电； 增加万年历显示“年月日”； 结合湿度传感器来显示现在的湿度。 （3）秒表系统设计 （4）带有LCD显示的定时闹钟 （5）带有LCD显示的音乐倒数计数器,26,26,（6）数字温度计设计1 利用温度传感器DS18B20测量温度信号，计算后在LED数码管上显示相应的温度值。温度测量范围为-55125，精确到0.5 。 （7）数字温度计设计2 使用热敏电阻之类的温度传感器件，将被测温度变化的电压或电流采集下来，进行A/D转换后，就可以用单片机中进行数据的处理，在显示器上将被测温度显示出来。,27,27,（8）十字路口交通灯控制1 设计要求：模拟东西方向的十字路口交通信号控制情况。东西向通行80秒 ，南北向通行60秒，缓冲时间3秒。用单片机控制的LED灯模拟指示。 （9）十字路口交通灯控制2 设计要求：利用单片机的定时器产生秒信号，控制十字路口的红绿黄灯交替点亮和熄灭，并且用4只LED数码管显示十字路口两个方向的剩余时间。要求能用按键设置两个方向的通行时间（绿灯点亮的时间 ）和暂缓通行时间（黄灯点亮的时间 ）。系统的工作应符合一般交通灯控制的要求。,28,28,（10）产生各种波形的波形发生器 （11）电容、电阻参数单片机测试系统的设计 （12）用单片机控制直流电动机并测量转速 （13）步进电机单片机控制系统的设计 （14）小直流电机调速控制系统 （15）单片机控制步进电机 （16）以单片机为核心的频率计 （17）可编程作息时间控制器程序设计 （18）单词记忆测试器程序设计 （19）抢答器控制模拟程序设计 （20）单片机节日彩灯控制器设计,29,29,（21）单片机数字电压表设计 （22）两个单片机之间的串行通信接口设计 （23）简易电子琴设计 ,30,30,3. 科技创新 包括： （1）参加全国和省大学生电子竞赛 （2）大学生创新性实验项目。 大学生创新性实验项目的部分题目： （1）基于单片机的大型公共教室节能设计与实现研究（国家级） （2）驾驶员眼保健仪的研制（校级） （3）基于单片机的出租车黑匣子安全系统设计（校级）。,31,31,4. Proteus软件的应用 英国LabCenter Electronics 公司开发的软件Proteus是目前世界上最先进、最完整的多种型号单片机系统的设计与仿真平台。 把先进的EDA仿真开发工具Proteus应用到课程教学中，对提高学生的设计与实践能力大有益处 。 已在全球广泛使用。包括斯坦福、剑桥、牛津等的世界几千所高校将Proteus作为电子工程学位的教学和实验平台。 国内多所大学把Proteus的应用作为申报大学计划的一部分，把Proteus应用在单片机课程的教学中。,32,32,对传统的单片机实验教学进行改革，建立一个新型的基于EDA软件的实践教学的课程体系。 使用Proteus，可大大减少硬件设备的采购，降低硬件设备维护的工作量。大量的设计与仿真工作是在软件环境中实现，不受实验室和硬件的限制。 购买了Proteus在中国总代理-广州风标电子公司销售的网络版Proteus，100节点。再配以相应的实验板。 已经在综合性大作业中以及课程设计中采用。收到了好的教学效果。积累了较多的设计资料， 有关的Proteus教材预计2011年底出版。,33,33,借助Proteus 的强大的仿真功能来进行课程的教学尤其是实践教学环节，以及学生实践能力的提高方面，益处多多。 (1)仿真各种单片机：51 系列、AVR 、PIC 、ARM等。 (2)仿真各种外围电路,如LCD 、LED数码管 RAM、ROM、矩阵式键盘、马达、A/D 、D/A, 部分SPI 、I2C器件、总线驱动器、可编程外围定时器、并行接口、实时时钟芯片以及多种D/A 和A/D 转换器等。,34,34,(3) 仿真各种虚拟仪器仪表及工具 如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、计数器、电压源、电流源、电压表、电流表、虚拟终端等。 Proteus 还提供了图形显示功能, 可以将线路上变化的信号以图形的方式实时显示出来, 作用与示波器相似, 但功能更多。 通过软、硬件结合的系统仿真,为学生更清晰地讲解程序和电路设计调试中的细节, 让学生更容易发现程序和电路设计过程中遇到的问题, 更容易地掌握解决这些问题的思路和方法。,35,35,目前，世界上许多开发单片机系统的工程师都在使用该软件。 引入PAEE认证 PAEE(proteus application electronics engineer)认证是2008年由广州风标电子公司引进,英国Labcent公司授权的电子工程师认证系统。主要利用Proteus这个良好的教学平台，提高学生学习兴趣。 是单片机课程教学模式的改进，培养创新型、复合型电子人才的一个举措。,36,目的 培养学生的动手能力，提高创新能力。对电子类学生硬件和软件水平进行核定，成为企业电子人才选定的参考标准之一。 特点 （1）企业认可度高，大多数港资、外资企业已在使用Proteus 做为开发平台。 （2）容易使学生尽快地具有系统的概念，尤其是单片机应用系统的EDA仿真。,37,（3）以市场应用为导向的考题。考试严格，软硬结合综合测试。 益处 （1）PAEE认证考试能提高学生实际水平和动手能力。 （2）企业对PAEE认证的认可度高，电子企业可直接按级别使用经过Proteus培养的人才。 （3）结合实际提高老师的教学与科研水平，并充分利用Proteus虚拟实验室资源，促进实验室的自我提高。,38,PAEE的社会认可 PAEE认证体系现在已经被：艾默生系统企业，夏普，德昌机电，伟创力，博世，Motorola，Volvo ，Panasonic，Philips，Sony，Microchip SGS Thompson，Natural Resources Canada，富士施乐，A.O史密斯，北京博晖创新，浙江亚特，金川集团 ，ABB（中国），苏州巴罗，夏普，西门子（中国），菲尼克斯（中国）， GE（中国）德昌电机 等世界知名企业认可。 也即将成为microchip公司认可证书之一。,39,PAEE培训系统 中国PAEE考证中心：清华大学 培训中心合作分四种: （1）师资&学生培训认证中心 （2）学生培训认证中心 （3）共建实验室 （3）虚拟实验室 各省筛选1-2个条件比较好学校的建有Proteus虚拟实验室的高校作为Proteus培训中心。,40,PAEE题库考题来源 (1) 企业生产实际:Microchip. 浙江方太等企业提供. (2) 专家组提供:由PAS，PSTL老师联合提供 (3) 国外测试实例.如EN28J60在以太