賈冬義

摘要： 文章從當(dāng)前人才培養(yǎng)規(guī)格出發(fā)，在教學(xué)改革中嘗試“導(dǎo)師制”模式，首先在MCU實(shí)踐性課程中采用這種模式，指導(dǎo)學(xué)生從方案制定、各個(gè)單元模塊的代碼編寫(xiě)、仿真、調(diào)試，完成整個(gè)流程。通過(guò)該模式的教學(xué)改革培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生體驗(yàn)單片機(jī)開(kāi)發(fā)流程，培養(yǎng)學(xué)生向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變。

Abstract： The article embarks from the current personnel training specification， tries to apply "tutorial system" mode in the teaching reform. At the first， this mode is used in MCU practical courses to guide students complete the whole process from plan formulation， code compilation， simulation， debugging of each unit module. This teaching reform of this model cultivates students innovation spirit， train the students to experience the MCU development process， and make the students transform into the practical personnel.

關(guān)鍵詞： MCU；導(dǎo)師制；數(shù)字鐘；單片機(jī)

Key words： MCU；tutorial system；digital clock；single chip microcomputer

中圖分類(lèi)號(hào)：TN7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）30-0173-03

0 引言

MCU（單片機(jī)原理及應(yīng)用課程）是一門(mén)實(shí)踐性的課程，因參與課程學(xué)習(xí)的學(xué)生層次不齊、積極性各異，導(dǎo)致整體教學(xué)效果差異較大，同時(shí)面臨為了照顧全體同學(xué)而不能培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生的難題。為了有效解決該教學(xué)問(wèn)題，引入“導(dǎo)師制”教育教學(xué)模式而實(shí)施“MCU實(shí)驗(yàn)課程導(dǎo)師制”，并對(duì)其實(shí)施效果和特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)與分析，為MCU實(shí)驗(yàn)教學(xué)素質(zhì)化和個(gè)性化拓展一種新的教學(xué)模式，也為推進(jìn)人才培養(yǎng)模式和教學(xué)體制改革進(jìn)行有益的探索。這中模式中，“導(dǎo)師”負(fù)責(zé)學(xué)生的“專(zhuān)業(yè)教導(dǎo)”、“動(dòng)手實(shí)踐”等方向，具體方法是“導(dǎo)師”們活躍在負(fù)責(zé)的學(xué)生的微信群、QQ群里，隨時(shí)隨地為學(xué)生答疑解惑，下面就是“導(dǎo)師”導(dǎo)的一個(gè)具體實(shí)例。

MCU的定時(shí)和控制裝置在許多行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，而數(shù)字鐘是其中最基本的，也是最具有代表性的一個(gè)例子[1]，用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)、分、秒數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置。

1 系統(tǒng)方案的確定

綜合考慮，在本次設(shè)計(jì)中是以STC89c52為控制單元，采用2個(gè)四位數(shù)碼管作為顯示系統(tǒng)，用時(shí)間芯片DS12c887實(shí)現(xiàn)獨(dú)立計(jì)時(shí)器功能，功能模塊包含：MCU、輸入模塊、顯示模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、和復(fù)位電路構(gòu)成，設(shè)計(jì)的總體方案如圖1。

從原理上講該電路是一種典型的數(shù)字電路，通過(guò)該電路的制作進(jìn)一步的了解MCU開(kāi)發(fā)流程。

2 單元模塊設(shè)計(jì)

2.1 軟件系統(tǒng)主要包含：主函數(shù)、中斷、鍵盤(pán)輸入、驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示及延時(shí)。

主函數(shù)：主函數(shù)可以有序的執(zhí)行一系列包括調(diào)用子函數(shù)在內(nèi)的所有程序，但中斷的發(fā)生往往是隨機(jī)的，這就會(huì)暫時(shí)打斷主函數(shù)的順序，先去執(zhí)行中斷函數(shù)，之后返回主函數(shù)從被打斷的位置繼續(xù)執(zhí)行程序。因此，中斷一旦開(kāi)放，中斷函數(shù)與主函數(shù)之間便無(wú)順序可言。在本項(xiàng)目中是對(duì)輸入信號(hào)的處理、輸出信號(hào)的控制等。

GATE=0用TR0來(lái)控制T0的啟動(dòng)，若GATE=1則用外部中斷引腳INT0、INT1來(lái)控制。方式1是不能自動(dòng)重裝的，所以得在中斷函數(shù)中重新對(duì)TH0、TL0賦初值。

數(shù)碼管及其驅(qū)動(dòng)模塊：動(dòng)態(tài)掃描時(shí)，平均電流為4-5mA，峰值電流50-60mA，MCU不能提供如此大的電流，通過(guò)達(dá)林頓管等驅(qū)動(dòng)。

延時(shí)模塊：有兩種延時(shí)子程序，消抖延時(shí)、長(zhǎng)延時(shí)，進(jìn)行精確的延時(shí)子程序設(shè)計(jì)時(shí)，盡量不要或少在延時(shí)子程序中定義局部變量。

中斷服務(wù)程序：定時(shí)50ms，主程序在運(yùn)行，每當(dāng)50ms時(shí)間到后，就跳轉(zhuǎn)到定時(shí)中斷子程序執(zhí)行里面的內(nèi)容，執(zhí)行完后再回到主程序。即50毫秒進(jìn)中斷一次。

2.2 使用單片機(jī)資源的情況

P0口輸出段選信號(hào)，P2口輸出位選信號(hào)；f=12MHz；此數(shù)字鐘可實(shí)現(xiàn)功能：顯示時(shí)、分、秒；時(shí)間的調(diào)整；鬧鐘的開(kāi)啟和關(guān)閉及設(shè)定和調(diào)整等。

2.3 系統(tǒng)軟件采用C語(yǔ)言，按模塊化設(shè)計(jì)，然后通過(guò)Keil開(kāi)發(fā)平臺(tái)將程序轉(zhuǎn)變成十六進(jìn)制程序語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為*.HEX文件，然后使用Proteus進(jìn)行仿真，讀出顯示數(shù)據(jù)。

流程圖如圖2-圖4所示。

2.4 軟件消抖

一般所用開(kāi)關(guān)為機(jī)械開(kāi)關(guān)，當(dāng)機(jī)械觸點(diǎn)通、斷時(shí)，電壓信號(hào)如圖5。抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為5ms～10ms。鍵穩(wěn)定時(shí)間一般為零點(diǎn)幾秒至數(shù)秒，前沿及后沿會(huì)引起一次按鍵被誤讀多次。為確保MCU對(duì)按鍵的一次閉合僅作一次處理，必須去消除鍵抖動(dòng)的影響：在鍵穩(wěn)定閉合時(shí)讀取鍵的狀態(tài)，且須判別到鍵釋放穩(wěn)定后再作處理。按鍵消抖，可用硬件或軟件兩種方法。

①硬件消抖，如施密特觸發(fā)器。②軟件消抖。在此指導(dǎo)學(xué)生采用軟件方式。軟件消抖有定時(shí)器定時(shí)和利用延時(shí)子程序兩種方式。1）定時(shí)器消抖可以不影響數(shù)碼管模塊掃描速度，方法是：設(shè)置標(biāo)志位，在定時(shí)器中斷中將其置1，然后在程序中查詢(xún)。將其中斷優(yōu)先級(jí)<時(shí)鐘定時(shí)中斷，那么它就可以不影響時(shí)鐘定時(shí)。2）延時(shí)子程序消抖，一般掃描≥50次/s，否則，數(shù)碼管會(huì)出現(xiàn)閃爍。因此，delay子程序的延時(shí)時(shí)間應(yīng)<20毫秒。

如果，設(shè)計(jì)時(shí)采用的是中斷的方式來(lái)完成有關(guān)操作，其處理思想是：中斷不能連續(xù)執(zhí)行，兩次之間有時(shí)間間隔。圖6是消抖方法的程序流程圖。

2.5 Proteus仿真結(jié)果

Proteus有編譯C語(yǔ)言的能力，利用Proteus與keil軟硬件聯(lián)合仿真進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試結(jié)果滿足該項(xiàng)目的技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)論

導(dǎo)師在指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)利用單片機(jī)設(shè)計(jì)電子鐘教學(xué)中，學(xué)生能從設(shè)計(jì)過(guò)程中自己體會(huì)單片機(jī)開(kāi)發(fā)的規(guī)律，同時(shí)啟發(fā)學(xué)生朝著單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域邁進(jìn)。當(dāng)然通過(guò)這次的指導(dǎo)設(shè)計(jì)過(guò)程，使學(xué)生了解keil C集成環(huán)境和Proteus仿真軟件的使用，尤其是仿真實(shí)現(xiàn)了把抽象的東西具體化，把理論和實(shí)際結(jié)合起來(lái)，更利于對(duì)單片機(jī)設(shè)計(jì)的理解掌握。

實(shí)現(xiàn)電子鐘的電路、器件有很多，利用MCU實(shí)現(xiàn)的電子鐘，具有擴(kuò)展方便、編程靈活的特點(diǎn)。下一步擴(kuò)展數(shù)字鐘的報(bào)時(shí)功能，從其他管腳引線，增加機(jī)械、電子繼電器可實(shí)現(xiàn)觸發(fā)定時(shí)自動(dòng)報(bào)警或者通、斷動(dòng)力設(shè)備及定時(shí)啟動(dòng)電氣設(shè)備等，圖8就是一種例證。

導(dǎo)師制模式的教學(xué)改革更深層次的影響是：①更多學(xué)生的個(gè)性、特長(zhǎng)被挖掘出來(lái)。挖掘了一批能夠參加校、省一級(jí)的比賽得心應(yīng)手的學(xué)生。②在人才培養(yǎng)角度為個(gè)性化、成才化培養(yǎng)創(chuàng)造了有利條件。③專(zhuān)業(yè)導(dǎo)師引領(lǐng)，更好的培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造能力。

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