耿婧

摘要：育人先育德，為了加強(qiáng)電子及電氣類專業(yè)人才的思政素養(yǎng)和職業(yè)道德，全方位地進(jìn)行課程思政勢(shì)在必行，思政元素融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)及實(shí)驗(yàn)實(shí)施，達(dá)到了潤物無聲的育人效果。本次實(shí)驗(yàn)以單片機(jī)為控制器，設(shè)計(jì)一個(gè)智能溫度測(cè)量系統(tǒng)，涉及單片機(jī)I/O口控制、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及中斷的應(yīng)用等內(nèi)容，提升學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)，訓(xùn)練解決問題的能力，提高專業(yè)技能。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);課程思政

1.引言

溫度測(cè)量在家庭中、工業(yè)生產(chǎn)中、農(nóng)業(yè)蔬菜大棚等都有重要作用，智能溫度測(cè)量系統(tǒng)與我們生活生產(chǎn)息息相關(guān)。設(shè)計(jì)一個(gè)智能溫度測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚣ぐl(fā)了學(xué)生對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)的自信感，提高對(duì)職業(yè)的認(rèn)同。在實(shí)驗(yàn)過程中，“工匠精神、團(tuán)結(jié)互助、解決問題的思路及方法的訓(xùn)練”等思政元素系統(tǒng)融入實(shí)驗(yàn)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了價(jià)值塑造、知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)有機(jī)融合[1]。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

本次實(shí)驗(yàn)以實(shí)際的單片機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主體步驟，整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為“需求分析、元件選型、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、仿真調(diào)試、產(chǎn)品制作、產(chǎn)品測(cè)試”7個(gè)步驟，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，全過程融入思政元素。在“需求分析、元件選型”環(huán)節(jié)中，融入勤儉節(jié)約，按需選型，不可隨意浪費(fèi)的教育;在“硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)，仿真調(diào)試”環(huán)節(jié)中，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，不斷創(chuàng)新、精益求精，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)思路、調(diào)試方法及步驟進(jìn)行總結(jié)，鍛煉學(xué)生解決問題的能力;在“產(chǎn)品制作、產(chǎn)品測(cè)試”環(huán)節(jié)中，要求學(xué)生規(guī)范操作，培養(yǎng)學(xué)生的安全意識(shí)。

3.實(shí)驗(yàn)過程

3.1需求分析、元件選型

本次實(shí)驗(yàn)需完成一個(gè)以單片機(jī)為控制器的溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及制作，此系統(tǒng)需能夠每隔1秒自動(dòng)進(jìn)行溫度檢測(cè)并在顯示屏中顯示溫度值。經(jīng)過需求分析，在考慮滿足系統(tǒng)需求及性價(jià)比后，選擇Atmel公司的AT89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器，顯示部分只需顯示溫度值，選用結(jié)構(gòu)簡單的LED數(shù)碼管顯示器，溫度采集部分選擇改進(jìn)型證溫度傳感器DS18B20為溫度采集器。從系統(tǒng)成本的溫度性及性價(jià)比的角度考慮，美國DALLAS半導(dǎo)體公司推出的DS18b20溫度傳感器是一款數(shù)字化傳感器，整個(gè)系統(tǒng)就可以省去講模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換的部分，系統(tǒng)更簡單穩(wěn)定，成本也更低。且DS18b20溫度傳感器精度高、體積小且抗干擾能力強(qiáng)，便于后期進(jìn)行封裝及擴(kuò)展。

3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.2.1硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)需完成溫度采集、溫度顯示兩個(gè)主要功能，為了保障單片機(jī)正常工作單片機(jī)的供電等最小系統(tǒng)電路也必須完整。溫度檢測(cè)部分采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，不需要A/D轉(zhuǎn)換，電路設(shè)計(jì)簡單，體積小，占用單片機(jī)I/O 口少，程序設(shè)計(jì)簡單，開發(fā)周期短。顯示部分采用LED數(shù)碼管顯示，通過P0口控制。報(bào)警部分也采用發(fā)光二極管和蜂鳴器進(jìn)行聲光報(bào)警。電路設(shè)計(jì)圖如圖2系統(tǒng)仿真效果圖所示。

3.2.2軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)先根據(jù)系統(tǒng)功能要求和硬件電路，確定主程序執(zhí)行流程及程序結(jié)構(gòu)，畫出程序流程圖，根據(jù)程序流程圖在KEIL軟件中進(jìn)行程序編譯。程序編譯成功后在proteus中搭建好的硬件系統(tǒng)中進(jìn)行仿真調(diào)試，若出現(xiàn)錯(cuò)誤再進(jìn)行程序修改及調(diào)試，直到調(diào)試成功為止。

主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)采集及報(bào)警顯示，溫度測(cè)量1s進(jìn)行一次。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求主程序依次完成“初始化”和“溫度上下限的設(shè)置”后，循環(huán)進(jìn)行“溫度值顯示”、“鍵盤掃描”、“啟動(dòng)DS18B20溫度轉(zhuǎn)換”和“溫度超限判斷”。其中DS18B20溫度轉(zhuǎn)換及處理子程序主要完成溫度采集及數(shù)據(jù)處理工作。DS18B20 溫度傳感器是一個(gè)直接數(shù)字化的溫度傳感器，可將-55℃～+125℃之間的溫度值按9位、10位、11位、12位的分辨率進(jìn)行量化，傳感器上電后默認(rèn)值是12位[2]。DS18B20在接收到單片機(jī)發(fā)出的溫度轉(zhuǎn)換命令44H后，就開始進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換操作[3]。具體的主程序流程圖如圖1所示。

3.3仿真調(diào)試

通過proteus軟件完成系統(tǒng)搭建后，將keil軟件編譯后的程序加載進(jìn)proteus中搭建的系統(tǒng)，進(jìn)行仿真調(diào)試，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，根據(jù)錯(cuò)誤的現(xiàn)象修改程序和電路直到仿真成功為止。仿真調(diào)試成功后，引導(dǎo)學(xué)生按照規(guī)范操作，進(jìn)行產(chǎn)品制作及測(cè)試。系統(tǒng)仿真調(diào)試結(jié)果如圖2所示。

4.結(jié)束語

實(shí)驗(yàn)教學(xué)根據(jù)實(shí)際的單片機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程進(jìn)行教學(xué)過程設(shè)計(jì)，思政元素融入實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)過程潤雨細(xì)無聲的進(jìn)行了勤儉節(jié)約、安全意識(shí)、規(guī)范操作的教育，在實(shí)驗(yàn)操作過程中引導(dǎo)學(xué)生反思總結(jié)解決問題的方法并鍛煉學(xué)生解決問題的能力。本次實(shí)驗(yàn)，訓(xùn)練了學(xué)生使用keil進(jìn)行程序編譯、使用proteus進(jìn)行系統(tǒng)搭建仿真調(diào)試及電路板制作的熟練度及準(zhǔn)確度;鞏固了單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)步驟、I/O控制原理、定時(shí)/計(jì)數(shù)器及中斷應(yīng)用等知識(shí)點(diǎn)。本次實(shí)驗(yàn)貼近實(shí)際生產(chǎn)生活，采用理論和實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方式，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

參考文獻(xiàn)：

[1]靳曉燕.《既放眼“國之大者” 又關(guān)注“關(guān)鍵小事”》[N].光明日?qǐng)?bào)，2021-07-22（版次：04版）.

[2]左現(xiàn)剛，劉艷昌.基于1-wire總線的溫度數(shù)據(jù)采集與硬件設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2012，34（2）：128-134.

[3]李想.溫度傳感器DS18B20在溫室大棚中的實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)電技術(shù)應(yīng)用，2020（8）：182-183.

注：本文為安徽省質(zhì)量工程教學(xué)研究項(xiàng)目（2020jyxm0288）;提質(zhì)培優(yōu)行動(dòng)計(jì)劃項(xiàng)目“單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用課程思政教育典型案例”（tzpyszal02）。