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摘 要 在单片机实训教学过程中采用“教师引导，学生主导”的教学方式，将完整的控制系统分解成若干个子模块，鼓励学生独立思考，循序渐进地完成模块设计，最后合成并调试成功。
关键词 单片机实训；直流电机；模块设计
中图分类号：G712 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2012)06-0133-02
Application of Student-centred Teaching Method in Single Chip Microcomputer Training Course//Zhang Juntao
Abstract This thesis shows how student-centred teaching method works in Single Chip Microcomputer training course. After the control system of DC motor being decomposed into several sub modules, students are motivated to think individually to finish the module design.
Key words single chip microcomputer training course; DC motor; module design
Author’s address Guangdong Songshan Polytechnic College, Shaoguan, Guangdong, China 512126
1 前言
单片机实训是单片机教学实施过程的重要环节，是学生学好单片机课的珍贵机会，但理解和掌握这门课实属不易，为此利用好的教学方法、好的课堂设计可以更好地激发学生的学习热情，调动学生的主动性，对教学效果更是起到事半功倍的作用。特别是对仿真软件Proteus和编译软件Keil C的熟练应用，更是使教和学方便、直观，让学生兴趣盎然。为此，笔者以一个完整的课程设计为具体对象，说明“教师引导，学生主导”教学方式在单片机实训教学中的成功实施过程。
2 单片机实训教学的实施过程
2.1 准备工作
在理论课结束时，即实训课之前的大约1周时间，以“直流电动机调速系统的设计”为题，将任务分配给学生，让学生利用课余时间到图书馆、网上找相关资料，并根据自己的理解能力，将系统的控制方案、工作原理、电路图甚至参考程序等整理到作业本上。上课时教师检查作业并根据每位学生的整理情况给予相应的分数，计于实训成绩的一部分，利用明确而具体的任务驱动学生搜集信息，锻炼他们查找资料、整理资料、自我学习的能力。实践证明效果良好。
2.2 教学步骤实施
1）建立系统完整架构。实训课开始，先让一位学生根据自己先前整理的资料画出系统的结构框图，然后教师再引导全班学生画出完整的结构框图，并说明其中各模块的功能。此举目的在于实训开始就调动学生主动性，让学生很快进入角色，同时让学生在脑子中建立一幅完整的系统功能图，使学生明确整个实训的任务是实现：①电机的正、反转；②直流电机的加、减速；③在数码管上实时显示直流电机的转向及转速信息；④直流电机的启动、停止。目的是：熟练掌握Proteus和Keil C两种软件使用，进而更深入地学习单片机这门课。
2）显示模块的设计。本模块的功能是用数码管显示直流电机的转向和转速。先让学生根据资料和课本中的显示电路，利用Proteus自己画出本系统的显示电路，然后教师检查每一组学生的结果，有错就改，无错鼓励。最后为了讲解方便，步骤统一，教师将电路归为同一种画法：考虑到电机转速的范围，选用四位一体的数码管，用P0口输出段码，P2口低四位输出位码，并详细讲解动态显示原理。在软件设计方面先给学生一段完整的显示“1234”的程序，在Keil环境下编译、修改，下载到单片机中执行程序，并增加或减少延时时间，重复操作，观察显示结果。给大家一段时间研究、消化这段程序，有不懂的地方可以问老师，可以同学之间相互讨论、请教。此举可以调节气氛，激发兴致。如此学生便充分地理解了动态显示的原理。
不失时机地下达新任务：以原程序为基础，增添新内容，实现显示任意4位整数。这个任务看似简单，对于学生来讲，会遇见很多新问题，比如：不能改变段码表，如何实现各位数字的分解，等等。这一阶段能否给学生奠定坚实的基础很重要，所以要给足学生时间，让他们自由发挥，把问题搞明白。最后，教师总结、点评各组学生程序优劣，给出符合常规结构的正确程序。教学流程如图1所示。
3）测速模块的设计。本模块的功能是实时采集电机转速。授课时先给出原理图，说明霍尔传感器的工作原理，在电机转盘上嵌入小磁片，电机每转一周，小磁片就经过传感器一次，电路因霍尔效应便产生一脉冲，所以每个脉冲代表电机转一周。若这些脉冲经放大、整形送至单片机T0引脚，利用其计数功能，便可求出电机转速。将采样值送speed变量，调用显示子程序便可显示。因为Proteus元件库中无霍尔器件，所以在T0引脚接一脉冲信号代替上述电路，调节脉冲频率便可模拟电机转速变化。
在程序设计方面主要利用单片机两个定时/计数器的功能。任务是用T1产生1 s定时，同时在这1 s内用T0计下脉冲的个数。要提醒学生完成这个任务的难点是：T1无法实现一次定时1 s，要先设一个基本的定时单位，如5 ms，200次中断定时便是1 000 ms即1 s。应该说单片机的定时计数功能是很抽象的，理解起来不容易，但在教师的引导下，经过学生不断地参考、讨论、修改和完善，最终完成与显示程序联调，实现速度测量。
4）驱动模块的设计。本模块设计的授课方式与其他模块不同，先不讲原理图，先引导学生编程实现：在前面速度采集、显示子程序正常运行情况下，让P1.0口产生高电平，同时P1.1口产生周期为100 ms，占空比为1/5的方波，随后要求改变某个变量便可改变占空比，并通过示波器观察结果。这样做的目的是不想打断学生在上一模块使用T0、T1的思路，顺势而为。
成功后再画出H桥驱动电路。如图2所示，若保持Q2、Q3截止，给Q1、Q4接一方波信号，电机就会正向以某一速度运转，并且占空比越大，即一个周期内Q1、Q4导通时间越长，电机得到的平均电压越大，速度越快。反之同理。
原理明白后，再引导学生画出完整的驱动电路，将P1.0、P1.1接电路驱动端口，运行程序即可见电机以某种速度运转，改变P1.1口的信号占空比，电机速度随之改变。改变电机的转向后，学生自然而然会想到让P1.1口产生高电平，P1.0口产生方波。
5）键盘控制模块的设计。本模块设置6个功能按钮，分别是起动、停至、正转、反转、加速、减速。画好电路图后，要求编写程序分别实现相应功能。其实质的控制原理是通过程序判断：若起/停按钮按下，则启动或停止定时器；若是正转（反转）按钮按下，则P1.1（P1.0）口产生方波；若是加（减）速按钮按下，则增加（减小）方波信号的占空比。编写程序时可指导学生按部就班，单个功能逐一调试实现。
6）电源模块的设计。若要制作电路板，电源模块是必要的，本系统需要两组电源供电， 5 V供给单片机系统， 15 V给电机供电，学生会比较容易画出电源模块电路。
2.3 撰写实训报告
写一篇优质的实训报告，是实训课的重要组成部分，是对这次实训的总结，也要视其优劣给予相应分数并作为实训成绩的一部分。报告要求格式规范，章节明确，条理清晰，原理分析透彻，程序编写正确，仿真结果真实，并附心得体会。
3 结论
传统实训往往是“教师多讲，学生少做”“满堂灌”式的授课模式，教师花大量时间分析原理讲解程序，信息量大，学生不易接受，最后参考教师教案，糊里糊涂完成实训，收获甚微。本次单片机实训，笔者尝试“教师少讲，学生多做”，即“教师引导，学生主导”的授课方式，不单纯控制学习内容，而是控制学生的学习过程，以学生为主要参与者，教师起引导和辅导作用，鼓励学生独立学习，给学生更广阔的思考空间，在课程设计过程中能提出自己的见解，培养他们解决问题的能力。实践证明效果良好。
参考文献
[1]何新洲,肖学玲.任务驱动教学法在单片机教学中的应用[J].湖北成人教育学院学报,2011,17(1):128-129.
[2]徐爱钧.单片机原理与应用[M].北京:机械工业出版社,2010.
[3]周灵彬,张靖武.PROTEUS的教学与应用仿真[J].单片机与嵌入式系统应用,2008(1).
关键词 单片机实训；直流电机；模块设计
中图分类号：G712 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2012)06-0133-02
Application of Student-centred Teaching Method in Single Chip Microcomputer Training Course//Zhang Juntao
Abstract This thesis shows how student-centred teaching method works in Single Chip Microcomputer training course. After the control system of DC motor being decomposed into several sub modules, students are motivated to think individually to finish the module design.
Key words single chip microcomputer training course; DC motor; module design
Author’s address Guangdong Songshan Polytechnic College, Shaoguan, Guangdong, China 512126
1 前言
单片机实训是单片机教学实施过程的重要环节，是学生学好单片机课的珍贵机会，但理解和掌握这门课实属不易，为此利用好的教学方法、好的课堂设计可以更好地激发学生的学习热情，调动学生的主动性，对教学效果更是起到事半功倍的作用。特别是对仿真软件Proteus和编译软件Keil C的熟练应用，更是使教和学方便、直观，让学生兴趣盎然。为此，笔者以一个完整的课程设计为具体对象，说明“教师引导，学生主导”教学方式在单片机实训教学中的成功实施过程。
2 单片机实训教学的实施过程
2.1 准备工作
在理论课结束时，即实训课之前的大约1周时间，以“直流电动机调速系统的设计”为题，将任务分配给学生，让学生利用课余时间到图书馆、网上找相关资料，并根据自己的理解能力，将系统的控制方案、工作原理、电路图甚至参考程序等整理到作业本上。上课时教师检查作业并根据每位学生的整理情况给予相应的分数，计于实训成绩的一部分，利用明确而具体的任务驱动学生搜集信息，锻炼他们查找资料、整理资料、自我学习的能力。实践证明效果良好。
2.2 教学步骤实施
1）建立系统完整架构。实训课开始，先让一位学生根据自己先前整理的资料画出系统的结构框图，然后教师再引导全班学生画出完整的结构框图，并说明其中各模块的功能。此举目的在于实训开始就调动学生主动性，让学生很快进入角色，同时让学生在脑子中建立一幅完整的系统功能图，使学生明确整个实训的任务是实现：①电机的正、反转；②直流电机的加、减速；③在数码管上实时显示直流电机的转向及转速信息；④直流电机的启动、停止。目的是：熟练掌握Proteus和Keil C两种软件使用，进而更深入地学习单片机这门课。
2）显示模块的设计。本模块的功能是用数码管显示直流电机的转向和转速。先让学生根据资料和课本中的显示电路，利用Proteus自己画出本系统的显示电路，然后教师检查每一组学生的结果，有错就改，无错鼓励。最后为了讲解方便，步骤统一，教师将电路归为同一种画法：考虑到电机转速的范围，选用四位一体的数码管，用P0口输出段码，P2口低四位输出位码，并详细讲解动态显示原理。在软件设计方面先给学生一段完整的显示“1234”的程序，在Keil环境下编译、修改，下载到单片机中执行程序，并增加或减少延时时间，重复操作，观察显示结果。给大家一段时间研究、消化这段程序，有不懂的地方可以问老师，可以同学之间相互讨论、请教。此举可以调节气氛，激发兴致。如此学生便充分地理解了动态显示的原理。
不失时机地下达新任务：以原程序为基础，增添新内容，实现显示任意4位整数。这个任务看似简单，对于学生来讲，会遇见很多新问题，比如：不能改变段码表，如何实现各位数字的分解，等等。这一阶段能否给学生奠定坚实的基础很重要，所以要给足学生时间，让他们自由发挥，把问题搞明白。最后，教师总结、点评各组学生程序优劣，给出符合常规结构的正确程序。教学流程如图1所示。
3）测速模块的设计。本模块的功能是实时采集电机转速。授课时先给出原理图，说明霍尔传感器的工作原理，在电机转盘上嵌入小磁片，电机每转一周，小磁片就经过传感器一次，电路因霍尔效应便产生一脉冲，所以每个脉冲代表电机转一周。若这些脉冲经放大、整形送至单片机T0引脚，利用其计数功能，便可求出电机转速。将采样值送speed变量，调用显示子程序便可显示。因为Proteus元件库中无霍尔器件，所以在T0引脚接一脉冲信号代替上述电路，调节脉冲频率便可模拟电机转速变化。
在程序设计方面主要利用单片机两个定时/计数器的功能。任务是用T1产生1 s定时，同时在这1 s内用T0计下脉冲的个数。要提醒学生完成这个任务的难点是：T1无法实现一次定时1 s，要先设一个基本的定时单位，如5 ms，200次中断定时便是1 000 ms即1 s。应该说单片机的定时计数功能是很抽象的，理解起来不容易，但在教师的引导下，经过学生不断地参考、讨论、修改和完善，最终完成与显示程序联调，实现速度测量。
4）驱动模块的设计。本模块设计的授课方式与其他模块不同，先不讲原理图，先引导学生编程实现：在前面速度采集、显示子程序正常运行情况下，让P1.0口产生高电平，同时P1.1口产生周期为100 ms，占空比为1/5的方波，随后要求改变某个变量便可改变占空比，并通过示波器观察结果。这样做的目的是不想打断学生在上一模块使用T0、T1的思路，顺势而为。
成功后再画出H桥驱动电路。如图2所示，若保持Q2、Q3截止，给Q1、Q4接一方波信号，电机就会正向以某一速度运转，并且占空比越大，即一个周期内Q1、Q4导通时间越长，电机得到的平均电压越大，速度越快。反之同理。
原理明白后，再引导学生画出完整的驱动电路，将P1.0、P1.1接电路驱动端口，运行程序即可见电机以某种速度运转，改变P1.1口的信号占空比，电机速度随之改变。改变电机的转向后，学生自然而然会想到让P1.1口产生高电平，P1.0口产生方波。
5）键盘控制模块的设计。本模块设置6个功能按钮，分别是起动、停至、正转、反转、加速、减速。画好电路图后，要求编写程序分别实现相应功能。其实质的控制原理是通过程序判断：若起/停按钮按下，则启动或停止定时器；若是正转（反转）按钮按下，则P1.1（P1.0）口产生方波；若是加（减）速按钮按下，则增加（减小）方波信号的占空比。编写程序时可指导学生按部就班，单个功能逐一调试实现。
6）电源模块的设计。若要制作电路板，电源模块是必要的，本系统需要两组电源供电， 5 V供给单片机系统， 15 V给电机供电，学生会比较容易画出电源模块电路。
2.3 撰写实训报告
写一篇优质的实训报告，是实训课的重要组成部分，是对这次实训的总结，也要视其优劣给予相应分数并作为实训成绩的一部分。报告要求格式规范，章节明确，条理清晰，原理分析透彻，程序编写正确，仿真结果真实，并附心得体会。
3 结论
传统实训往往是“教师多讲，学生少做”“满堂灌”式的授课模式，教师花大量时间分析原理讲解程序，信息量大，学生不易接受，最后参考教师教案，糊里糊涂完成实训，收获甚微。本次单片机实训，笔者尝试“教师少讲，学生多做”，即“教师引导，学生主导”的授课方式，不单纯控制学习内容，而是控制学生的学习过程，以学生为主要参与者，教师起引导和辅导作用，鼓励学生独立学习，给学生更广阔的思考空间，在课程设计过程中能提出自己的见解，培养他们解决问题的能力。实践证明效果良好。
参考文献
[1]何新洲,肖学玲.任务驱动教学法在单片机教学中的应用[J].湖北成人教育学院学报,2011,17(1):128-129.
[2]徐爱钧.单片机原理与应用[M].北京:机械工业出版社,2010.
[3]周灵彬,张靖武.PROTEUS的教学与应用仿真[J].单片机与嵌入式系统应用,2008(1).