單片機課程項目教學法實施案例

呂寧　唐企堯

摘要：本文介紹了單片機基礎(chǔ)及其應(yīng)用課程項目教學法中一個典型項目——倒計時交通燈的設(shè)計與制作。通過“做什么-如何做-自己做-做得如何”四個階段的項目實施，改變了以往枯燥無味的先學指令后編程練習的傳統(tǒng)單片機教學模式，激發(fā)了學生的學習興趣，實現(xiàn)了單片機知識與應(yīng)用及實踐操作的有機結(jié)合。

關(guān)鍵詞：項目教學法 案例 單片機課程 倒計時交通燈

單片機課程既有較強的理論性，又有很強的實踐性。本文探索了單片機課程的項目教學法，通過案例——倒計時交通燈的設(shè)計與制作，將項目涉及的多個知識點融于項目實施過程中。下面從“做什么一如何做一自己做一做得如何”四個階段，介紹倒計時交通燈的項目實施過程。

一、做什么

該項目采用MCS-51單片機為核心器件來模擬倒計時交通燈控制系統(tǒng)，應(yīng)用單片機的定時器/計數(shù)器、中斷和動態(tài)顯示技術(shù)，實現(xiàn)正常情況下東西與南北兩個方向輪流點亮紅、綠信號燈，每次持續(xù)時間30s（可通過加1鍵、減1鍵在10-90s之間調(diào)節(jié)），綠燈倒計時到6s時，閃爍3次（0.5s亮，0.5s滅），再黃燈延時3s轉(zhuǎn)為紅燈。特殊情況時，可以按下功能鍵和突發(fā)交通情況按鍵，使東西或南北方向緊急切換為常綠燈，以利于特種車輛通過。當車輛稀少時，可以按下功能鍵和安全通行鍵，使東西南北四個方向的交通燈均置為黃燈閃爍。用兩位一體的共陽LED數(shù)碼管顯示倒計時時間。

二、怎樣做

為完成項目，實現(xiàn)模擬倒計時交通燈的控制，首先進行倒計時交通燈硬件電路的設(shè)計。最小系統(tǒng)由STC89C52單片機芯片、時鐘電路和復(fù)位電路組成。交通燈的控制信號由單片機的P2.0-P2.2和P2.3-P2.5口輸出，其中，P2.0對應(yīng)南北紅燈，P2.1對應(yīng)南北綠燈，P2.2對應(yīng)南北黃燈，P2.3對應(yīng)東西紅燈，P2.4對應(yīng)東西綠燈，P2.5低電平對應(yīng)東西黃燈。倒計時時間顯示采用兩位一體的共陽數(shù)碼管。由單片機的PO口輸出段控信號，由P1.0、P1.1提供數(shù)碼管十位和個位的位控信號。本項目設(shè)置了三個按鍵，按下功能鍵s1，進入倒計時時間調(diào)整模式，按下加1鍵s2，倒計時時間增加1s，按下減1鍵s3，倒計時時間減少1s，倒計時時間可調(diào)節(jié)范圍為10s～90s。按兩次功能鍵s1，顯示“——”，再按下加1鍵，安全模式；按下減1鍵進入直通模式。硬件設(shè)計完成后再進行程序設(shè)計。將編寫的程序在Proteus環(huán)境中仿真調(diào)試，實現(xiàn)項目功能后，將在Proteus軟件仿真成功的程序下載到制作好的萬能板單片機芯片中。最后調(diào)試倒計時交通燈萬能板軟硬件，直到能實現(xiàn)項目功能。

三、自己做

根據(jù)不同層次的學生，我們提出了基本項目和提高項目。基本項目為：東西與南北兩個方向輪流點亮紅、綠信號燈，每次持續(xù)時間30s，綠燈倒計時到6s時，閃爍3次（0.5s亮，0.5s滅），再黃燈延時3s轉(zhuǎn)為紅燈，用兩位一體共陽數(shù)碼管動態(tài)顯示倒計時時間。提高項目為：在完成基本項目的基礎(chǔ)上，增加了功能鍵s1、加1鍵/突發(fā)情況鍵s2、減1鍵/安全通行鍵s3共3個按鍵。按下功能鍵s1，進入倒計時時間調(diào)整模式，按下加1鍵s2，倒計時時間增加1s，按下減1鍵s3，倒計時時間減少1s，倒計時可調(diào)節(jié)范圍為10～90s。

學生設(shè)計和制作完成本項目后，撰寫項目設(shè)計報告，包括項目實施目的、儀器設(shè)備、硬件電路圖、元器件清單、萬能板硬件設(shè)計圖、Proteus仿真圖、交通燈工作情況列表、單片機I/O口線的時間——狀態(tài)關(guān)系表、軟件流程圖、源程序清單、項目小結(jié)等內(nèi)容。

四、做得如何

首先教師公布項目評價表，學生對照評價表進行自評。然后其他同學對該學生項目成果進行互評。接著教師檢查學生制作的項目，給學生評分。最后由以上各項評分，統(tǒng)計出該學生的項目成績。

五、小結(jié)

從以上單片機課程項目教學法案例——倒計時交通燈的設(shè)計與制作的實施過程可以看到，學生經(jīng)過“做什么一如何做一自己做一做得如何”四個階段的項目介紹、項目引入、項目開發(fā)與實踐、項目評價等過程，接觸到硬件電路的設(shè)計、萬能板的圖紙設(shè)計和焊接、程序編寫和調(diào)試、軟件仿真和實物制作，理解和掌握了該項目要求的知識和技能。這種按照企業(yè)研發(fā)流程的項目實施過程，使學生受到了更為實際、更加全面的理論與技能的工程項實踐訓(xùn)練，增強了學生的專業(yè)技能，提高了實際應(yīng)用綜合水平。

（作者單位：呂寧，江蘇省常州技師學院；唐企堯，常州經(jīng)濟開發(fā)區(qū)弘電工業(yè)控制設(shè)備有限公司分公司）