單片機(jī)課程中發(fā)光二極管教學(xué)與思政融合項目開發(fā)研究

王中寶 王云鶴

摘 要：分析了單片機(jī)教學(xué)中發(fā)光二極管教學(xué)項目與思政元素融合的方法，并進(jìn)行了設(shè)計和實物搭建。實測表明，旋轉(zhuǎn)LED項目替代傳統(tǒng)LED教學(xué)項目有助于課程思政元素的融合，在發(fā)揮學(xué)生愛國主義熱情的同時，還能激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn);LED;課程思政;硬件設(shè)計

單片機(jī)技術(shù)是電子信息大類專業(yè)的一門必修核心課程，課程定位是讓學(xué)生能夠充分了解單片機(jī)的構(gòu)成、指令系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)及在控制領(lǐng)域的應(yīng)用。往往在授課過程中，重點講解知識點和應(yīng)用，對于應(yīng)用“思政”的方法分析具體問題涉及較少。另外，工科類教學(xué)也很難融入思政類元素，或者融入“思政”元素時僅僅停留在背景、意義層面，對于教學(xué)項目應(yīng)用較少。最后，電子信息類專業(yè)畢業(yè)生從事具體工作時，也要求使用馬克思主義哲學(xué)的方法辯證分析具體問題。

一、課程思政元素挖掘

（一）傳統(tǒng)LED項目教學(xué)方法

傳統(tǒng)的LED教學(xué)從發(fā)光二極管的原理開始講解，首先利用單片機(jī)（C51）點亮一個LED。在學(xué)生了解LED的發(fā)光原理和單片機(jī)控制的基本原理后，實現(xiàn)一個LED的閃爍。然后，通過延時程序控制LED閃爍的時間間隔。最后，學(xué)生在以上知識點都學(xué)會之后，設(shè)置流水燈（跑馬燈）教學(xué)項目，加深學(xué)生的理解。

在授課過程中，從硬件原理到程序控制都是必講內(nèi)容。學(xué)生在此過程中可以學(xué)到LED原理、I/O口功能、延時程序、循環(huán)控制、仿真軟件等知識點。通過項目學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠初步掌握單片機(jī)控制的基本思想和步驟。

以上是一個完整的教學(xué)過程，但是無論從教學(xué)過程設(shè)計、教案設(shè)計，還是從教學(xué)考核環(huán)節(jié)都沒能引入思政元素。

（二）思政元素挖掘

學(xué)習(xí)LED發(fā)光原理后，我們知道LED可以用作顯示器件。將一系列LED按照一定規(guī)律排列和程序控制，就能顯示文字信息或者圖形信息，如現(xiàn)有的光立方。一般情況下，利用LED陣列顯示文字或者圖片時，使用的I/O口數(shù)量較多，資源比較浪費。因此，可以使用旋轉(zhuǎn)LED的方式動態(tài)顯示文字或者圖片信息。

旋轉(zhuǎn)LED的優(yōu)點在于現(xiàn)有I/O條件下可以顯示更多的文字或者圖片，且其控制原理和流水燈類似。因此，在教學(xué)時可以引入恰當(dāng)?shù)摹八颊痹兀热琰h徽圖案用旋轉(zhuǎn)LED方式顯示出來，或者顯示文字信息，比如“慶祝新中國70華誕”。這樣既在一定程度上發(fā)揮學(xué)生的愛國主義熱情，又增加了項目的趣味性，使得學(xué)生的參與度和熱情都有所提高，加深學(xué)習(xí)效果。

二、項目實現(xiàn)

（一）硬件電路

旋轉(zhuǎn)LED項目主要由控制模塊、顯示模塊、直流電機(jī)和供電模塊組成。機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.控制模塊主要采用STC15系列單片機(jī)，優(yōu)點在于I/O口數(shù)量較多，增加了P4和P5端口，同時內(nèi)部集成ADC邏輯單元，可以方便地實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。另外，控制方式和傳統(tǒng)C51單片機(jī)相同，可以很方便地實現(xiàn)項目。

2.顯示模塊由16個普通LED組成（共陰極或者共陽極），為了顯示效果美觀，可以使用雙色的LED。為了節(jié)省I/O口，使用了擴(kuò)展芯片74LS245。

3.供電模塊。考慮到能效問題，采用單電源供電方式，12V直接給直流電機(jī)供電，經(jīng)過降壓/穩(wěn)壓模塊，5V給控制系統(tǒng)。另外旋轉(zhuǎn)底板和控制板上的紅外對管用于零點校準(zhǔn)，兩個板之間采用互感線圈無線供電。

（二）軟件設(shè)計

顯示利用了人眼視覺暫存的原理，用電機(jī)旋轉(zhuǎn)做列掃描，每送一列數(shù)據(jù)延時，再送下一列數(shù)據(jù)，原理近似點陣顯示。程序控制有兩種方式，一種是用判斷紅外起點的方法開始顯示，每轉(zhuǎn)一圈，列數(shù)往后移動一列，顯示完指定的循環(huán)次數(shù)完成顯示。此種方法的優(yōu)點在于程序簡單，缺點為電機(jī)轉(zhuǎn)速太快時容易造成顯示信息首尾相交。另一種方法為利用定時器中斷的方式，可以做到精確控制。第一種部分程序如下，程序中介紹了一種避免首尾相交的方法，如圖2所示：

本文討論了單片機(jī)教學(xué)LED教學(xué)項目與“思政元素”融合的方法，并進(jìn)行了實物驗證。驗證結(jié)果表明效果良好（以“慶祝新中國七十華誕”為例），既融進(jìn)了“思政”元素，又加深了學(xué)習(xí)熱情。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙志宏.《單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用》課程思政元素的探討[J].智庫時代，2019（23）：76-77.