單片機(jī)教學(xué)如何進(jìn)行課程設(shè)計(jì)呢？如何提高教學(xué)的效率呢？下面小編就為大家?guī)��?lái)了課程設(shè)計(jì)在單片機(jī)教學(xué)的應(yīng)用，感興趣的朋友可以看一看哦！

摘要：由于《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程內(nèi)容抽象實(shí)踐性強(qiáng)，導(dǎo)致學(xué)生難以掌握。本文通過(guò)汽車電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)開(kāi)設(shè)一個(gè)課程設(shè)計(jì)即基于飛思卡爾單片機(jī)MC9S12D64對(duì)公路交通燈控制系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)，學(xué)生通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的硬件與軟件的設(shè)計(jì)。使學(xué)生對(duì)飛思卡爾單片機(jī)知識(shí)經(jīng)歷了從不會(huì)、認(rèn)識(shí)、熟悉到掌握的過(guò)程，并提高了綜合性設(shè)計(jì)能力和培養(yǎng)了創(chuàng)新意識(shí)。通過(guò)此課程設(shè)計(jì)學(xué)生得到了各方面訓(xùn)練并能綜合運(yùn)用課本知識(shí)，對(duì)飛思卡爾單片機(jī)課堂教學(xué)改進(jìn)進(jìn)行了探討。

近年來(lái)飛思卡爾單片機(jī)發(fā)展迅速，在汽車電子、工業(yè)控制等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)多所大學(xué)建立了嵌入式處理器（MCU／DSP）開(kāi)發(fā)應(yīng)用中心，并持續(xù)舉辦了全國(guó)性應(yīng)用設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)賽和“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽，進(jìn)一步推動(dòng)了中國(guó)微處理器應(yīng)用技術(shù)的教學(xué)與研發(fā)工作，促進(jìn)了嵌入式產(chǎn)業(yè)發(fā)展和人才培養(yǎng)[1-3]。飛思卡爾單片機(jī)已成為不少高校車輛工程及相關(guān)專業(yè)的單片機(jī)教學(xué)課程內(nèi)容，《單片機(jī)原理及應(yīng)用》作為一門實(shí)踐性和工程性很強(qiáng)的課程，需要大量的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐訓(xùn)練，才能深入掌握其基本原理和應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，提高設(shè)計(jì)和應(yīng)用能力[4]。所以如何做到理論與實(shí)踐相結(jié)合,讓學(xué)生能夠把抽象難懂的理論知識(shí)做到靈活運(yùn)用、融會(huì)貫通，這是單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中要抓住的重點(diǎn)。“單片機(jī)課程設(shè)計(jì)”是單片機(jī)課程教學(xué)過(guò)程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié),它能夠很好的綜合單片機(jī)課程所學(xué)的內(nèi)容,通過(guò)該實(shí)踐環(huán)節(jié)達(dá)到了培養(yǎng)高水平的單片機(jī)開(kāi)發(fā)技能的要求[5]。因此找到一些適合于單片機(jī)教學(xué)的課程設(shè)計(jì)題目是至關(guān)重要的。結(jié)合天津科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院車輛工程專業(yè)飛思卡爾單片機(jī)原理及應(yīng)用課程教學(xué)情況，開(kāi)設(shè)二周的課程設(shè)計(jì)，其目的是加強(qiáng)提高學(xué)生對(duì)課程的興趣，加強(qiáng)綜合運(yùn)用單片機(jī)知識(shí)能力，增強(qiáng)硬件與軟件的設(shè)計(jì)能力。課程設(shè)計(jì)選擇在一臺(tái)汽車電子技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行，其題目為“基于飛思卡爾MC9S12D64單片機(jī)的公路交通燈控制系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)”，該課程設(shè)計(jì)運(yùn)用了較多模塊電路，采用了復(fù)位電路、晶振電路、BDM電路、數(shù)碼管顯示電路、電源電路及LED燈顯示電路和定時(shí)器電路等功能模塊。軟件設(shè)計(jì)采用了C語(yǔ)言，在CodeWarrior5.1平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)軟件的編程調(diào)試，設(shè)計(jì)了程序框圖，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)得到了驗(yàn)證。通過(guò)該課程設(shè)計(jì)，學(xué)生對(duì)飛思卡爾單片機(jī)的知識(shí)掌握得到很大的提高，實(shí)踐與創(chuàng)新能力也得到了提高。

一課程設(shè)計(jì)的實(shí)施

（一）公路交通燈控制方案

設(shè)計(jì)此單片機(jī)控制的交通燈系統(tǒng)，能模仿城市“十字”路口交通燈的功能，具體設(shè)計(jì)要求如下[6，7]：（1）該設(shè)計(jì)能控制東、西、南、北四個(gè)道口的紅、黃、綠信號(hào)燈正常工作；（2）當(dāng)東西方向通行，南北禁行時(shí)，東西方向亮綠燈，南北方向亮紅燈；（3）東西方向?yàn)橹鞲傻�，通行時(shí)間40秒；南北方向?yàn)榇胃傻�，通行時(shí)間30秒（時(shí)間可調(diào)節(jié)）；（4）當(dāng)主干道綠燈亮40秒時(shí)，主干道黃燈開(kāi)始亮，并且閃爍，警告車輛及行人禁止通行，四秒后，主干道開(kāi)始亮紅燈禁行，次干道亮綠燈通行；（5）為了實(shí)驗(yàn)時(shí)更能看清車輛行駛經(jīng)過(guò)，在東西、南北干道上設(shè)置五個(gè)暢通燈。交通燈運(yùn)行狀態(tài)如圖1所示。

（二）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

學(xué)生知道交通燈控制方案后，首先需要掌握交通燈控制系統(tǒng)所需的硬件基本知識(shí)，熟悉各個(gè)模塊電路的設(shè)計(jì)，然后通過(guò)它們之間相互關(guān)系來(lái)組成該交通控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。該控制系統(tǒng)運(yùn)用一套汽車電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的相關(guān)模塊電路來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。（1）系統(tǒng)框圖汽車電子技術(shù)仿真臺(tái)采用飛思卡爾半導(dǎo)體公司S12系列單片機(jī)MC9S12D64型號(hào)，其性能為增強(qiáng)型16位數(shù)，CPU內(nèi)核S12,最高總線頻率可以達(dá)到25MHz，具有片內(nèi)64KFLASH存儲(chǔ)器、4KBRAM、1KBEEPROM、CPU編碼效率高和背景調(diào)試特性。具有I/O接口有91個(gè)線，8個(gè)通道8位ECT定時(shí)器等[8]。整個(gè)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要由主控中心、復(fù)位電路、晶振電路、BDM電路、數(shù)碼管顯示電路、電源電路及LED燈顯示電路等功能模塊組成，如圖2為系統(tǒng)框圖。（2）系統(tǒng)各模塊設(shè)計(jì)交通燈電路設(shè)計(jì)采用12根I/O接口的引腳與主次干道紅綠黃LED燈相連，其余5根與暢通指示小黃燈相連，引腳輸出低電平時(shí)燈亮，輸出高電平時(shí)燈滅。學(xué)生應(yīng)熟悉各I/O端口引腳的輸出與輸入方向寄存器以及數(shù)據(jù)寄存器設(shè)置的概念。交通燈時(shí)間采用五位8段LED數(shù)碼管顯示，該模塊集成數(shù)碼管控制顯示芯片TEC9607，控制五個(gè)數(shù)碼管掃描顯示。學(xué)生應(yīng)掌握TEC9607的工作原理和與MCU接口連接情況。TEC9607是一種串行共陽(yáng)極CMOS5×8段LED數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)電路，為全定制專用集成芯片，它由開(kāi)機(jī)自清電路、振蕩電路、位掃描驅(qū)動(dòng)電路、5×8位移位寄存器電路、5×8位數(shù)據(jù)鎖存器電路、多路選擇器、共陽(yáng)極段驅(qū)動(dòng)電路組成。可以與各種型號(hào)的微控制器(MCU)串行口或并行口連接，專供驅(qū)動(dòng)5位十進(jìn)制八段共陽(yáng)極LED數(shù)碼管或共陰極5×8點(diǎn)陣LED使用[9]。單片機(jī)通過(guò)SPI通訊方式將顯示數(shù)據(jù)傳送至TEC9607,TEC9607的引腳串行移位脈沖（SCP）接MC9S12D64引腳PWM2/KWP2/PP2(2),引腳數(shù)據(jù)鎖存（LCP）接X(jué)ADDR15/PK1(7),引腳串行輸入數(shù)據(jù)（SI）接PWM1/KWP1/PP1(3)。交通燈（紅綠黃）變換的時(shí)間由增強(qiáng)定時(shí)器（ECT）模塊確定，編程一個(gè)子程序，調(diào)用它實(shí)現(xiàn)各變換時(shí)間（秒為單位）的向下計(jì)時(shí)。要求學(xué)生需要對(duì)增強(qiáng)定時(shí)器（ECT）模塊的各寄存器的掌握和設(shè)置，掌握中斷的編程概念，這些知識(shí)具有一定的難度。

（三）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

程序編寫是課程設(shè)計(jì)過(guò)程中最為重要的環(huán)節(jié),學(xué)生首先是要學(xué)好C語(yǔ)言，學(xué)會(huì)使用CodeWarrior5.1軟件操作平臺(tái)，掌握平臺(tái)建立程序編寫的過(guò)程,學(xué)生在熟悉單片機(jī)的開(kāi)發(fā)環(huán)境和各模塊電路硬件的基礎(chǔ)上，畫出程序流程圖。飛思卡爾單片機(jī)比8051型單片機(jī)在編程方面具有許多優(yōu)勢(shì)。如I/O接口很方便地通過(guò)方向寄存器DDRX和數(shù)據(jù)寄存器PORTX或PTX控制LED燈的亮和滅，采用背景調(diào)試模塊（BDM）使PC機(jī)編譯完成的C語(yǔ)言程序很容易的下載到單片機(jī)FLASH內(nèi)存并可擦除十萬(wàn)次以上等等。程序流程圖如圖3所示。

（四）測(cè)試驗(yàn)證

系統(tǒng)軟件經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試成功后，在集成交通燈控制模塊的汽車電子技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試，如圖4為實(shí)際交通燈測(cè)試運(yùn)行情況，即東西綠燈亮，車輛通行倒計(jì)時(shí)至28秒，東西暢通燈亮，南北紅燈亮禁止車輛通行。經(jīng)過(guò)測(cè)試驗(yàn)證，該交通燈控制系統(tǒng)能如實(shí)地仿真實(shí)際交通燈的運(yùn)行情況，系統(tǒng)設(shè)計(jì)是可靠成功的。

二結(jié)論

學(xué)生應(yīng)用了飛思卡爾單片機(jī)MC9S12D64對(duì)交通燈控制系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)作為課程設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)包括最小系統(tǒng)、交通燈和五位數(shù)碼顯示電路設(shè)計(jì)等；在CodeWarrior5.1平臺(tái)上應(yīng)用了C語(yǔ)言對(duì)交通燈控制進(jìn)行編程，控制系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試得到證實(shí)。《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，在課堂教學(xué)后進(jìn)行課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是十分必要的，而且具有很強(qiáng)的可操作性。開(kāi)展這樣一個(gè)實(shí)際應(yīng)用性項(xiàng)目的設(shè)計(jì)不僅僅能使學(xué)生知道單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的基本過(guò)程,更重要的是學(xué)生能加強(qiáng)對(duì)課本理論知識(shí)的掌握和運(yùn)用,達(dá)到學(xué)以致用的目的。單片機(jī)課程設(shè)計(jì)既加強(qiáng)了學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，又能提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力和自主學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新的能力,還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)的興趣和積極性,為下一步的繼續(xù)深入學(xué)習(xí)和工作打下比較堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。實(shí)踐教學(xué)的探索是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，必須不斷積累經(jīng)驗(yàn),不斷完善,不斷創(chuàng)新,只有這樣,才能真正實(shí)現(xiàn)讓每個(gè)學(xué)生都成為應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

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