單片機I/O口應(yīng)用一體化教學(xué)實例

劉星慧

摘 要：本文通過單片機控制的十六路霓虹燈教學(xué)項目的設(shè)計，介紹了如何突破單片機課程中的I/O端口的教學(xué)難點，全面闡述了一體化教學(xué)的全部環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：I/O口 單片機 一體化教學(xué)

單片機技術(shù)一直是我國中等、高等職業(yè)院校電子信息類專業(yè)必修課程。單片機I/O口應(yīng)用是課程教學(xué)的重點、也是教學(xué)的難點。采用一體化教學(xué)模式可以突破重點、化解難點。

一、一體化教學(xué)

理論實踐一體化教學(xué)是我國中等、高等職業(yè)院校主要提倡的教學(xué)模式，將有效的理論教學(xué)和實踐操作教學(xué)融為一體，以項目教學(xué)形式體現(xiàn)出來，降低了學(xué)習(xí)難度，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果明顯提高，其日益成為主流的教學(xué)模式。

二、單片機控制的十六路霓虹燈的項目設(shè)計

單片機的主要控制功能是通過單片機的I/O端口按不同時序輸出不同的高低電平控制外部電路實現(xiàn)特定的功能。為了降低學(xué)習(xí)難度，項目設(shè)計盡量簡單明了，同時要求在教學(xué)過程中，注意教學(xué)安排。

1.總體教學(xué)設(shè)計

教學(xué)中的單片機AT89S52共有4個8位并行I/O端口，分別是P0、P1、P2、P3口，共32個引腳。這4個I/O端口的電路結(jié)構(gòu)不完全相同，實際使用時也有區(qū)別，在教學(xué)設(shè)計的時候，一定要利用不同的外圍電路突出這4個I/O端口的結(jié)構(gòu)特點，實現(xiàn)輸入/輸出的功能。四路按鍵輸入電路和十六路LED顯示電路是人機交互的基本電路，根據(jù)項目教學(xué)的需要，正好可以利用I/O端口設(shè)計項目，設(shè)計框圖如圖1所示。

圖 設(shè)計框圖

在教學(xué)過程中教師要把I/O端口的差異、特點、應(yīng)用電路作為難點內(nèi)容講授。

2.硬件電路教學(xué)設(shè)計

單片機輸入電路一般分為獨立式鍵盤電路和矩陣式鍵盤電路兩種，獨立式鍵盤電路直接用I/O口線構(gòu)成一組相互獨立的按鍵，接口和編程都比較簡單。矩陣式鍵盤電路按行列組成矩陣，通過掃描識別按鍵，接口和編程都比較復(fù)雜。為了降低教學(xué)難度，該教學(xué)項目采用獨立式鍵盤電路。

硬件電路設(shè)計完畢后，可用電子電路仿真軟件Proteus繪制電路原理圖，為后續(xù)單片機仿真教學(xué)鋪下基石。

3.應(yīng)用程序教學(xué)設(shè)計

完成了硬件電路教學(xué)之后，就要進行應(yīng)用程序教學(xué)。程序編寫必須結(jié)合硬件電路，在教學(xué)過程中我們可以采用電子電路仿真軟件Proteus仿真教學(xué)。但是一定要循序漸進，從點亮1個LED到點亮8個LED、16個LED，然后講解單燈閃爍、八路霓虹燈、十六路霓虹燈的各種程序編寫方法，再講解鍵盤輸入電路的識別原理和控制方法，最后將輸入電路和輸出電路綜合應(yīng)用，實現(xiàn)可控制的十六路花樣霓虹燈。

三、產(chǎn)品安裝與調(diào)試教學(xué)設(shè)計

單片機產(chǎn)品在工作時需要硬件和軟件同時正確才能工作，項目教學(xué)可以采用電子電路仿真軟件Proteus仿真教學(xué)，但是不能代替單片電路的實際制作與調(diào)試，因此在單片機教學(xué)過程中，一定要進行實際的采購元件、焊接電路，調(diào)試產(chǎn)品。

1.根據(jù)硬件電路圖，列出元件清單，采購元件

所用元件可以到附近的電子市場采購，如果學(xué)校附近所用沒有電子元件市場，可以到網(wǎng)上采購。

2.根據(jù)硬件電路圖，焊接電路

學(xué)生拿到元件后，首先要測試元件質(zhì)量的好壞，然后進行焊接。我們提倡使用萬能板焊接產(chǎn)品，這種教學(xué)模式可以鍛煉學(xué)生的識別電路原理圖的能力，還能深入理解單片機硬件電路及外圍電路，為編寫程序打下基礎(chǔ)。

3.產(chǎn)品調(diào)試

用ISP下載線把單片機程序下載到單片機中，在正常情況下，接上電源（或者插上了USB接口的ISP下載線）后，就可以通過4個獨立的按鍵控制十六路發(fā)光二極管輸出不同的霓虹燈顯示方式。

如果沒有達到預(yù)設(shè)的效果，我們就應(yīng)該從下面幾個步驟來檢測硬件電路。

（1）觀察法：檢查每個元件是否安裝正確，特別是輕觸開關(guān)、單片機、發(fā)光二極管、電解電容等元件引腳焊接是否正確。

（2）電阻法：根據(jù)原理圖檢查每條線路是否正常連通，可用萬用表電阻擋檢測每處GND是否和電源負(fù)極接頭連通，檢測每處VCC是否和電源接頭連通，檢測元件引腳與元件引腳的每條線路是否導(dǎo)通，確保所有連線電氣性能良好。

（3）電壓法：用萬用表直流擋檢測電源電路、復(fù)位電路、程序存儲器選擇電路等基本電路是否正確。

（4）波形檢測法：用示波器檢測振蕩電路是否工作。

教學(xué)實踐表明，我們經(jīng)過以上步驟的檢查、檢測后，基本上就可以排除故障，實現(xiàn)預(yù)定功能。經(jīng)過整個項目教學(xué)后，學(xué)生掌握了單片機I/O端口的具體應(yīng)用。

（作者單位：江西省冶金技師學(xué)院）