基于單片機(jī)的科教融合模式課堂實(shí)踐

倪妍婷

摘 要 目前，大部分高校計(jì)算機(jī)工程應(yīng)用基礎(chǔ)課程仍然采用以教師為中心、以教材為中心、以課堂為中心的傳統(tǒng)教育模式，經(jīng)筆者多年教學(xué)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，提出了“科研與教學(xué)相融合”的教學(xué)模式，該模式在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化所學(xué)的計(jì)算機(jī)工程應(yīng)用知識(shí)在實(shí)際的科研和工業(yè)中的應(yīng)用。本文以基于單片機(jī)開(kāi)發(fā)一款全自動(dòng)電熱水箱為例，通過(guò)教學(xué)和項(xiàng)目結(jié)合的方式，使學(xué)生更清晰地明白所學(xué)的知識(shí)在工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際用途，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的趣味性和實(shí)用性，達(dá)到了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 科教融合 單片機(jī)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G432文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

經(jīng)筆者多年教學(xué)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，本文提出了“科研與教學(xué)相融合”的教學(xué)模式，該模式在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化所學(xué)的計(jì)算機(jī)工程應(yīng)用知識(shí)在實(shí)際的科研和工業(yè)中的應(yīng)用，具有立竿見(jiàn)影的理論意義和實(shí)際意義。

1課堂設(shè)計(jì)

1.1基本內(nèi)容安排

通過(guò)所學(xué)的單片機(jī)內(nèi)容，讓學(xué)生設(shè)計(jì)一款全自動(dòng)電熱開(kāi)水箱，主要達(dá)到以下功能：（1）能夠自動(dòng)控制升溫并將溫度保持在一定范圍內(nèi)：水在加熱到設(shè)置的上限溫度后，加熱系統(tǒng)停止加熱進(jìn)入到保溫模式將溫度控制在一定范圍內(nèi)，當(dāng)箱內(nèi)溫度低于設(shè)定下限溫度時(shí)開(kāi)水箱又進(jìn)入加熱模式將溫度提升到設(shè)定溫度值。（2）實(shí)現(xiàn)精確的水量控制功能：能夠人為按鍵控制出水量多少，出水系統(tǒng)可自動(dòng)控制出水量。（3）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加水補(bǔ)水功能：當(dāng)水位到低于設(shè)置下限水位時(shí)，控制電磁閥自動(dòng)補(bǔ)水到設(shè)定的上限位置，將水位控制在一定的范圍內(nèi)。（4）自動(dòng)開(kāi)關(guān)電熱開(kāi)水箱功能：設(shè)定時(shí)間閥值，在早上固定時(shí)間打開(kāi)電熱開(kāi)水箱，到了晚上在固定時(shí)間關(guān)閉電熱開(kāi)水箱。

1.2指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)思想及基本內(nèi)容

1.2.1主要研究思路

（1）硬件電路設(shè)計(jì)。①原理圖設(shè)計(jì)：制作出電路板的原理圖并標(biāo)識(shí)好給個(gè)模塊。②PCB設(shè)計(jì)：做好相應(yīng)元器件的電路封裝，封裝要符合設(shè)計(jì)的元器件引腳。

（2）軟件設(shè)計(jì)。①控制各模塊程序：包括加水加熱繼電器控制模塊，溫度監(jiān)測(cè)模塊，水位檢測(cè)模塊，時(shí)間設(shè)定模塊和多功能顯示模塊。②動(dòng)態(tài)原理圖演示：利用proteus和keil作出相應(yīng)的電路模擬仿真，作出顯示操作過(guò)程。

1.2.2主要實(shí)現(xiàn)方案

（1）一體式傳統(tǒng)模擬控制方法，選用模擬電路，用電位器設(shè)定閥值反饋溫度和水位，根據(jù)檢測(cè)反饋的溫度或水位，決定加熱或是保溫操作和加水補(bǔ)水操作。這種方式開(kāi)水箱簡(jiǎn)單易懂易于實(shí)現(xiàn)，但是其反饋的結(jié)果精度并不高且不能頻繁的作出相應(yīng)的功能調(diào)節(jié)動(dòng)作，系統(tǒng)動(dòng)靜大，不穩(wěn)定，易受環(huán)境影響，難以用液晶顯示屏顯示，功能單一且制作的成本也比較高。

（2）單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。利用單片機(jī)軟件編寫程序靈活，自由度大，控制范圍廣，可選擇通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制來(lái)仿真開(kāi)水箱的運(yùn)行過(guò)程。通過(guò)單片機(jī)溫度傳感器對(duì)水箱內(nèi)的溫度、水位進(jìn)行檢測(cè)，得到的溫度、水位的模擬信號(hào)在經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器后可用液晶顯示出來(lái)，測(cè)得的信號(hào)通過(guò)單片機(jī)處理后，控制繼電器進(jìn)行相應(yīng)的加熱補(bǔ)水功能，該方式還可以通過(guò)選擇單片機(jī)中斷方式來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能鍵設(shè)置，完善各種功能操作。

2單片機(jī)的選擇

本次設(shè)計(jì)選用的是STC89C52RC單片機(jī)。該單片機(jī)與傳統(tǒng)的8051單片機(jī)基本相同，只是其性能收到了改善，不僅效率高而且工作評(píng)率更加廣泛。該單片機(jī)有40個(gè)引腳，與傳統(tǒng)的8051單片機(jī)的引腳相同（見(jiàn)圖1）。該單片機(jī)引腳和傳統(tǒng)的8051單片機(jī)引腳一致。

P0、P1、P2、和P3端口均是8個(gè)帶上拉電阻的雙向I/O口，他們的輸出緩沖器每個(gè)均可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL輸入，主要的幾個(gè)引腳：

40號(hào)引腳VCC是接電源端;20號(hào)引腳VSS是接地端;9號(hào)引腳RES是復(fù)位輸入端，該引腳是用來(lái)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位處理;30引腳ALE是地址鎖存控制信號(hào)，該引腳是訪問(wèn)外部程序寄存器時(shí)，鎖存低8位地址的輸出信號(hào);19號(hào)引腳XTAL1是反向放大器和時(shí)鐘電路的輸入端;18號(hào)引腳XTAL2是反向放大器的輸入端。

另外，P3.2和P3.3還可以作為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的中斷控制按鍵的輸入端;P1.0和P1.1還可以輸入（P1.0/T2）和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）。

該模塊選用的是兩個(gè)水位傳感器安裝在開(kāi)水箱的上限水位和下限水位來(lái)控制檢測(cè)水位情況，“+”引腳接電源VCC，“-”引腳接GND，“S”引腳是模擬信號(hào)輸出端，信號(hào)輸出端直接接AD轉(zhuǎn)換器或單片機(jī)的裝換引腳P3.7。通過(guò)水位傳感器檢測(cè)水位情況反饋到單片機(jī)（原理圖如圖2）。

3結(jié)論

通過(guò)以基于單片機(jī)開(kāi)發(fā)一款全自動(dòng)電熱水箱為例，通過(guò)教學(xué)和項(xiàng)目結(jié)合的方式，使學(xué)生更清晰地明白所學(xué)的知識(shí)在工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際用途，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的趣味性和實(shí)用性，達(dá)到了較好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 崔東劍.多點(diǎn)恒溫自動(dòng)控制設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)，2003（01）：89-154.

[2] 李全利.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)（第3版）[M].北京：高等教育出版社，2008.