单片机教学方法的改进

单片机教学方法的改进（通用7篇）

单片机教学方法的改进 篇1

Abstract

1 引言

单片机原理及应用技术是测控技术专业的一门专业课,由于当前许多的测控仪表与设备都是基于微处理器的,这门课对以后学生了解和掌握测控仪表与设备的工作原理起重大作用。然而“单片机原理及应用”是一门技术型和实践性很强的课[1,2],要掌握单片机工作原理,进行单片机原理实验调试是必不可少的。如何能让学生通过实验达到掌握单片机原理目的,实验教学方法很重要。教师要取得良好的教学效果,必须根据实验教学的要求和目的,因材施教,创造性地选择最佳教学方法和途径去培养学生,循循善诱,激发学生学习的主动性,从而提高教学质量[3,4]。

2 当前实验教学的不足

传统的单片机实验(特别是验证性的),大多是学生根据实验指导书上编写设计好的实验项目,每次实验用计算机键盘输入指导书上的程序,进行汇编/下载/运行就完成了实验;实验过程中学生对实验学习与操作处于被动接受的地位,实验的效果也就可想而知[1,2,4]。虽然有设计性与综合性实验,但由于验证性实验学生没有掌握,一般学生难以设计出合格的程序(或者在实验指导书上有现成的程序),学生就不会自己编写。因此,按照这种方式培养出来的学生不知道如何进行系统的设计,与实际应用脱轨,更谈不上对系统的进一步开发[1]。因此单片机实验教学要有所革新和发展。

3 实验过程中的一些改进

3.1 对验证性实验内容进行删减或改动

为防止学生照本宣科地抄程序,对于验证性的实验,可以将指导书的程序删除一些关键语句(一行或多行),但注释还加上,类似补充程序行,这样调试中学生就必须读懂程序,才会知道补充相应缺少的语句,达到主动思考的目的。而对于指导书不能进行删减的,则在学生完成调试后,要求学生再做一些触类旁通实验。例如,单片机I/O的LED灯点亮实验[5],原来使用P1口完成,要求学生改用其他I/O口(如P3)完成这个功能;对于扩展接口的I/O口实验,则可以改用其他I/O口(如8255接口原来为PA则换成PB或PC)或改变I/O口地址(原来8255的A0A1接373的A0A1换成直接接8051的A8A9)的方法重新实验;还可以要求改变LED闪烁时间,等等其它变换;通过这些改动,能完成实验,则学生基本上掌握了本实验的内容。

3.2 对设计性和综合性实验进行分步调试

除了要求学生预习实验外(对于没有程序的,要求编写),可以在实验中将程序分割成功能模块,各个模块分别调试成功后,然后一个一个添加,最终完成整个程序的调试。如十字路口交通灯控制实验[5],可以让学生先调试好一个方向的灯的时间控制,然后另一个方向的控制,再将两部分根据控制逻辑关系结合,最后可以加入黄灯控制及调整各部分的时间关系。如果要加入时间显示,则首先将设计的时间缓冲区的内容显示出来,最后将这个缓冲区的地址改为交通灯计时单元即可。经过这样调试,不仅对原来验证性实验中的I/O控制、计时器设计、8279显示控制等实验进行了复习,而且知道怎么样将这些实验结合起来,为今后的实际设计单片机系统打下基础,达到了单片机原理教学的目的。

3.3 实验中提出问题

实验中针对程序和硬件电路连线原理随时提出一些问题而不仅仅是实验指导书后的思考问题,让学生有更多的思考,能回顾理论课学习内容,从而加深印象以及知道单片机的具体应用。如问程序中某条指令的作用、某个芯片的功能、某根连接线的作用以及单片机如何对它进行控制等等。这个时候即使学生对这些问题还不是很了解,拿起教科书再浏览一下,其记忆也是相当深刻。可以考虑将回答问题的表现,作为实验成绩考核的一部分,同时也可以让学生在实验报告中写上一些调试体会。

4 结束语

通过在“单片机原理与应用”实验教学中,进行这些看似不大的改变,使不少学生的兴趣提高了,有效解决了以前教学中存在的一些问题,也培养了学生的实验动手能力、创造能力和科研能力,使实验教学质量和学生的综合素质都得到了提高。

摘要：针对当前单片机原理及应用实验教学中的学生主动性不足的问题,结合验证性与设计性、综合性不同类型的实验给出了一些改进方法。实际教学中证明这些方法提高了学生实验的主动性,也激发了学生的学习兴趣,有利于教学质量的提高。

关键词：单片机,教学方法,实验

参考文献

[1]吕静.单片机实验教学课程改革的思路与效果[J].天津职业院校联合学报.2009;11(3):72～74

[2]施国英,李天华,刘晓松.浅谈“单片机”实践教学改革[J].中国电力教育.2009;135:124～125

[3]查珍,周元祥.改革实验教学培养复合型人才[J].合肥工业大学学报(社会科学版).2004;18(2):72～74

[4]高健.目标教学法在单片机实验教学中的应用[J].中国电力教育.2009;131:89～90

[5]柏方艳.单片机原理及应用实验指导书[M].安徽理工大学机械工程学院.2008

单片机教学方法的改进 篇2

关键词：单片机,教学改革,主动性,实践性

单片机原理与应用技术是高校计算机、自动化、机电以及电子通信等专业的重要课程之一, 单片机技术在各行各业已经得到了广泛而深入的应用, 具有很强的实用意义。作为众多专业必学课程, 如何能教好学好这门课程, 需要一种科学合理的教学模式。本文总结了在实际教学改革中的一点经验。

一、教学过程存在的问题

1. 课程学习目的和意义不明确。

一般在教学的开始总是先介绍课程的学习目的, 说明单片机在当今各行业中的现实意义。然而, 在教学的过程中常常会发现, 学生对本课程内容很茫然, 学习不知所措。究其原因, 由于大多数学生在此之前对单片机了解甚少, 基本没有接触过, 开始会感觉很陌生。随着接触的内容慢慢增多, 类似问题就会不断的涌现出来。这成为影响教学效果的一个重要原因。

2. 教与学的手段单调。

单片机的内容较多, 课时有限, 传统的教学中重视理论知识教学, 以实践环节应用为辅。单片机的入门学习有一定的难度, 各章节均有难点, 如存储器的分类与使用;后面定时器的4种工作方式等, 这些难点光靠讲解是远远不够的, 一味地被动接受, 没有动手练习, 是不能真正掌握的。借鉴于欧美大学的成功教学方法, 教学手段丰富重视主动学习, 这是决定学习效率的一个关键因素。

3. 实验、实践环节不能充分展开。

单片机技术的特点, 实验和实践环节是必不可少的。没有实际动手操作, 课程的学习毫无意义。传统的方式课堂教学占据了大部分时间, 往往为实验环节所留的时间变得相当有限, 实验只能以有限的时间展开, 仅仅对开发软件做一简单的学习操作, 不能深入到具体课题的设计锻炼, 没有能真正体现课程的意义和价值。这样的学习程度与社会实际相关工作岗位的要求相差甚远, 通过课程培养实际操作能力, 分析解决问题能力, 实现学习和工作无缝对接成为课程改革的目的。

二、新的思路和新的教学方法

针对上述存在的问题, 经过近两年的教学改革不断探索, 本文总结了讲授与实验并举、注重实践能力培养的教学方法。

1. 学习的目的和意义贯穿于整个教学。

实践经验表明:只有明白了目的和意义, 才能激发兴趣, 才会有学习的动力。因此, 在教学过程的每一部分, 首先通过一些具体而明确的实例着重说明其在课程中的作用及其在实践中的意义, 表明前后各章的关联关系。如在中断一章中强调中断对于多个突发事件的应对处理方法, 与微机相关概念的相同与不同点;定时器中定时和计数的实际目的和功能;串行通信一章强调单片机之间通信的重要性、串行通信与微机通信的区别与联系;I/O接口的扩展, 展示了单片机处理复杂工作的能力。清楚了学习的目的和意义, 学习有了方向和动力, 学习过程有了目标, 教学过程也变得轻松而明确。

2. 主动与被动学习的相辅相成。

好的教学方法是提高学生的主动接受能力, 减少课堂被动教学的时间。授课的过程中强调内容的前后衔接, 授课和学习树立全局观会, 引导学生主动地做好课前准备和课后总结, 教师扮演一个知识的引路人, 可以采用相互交流、探讨的方式, 针对提出的问题, 相互交换见解和经验, 或者是给出本次内容的核心问题, 以积极启发式的方式方法引导学生去探索出答案, 引导学生掌握问题的实质, 加强了对课程的掌握程度, 也为后续实践环节和实际应用打下了一个良好的基础。教学方式的灵活多样, 提高了学习效率, 培养了兴趣。学习的过程活泼生动起来。

3. 有目的、分层次加大实验环节。

课堂教学方式的改变实验环节的全面展开。专业实验室的投资建设为实验提供了良好的平台。试验台和试验箱两个系列功能互为补充, 相辅相成, 构成了完整的实验系统。课程计划偏向了实践环节。实验计划的安排分为两个阶段, 在第一阶段是必选阶段, 主要任务是学习Keil3和protues7.5等单片机开发相关软件, 学习这些软件的操作方法和操作流程。通过一些简单经典而又有趣味性的的例子如跑马灯实验、拉幕灯实验等, 来学习工程项目的完整操作过程操作。第二阶段独立课题的选择实践阶段。这一阶段再选择一些实用性强、有一定难度的实验题目, 这些题目也是较为经典的实例, 能充分锻炼对单片机的各项内容的学习, 培养应对复杂项目的思维能力。在这一环节, 将此任务派发给每位学生, 学生可以两至三位学生为一个讨论小组, 互相合作, 独立完成。同时, 为了促进任务完成, 将此任务的最终成果纳入到课程的最终成绩中, 施加一定的压力, 以此激发学生的潜力。实验题目是经过筛选而选定的, 具有很强的实用性, 比如:1602字符静止显示实验和字符滚动显示实验;蜂鸣器音乐演奏实验;点阵图案设计显示实验;串行口通信实验等等。要圆满完成这些任务, 光靠课本内容是不够的, 还需要去查找一些相关的资料, 这样做好处有三:首先要学会主动查找资料, 培养了全局决策的能力;第二要明白需查找什么, 如何查, 培养了独立解决问题的能力;第三通过团队合作, 懂得了个体和全体的协调关系。另外, 对于少数学有余力的学生, 同样支持向难度更大的题目挑战, 教学过程中可以自选方向和题目, 指导教师给予把关, 给出建议。题目趋向于有实用性, 由于受到学校条件的限制, 只能通过模拟的方式来完成, 但同样收效很大。

课程改进的目的是探索适合的教学方法, 适应社会的需求。借鉴学习了国外著名大学相关课程的教学方法, 吸取其科学的教学模式。形式多样、主动参与、提高能力、开拓视野、团队合作、培养自信是贯穿始终的宗旨, 也是教与学中应该传递的内容和意义。

参考文献

基于单片机控制的声速测量仪改进 篇3

声速测量采用的共振法是通过示波器观察波谷和波峰, 原理比较简单, 但读数位置不易确定。基于这个原因, 对原有实验仪器进行改进, 改进后的声速测定仪在保证原有功能的前提下, 在转动旋钮上加上了可控制的电机, 通过控制电机来控制电机的转速, 使它不再是传统的手摇式测定仪器, 成为了一款新的智能的由电机控制测定仪器, 最终实现位移的变化。另外把数显卡尺去掉, 外接在12864液晶屏幕上, 直接输出数据, 其实验结果更加接近理论值。

二、系统设计

本设计通过单片机处理把电子数显尺数据输出到LCD液晶显示屏, 并且在显示屏显示连续变化的测量距离值和记录每次幅值最大点对应得到的电子数显数据[1]。实验还将原来声速测量的手摇部分, 改用电机驱动, 运行速度稳定便于数据测量读取。实验者可通过总开关控制实验进程, 实验过程只需观察示波器的峰值, 当达到波峰或者波谷时, 按下记录按键, 记录此时的位移。通过电机自动控制, 可方便观察示波器多次的峰值, 并通过12864显示屏保存每次峰值对应的位移。实验完毕后调出位移数据, 计算出声速。设计框图如图1所示。

三、核心硬件设计

1.信号输入电路。容栅蓝牙接口采用硬件电路检测容栅数显尺的时钟和数据信号[2,3], 通过软件控制, 从容栅式数显尺的数据输出端输出[4], 经过电压比较器LM339输入到单片机, 由单片机的端口检测串行数据达到数据要求开始读取, 读到要的数据后开始进行提取数据组合处理。容栅数显尺工作电路图, 如图2所示。

2.数据储存电路。数字存储芯片选择了Atmel公司推出的AT24C512, 其作用是存储不同时刻的信号大小, 克服了模拟示波器只能显示当前波形的缺点。由于该芯片采用I2C总线传输数据, 所以需要单片机的I/O口用来模拟该总线。由此完成示波器模拟信号处理以及峰值的输出。数据存储流程图, 如图3所示。

四、系统软件设计

1.容栅式数显尺数据处理[5]。根据数显卡尺的信号分析得到时序图, 如图4所示。

根据上面的时序图可知, CLK为同步时钟信号, 在一次数据传送中, 开始为54μs的高电平, 表示数据即将开始传送。接下来是Date输出两组各有24个宽度为13μs的窄脉冲, 前组为绝对数据;后组为相对数据;前后两组数据之间有110μs的高电平作为间隔;最后是75μs的高电平, 表示数据传送结束, 其输出波形, 如图4所示[5]。

对于数据处理, 我们根据参考文献[5]选取用双电压LM393比较器进行信号转换移位寄存器74HC595和单片机进行串/并转换部分及数据采集。由此完成容栅数显尺的数据处理得到的数据精度达到0.001mm。

2.12864液晶显示峰值和数显尺数据。在LCD上共显示四行, 根据时钟时间把两部分数据在其液晶上面显示出, 再根据显示出的数据, 由人控制处理得到其最大值记录, 记录在液晶下方显示出其对应的数显尺距离数据, 上侧显示数据随控制变化。下侧数据最多记录三组。

3.电机控制转速。由于实验要实现自动化测量读取输出, 因此电机控速部分不能选用高速驱动的电机, 选择JGA25-370-12V-153rpm电机作为控速电机, 符合本实验的要求。通过电机驱动利用单片机程序控制其转速。

五、测量结果及分析

仪器改进后的声速测量结果48.521、72.9432。

数据处理如下:

波长:λ=2ΔL=9.788mm

改进后的声速测量仪由于利用显示屏同步计数功能测出的声速误差较小, 声速测量的误差来源主要有电机震动影响波形的输出等因素产生的。

六、结语

作品的自动化程度较高, 而且使用51单片机与LCD显示, 是一种较为新颖的数据处理及显示的方式方法, 而且数据的精度比原容栅数显尺精度要高。

摘要：针对现有的声速测量仪操作烦琐、试验误差大、观察不方便等缺点, 设计了一款多功能的声速测定仪。通过单片机处理把电子数显尺数据输出到LCD液晶显示屏, 并且可以在显示屏两侧显示每次幅值最大点对应得到的电子数显数据。实验还改进了原来声速测量的手摇部分, 用电机驱动, 以一个稳定的速度运行便于数据测量读取。

关键词：电机控速,自动测量,一体显示

参考文献

[1]王安敏, 王辛立, 崔伟.基于AT89C52单片机的容栅传感器测距系统[J].仪表技术与传感器, 2008, (9) :86-90.

[2]徐科军.容栅传感器的研究与应用[M].北京:清华大学出版社, 1995:6-10.

[3]王煜东.传感器应用技术[M].西安:电子科技大学出版社, 2006:100-102.

[4]马修水.容栅式电子数显卡尺接口[J].工具技术, 实验室研究与探索, 2013, (6) .

单片机教学方法的改进 篇4

引言

当今社会,应用单片机的产品已经渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的足迹。现在,单片机的使用领域已十分广泛。社会需要一批功能多样,拓展性、改造性强的单片机。科技越发达,智能化程度越深,因此,单片机设计的改进和创新是社会发展的必然需求。

然而,市场上现有最小系统板、学习开发板大多数存在过于原始,对入门学习者要求过高或者模块集成度高而掩盖单片机基础原理的缺陷,一款单片机开发板难以做到学习、自主装卸、应用兼得。尤其在高校的学习和竞赛中,缺少一款适应多种使用方式的单片机开发板。

1.设计目的与对象

为了解决上述问题,我们设计了这款STC12单片机控制板,该单片机主要为51单片机入门者设计,同时可作为比赛、课设用板。针对初学者,单片机外设层所含LED灯、独立按键、液晶显示等可完成入门学习。本着开放及方便用户的原则,该单片机开放了所有IO口,用户可以根据需求扩充模块,打造专属开发平台用于各种比赛。同时,我们配套开发了底层程序,方便使用。

2.设计方案

为了实现上述目的并方便不同人群使用,我们引入了小体积,大功能,多拓展的设计理念,完成了以下的设计方案。

2.1分层设计

本STC12单片机控制板,包括外设层、主控层和驱动层,外设层、主控层和驱动层从上至下依次设置,外设层与主控层之间通过设置在其左右两侧的10P排针排母联接,主控层与驱动层通过设置在其前后两侧的2P排针排母和8P排针排母联接,驱动层和主控层单独供电,且其电压输入为7~14.4V。

外设层包括蜂鸣器、LED灯、电源处理模块、5110显示屏、OLED显示屏、按键模块和无线模块,电源处理模块为3.3V的NRF24L01降压稳压电路,且均通过10P排针排母与主控层连接。

主控层包括STC12C5A60S2芯片、电源电路和通信电路,STC12C5A60S2芯片的电源端通过电源电路与7~14.4V的电压输入源连接,通信电路与STC12C5A60S2芯片的通信端连接,STC12C5A60S2芯片设置有1路串口、8路模拟口、8路数字口,通信电路为CH340电路。

驱动层包括L298P驱动芯片、驱动电路、光耦隔离电路和指示灯,L298P驱动芯片的驱动端通过驱动电路与待驱动电机连接,L298P驱动芯片的电源端与7~14.4V的电压输入源连接,光耦隔离电路和指示灯均与L298P驱动芯片连接,指示灯为电机正反转指示灯。

2.2可拓展设计

主控层主要实现5V电源处理及引脚分配,其中包括1路串口、8路模拟口、8路数字口,此外设置15路数字口,所有引脚全部开放,可随意扩充模块;外设层放置1个NRF24L01电源处理(3.3V)、2个LED指示灯;外设层除板载蜂鸣器、独立按键之外设置24L01接口、OLED接口、5110液晶屏接口,可直接连接外设。驱动层为298P芯片,可实现12V及以下电压电机驱动。除此以外,外接的Wi Fi模块可实现与其他单片机之间的通信和数据传递。再者,基于本单片机控制板的小体积,还可以实现对其他设备的手持遥控,便捷、实用。

2.3资源说明

STC12C5A60S2系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机,是高速/低功能/超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S,即25万次/秒),针对电机控制,强干扰场合。稳压电路通过MP1584芯片实现稳压功能。MP1584是一个高频率的降压开关稳压器,其具有一个集成的内部高端高压功率MOSFET。它提供了3A的输出电流模式控制快速环路响应,易于补偿。

3.结语

综合各方面的需求,我们设计了这款STC12单片机控制板,弥补了世面上的多功能单片机的空缺。并在教学、比赛课设、开发等多方面亲自使用,效果显著。希望有更多的学生,开发者等也能使用本STC12单片机控制板,并向我们提出宝贵的建议和意见。

参考文献

[1]李建兰,邵建龙,张志宏等.基于STC12C系列单片机的DS18B20编程[J].理论与方法,2009,128(1):23~26

[2]刘晋,王政林,薛凯方.基于STC12C5A60S2单片机的LED显示屏硬件设计[J].硬件纵横,2011,30(22):24~27

[3]黄超,刘婷,谢印庆.基于STC12C5A60S2多功能通信开发板设计[J].现代电子技术,2014,37(5):152~155

单片机教学方法的改进 篇5

1 思路与方法

要破解老式厚度测控仪内部的原理、信号传输及其含义等都存在各种困难, 不好入手。而该类仪器都有一个主要的输出口, 即发光二极管的测量结果, 格式相对容易破解。因此可以从这入手把送给发光二极管显示的数据信号提取出来, 从而得到测量数据编码。

现代化的生产和加工, 往往需要对数据进行记录、识别和管理, 但是这些工作的完成往往需要在办公区域完成, 而不是生产现场[2]。因此有了加工数据的编码, 就可以通过设计适当的电路将数据进行远距离传输, 并与办公区域的计算机对接。给远端的计算机设计相应的软件, 便可以实现数据的记录、识别和管理等工作。

结合工厂的不同情况和需求, 还可在加工区域增加工人工作状态记录、加工异常报警、停开机、信息发布等功能, 通过电路系统实现生产现场和办公室的通讯。

2 电路与实现

经过示波器的信号测试和实际显示数据的比对, 最终确定该仪器送来显示的数据规律为:五个数据为一组, 共五组;前三组分别代表数据的百位、十位和个位, 后两组分别代表数据的小数点第一位、第二位;每一个信号的周期为2ms, 第一个五组数据与下一个五组数据之间的时间间隔为200ms。据此, 可以用定时器中断来提取测量数据。为了实现报警, 需要有蜂鸣器及其驱动电路;为了在意外情况下能够将加工机器停止, 需要有相应的驱动接口;为了实现办公室能及时向工作车间发布信息或指令, 需要有一定的指示装置。最终设计电路如图1。

电路以12V的工业常用电压作为电源, 通过S1控制电源的通断。用51单片机作为主控芯片, 通过一个I/O口接收检测的串行数据。S2作为工作人员编号输入按钮, 按一下表示1号员工, 两下表示2号员工, 依次类推, 并通过数码管显示。当出现异常时, 蜂鸣器报警, 并根据情况通过另外一个I/O控制设备停机。若办公室要向工作现场传输信息, 则可以通过D1和D2这两个指示灯下达约定好的口令。整个系统通过232信号转换与上位机进行通讯[3]。

3 PC操作平台

为了读取来自现场的数据, 对所得数据进行识别和存储等操作, 并根据需要与现场进行通讯, 在办公区域的PC机必须配备相应的软件和操作平台。该平台采用VB软件进行编写。利用计算机的串行口进行数据通讯, 现场每送一个数据, 相应地记录一个数据;同时记录日期、序号和员工号。办公人员可通过操作平台设定监测范围, 软件将所测数据进行判断, 若数据落在设定范围内则为正常状态;如果数据过大或过小, 则系统作相应的记录, 并向现场发送相应的指令, 提示现场人员或直接控制机器做相应动作。

操作平台还可以对数据进行处理, 如保存、暂停、打印、输出、发送等。界面如图2所示。

4 结论与展望

通过破解某旧款仪器上的显示编码, 实现了对现场数据的提取、传输、检测和保存。利用一定的通讯控制实现了办公区域对现场的控制。

经过更深的改进还可以与现代的各种设备进行相连, 更好地进行数据比较和相互间的控制。如果再增加摄像头或图像识别模块, 可以更好地实现对现场的监控;下一步还可以通过对操作平台进行升级, 接入网络, 实现网络上的数据共享, 甚至可以实现跨地域进行数据的检测和管理。结合工厂的不同情况和需求, 还可在生产现场增加工人工作状态记录、加工异常报警、停开机、信息发布等功能, 实现生产现场与办公室相互通讯。

参考文献

[1]黄志坚.轧机轧辊与轴承使用维修技术[M].北京:冶金工业出版社, 2008.01.

[2]姚小风.生产管理流程设计与工作标准[M].北京:人民邮电出版社, 2012.04.

单片机教学方法的改进 篇6

我国机动车辆发展迅速, 而城镇道路建设由于历史等各种原因相对滞后, 道路拥挤、阻塞现象及交通事故常有发生。如何利用当今计算机和自动控制技术, 有效地疏导交通, 提高城镇交通路口的通行能力, 减少交通事故是值得我们研究的课题。目前, 国内的交通灯一般设在十字路口, 在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯, 加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。对于一般情况下的安全行车, 车辆分流尚能发挥作用, 但根据实际行车过程中出现的情况, 还存在以下缺点:没有考虑紧急车通过时, 两车道应采取的措施。譬如, 消防车、救护车执行紧急任务通过时, 两车道的车都应停止, 让紧急车通过;如果车道上发生临时事故, 应采取相应的紧急措施。

为此, 我们采用AT89C51单片机对交通灯控制系统进行改进和模拟, 能使交通灯在控制中灵活而有效。

2 任务设计

将交叉的十字路口分为A、B两个不同方向的车道, 设计并实现单片机交通灯控制系统, 实现以下三种情况下的交通灯控制。

(1) 情况下双方向轮流点亮交通灯, 交通灯状态如表1所示。

(2) 特殊情况下, A道放行。

(3) 有紧急车辆通过时, A、B道均为红灯。紧急情况优先级高于特殊情况。

3 硬件电路设计

本任务设计定时控制东、西、南、北四个方向上的12盏交通灯, 且出现特殊和紧急情况时, 能及时调整交通指示状态。

采用12个LED发光二极管模拟红、黄、绿交通灯, 在不考虑左转弯行驶车辆的情况下, 东、西两个方向的信号灯显示状态是一样的, 所以, 对应两个方向上的6个LED只用P2口的3根I/O端口线控制即可。同样道理, 南、北方向上的6个LED可用3) 即可实现外部中断1中断申请。考虑到可能有紧急情况发生, 在单片机的INT0引脚连接按键, 当按键按下时A、B两个方向都是红灯。

按键S1、S2模拟紧急情况和特殊情况的发生, 当S1、S2为高电平 (不按按键) 时,

表示正常情况。当S1为低电平 (按下按键) 时, 表示紧急情况, 将S1信号接至INT0脚 (P3.2) 即可实现外部中断0中断申请。当S2为低电平 (按下按键) 时, 表示特殊情况, 将S2信号接至INT0脚 (P3.3) 即可实现外部中断1中断申请。考虑到可能有紧急情况发生, 在单片机的INT0引脚连接按键, 当按键按下时A、B两个方向都是红灯。

4 软件程序设计

在正常情况下, 交通灯控制程序流程如图1所示。在中断情况下, 中断服务程序流程如图2所示。特殊情况时, 采用外部中断1方式进入与其相应的中断服务程序, 并设置该中断为低优先级;有紧急车辆通过时, 采用外部中断0方式进入与其相关的中断服务程序, 并设置该中断为高优先级中断, 实现中断嵌套。

对于特殊情况的中断服务程序, 首先保护现场。因需要用到延时函数和P2口, 故需保护的变量有P2、全局延时控制变量。保护现场时还需关中断, 以防止高优先级中断申请 (紧急车辆通过所产生的中断) 出现导致程序混乱。然后开中断, 执行相应的服务, A道放行5s。再关中断, 恢复现场, 中断函数返回前再开中断, 返回主程序。

紧急车辆出现时的中断服务程序也需要保护现场, 但无须关中断 (因其为高优先级中断) 。然后执行相应的服务, 两方向红灯显示10s, 确保紧急车辆通过交叉路口。最后, 恢复现场, 返回主程序。

5 结语

本系统设计电路图简单、成本经济, 灵活方便。既可以达到十字路口的正常运作要求, 又可以通过手控方式处理一些特殊和紧急事件。今后, 还需要在智能控制方面做进一步的改进和研究。

摘要：针对道路交通拥挤、交叉路口经常出现拥堵的情况, 利用AT89C51单片机控制技术, 对交通灯控制系统进行了改进和模拟, 可以实现紧急和特殊情况的管制。

关键词：AT89C51,单片机,交通灯,改进

参考文献

[1] 杨汉祥, 刘良福, 邬喜辉.用单片机改进交通灯控制系统.北京电子科技学院学报, 2005.12:68-70.

[2] 蒋汝根, 钱丹浩.基于AT89C51单片机的交通灯模拟控制系统.无锡商业职业技术学院学报, 2006.12:8-10.

单片机教学方法的改进 篇7

CT成像是利用X射线照射人体后X射线信号衰减强弱的不同经重建成像的一种影像技术。早期CT由于成像速度太慢,在腹部应用受到限制。近年来,随着螺旋CT的速度加快、排数增多,成像质量明显加强,但是伪影现象一直没有消失,导致临床医师在诊断疾病时误诊的几率增加。我院采用东芝Aquilion螺旋CT,由于采用模拟信号处理方法处理收集到的门控信号,致使处理速度较慢;并且门控信号无法量化,主机处理迟钝,经常会导致伪影更加明显[1]。针对以上缺陷,设计以单片机为处理核心的嵌入式系统,把门控信号的处理转化为数字化处理;利用模拟Gating软件以便于进一步的研究开发,直接提高主机的处理速度,使得伪影的干扰降到最低[2]。

1 呼吸门控装置设计的总体方案及其实现和验证

1.1 总体方案

呼吸门控装置设计的整体包括以下几个部分:模拟信号采集、模拟信号放大、模数转换、数据传输(单片机-PC)。呼吸门控装置主要靠呼吸带采集呼吸波,实现模拟信号的采集,经模拟电路的处理实现模拟信号的放大,经过模数转换为数字信号,然后经由单片机传输到PC机进行处理[3]。

原呼吸门控装置只能对模拟信号进行处理,新设计的呼吸门控装置增加一套以单片机为处理核心的嵌入式系统。新设计的电路板主要是对所采集并处理过的呼吸信号进行模数转换;附加串口输出模块,把转换后的数字信号通过串口输出到计算机;在观察被测者呼吸波形的同时,通过计算机设定一个阈值,把控制信号传输给主机。由于该模块采用AT89C52单片机处理软件和ADC0848数模转换芯片,较之以前采用直接处理模拟信号的门控装置,处理速度和精度有很大改善,从而提高精确性,间接地提高成像速度[3]。

1.2 实现与验证

对于制作的呼吸门控装置,利用Multisim10软件对各部分模拟电路进行仿真,得到预期效果。利用单片机原理设计出单片机控制模块(见图1),把呼吸信号转变成数字信号,进而将数字信号通过串口传入计算机[4],可通过键盘设置阈值从而达到抑制伪影的效果[5]。这样的改进使得操作更简单,并且与原来相比速度更快,图2与图3分别是利用Gating软件模拟测试腹部与胸部的呼吸信号结果。当呼吸信号低于阈值时,输出信号为高电平,当呼吸信号高于阈值时,输出信号为低电平[5]。

实验结果证明,当呼吸过高时呼吸门控装置会产生一个低电平,呼吸低时会产生高电平,成功抑制呼吸对图像质量的影响。

2 电路仿真应用

本设计呼吸门控装置的模拟硬件整体电路主要包括:前置放大电路、滤波电路、后级放大电路和电平提升电路(见图4)。D1、D2和D3、D4两两反向连接,分别组成两级放大电路前的保护电路,起到保护AD620和LM358的作用[6]。本电路整体放大倍数可由可变电阻R12调节[4]。对于微弱的模拟信号采集起到关键的作用,为主机处理数字信号奠定基础,节省采集模拟信号时间,从而提高成像速度[4]。

3 单片机控制模块电路

控制模块电路主要对所采集、处理过的呼吸信号进行模数转换(见图1),再而把转换后的数字信号通过串口输出到计算机,在观察被测者呼吸波形的同时,可以通过计算机设定一个阈值,把控制信号传输给主机[7]。

呼吸门控装置使用AT89C52控制AD转换和串口输出等模块。图1中P1连接计算机,J1连接主机处理器。从ADC0848的CH1口输入模拟输出的呼吸信号,有源晶振U5只接AT89C52的XTAL1脚,XTAL2悬空。另外,为保证单片机与计算机的正确通信,它们之间必须有一个电平转换电路,也就是对串口电平和TTL电平进行双向转换[8]。本电路采用MAX232电平转换芯片连接方式。

4 呼吸门控功能测试

呼吸门控装置的压力传感器为一呼吸带[9]。它可以用于人体胸部或腹部呼吸运动波形的检测。具有灵敏度高、低频响应好、与人体无直接电接触、扁平带式、适合于佩戴使用、能真实地反应呼吸波形等优点。

呼吸带包括3个部分:压电传感器、松紧带、电缆(见图5)。呼吸带产生的原始信号须经采集器处理,才能输入计算机,用于分析[10]。

J1接呼吸带,用于对人体呼吸信号采集输入;J2为直流电输入口,给整块电路提供±5V直流电源;J3为串口,连接计算机,通过串口在计算机上显示呼吸波形以及设定阈值;J4则是连接主机的端口[12]。测试过程中,借助Gating软件观察呼吸波形(Gating软件是一款专门进行测试模拟呼吸的一个软件,此软件只用于测试门控装置是否有效,与设计本身没有关系),证明改进设计有效[13]。

5 结论