单片机工作原理（精选8篇）
单片机工作原理 篇1
《单片机原理与应用》是电子、机电、控制专业的一门非常重要的专业技术课。该课程内容较多且抽象, 既难教, 又难学。传统的以课堂讲授为主的教学模式, 很难适应现在的教学要求和目的。我们高职学校培养出来的学生应该是技能型加应用型人才, 他们不仅要有踏实的理论知识, 而且还要具有较强的实际动手能力。那么, 我们如何培养这样的人才呢?我们应该在每一门课的教学实践中体现出该教育思想和理念。根据笔者多年来的教学经验, 结合该课程实践性、应用性强的特点, 在教学的全过程中, 以培养学生工程应用能力为主线, 从教学手段、实践环节和考试考核等几方面进行了教改探索。
1. 课程在本专业的定位与课程目标
《单片机原理与应用》是机电、应用电子、自动化、机械、控制等专业开设的一门专业基础课, 该课程是工科非计算机专业计算机教学中的最重要的一环。是非计算机专业学生学习运用计算机软件、硬件应用的最主要的课程, 该课程是电子、电气等工科非计算机专业学生学习许多专业后续课程、开展毕业设计和今后工作的重要的技术基础课。
学生通过本课程的学习, 要掌握单片机的结构、内部组成、特点及工作原理, 能灵活运用MCS-51系列单片机的指令系统, 进行汇编语言程序设计。另外还要掌握单片机的接口技术及其编程方法。能利用接口芯片进行典型的电路设计。
2. 理论教学模式改革
传统的以“教师+黑板”为主体的教学模式, 对于单片机类和实际联系紧密的课程, 容易使学生产生空洞, 枯燥、乏味的感觉, 因此改革教学模式势在必行。
2.1 课程的教学方法
为了培养学生的基本知识水平和实践操作能力, 采用理论与实践相结合的教学方法, 同时将多媒体技术引入课堂, 利用网络、数码摄像、数码照相、动画软件等现代化技术, 突破时间、空间、宏观、微观的限制, 直观、形象地再现客观事物, 弥补了书本的不足, 拓宽了学生的知识面、开阔了视野。
2.2 将兴趣教学法引入课堂
兴趣是最好的老师, 浓厚的学习兴趣能调动学生的学习积极性, 启迪学生的智力潜能并使之处于最活跃状态, 从而激发强大的学习动力, 自觉克服困难, 排除各种干扰, 提高学习效率。单片机这门课程比较抽象, 单片机的结构、汇编语言的指令、汇编语言编程等, 学生刚接触的时候很难入门[1]。为培养学生的学习兴趣, 笔者主要做了以下几点:第一, 实物展示的方法。给学生看单片机的芯片以及单片机组成的简单控制电路, 如流水灯、温度控制与显示电路、单片机演奏等电路, 给学生一个看得见、摸得着的实体, 使学生对该课程的学习感兴趣。其二, 教学中注重理论与实践相结合, 开设针对性强的实验, 解决学生学习中的难点、弱点。如人机接口中的显示器动态扫描过程, 许多学生总是感觉似是而非, 为此我们专门编排了一个8155的显示子程序, 在讲授完显示器原理时做针对性实验, 让学生感触动态扫描的真实过程。
2.3 在教学中使用多媒体教学方法
《单片机原理与应用》采用多媒体课件进行教学, 教学效果已得到了学生的肯定。在课堂教学过程中, 尝试采用启发式、交互式、开放式等多种形式课程教学法, 加强课堂讨论, 活跃课堂气氛, 启发学生的思维, 使学生的学习积极性明显提高。结合教学实践, 制作与课程有关的多媒体课件[2], 其中包含了许多有针对性的图片, 如单片机内部电路组成图、单片机存储器扩展图、键盘、显示器连接图等, 给学生一个清晰、直观的印象, 减少板书的不规范, 节约了时间, 并且应用动画软件对单片机组成的典型控制电路的工作过程进行讲解, 给学生强烈的视觉、听觉和注意力冲击, 学生视觉新颖、容易接收。通过多媒体教学和传统教学的有机结合, 学生普遍反映教学效果好, 教学质量有了明显提高。
3. 实验教学模式改革
3.1 认真安排做好基础实验, 创造条件做活创新实验
《单片机原理与应用》课程是一门实践性很强的课程, 在讲完相应的理论内容后, 必须安排几个基础实验[3], 加强学生对所学知识的理解, 同时也可锻炼学生的实际动手能力。在学生完成基础实验的基础上, 给出几个选作实验, 也允许学生提出新的实验内容, 建立起一个开放性的实验环境 (教学时间开放, 教学内容开放, 实验元器件开放) 。我们允许学生结合课程学习及专业特点、时间安排或兴趣爱好提出实验设计题目、设计方案或设计构想。并可在一个较宽松的实验环境和灵活选择的时间内完成。教师积极鼓励学生大胆提出自己的实验思路和构想, 尽力创造条件引导和支持他们开展有意义的实践研究。
3.2 以课程设计为主导, 培养学生的综合素质
单片机是一门应用型很强的专业技术课, 通常应该在基本知识讲授完后, 安排一个综合性的课程设计。课程设计是把学生知识综合加以运用的过程, 是学生消化知识、升华知识、锻炼能力、提高能力的重要手段。
教师首先把课程设计任务书发下去, 同时向学生提供一些相关资料或推荐一些单片机的优秀网站, 指导学生去阅读思考。随着设计内容的不断扩展, 学生会通过课程设计的主线逐步把各块分散的知识串接起来, 逐步形成设计的总体框架。另外, 在设计中, 要充分发挥学生的主观能动性。教师可提供一个意向性的设计思路, 鼓励学生通过自己的努力提出设计方案, 然后大家一起讨论方案的优劣和[4]可行性, 结合实验室的具体情况, 通过评议评价, 确定一至二套方案具体设计。
最后完成软件设计和硬件电路设计, 并通过设计分组, 顺利完成程序的调试。这样既培养了学生对所学知识的运用能力, 也培养了团队中的协作精神, 从一定程度上培养了学生的综合素质。
4. 考试模式改革
对考试环节, 采取笔试和实验相结合的办法, 对未完成实验的学生不允许参加考试。基于高职高专学生的培养目标, 为了重视学生动手能力的培养, 学生笔试占总成绩的4 0%, 实验成绩占总成绩的4 0%, 平时成绩占总成绩的2 0%。
在实验考核方法上, 改变了传统应试教育方式, 注重提高学生的综合素质, 根据学生实验的综合能力进行评定, 设计过程中, 教师随时解答学生的疑难问题和检查学生的设计情况, 最后采用答辩和检查学生完成课题情况相结合的办法, 注重过程与结果, 综合评定学生实验成绩。通过考核方式的改革, 学生学习的积极性和主动性都大大提高。
《单片机原理与应用》课是一门理论知识与实践知识并重的课程, 在实际的教学中, 笔者通过理论与实践相结合的方法, 在该课程教学中取得了良好的教学效果。许多学生毕业后都能较好地开展技术工作, 有些还取得了不俗的工作业绩。今后, 我们还将进一步探索, 加大理论课和实验改革的力度, 让更多的学生热爱该课程, 热爱所学专业, 体会研究的快乐。
摘要：本文结合《单片机原理与应用》的课程特点, 以培养学生的实践能力、创新能力和应用能力为教学目标, 结合高职学院教学实践, 介绍了《单片机原理与应用》课程的教学改革方法及实施效果, 提出了关于《单片机原理与应用》教学改革的一些看法。
关键词：单片机原理,教学改革,应用型人才
参考文献
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单片机工作原理 篇2
自评报告
陕西理工学院电气工程系《单片机原理及应用》课程组 二○一○年三月
目 录
第一部分 课程简介
第二部分
课程内容与体系的改革 第三部分 实验教材
第四部分 自评结果和评分依据 第五部分 存在的主要问题及整改措施 附件：自评评分依据 《单片机原理及应用》课程自评报告
第一部分 课程简介
单片机技术广泛地应用于工业控制、智能仪器仪表、机电一体化产品、家用电器等各个工业领域。因此，单片机原理及应用是工科院校各专业学生的一门重要的应用技术课程，对电类学生尤为重要，通过该课程可以了解工业高新技术，培养综合的工程设计能力。学生在课程设计、毕业设计、科研项目中会广泛应用到单片机知识，而且，进入工作后，更会广泛接触到单片机的工程项目。近几年，一些用人单位直接把单片机应用技术测试作为人才选用的条件。显然，提高该门课程的教学质量，对培养学生的综合应用能力，提升学生在人才需求市场中的竞争能力，具有重要意义。
《单片机原理及应用》课程是自动化、电气工程及其自动化、计算机科学与技术等专业的一门专业技术基础课。单片机应用技术包含着广泛的内容（基本原理、接口技术、开发方法、开发工具、控制技术等），而且构成完整的知识体系。也就是说，缺少某一个方面或某一个环节的知识，将会影响实践应用能力。再者，单片机产品及其应用技术发展日新月异。在一门课程的有限教学时间内，如何让学生比较系统全面的掌握单片机应用知识，同时能反映比较新的应用技术，培养学生的工程设计能力，必须加强课程建设力度，在课程内容与课程体系上进行重大改革。
《单片机原理及应用》课程在自动化、电气工程及其自动化、计算机科学与技术3个本、专科专业中开设学时为40-60学时。多年来，该课程组师资队伍建设稳步提高，教学和实验条件逐步完善，现已形成了相对稳定的较高教学水平的师资队伍和完全满足实验教学条件的实验平台。
目前，《单片机原理及应用》课程组共有6名课程主讲教师和多位实验技术人员，其中教授1人、副教授2人、讲师3人，研究生5人，实验师多人，承担校内相关3个专业本、专科学生的单片机原理及应用课程教学与实验任务。
《单片机原理及应用》课程组在多年的具体教学与实践过程中，在课程建设和教学改革方面取得了较为显著的成效。从2000年开始，课程改革小组注重教育思想和教学观念的转变，开展了课程教学内容、课程体系、教学方法及教学手段的改革研究与实践，对课程的教学内容与体系进行了优化。目前已初步建立了以培养学生工程素质和综合应用能力为教学目标的新的课程体系，在教材建设、实践性教学环节建设方面取得了可喜的成果。李建忠教授把课程组研究的理论成果变成了现实成果，编著的《单片机原理及应用》（第二版被评为国家十一五规划教材）一书被全国30多个省市的100多所高校采用，在国内产生较大影响。组织的实践教学环节在本院多届学生中也取得了显著的成效。
《单片机原理及应用》教学仪器设备丰富，实验开出率100%，同时开设一定的设计性、综合性实验。实验室规章制度健全，管理人员到位，教学服务及时，为实验课程教学提供了有力保障。
随着“单片机原理及应用”课程内容和课程体系改革的进行，课程教学质量逐步明显提高。伴随着教学质量的提高，浮现出了许多科研项目。例如，智能型家用有毒气体探测语音报警呼救装置、机车防带电过分相装置、消失模浇注充型速度的微机化测试的研制，科研项目的进行又推动了教学质量的进一步提高。教师在教学中，结合自己的科研生动地讲解原理、方法、技术。近几年课程组成员结合自己的科研项目，在单片机应用技术方面发表论文多篇。
第二部分 课程内容与体系的改革
教材是教育思想、教育理念体现的载体，是一门课程教学内容与体系、教学方法及手段的集中表现。一本好的教材不能局限在知识的传递上，还应表现在科学思维方法、获取知识的方法、综合能力和创新设计能力培养方法的传递上，便于运用新的教学方法和手段组织实施教学。这是课程组改革研究的一个理论成果。
在理论研究的指导下，确定以教材建设为龙头进行课程内容与体系的优化。由于单片机应用技术知识包含的内容广泛，单片机产品及其应用技术发展速度快，如何在有限的计划课时内让学生比较完整的掌握单片机应用技术知识体系，同时了解一些比较新应用技术，吸取了国内外先进的教学思想和教学经验，广泛收集和查阅国内外优秀教材和有关教学资料，又结合我们多年积累的教学经验和教训，比较全面地考虑了各种因素，对课程内容与课程体系进行整体优化，编著了《单片机原理及应用》（第二版被评为国家十一五规划教材）、《单片机原理及应用实践教程》，形成了一套新的课程教学体系。教材内容体系进行了优化组合。既体现了系统全面，包含了基本原理、接口技术、开发方法、开发工具、控制技术等，又进行了浓缩精练，论述严谨透彻。教材内容的组织上采用“以点见面，触类旁通”的精练浓缩方法。例如，在每一章节前都概述出相关的一般性内容和方法，然后再以具体的内容或典型的实例进行说明。始终贯穿应用观点。例如，在单片机原理的讲解中，着重强调站在应用角度，掌握单片机的功能特性和配置结构。即用户站在单片机芯片外部看它所提供给用户的使用功能和资源，达到正确、合理的使用单片机所提供的硬、软件资源。这不仅给学生强调了达到应用的学习目标，而且给学生树立了一个学习掌握应用知识的正确学习方法界面。这一点经教学实践检验，取得了良好的教学效果。又例如，在应用技术的讲解中，大多数选自生产和科研中的应用实例，使学生学后就能用。注重科学思维方法、获取知识的方法、综合能力和创新设计能力的培养方法的传递。掌握一门学科知识的学习方法，其实质是找出并抓住学科知识的内在联系，形成一个完整体系。该书突出了这方面的特色。例如，在指令系统的讲述中，大多数教材采取按功能类逐条指令罗列讲解，使初学者很难理解记忆。其实，指令系统中有一些操作指令的子集合是具有特征规律的，不同操作指令的子集合之间也具有一些可比性特征规律，在该书的讲述中用归纳、类推、类比方法进行纵向归类，横向类推、比较。这不仅能使学生掌握知识，而且学习了科学思维方法和学习方法。在讲解基础知识的基础上，反映新的应用技术成果。例如，紧密结合基础知识讲解了单片机应用程序开发设计方法。
第三部分 实验教材
在广泛调研现有实验教材经验与问题的基础上，引入新的教育理念，针对现代工程人才的培养模式、人才素质及能力的要求，课程组认为实验教材不能局限在对基础知识的验证上、不能局限在基本实验的操作指导上、不能局限在某一门课程知识的动手实践能力的培养上、不能局限在理论教材的辅助功能作用上，还应给学生提供广阔的、自由灵活的动手实践空间，要培养学生在基本理论知识的基础上能够吸收、使用新技术方法，培养学生一般的工程实践能力和创新设计能力，使实验教材成为相对独立的综合实践能力培养的指导书。在这样的思想指导下，组织编写了《单片机原理及应用实践教程》的，于2001年5月在本院内部印刷使用。在多年的使用中取得了良好的效果。
《单片机原理及应用实践教程》一书主要具有以下特色：（1）知识的系统完整性与实践过程的系统完整性并重 实验内容的编写上紧密结合理论教学，按照单片机原理及应用课程知识的内在联系，保持了知识的系统完整性。从宏观结构上，实验内容分为单片机系统功能、单片机系统扩展、单片机系统配置和综合应用四大实验组。在每个实验组中又按照基础→综合→工程应用的方式安排了多个实验项目，每个实验项目中又按照基本原理、知识提要、基本技术、方法论证、实验结果分析的方式进行组织。这样，使该书成为学习、掌握单片机原理及应用知识的很有价值的参考书。从实践应用过程看，该书宏观上反映了单片机应用系统的开发环境、开发方法、开发过程。在每一个实验项目中，又反映出了一个单片机应用系统立题概要分析、功能结构论证分析、器件选择、硬软件设计、系统调试、性能分析与测试、文档收集与整理的全过程。使学生能够学习、掌握到一个单片机应用系统开发设计过程中各个环节的技术方法。
（2）知识掌握和科学思维能力培养并重
在每个实验项目中都提示出所依据的基本原理知识，所采用的方法和技术，通过实验来加深对基本知识的理解，达到熟练掌握。在每个实验项目后，提出一些很有价值的思考问题，主要围绕实验现象观察与分析，培养学生科学细致地观察与分析问题的方法和能力。每个实验既给出了参考方案，又要求学生在参考方案的基础上自行设计、调试，充分发挥学生的主观能动性和创造力、有意识地培养学生对工程问题的分析与设计方法。每个实验都要求学生按照严格的格式写出实验报告，在实验报告中深入细致地分析、论证有关实验现象与结果，通过实验报告的书写，培养学生严谨求实的科学方法和态度。
（3）既面向验证性实验又面向开放性、设计性实验
根据单片机原理与应用的知识结构，实验内容分为单片机系统功能、单片机系统扩展、单片机系统配置和综合应用四个实验组。每个实验组又按照基本原理、技术、方法的应用，综合应用、工程设计的思路方式安排了多个实验项目，为学生提供了广泛的实验内容，即可以供课程实验使用，也可以供开放实验、设计实验使用。
（4）实验教学的目标确定在以下几个方面：
验证基本理论、方法和技术。通过验证性实验，使学生加深对基本理论、方法和技术理解，能够熟练应用，并使学生进一步认识到：基本理论、方法和技术来源于实践，又对实践有强大的推动作用，在实践中得到发展，得到创新。
基本实践能力的培养。基本实践能力包含：掌握小型单片机应用系统开发研制所采用的基本环境、方法、手段及所使用的仪器设备。
综合工程实践能力的培养。综合工程实践能力包含：掌握复杂单片机工程应用系统开发研制所采用的先进的环境、方法、手段及所使用的仪器设备，并能进行工程决策分析。
创新设计能力的培养。创新设计能力包含：在一些关键的技术环节上能够激发出超常的思想方法或采用前沿性的技术手段分析解决问题。
（5）实验教学的实施方式
根据现代工程人才的培养模式、人才素质及能力的要求，我们设计出了形式多样的实验教学方式。
指导型实验。这类实验纳入单片机原理及应用课程的教学计划和教学大纲，在老师的指导下，进行规定要求实验，实验后要写出实验报告。实验目标是基本实践能力的培养。
开放型实验。这类实验是学生根据自己的要求自发地进行实验，实验室必须随时满足学生的实验要求。在这种实验中，学生可根据自己的情况实现多种目标。
设计型实验。这类实验学生带着自己的设计问题，进入实验室进行调试或测试，一般结合课程设计、毕业设计、大学生科技活动项目进行。实验要有明确的目标，主要培养学生综合工程实践能力和创新设计能力。
第四部分 自评结果和评分依据
为了进一步提高课程教学质量，努力做好课程建设与评估，电气工程系专门成立了院系、教研室（课程组）两级评估领导小组，负责对申报课程的指导、监督和审查。课程组全体任课教师认真学习、领会相关课程建设与评估精神，认真对照精品课程建设评估指标体系的各项要求，总结多年来课程建设的成果，结合课程建设过程中存在的实际问题，进行了认真细致地资料整理、自查自评。通过本次自查自评活动，真正达到了“以评促改，以评促建”的目的。
自评结果：Q=102分（≥100），符合并达到了校级精品课程的条件。详见附件：课程自评表。
第五部分 存在的主要问题及整改措施
1.网络教学和资源共享方面还需进一步的丰富和完善。实现与本课程相关的信息查询、辅导答疑、作业练习等多种功能，方便学生网上学习。
2.实验教学设备更新不够，试验教学手段还不够丰富、不够先进，理论教学内容和体系还需要进一步整合、优化；
3.进一步加大教学改革力度，转变教育教学理念，探索高教理论，不断改进和提高教师的理论与实践教学方法和手段。
同时还需要认清形势，剖析自我，虚心向兄弟院校学习先进的课程建设经验，弥补自己的差距和不足，加快课程建设步伐，使《单片机原理及应用》课程教学全面上台阶、上水平。
附件：自评评分依据 师资结构：19分/20 1.1师资结构：A级，4分/4 课程组职称结构合理，有教授、副教授、讲师、高级实验师、实验师共8人，主要由教授、副教授、讲师上课。
1.2教学水平：A级，5 分/6 教学水平高，高、中级职称教师均开课2门以上；教学工作量饱满，教案齐全；有教改及科研项目。
1.3学术水平：A级，6 分/6近3年发表论文篇，人均6篇；主编、参编教材9部；完成省厅级科研项目3项，校级科研基金项目3项，院教改项目7项。
1.4教风建设：A级，4分/4 教风良好；教研室制度健全，坚持教学研究活动，每年教研活动大于18次，有记录；能坚持相互听课、评教；能收集学生对教学的反馈信息，并改进教学；教学组无任何教学事故。教学条件：24分/25 2.1教学大纲：A级，6分/6 教学大纲符合专业培养目标和教学计划的基本要求，并能结合教学计划适时修订、完善；大纲能反映课程体系结构，项目完整，层次清晰，重点、难点突出，要求明确；教学过程中能够严格执行大纲。
2.2教材及教学参考书：A级，7 分/7 选用学校自编国家级规划教材及相应教学参考书，满足不同专业的培养计划要求，使用效果好。
2.3课程教学管理及教学文件：A级，5分/6 教学参考资料丰富、齐全，能反映本课程发展现状；课程有完整的教学工作总结，教师有教学日历和教案。
2.4教学设备和手段：A级，6分/6 使用多媒体、板书讲解和现场教学等手段；与实验室共同开发研制有相应的实验教学设备，且符合本校学生情况，使用效果好，完全能满足正常的教学需要。3 考核：15分/17 3.1考试说明：A级，3分/3 在教学大纲的指导下，能按要求进行命题考试工作，命题质量高，考分分布合理。3.2题库(卷库)建设：B级，4分/5 有与教材配套使用的高质量的试题库，试题库完全符合教学要求。3.3命题与评分：A级，4分/4 考试命题形式多样，有外校试题、教研室组织命题、试题库组题等，全部为考教分离；有评分标准，流水阅卷，有效控制了评分误差。3.4试卷分析：B级，3分/5 试题内容体现教学大纲的基本要求，难度适中，有一定的可信度和区分度；成绩分布基本合理。4 教学改革：分/13 4.1教改方案：A级，4分/5 在切实可行的教改计划，且能运用在教学过程中，有一定的总结。4.2教改效果：A级，7分/8 有专业教改项目的实施，完成教改项目7项，教改效果比较显著，获校教学成果奖二等奖3项。5 教学效果：21分/25 5.1讲课质量：A级，9分/10 根据师生对讲课质量的综合评价，课程组总体讲课水平较高。5.2课外指导：A级，5分/6 对学生课外学习有明确具体的要求，并认真落实、检查；坚持课外辅导、答疑，效果较好。
5.3教学获奖情况：A级，4分/4近几年获院级以上教学成果奖、讲课大赛奖、教案评比奖的人数占课题组人数的70％；有毕业生调查信息表，毕业生反映本课程教学效果优良。
5.4学习质量：B级，3分/5 在严格组织考试、评分的情况下，学生考试成绩真实，客观反映了学生学习的现状；学生基本知识掌握较扎实，但综合解题能力一般。6 特色指标：A级，16分/20（1）兼顾教学的典型性和技术先进性
教学内容的典型性有利于学生理解相关基础知识，掌握基本原理和方法，触类旁通。随着单片机应用技术日异月新的发展，在未来的实际工作中又会广泛接触到新技术、新器件。在理论教学和实践充分考虑了典型性问题，同时在每个实验的实现方案中又提示学生在典型性问题的基础上采用一些新器件、新方法自行设计，让学生接触一些先进性技术、方法。
（2）基础训练与实际应用相结合
在注重单片机原理、实用接口技术的基础上、还突出教学内容的实践性和实用性。大多数实验内容都取材于生产和科研实际。综合应用实验集中锻炼学生了解实际系统要求，设计应用系统的能力。有助于开拓视野，强化工程观念，培养创新能力和协作精神，提高综合素质。
（3）注重综合工程实践能力和创新设计能力的培养
大多数实验内容都取材于生产和科研实际，使学生所学就能所用。
每一个实验项目的实验过程都突出一个单片机工程应用系统开发设计的各个关键技术环节，尤其突出调试方法和手段。每一个实验项目中都设置了若干问题，让学生充分发挥主观能动力和创新思维能力进行调试。每一个实验项目除给出参考实验方案外，还提示采用不同的方案、不同的器件、不同的方法自行设计、调试，给学生留下创新发挥的空间。
电气工程系
《单片机原理及应用》课程组
单片机工作原理 篇3
【关键词】单片机；教学做合一；课程改革
一、研究意义
《单片机原理与应用》是一门技术性、专业性和实践性很强的课程，是电子类专业本科生的专业课程。该课程侧重于单片机设计与应用，特别是将电子设计自动化（Electronics Design Automation，简称EDA）应用于该课程，利用EDA软件Keil实现以单片机为核心的控制系统设计。
本课程属于既有理论深度，又要求实践技能的一门课程，也是融合了《数字电路》、《模拟电路》和《C语言程序设计》等基础课程的综合型专业课程。旨在培养学生能快速掌握控制系统设计一般原理、C语言编程、掌握基于Keil软件的控制系统设计。如何通过本课程设计，采用适当的教学方法和手段、以提高学习效率为目的，使学生快速全面掌握单片机原理与应用方法是本课程亟待解决的问题。
二、“教学做合一”教学模式
《单片机原理与应用》课程内容是理论与实践相结合的整体，两者是紧密联系在一起而不可分割的，采取“教学做合一”的一体化教学模式，突出该课程实践性，并将技术性、专业性和实践性三者有机结合。传统的课程教学分为理论、实验环节，教学做合一打破了这些节点，将知识传授、实践操作和能力培养融于一体。“教学做合一”的教学模式充分体现“实践性”和“应用性”的特点，使复杂的内容简单化，抽象的问题具体化，学生在教师的指导和帮助下，边学边做，看得见，摸得着，容易理解和掌握教学内容，提高教学质量。
三、课程设计
通过对“教学做合一”《单片机原理与应用》课程进行项目化，采用项目教学以突出“教学做合一”的能力，构建以学生为主力、能力本位的课堂教学模式，从而形成一系列成果：课程方案、教学大纲、实验指导教程及课程设计指导教程等。针对本科生自身特点，从教学内容选择、教学方法、课程开发以及课程考核方面做了探索，提高教学效果。
“教学做合一”教学模式根据教学内容的不同可以采用多种教学方法和教学手段，整个教学过程让学生能从感性到理性、螺旋式提高。在教学做一体化教学的框架下，通过课程讲解、实验验证及课程设计来训练学生掌握基本知识技能，增强对知识的理解及运用能力，针对不同的内容，采用灵活多样的教学方法，如示范讲解、随堂答疑、自主学习、个别指导等融入教学过程中。
本课程的最终评价由平时成绩20%和期末成绩80%组成，期末考试内容为从6个实验中抽取三个，每人单独使用Keil软件设计相应程序并在实验箱上实现。按照工作任务实现功能及顺序现场打分。课程设计成绩单独计算。
四、取得成效与展望
课程改革收到了显著的效果，编纂了课程方案、教学大纲、配套实验指导教程，课程设计指导教程。将“教学做”一体化教学模式引入到单片机原理与应用设计课程中，突出课程实践性，不仅为教师提供了理论讲解与实际操作演示相结合的平台，又为同学边听边看边操作提供了条件和保证。在单片机原理与应用设计中引入EDA设计软件Keil，通过本课程实验及后续课程设计，使学生能在有限的课时内迅速全面掌握单片机原理与应用设计方法，激发学生学习兴趣，培养了学生工程实践能力，为他们进入课题打下了良好的基础，今后在课程设计内容上更注重动态性，实时将工程实践以及科研项目中遇到的问题项目化加入到课程设计中，保证学生积累更多的实践经验，为今后独立从事相关教学、研究及应用打下基础。
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浅析单片机仿真PLC的原理 篇4
关键词：单片机,PLC,仿真,控制
0 引言
随着计算机技术的成熟和发展, 微机控制系统产生了PLC控制和单片机控制两大分支。PLC以其高可靠性, 使用简便等优点, 以高价格占据了工业微控市场;单片机又以其体积小, 重量轻, 价格便宜等优势广泛应用于家电产品。本文主要阐述了应用MCS-51单片机仿真三菱FX2N-16MR-001型号PLC控制的原理。
1 单片机与PLC的联系与区别
1.1 基本结构
单片机是将计算机的基本环节:如CPU, 存储器, 总线, 输入输出接口等, 采用集成电路技术集成在一块硅基片上。因此, 从控制的观点, 我们也常称它为单片控制器。PLC的硬件系统主要由五部分组成:CPU、存储器模块、输入输出模块、编程器、电源。CPU是两者的控制中枢, 起运算和控制的作用。存储器主要功能是存储程序和数据。单片机一般都是将已设计好的程序固化在存储器中。PLC对于不同控制系统的程序可将存储器中的程序清除重新编写。它是使用编程器进行编程, 现在一般都使用个人电脑进行编程, 将编写好的程序通过编程电缆下载到PLC的用户存储器中。单片机的工作电源是直流5V, PLC内部有一个专用的开关式稳压电源, 将交/直流供电电源转换为PLC内部电路需要的工作电源 (5V直流) 。
PLC目前大量的应用单片机制成, PLC是单片机在继电器控制系统中的应用。
1.2 工作原理
单片机和PLC的基本工作原理是一样的, 即:
1) 从输入接口接收来自外界的信息存入存储器。这些信息主要包括两部分的来源一部分是来自于诸如温度、压力等传感器的信息;另一部分是来自人工干预的一些手动信息, 如开关、按钮等;
2) CPU根据存储器中的程序对输入的数据进行高速运算处理;
3) 将运算处理的结果通过输出接口送去控制执行机构, 如继电器, 电机, 灯泡等。
上面3步不断重复, 即系统中的微电脑不断监视着各种信息, 并及时做出不同的处理使系统正常运行。
1.3 应用场合
由于单片机体积小, 功能强, 因而广泛用于电子设备中做控制器之用。目前, 大到导弹火箭国防尖端武器, 小至电视机微波炉等现代家用电器, 都运用单片机作为控制器。PLC一般用于工业控制领域。
2 单片机仿真PLC的原理
硬件仿真的原理:
1) 输入输出模块
单片机具有最简单的输入输出结构, PLC的输入/输出接口部分采取了光电隔离、滤波等抗干扰技术措施, 具有很高的可靠性。所以单片机仿真PLC时, 单片机的作为输入的接口应按照实际应用需要接有光电耦合器隔离、消除抖动及噪声的RC滤波器、电平转换等部分。PLC的输出模块可以有晶体管输出型、继电器输出型、晶闸管输出型等, 如仿真继电器输出型PLC时, 作为单片机输出口的部分也可接上光电耦合电路和驱动电路, 控制继电器。
2) 接口电路
PLC是可通过计算机直接编程下载的。单片机仿真PLC时, 由于单片机内部是TTL电平, 计算机采用的是232电平。为了能与计算机直接进行通信, 系统可扩展RS-232C接口电路。单片机的RXD和TXD信号经RS-232C电平变换后接至9芯插座。由此可与计算机机进行串行通信。一方面, 在编程状态时, 可接收PC机上梯形图汇编程序编译结果的指令代码, 并存入程序存储器;另一方面, 在运行状态时, 可将I/O口的状态和处理结果实时地发送给上位机。
3 软件仿真的原理
由于单片机具有布尔代数指令, 特别是其中的位操作的逻辑指令, 可以用这些位操作逻辑指令来替换PLC梯形图中的对应的基本逻辑指令。例如:可以用MCS-52的位与指令来替换PLC的接点串联指令, 可以用MCS-52的位或指令来替换PLC的接点并联指令。下面以MCS-52单片机仿真日本三菱FX2N系列PLC为例, 将在仿真过程中经常用到的可以替换的指令用表列出。
4实现仿真的意义
PLC由于可靠性高、使用方便等优点, 价格较为昂贵。单片机价格低廉, 应此我们在教学过程中可以用单片机仿真PLC, 一方面可以为学校节约资金, 另一方面这样不仅使学生分别掌握PLC梯形图和单片机的编程, 更能理解单片机和PLC的联系和本质区别。
参考文献
[1]王阿根.电气可编程控制原理与应用[M].北京:清华大学出版社, 2007.
[2]黄仁欣.单片机原理及应用技术[M].北京:清华大学出版社, 2008.
[3]孙振强.可编程控制器原理及应用教程[M].2版.北京:清华大学出版社, 2008.
单片机原理及应用课程设计 篇5
1、设计内容及要求...............................................................................................2 1.1、设计内容..............................................................................................2 1.2、设计要求..............................................................................................2 1.3、撰写设计报告......................................................................................2
2、总体方案设计...................................................................................................2 2.1、方案图................................................................................................2 2.2、面板布置图.........................................................................................2 2.3、方案讨论.............................................................................................3 2.4、明晰任务.............................................................................................4
3、电路原理图......................................................................................................4
4、程序框图.........................................................................................................5 4.1、显示子程序流程图............................................................................5 4.2、实时时钟芯片 1302 读/写数据流程图............................................6
5、编程序................................................................................................................6
6、调试....................................................................................................................6 6.1、软件调试.............................................................................................6 6.2、仿真调试..............................................................................................7
7、自我感想............................................................................................................7
8、参考书目............................................................................................................8 附录：C 语言编程源程序.......................................................................................8 1.设计内容及要求 1.1、设计内容：
以AT89C51 单片机为核心，制作一个 LCD 显示的智能电子钟。1.2、设计要求：
(1)计时：秒、分、时、天、周、月、年。(2)闰年自动判别。
(3)五路定时输出，可任意关断（最大可到16路）。(4)时间、月、日交替显示。(5)自定任意时刻自动开/关屏
(6)计时精度：误差≤1秒/月（具有微调设置）
(7)键盘采用动态扫描方式查询。所有的查询、设置功能均由功能键K1、K2完成 1.3、撰写设计报告
单片机课程设计是以课题或项目设计方式开展的一门课程，具有较强的综合性、实践性，是工科、工程类院校或职业类院校电类专业在校生的必修课，是将单片机原理与应用课程的理论知识转变为应用技术的重要教学环节。这一环节不但能加深对单片机原理的理解，而且还能培养学生的实践动手能力，开发学生的分析、解决问题的能力。单片机课程设计环节的训练能够让学生知道单片机工程项目的制作过程，使学生尽早了解单片机系统的开发过程。
2.总体方案设计 2.1、方案图
2.2、面板布置图
2.3、方案讨论
方案一:采用实时时钟芯片
实时时钟芯片具备年、月、日、时、分、秒计时功能和多点计时功能，计时数据的更新每秒自动进行一次，不需程序干预。计算机可通过中断或查询方式读取计时数据进行显示，因此计时功能的实现无需占用 CPU 的时间，程序简单。此外，实时时钟芯片多数带有锂电池做后备电源，具备永不停止的计时功能；具有可编程方波输出功能，可用做实时测控系统的采样信号等；有的实时时钟芯片内部还带有非易失性 RAM，可用来存放需长期保存但有时也需变更的数据，由于功能完善，精度高，软件程序设计相对简单，且计时不占用 CPU 时间，因此，在工业实时测控系统中多采用这一类专用芯片来实现实时时钟功能。
方案二：软件控制
利用单片机内部的定时/计数器进行中断定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时及秒表计时。该方案节省硬件成本，且能使设计者对单片机的指令系统能有更深入的了解，从而掌握单片机应用技术 MCS-51 汇编语言程序设计方法，因此，本系统设计采用此种软件控制方法来实现计时。而由于 Atmel 公司 的AT89C51 是一种自带 4KB Flash 存储器的低电压、高性能的 CMOS 8 位微处理器。该器件采用 Atmel 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准 的MCS-51 指令集和输出引脚相兼容。AT89C51 将多功能 8 位 CPU 和闪存集成在单个芯片中，是一种高效的微控制器，使用也更方便，寿命更长，可以反复擦除 1000 次。形成了功能强大、使用灵活和具有较高性能价格比的微控制器。它的功能强大而且也比较容易购买，故本设计中所选的单片机为 AT89C51 单片机。2.4、明晰任务
采用 AT89C51 单片机作为系统的控制核心。时钟数据通过市场上流行的时钟芯片 DS1302 来获取。DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片，内含一个实时时钟/日历和 31 字节静态 RAM，可以通过串行接口与计算机进行通信，使得管脚数量减少。实时时钟/日历电路能够计算 2100 年之前的秒、分、时、日、星期、月、年的，具有闰年自动判断调整的能力。定时电路能够实现自定任意时刻自动开/关屏，采用 LCD LM016L 显示年、月、周、天、时、分、秒。通过按键开关实现微调，确保计时精度：误差≤1 秒/月。DS1302 时钟芯片的主要功能特性：
(1)能计算 2100 年之前的年、月、日、星期、时、分、秒的信息；每月的天数
和闰年的天数可自动调整；时钟可设置为 24 或 12 小时格式。(2)31B 的 8 位暂存数据存储 RAM。(3)串行 I/O 口方式使得引脚数量最少。
(4)DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需 3 根线。
(5)宽范围工作电压 2.0-5.5V。
(6)工作电流为 2.0A 时，小于 300nA。
(7)功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于 1mW。
3．电路原理图
4．程序框图
4.1、显示子程序流程图
4.2、实时时钟芯片 1302 读/写数据流程图
5．编程序 源程序见附录部分 6．调试 6.1、软件调试
目前设计过程中容易造成元件和仪器仪表的损坏，而借助 Keil 和 Proteus进行单片机系统的开发，可以节省设计成本，提高设计速度。Keil 软件包是一个功能强大的开发平台，它包括项目管理器、CX51 编译器、AX51 宏汇编器、BL51/LX51 连接定位器、RTX51 实时操作系统、Simulator 软件模拟器及 Monitor51 硬件目标调试器。它是一种集成化程度高的文件管理编译环境，主要功能为编译 C 语言源程序，汇编程序或混合语言源程序，连接和定位目标文件和库，创建 HEX 文件，调试目标程序等。Keil 是目前最好的 51 单片机开
发工具之一。Keil 支持软件模拟仿真（Simulator）和用户目标调试（Monitor51）两种工作模式。前者不需要任何单片机硬件即可完成用户程序仿真、调试，后者利用硬件目标板中的监控程序可以直接调试目标硬件系统。Proteus 是一个完整的嵌入式系统软件、硬件设计仿真平台，它包括原理图输入系统 ISIS、带扩展的 Prospice 混合模型仿真器、动态元件库、高级图形分析模块和处理器虚拟系统仿真模型 VSM。ISIS 是 Proteus 系统的中心，具有超强的控制原理设计环境。ProteusVSM 最重要的特点是能把微处理器软件作用在处理器上，并和该处理器的任何模拟和数字元件协同仿真，仿真执行目标码就像在真正的单片机系统上运行一样，VSM CPU 模型能完整仿真 I/O 接口、中断、定时器、通用外部设备口及其他与 CPU 有关的外部设备，甚至能仿真多个处理器。6.2、仿真调试 Proteus 仿真
7．自我感想
经历过这么多天不间断的课程设计，我们有挺多感触的，从最基本上说我们看到了，也意识到了自己的不足，对于不断克服的各种阻碍也让我们体会到了课程设计的意义所在。对于只接触课本只动笔杆的我们，面临实际的设计尺寸，让我们很是尴尬，都说理论联系实际，真正到联系的时候才发现挺困难的，不过正是理论知识的各种补充才让我们能最终完成任务，然后深深地体会到理论对现实的指导作用。我们现在最缺乏的就是实际工作经验，而理论联系实践并不像我们想象的那么简单，他需要坚实的理论基础和实际工作经验。坚实的理论基础决定了我必须坚持学习新的知识新的理论，完善了自己的知识结构，才能在以后的实际中轻松面对，才能设计出更好的更有益于人们生活与工作的机械，才能跟上时代的步伐，不被淘汰。在这个一边忙着复习忙着考试又要准备课程设计的日子里，真真正正的体会到了时间的宝贵，有点像高中忙忙碌碌的生活，不过能按时完成课程设计对我们来说也是一个莫大的安慰。严谨和细心是做机械设计的必要态度，要想做好一件事，就必须一丝不苟、态度认真。俗话说：“失之毫厘，谬之千里。”在机械设计上尤其应该注意。在以后的工作中，你的很小的一个疏忽将会造成一个公司很大的损失，甚至给用户带去生命危险，而自己也会为自己的不负责任行为付出代价。再者就是设计中要严谨和细心，对于机械是不能出差错的，任何的微小误差都可能产生不可预计的后果，当然对于我们来说就是设计中要走一些弯路，而且在这个严重缺少时间又惦记回家问题的我们来说也是一个很严重的后果。不过，困难虽是难免的，但我们有信心就能并且已经战胜了困难，完成了这个无比揪心的课程设计。因为时间等各种关系设计中难免有些不足还请老师助教给予批评和帮助。
8．参考文献
《MCS-51 系列单片机原理及应用》 孙涵芳 主编 《新概念 51 单片机 C 语言教程》 郭天祥 主编 《51 单片机课程设计》 周向红 主编 《单片机原理及其应用教程》 张元良 主编 附录：C 语言编程源程序
#include
uint year_data,t;//-----sbit SCLK=P3^5;//DS1302 通讯线定义 sbit DIO=P3^6;sbit RST=P3^7;sbit speak=P0^0;sbit DS=P2^0;//595 通讯线定义 sbit SH_CP=P2^1;sbit ST_CP1=P2^2;sbit ST_CP2=P2^3;sbit ST_CP3=P2^4;sbit ST_CP4=P2^5;sbit ST_CP5=P2^6;sbit ST_CP6=P2^7;sbit ST_CP7=P3^0;sbit ST_CP8=P3^1;sbit OE1=P1^0;sbit OE2=P1^1;sbit OE3=P1^2;sbit OE4=P1^3;sbit OE5=P1^4;sbit OE6=P1^5;sbit OE7=P1^6;sbit OE8=P1^7;sbit K1=P3^2;//按键接口定义 sbit K2=P3^3;sbit K3=P3^4;sbit K4=P0^1;sbit K5=P0^2;//-----void write_595(uchar temp)//写 74HC595 一个字节 { uchar temp_595,i;temp_595=temp;for(i=0;i<8;i++)
{
SH_CP=0;
_nop_();_nop_();_nop_();if(temp_595&0x80){ DS=1;} else { DS=0;} _nop_();_nop_();_nop_();SH_CP=1;temp_595<<=1;} } //--------------void delay(uint z)//Nms 延时 { uint x,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=112;y>0;y--);} //-------------void delaynus(uint z)//ums 延时 { uint x,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=10;y>0;y--);} //---------------void write(uchar date)//写入 DS1302 一个字节 { uchar temp,i;RST=1;SCLK=0;temp=date;for(i=0;i<8;i++){ SCLK=0;if(temp&0x01)DIO=1;else DIO=0;SCLK=1;temp>>=1;} } //-----uchar read()//读出 DS1302 一个字节 { uchar a,temp;RST=1;for(a=8;a>0;a--){ temp>>=1;SCLK=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();SCLK=0;if(DIO){ temp=temp|0x80;} else { temp=temp|0x00;} } return(temp);} //---void write_1302(uchar add,uchar dat)//写 DS1302 数据 { RST=0;SCLK=0;RST=1;write(add);write(dat);SCLK=1;RST=0;} //----------uchar read_1302(uchar add)// 读 DS1302 数据 { uchar temp;RST=0;SCLK=0;RST=1;write(add);temp=read();SCLK=1;RST=0;return(temp);} //------------void display()//显示子程序 { miao=read_1302(0x81);//读秒 fen=read_1302(0x83);//读分
shi=read_1302(0x85)&0x3f;//读时 date=read_1302(0x87);//读日 month=read_1302(0x89);//读月 year=read_1302(0x8d);//读年 day=read_1302(0x8B);//读星期 write_595(miao);//显示秒 ST_CP1=0;ST_CP1=1;ST_CP1=0;delaynus(10);write_595(fen);//显示分 ST_CP2=0;ST_CP2=1;ST_CP2=0;delaynus(10);write_595(shi);//显示时 ST_CP3=0;ST_CP3=1;ST_CP3=0;delaynus(10);write_595(date);//显示日 ST_CP4=0;ST_CP4=1;ST_CP4=0;delaynus(10);write_595(month);//显示月 读 ST_CP5=0;ST_CP5=1;ST_CP5=0;delaynus(10);write_595(year);//显示年 ST_CP6=0;ST_CP6=1;ST_CP6=0;delaynus(10);write_595(xingqi[day]);//显示星期 ST_CP7=0;ST_CP7=1;ST_CP7=0;delaynus(10);} //----------void ds1302_init()//1302 初始化 { RST=0;SCLK=0;/* write_1302(0x80,0x00);//设置初始值 SEC write_1302(0x82,0x00);//设置初始值 MIN write_1302(0x84,0x00);//设置初始值 HR write_1302(0x86,0x00);//设置初始值 DATE write_1302(0x88,0x00);//设置初始值 MONTH write_1302(0x8A,0x00);//设置初始值 DAY */ write_1302(0x8C,0x10);//设置初始值 YEAR } //--------------void PORT_INIT()//端口初始化 { P0=0XFE;P1=0X00;P2=0X00;P3=0XFC;} void time_init()//定时器初始化 { TMOD=0x11;//设置定时 器 01 都为工作方式 1 TH0=(65536-50000)/256;//装入初值 TL0=(65536-50000)%256;TH1=(65536-10000)/256;//装入初值 TL1=(65536-10000)%256;PT0=1;//T0 定时器优先级最高 EA=1;//开总中断
ET0=1;//开定时器 0 中断 ET1=1;//开定时器 1 中断 TR0=1;//启动定时器 0 TR1=1;// 启动定时器 1 } //--------------void main(void)//主程序 { PORT_INIT();ds1302_init();time_init();year=read_1302(0x8d);//读年数据 year_data=0x2000|year;write_595(year_data>>8);//显示 2010 年的 20 字样 ST_CP8=0;ST_CP8=1;ST_CP8=0;set_shi=0x09;//闹钟初始值设定 set_fen=0x39;time_flag=0;//标志位 set=0;while(1){ switch(set){ case 0: //设置秒 { display();// 显 示 子 程 序
if((shi==set_shi)&&(fen==set_fen)&&(time_flag==0))小时和分钟 { speak=~speak;if((K2==0)&&(time_flag==0))//按键 K2 停 止闹钟响 { P0&=0XFE;time_flag=1;} delay(10);} } break;} if(fen==set_fen+1)// 当 不 按 下 闹 钟 停止按键，一分钟后自动停止闹 钟 { P0&=0XFE;time_flag=0;} } } //--------void time0()interrupt 1 // 定时 器 0 中断 { TR0=0;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;mun++;if(mun==15){ mun=0;switch(set){ case 1: //设置秒闪烁 {OE1=1;delay(300);OE1=0;} break;case 2: //设置分闪烁 { OE2=1;delay(300);OE2=0;} break;case 3: //设置时闪烁 { OE3=1;delay(300);OE3=0;} break;case 4: //设置日闪烁 { OE4=1;delay(300);OE4=0;} break;case 5: //设置月闪烁 { OE5=1;delay(300);OE5=0;} break;case 6: //设置年闪烁 { OE6=1;OE8=1;delay(300);OE6=0;OE8=0;} break;case 7: //设置星期闪烁 { OE7=1;delay(200);OE7=0;} break;case 8: //设置闹钟闪烁 { OE2=1;OE3=1;delay(200);OE2=0;OE3=0;} break;} } TR0=1;} //-----------void time1()interrupt 3 // 定时器 1 中断 { TR1=0;//先关定时器 TH1=(65536-20000)/256;TL1=(65536-20000)%256;//-if(K1==0){ delay(10);if(K1==0){ set++;if(set==9){ set=0;write_1302(0x80,miao);//设置初始值 SEC write_1302(0x82,fen);//设置初始值 MIN write_1302(0x84,shi);//设置初始值 HR write_1302(0x86,date);//设置初始值 DATE write_1302(0x88,month);// 设置初始值 MONTH write_1302(0x8A,day);//设置初始值 DAY write_1302(0x8C,year_data);//设置初始值 YEAR } t=50000;while((!K1)&&t){ t--;} } } //-------if(K2==0){ delay(10);if(K2==0){ switch(set){ case 1: { miao++;if((miao&0x0f)>0x09){ miao+=0x10;miao&=0xf0;} if(miao==0x60){ miao=0x00;} write_595(miao);ST_CP1=0;ST_CP1=1;ST_CP1=0;} break;case 2: { fen++;if((fen&0x0f)>0x09){ fen+=0x10;fen&=0xf0;} if(fen==0x60){ fen=0x00;} ST_CP2=0;ST_CP2=1;ST_CP2=0;} break;case 3: { if((read_1302(0x85)&0x80)==0x00){ shi++;if((shi&0x0f)>0x09){ shi+=0x10;shi&=0xf0;} if(shi==0x24)//24 小时制 { shi=0x00;} } else { shi=(shi|0x80)+1;if((shi&0x0f)>0x09){ shi+=0x10;shi&=0xf0;} if(shi==0x12)//12 小时制 { shi=0X80;} } write_595(shi);//显示时 ST_CP3=0;ST_CP3=1;ST_CP3=0;} break;case 4: { date++;if((date&0x0f)>0x09){ date+=0x10;date&=0xf0;} if((date==0x32)&&((month==0x01)||(month==0x03)||(month==0x05)||(month ==0x07)||(month==0x08)||(month==0x10)||(month==0x12))){ date=0x01;} else if((date==0x31)&&((month==0x04)||(month==0x06)||(month==0x09)||(month ==0x11))){ date=0x01;} else if((date==0x29)&&(month==0x02)&&((year_data|read_1302(0x8d))%100!=0)& &((year_data|read_1302(0x8d))%400!=0)){ date=0x01;} else if((date==0x30)&&(month==0x02)&&((year_data|read_1302(0x8d))%100==0)& &((year_data|read_1302(0x8d))%400==0)){ date=0x01;} write_595(date);ST_CP4=0;ST_CP4=1;ST_CP4=0;} break;case 5: { month++;if((month&0x0f)>0x09){ month+=0x10;month&=0xf0;} if(month==0x13){ month=0x01;} write_595(month);ST_CP5=0;ST_CP5=1;ST_CP5=0;} break;case 6: { year_data++;if((year_data&0x000f)==0x0a){ year_data+=0x0010;year_data&=0xfff0;} if((year_data&0x00ff)==0xa0){ year_data+=0x0100;//向前进 1 year_data&=0xff00;//后面尾数归 0 } write_595(year_data);ST_CP6=0;ST_CP6=1;ST_CP6=0;write_595(year_data>>8);ST_CP8=0;ST_CP8=1;ST_CP8=0;} break;case 7: { day++;if((day&0x0f)==0x08){ day=0x01;} write_595(xingqi[day]);ST_CP7=0;ST_CP7=1;ST_CP7=0;} break;} t=50000;while((!K2)&&t){ t--;} } } //-------------------------if(K3==0){ delay(10);if(K3==0){ switch(set){ case 1: { miao--;if((miao&0x0f)==0x0F){ miao&=0xf9;//减到 0 后，再减一次就归 0, } if(miao==0xF9)//当全部减到 00 时，再 减一次就为 59 { miao=0x59;} write_595(miao);ST_CP1=0;ST_CP1=1;ST_CP1=0;} break;case 2: { fen--;if((fen&0x0f)==0x0F){ fen&=0xf9;} if(fen==0xF9){ fen=0x59;} write_595(fen);ST_CP2=0;ST_CP2=1;ST_CP2=0;} break;case 3: { if((read_1302(0x85)&0x80)==0x00){ shi--;if((shi&0x0f)==0x0F){ shi&=0xf9;} if(shi==0xF9)//24 小时制 { shi=0x23;} } else { shi=(shi|0x80)-1;if((shi&0x0f)==0x0F){ shi&=0xf9;} ST_CP4=0;} break;case 5: { month--;if((month&0x0f)==0x0F){ month&=0xf9;} if(month==0x00){ month=0x12;} write_595(month);ST_CP5=0;ST_CP5=1;ST_CP5=0;} break;case 6: { year_data--;if((year_data&0x000f)==0x0F){ year_data&=0xfff9;} if((year_data&0x00f0)==0xF0){ year_data&=0xf999;} write_595(year_data);ST_CP6=0;ST_CP6=1;ST_CP6=0;write_595(year_data>>8);ST_CP8=0;ST_CP8=1;ST_CP8=0;} break;case 7: { day--;if((day&0x0f)==0x00){ day=0x07;} write_595(xingqi[day]);ST_CP7=0;ST_CP7=1;ST_CP7=0;} break;} t=50000;while((!K3)&&t)//松手检测 { t--;} } } //---switch(set){ case 8: { if(K4==0){ delay(10);if(K4==0){ if((read_1302(0x85)&0x80)==0x00){ set_shi++;if((set_shi&0x0f)>0x09){ set_shi+=0x10;set_shi&=0xf0;} if(set_shi==0x24)//24 小时制 { set_shi=0x00;} } else { set_shi=(set_shi|0x80)+1;if((set_shi&0x0f)>0x09){ set_shi+=0x10;set_shi&=0xf0;} if(set_shi==0x12)//12 小时制 { set_shi=0X80;} write_595(set_shi);// 显示闹 钟的时 ST_CP3=0;ST_CP3=1;ST_CP3=0;t=50000;while((!K4)&&t){ t--;} } } //----if(K5==0){ delay(10);if(K5==0){ set_fen++;if((set_fen&0x0f)>0x09){ set_fen+=0x10;set_fen&=0xf0;}
if(set_fen==0x60)
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单片机工作原理 篇6
【关键词】单片机原理；应用课程；教学改革；实践教学
在现代电子工程领域中，单片机是一种比较常见的技术，并在很多的家用电器中得到了较为广泛的应用。而作为电气信息类专业的学生，必须充分掌握该课程的技术知识，也是必备的技能之一。但是，由于单片机原理和应用原本就是一门应用性、实践性都很强的课程内容，只有将实践教学与理论教学灵活运用在一起，才能保证达到理想的教学效果。以下，本文重点对单片机原理与应用课程教学改革与实践进行了探讨分析。
1.教学中存在的问题及原因
在传统的单片机教学过程中，教师们通常比较侧重于对单片机原理知识和各零部件的介绍，教材内容也相对枯燥单一，缺乏对学生实践能力方面的培养。并且，在对教学课程进行安排时，也是将理论教学与实践教学相互分离，虽然充分保证了课程体系结构的完整性，却忽视了课程实用性的重要性，最终导致理论与实践出现脱节的现象。以下本文就具体归纳了在当前单片机应用课程教学中主要存在的问题，并对其原因进行了详细的阐释。
1.1教学安排不适应现行单片机原理与应用的教学
传统的教学方案中基本是由教师对单片机的工作原理、工作流程以及内部构造等进行介绍，学生们只是被动的学习。并且，这样的教学方法并不能让学生更好的了解到单片系统是怎样设计和组成的。而单片机工作原理内容又与微机原理课程存在着很多的相似点，如果教师一直过多的叙述这方面的知识，很难再激发学生的学习积极性，甚至还会让学生产生一种厌学的心理情绪。
1.2實践环节重视不够
由于缺少实践课程，使得学生无法更加全面的掌握到单片机系统的设计方法，导致学生实践操作能力较差。而在传统的实践教学中，一般是以验证性试验为主，只是让学生们大致了解一下单片机的系统构造、输出输入等方面的实验。并且，还有大部分的验证性实验都是根据相关的指导书完成的。这样一来，学生通过指导书上的步骤就可以完成实验，非常不利于对学生创新性思维的拓展，更无法有效提高实践动手能力，久而久之，学生还很可能形成敷衍的学习态度和学习习惯。
1.3教学手段有待提高
现如今，单片机技术的飞速发展，多样性的单片机集成芯片不断涌现，随之而来的大量山寨的仿真软件也越来越多。如果教师还是依旧采用传统的教学方式和教师，不仅无法提高学生的学习积极性，还大大降低了教学质量。
1.4 教师自身能力有待提高
众所周知，单片机原理和应用是一门实践性较强的课程。然而，就我国当前单片机课程教学现状来看，其中大多数是以青年教师为主，一直都没有对单片机系统进行过深入的研究开发，缺乏这方面的实践经验。所以，在实际的教学过程中，也只会照本宣读，很难达到较为理想的教学效果。
2.理论教学改革
2.1适当调整课程学时以顺应单片机技术的快速发展
以某院校为例，其结合单片机技术的发展与多年来单片机教学的经验，对该院 5 个专业的教学大纲与学时进行了修订。从原有的 32 学时调整为 48 学时，实践教学环节从 4 学时调整为 8 学时，并且加上了一个周的课程设计。学生在先修完微机原理及应用课程之后才开设单片机原理与应用课程，这样可以大大节约单片机内部结构、工作原理、汇编语言的教学学时，这部分的内容既可以类比微机原理又可以作为基础，使学生易于入门。经过修订，MCS-51 单片机的硬件、指令系统压缩为 10 学时；单片机的扩展、接口电路与应用为 12 学时；其他类型的单片机原理及应用为 8学时；单片机系统的开发调整为 10 学时；实践环节为 8 学时。
2.2以实际应用为主，培养学生学习兴趣
想要有着激起学生的学习兴趣，教师在对单片机原理与应用课程进行教学时，要向学生详细的讲述单片机这门课程与本专业之间的联系，并重点对其重要性、应用和发展等方面进行系统的介绍，同时制定出明确的教学目标。其次，教师要高度重视对学生实践能力的培养，多多开展实践教学活动，可以先将单片机事物展现在学生面前，通过利用数字电路观点进行叙述。这样一来，学生就能够迅速了解到单片机的工作原理是与集成块的工作原理十分相似，以此来增强自己的学习信息。并且，教师还应该对一些简单的驱动系统进行演示，让学生们直接观察单片机的应用过程，促使学生自发主动的参与其中。另外，教师还应该加强实践教学与理论教学的相互结合，采用先进有效的教学方法，并在平时的理论教学过程中，加入大量演示性实验，从而加深学生对所学知识内容的印象。
在实际的操作动手过程中，教师可以允许学生使用计算机和网络，通过从多种渠道来或缺更多的单片机资料，从而不断丰富自己的知识资源，促进学生向着复合型人才而发展。
2.3加强C51语言的教学
多年来，单片机的教学和单片机系统的开发，大多都以汇编语言作为开发工具，这是由于汇编语言具有代码紧凑、执行时间短、控制及时且易于记忆等优点。但是随着单片机技术的发展也出现了一些问题，主要表现在对硬件结构的过分依赖，不同类型的单片机汇编指令有所不同，而且程序比较繁琐，可移植性差等。与汇编相比，C语言在功能上、结构上、可读性和可维护性上有明显的优势，而且C语言有丰富的函数库，可以有效减少编程工作量，对单片机的硬件稍作了解即可进行系统开发，特别是C语言对寄存器的分配与寻址方式都是由编译系统自动完成，由此可见，将C语言引入单片机的教学是很有必要的。在教学过程中，汇编语言与C语言并重。让学生能看懂汇编语言，可以用汇编语言完成简单程序的设计，但不要求完成复杂系统的程序设计，这样大大降低了学生学习的难度。同时，要求学生能够用C语言完成简单和复杂程序的设计，从对比中加深对汇编语言和C语言的理解。
3.结束语
由于该门课程相对比较抽象，学生普遍反映开始学习的时候入门较难且难以理解单片机的内部结构，因此如何使学生循序渐进地掌握单片机技术？怎样使理论教学与实践教学有机结合？这些问题已成为单片机原理与应用课程体系建设的重要议题。 [科]
【参考文献】
[1]李建忠.单片机原理与应用[M].2版.西安：西安电子科技大学出版社，2008：12-25.
[2]杨立林.单片机原理与应用课程教学的实践与思考[J].江苏技术师范学院学报：自然科学版，2009，15（2）：62-66.
单片机工作原理 篇7
单片机原理及应用是机械设计制造及其自动化专业的一门专业基础课。其目的在于通过学习单片机的内部结构、指令系统和编程方法, 掌握单片机的工作原理、程序编写与调试软件的应用, 培养学生分析问题与解决问题的能力, 培养学生一定的动手能力, 为进一步学习机电控制专业课以及毕业后从事机电产品控制系统的设计与开发工作打下必要的基础。
通过本课程的学习使学生获得单片机应用系统设计的基本理论、基本知识与基本技能, 掌握单片机应用系统各主要环节的设计、调试方法, 并了解单片机在测量、控制等电子技术应用领域的应用。初步具备应用单片机进行设备技术改造、产品开发及维护的能力。
本文讨论了机电专业单片机原理及应用课程的教学方法和教学手段。
1、机电专业单片机原理及应用课程的教学特点
首先, 本课程的先修课程有:电子技术、电工技术、大学计算机基础、程序设计基础。
其次, 单片机原理及应用课程由于具有抽象、不易理解的特点。部分同学将它看成是专业基础课程中的一块“硬骨头”, 尽管花费相当多的时间, 但对单片机CPU执行指令的过程、中断及处理、接口电路设计的时序配合等问题, 仍不能完全理解, 只是似懂非懂。
再次, 授课对象有许多不同。单片机原理及应用课程在本院开设的专业多, 专业不同, 后续课程也不同, 各专业学生的知识基础和专业方向有差异。所以, 各专业在讲授本课时的学时和内容也不尽相同, 长的64学时, 短的仅有24学时。实验课的内容和课时也并不相同。
最后, 上课环境不尽相同, 有的教室是多媒体教室, 有的教室并没有配备多媒体设备。现在是传统课堂教学与多媒体、网络等现代教学手段相结合的时代。
2、机电专业单片机原理及应用课程的教学方法、手段探讨
2.1 本课程采用多媒体课件与板书结合的方式进行课堂教学。
经过多年的教学总结, 我们意识到采用电子教案的教学也有其两面性, 有积极的一面, 也有其消极的一面。应认真研究总结, 有针对性地、对有利于提高教学效果的章节统一设计和制作了部分电子教案, 不搞千篇一律地使用电子教案, 而是只对一些教学效果好的章节使用电子教案, 对教学效果不明显的章节禁止使用电子教案, 仍采用传统的教学方法和手段, 实行有的放矢。使得每个教师可以根据自己的教学风格进行修改, 形成各具特色的电子教案。
2.2 合理取舍教学内容、注重对学生学习能力的培养。
单片机原理及应用是机械工程与自动化学院开设的技术基础平台课, 课程讲授要分清哪些内容是目前暂时可以不学而留待以后学习, 哪些内容是主要的, 哪些内容是次要的。决不能“眉毛胡子一把抓”, 不加分析、不分主次, 使学生难以入门。另外, 在讲授本课程时, 还要把与单片机相关的后续内容同时介绍给学生。例如, 数字信号处理器、嵌入式微处理器等, 激起学生的兴趣, 使学生的眼界更加开阔, 真正把学到的单片机课程内容与上述内容联系起来, 举一反三。为学生的就业和攻读硕士学位打好基础。通过教学的实践证明, 学生得到很好的效果, 重点突出了对学生学习能力的培养。
2.3 启发式教学, 激发学生自主学习
教学过程中采用回忆式提问、理解式提问、应用式提问, 专题讨论等方法, 利用网络等媒介, 积极引导学生主动思考, 培养学生好的编程习惯。在习题课上, 让部分学生到黑板上编程、计算或解题, 大部分学生在下面思考解题, 然后引导学生开展讨论, 收到很好的效果。
在教学过程中还注意强调专业名词的英文注释和英文缩写, 使学生了解单片机原理中重要术语的英文名称, 加强对教学内容的理解和掌握, 激发学生的学习兴趣, 帮助学生学习专业英语。
课堂教学除了发挥教师的主导作用外, 本课程充分发挥了教师与学生的互动, 调动学生主动学习的积极性。在授课中, 特别注意课堂教学方法的改进。由于单片机课程是与一门紧密结合实际的课程, 因此, 一定要让学生清楚所讲授内容的意义和目的, 与实际相结合, 使学生感兴趣。讲授的内容要承上启下, 先行课程为计算机原理, 单片机是计算机的一个特例。教师要把要讲授的内容与先行内容间的联系和区别讲清楚。教学过程中要经常与学生交流, 充分利用课前的时间和课间时间, 发现问题应及时讲解。
课堂教学中, 要注重问题的引出, 如何深入, 采用何种的工具和方法, 都有哪些设计方案, 这些设计方案各有哪些特点?适用什么场合?在做出结论处, 进行适当启发, 尽量引导学生做出正确的结论。在介绍应用系统设计时, 尤其是要注意设计能力的培养, 要有系统的概念。把具体的单片机应用系统的实物拿到课堂上, 让学生对实际的应用系统有一个感性认识。课程结束时, 给学生布置一个应用系统设计的大作业, 这对培养学生的设计能力, 与实际联系的能力是大有益处的。使学生真正地应用所学的知识去设计一个应用系统。
2.4 注重理论联系实际, 加强实验课和课程设计等实践教学环节
对于计算机知识的学习有两种不同的学习方法:一种是侧重知识的学习, 从原理入手, 注重理论和概念;另一种是侧重应用的学习, 从实际入手, 注重掌握其应用方法和技能。不同的人应根据其具体情况选择不同的学习方法。而本课程正是属于应用设计类课程, 是与实际紧密结合的, 故应注重实验教学, 采用动态跟踪方法促进教学。指导学生课程实验的过程即为对学生学习状况的动态跟踪过程。实验的过程反映出学生对讲授知识的理解和接受程度, 通过实验可以了解学生学习的难点所在, 从而可以帮助我们在教学过程中不断改进教学教法, 以适应不同层次的学生要求;同时实验教学更直观, 可以当堂纠正学生的错误和不良习惯, 学生对一些知识还是懵懵懂懂, 实验课程是教师与学生进一步面对面交流的过程, 很好地把握这个过程的教学, 将会使教学的效果更直接。有一些问题, 老师在讲台上讲半天也不明白, 而自己上机练习就清楚了。这就是增加课程的实践教学环节的目的。
2.5 充分利用各种资源, 促进自主学习
针对目前单片机技术日新月异的发展和新产品的不断推出, 推荐单片机相关的优秀专业网站, 鼓励和引导学生上网了解单片机的发展和应用形势以及通过网络向他人学习如何学习单片机的方法。或采用请进来和走出去相结合的方式, 请项目或公司的专业人员做报告, 带领学生参加公司举办的免费讲座, 增强学生的感性认识和加深学生对单片机应用技术重要性的理解。
2.6 多样化的考试手段, 检验并提高教学效果
实行考、教分离, 课程的考试成绩将实验考核与试卷考试相结合, 并有开卷与闭卷两种考试形式。综合实训的成绩评定将平时的工作态度, 独立工作能力, 设计的正确性、合理性、完整性, 说明书的规范性, 有自己的发挥和创意等因素综合考虑。
注重实验, 注重作业, 注重教师的课堂提问, 避免一张考试卷就决定成绩。本课程在成绩考核上做了改革。课程的最终成绩由3部分组成。试卷占70%, 实验占20%, 平时作业占10%。
上述各种教学方法不是孤立使用的, 实际教学过程中, 经常是多种教学方法有机结合, 对该课程教学起到事半功倍的效果。
3、结束语
经过本课程教学实践改革, 单片机原理及应用课程教学取得了较好的效果。使学生学习兼顾理论和应用, 往往从实际入手, 注重掌握其应用方法与技能。学生们的兴趣高涨, 积极主动申报有关单片机方面的创新项目, 已取得一定的成效。
参考文献
[1]徐维祥等.单片微型机原理及应用[M].大连:大连理工大学出版社.1996年5月
[2]林全新.单片机原理与接口技术[M].北京:人民邮电.2002年2月
单片机工作原理 篇8
关键词：单片机；嵌入式系统；检测电路
一、紧紧围绕教学目标修订教学大纲
根据单片机课程的教学目标，本着以学生为本、淡化理论、突出实用、加强实践、力求知识的系统和完整为原则，重新修订了教学大纲。
第一，对教学内容进行了合理的取舍。
第二，重新确定了教学重点内容。既然确定“能够开发简单的开关量”产品并确保理论知识的系统性为本门课程的教学目标，那么理论教学重点就放在开发“开关量控制”所必需具备的基础知识上面，即：单片机的内部结构、指令功能、应用程序的编写、中断系统、定时、计数器等。这些内容融会贯通就必须“精讲多练”，所以我们把删除的知识所占用得课时按照一定比例分配给这些内容的理论课和实验课，突出其重要地位。
二、改革教学方法，提高教学效果
单片机系统有着强烈的现实性，对教学方式不应是单一的固定模式。可以采用：
（一）在课堂上可以将多种教学方式熔融一体，灵活应用
可以采用多媒体、实物教学，从智能控制系统的一个样板实物外型到该电路的原理图，采取部部展开，层层推进，让学生看見实物产生感性认识，联系到原理产生理性认识，由实践上升为理论，又由理论去指导实践，全面向学生传递智能系统中单片机的使用。在课堂的教学中采用讲授式、启发式、讨论式、测验等多种教学方法，根据学生的能力及教学内容的需要灵活使用。在教学中多与学生沟通，了解学生对教材、讲课、实验等的要求，根据教学大纲及时加以调整教学内容及模式，达到教学的目的。
（二）加大学生编程的训练
一是编制有规模的、科学的、实用的学生练习题集与试卷库，定期让学生做书面编程，使得他们对指令的记忆加深，二是加大学生实验室的训练，培养他们的调试程序能力，为学生自主学习创造条件。
（三）推进“学研产”结合
让一部分学生利用各种时间投入到实际的项目工程开发中去，培养学生的工程意识，强化学生的工程训练，使他们了解自动控制系统工程中单片机系统的整个开发过程，保证学生所学的知识与实际社会接轨，让这些学生以点带面促进、带动其他学生的学习兴趣。
三、加强单片机实践教学，培养学生分析问题和解决问题的能力
单片机的实践性较强，对实践教学的改革显得尤为重要。通过改革达到使学生具备科学的思维方式和较强的动手能力，并能运用MCS-51系列芯片进行工程开发和应用的能力。在教学过程中可以用单片机仿真试验系统良好的人机界面，通过单步执行功能让学生在显示窗口上可以看见相关寄存器的变化，并能看到转移位置；碰到中断时程序如何转入中断入口去执行以及中断程序结束后程序如何返回。通过程序分析和观察执行过程，一目了然。
为了使学生具有独立分析、解决工程中遇到的实际问题的能力和独立开发单片机应用系统得能力，我们在理论教学结束后另外可以增加两周集中实训教学环节，以体现出实践教学的重要性。比如：我们在分析单片机应用技能基础上，设计了一个典型系统——单片机温度（压力）检测与监控系统。它由检测系统、信号放大系统、A/D转换器、控制系统及单片机系统等六个部分组成。
具体要求如下：检测系统能把0—100℃的温度转换为0-1V的信号。放大及波形变换电路把信号放大到0—5V的直流信号，经A/D后送入单片机系统，单片机系统对测量信号进行滤波，非线性校准，标度变换，通过人机界面显示出来。报警值可通过人机界面（键盘）设定。单片机系统还能完成对控制量的自动设置。本方案是集电工、模拟电子、数字电子、自动检测、单片机的嵌入式应用于一体的系统，为了提高单片机的应用能力，我们把这个综合项目进行分解，把总的要求分解到各相应课程的实践中完成。如温度检测与监控系统分解为以下几个子项目：1.电源变压器的设计与制作；2.稳压电源的设计与制作；3.放大器与波形变换电路设计与制作；4.非电量（温度）检测设计与制作；5.单片机系统设计与制作。根据各部分之间的接口要求提出相应的指标，把这些项目分配到相应的实训中。例如把电源变压器设计与制作在电工实习中完成；稳压电源、放大器及波形变换电路的设计与制作在电子技术实训时完成；检测系统设计与制作在自动检测实训阶段完成；单片机系统的软、硬件设计在单片机课程设计阶段完成；整个系统的组装及调试在单片机实训阶段完成。通过变压器的制作，学生了解了选用漆包线的方法，学会小型变压器的设计，掌握变压器的绕制工艺。放大器的制作，使学生学会了放大器的设计、制作、调试工艺和电子测量仪器的选择与使用。检测电路的设计，使学生学会了传感器的选择和使用，进一步理解传感器的主要技术对检测结果的影响，学会测量误差的分析方法。单片机系统的设计与制作，使学生能根据工程要求，配置单片机应用系统的硬件电路，完成显示、A/D、键盘、程控等子程序的编写调试，熟练软件编程环境和仿真器、编程器的使用方法。
四、结束语
单片机系统教学应突出教学的自主性、开放性和创新性，有利于新世纪创新人才的培养，符合高校的教育教学规律。在教学过程中，以加强基础、培养能力、开拓思维、注重创新、提高素质为指导思想、以培养与提高学生的科学实验素质、动手能力和创新能力为目标，建立以学生为主体、教师为主导，以层次化、模块化、全面开放的新的教学模式运作。力争通过单片机系统教学的改革，使学生能理解、掌握实际的单片机应用系统的开发过程，学会掌握及使用新技术的方法，使学生掌握一个实际单片机应用系统的开发模拟过程。
参考文献：
[1]沈德金,陈奥初.MCS51系列单片机接口电路与应用程序实例[M].北京:北京航空航天大学出版社,1990.
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