单片机原理及接口技术范文1
关键词：单片机;教学做一体化;实践教学
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）41-0145-03
《单片机原理及接口技术》是高校电气类专业的一门专业必修课，具有很强的实践性。该课程的教学目的不仅要求学生掌握单片机的结构原理和汇编语言源程序的编写，更重要的是培养学生单片机的实际应用能力和系统综合开发能力。传统的教学模式是以教师为中心，以教科书为依据。教学内容上基本都是单片机的基本概念、硬件结构、指令系统、汇编语言、中断系统、定时/计数器、串行口、存储器的扩展、人机接口以及应用系统设计。学生在学习专业理论知识时，由于对单片机内部结构不了解，缺乏必要的感性认识，对抽象的理论知识只能死记硬背。学生在理论知识学习结束后仍然不了解单片机开发的完整过程，甚至不清楚编程器和仿真器的概念，很难做到对系统的深入理解和充分掌握。理论教学与实践教学相分离，造成学生的专业兴趣得不到激发，学习积极性难以调动，结果是越学越乏味，从而产生厌学情绪。为了提高学生的学习积极性，提升学生的综合应用及系统开发能力，我院在机电类专业的《单片机原理及接口技术》课程教学上尝试了“教、学、做”一体化教学模式的研究与实践，取得了较好的效果。
一、教、学、做一体化教学模式特点
“教、学、做”一体化教学是指在同一空间和时间内同步进行的教学，理论和实践交替进行，直观和抽象交错出现，没有固定的先实后理或先理后实顺序，而是教师的教和学生的学有机结合，边教边做，边学边做，这就是“教、学、做”一体化概念。一体化教学符合学生的认知规律，能够把复杂的知识直观化，项目化。这种教学模式可使理论知识的学习与实际操作的训练紧密结合，使教学内容更具有针对性，使学生真正做到知行合一。“教、学、做”一体化教学模式可以较好地激发学生的学习兴趣，增强学生的动手能力，同时也使教学内容更具有针对性，使学生真正做到知行合一，对于学生零距离就业有极大的好处。“教、学、做”一体化教学方法具有以下特点：①实践性。在真实或仿真的环境下利用实物、模型或仿真视频，在“做”的过程中“教”，在“做”的过程中“学”，整个过程在实践中进行。②实用性。教学做一体化教学内容可根据职业岗位能力需求设定，即学即用。③自主性。学生能自主、自由地学习，激发了学生的学习兴趣，促进了学生自主创新能力的发展。④注重综合素质的培养。在教学实施过程中，可以最大限度地培养学生的思维能力、观察能力和动手能力，同时形成良好的职业素养。
二、“教、学、做”一体化教学模式实施方案
1.以项目为载体，以实训为手段，融“教、学、做”为一体。将项目驱动法引入单片机教学，就是要结合具体项目，把所要讲授的各项理论知识和实践技能按由浅入深、现学现用的原则分解到一个个具有明确应用目标的任务中。让学生在理论知识的学习中，时刻联系自己的项目所需要的知识点，学习的目的性更加明确，学习更加积极主动。教师选择项目要以理论知识为依据，注重实用性、创新性和前瞻性，既能进一步巩固理论知识，又能训练学生的实践操作，增强学生解决实际问题的能力。引导学生掌握提出问题、分析问题和解决问题的方法，最终让学生通过自己的努力和教师的指导，完成任务。在传统的单片机实验室即可进行单片机项目教学，还可以构建基于Proteus和Keil软件的虚拟单片机实验室，不需额外增加大量的硬件设备。项目教学可分以下几个环节：①分配任务，收集资料阶段。在学期初始，将项目的难易等级分为A、B、C三级，保证每个学生都能真正参与到项目中，并有所收获，如银行自动取款机、交通灯、电子万年等。学生可根据自己的能力差异和兴趣爱好，加入不同等级的项目团队，并到任课老师处填写项目任务书，领取项目。学生根据领取的项目查阅相关资料，选取合适的单片机型号和相关部件。如智能交通灯，硬件包括单片机、发光二极管、数码管或液晶显示器等，选择硬件材料考虑的诸多因素由学生自行解决。②硬件电路搭建。整个项目进程要求学生本着“先硬后软”的思想，先搭建硬件电路图。根据普通教材的教学内容安排，第二章将讲授单片机的内部结构、外部引脚以及构成小型控制系统的设计方法。这一时期引导学生进行硬件电路搭建。③软件编程。当教材内容进入汇编语言指令和编程阶段，具体的软件指令被学生熟知并应用。项目组应进行相应的主功能程序设计。之后是中断、定时计数等内容，再进行相应的辅助功能程序设计。随后进入软件编程。④完成设计进行虚拟仿真。虚拟仿真阶段要利用Proteus和Keil两个仿真软件。在硬件与软件设计过程结束后，先用Proteus软件画出项目原理图，再用Keil C51编写项目驱动源程序并进行编译，产生一个扩展名为.hex的可执行文件。最后把该可执行文件嵌入Proteus软件中的虚拟单片机中去，学生就可以进行仿真调试，从而形成一个基于Proteus和Keil的虚拟单片机实验室。⑤实验室软硬件调试验证。最后重要环节是在实验室进行软硬件调试验证。根据Proteus软件仿真通过的项目电路，在单片机实验箱或实验平台上进行实物连接，并利用下载器或仿真器验证器件功能。若出现故障，小组讨论、查找并排除。实际操作使学生熟悉各种器件的规格、型号及性能，并提高了学生的动手能力。
2.利用课程设计，进一步提高学生的系统开发能力和综合应用能力。课程设计是一种课程形式，也是一种教学方法，其基本教学目的是加深学生对课程基础理论和基本知识的理解与掌握，培养学生综合运用基础理论和技能分析与解决实际问题的实践能力以及勇于探索的创新精神。课程设计内容的设立应与时俱进，注重先进性和开放性，并与学科的前沿技术相结合。突出学生的自主性、主动性，激发学生的创新意识，注重学生设计能力的培养和工程能力的训练。在课程设计的综合性、设计性环节给予学生更多的选择。选题没有固定的要求，只是给出一些提示，学生可以根据自己的设想进行硬件选择、软件设计，达到自己的设计目标。极大地发挥了学生的主观能动性和创新性。
3.以电子设计竞赛为契机开设第二课堂。为了培养学生独立工作能力和实践能力，在人力、物力上积极支持学生开展课外科技活动。实验室开放是开设第二课堂的前提条件。将学校现有的实验室在管理制度上开放，为学生自主实验提供场所及设备。第二课堂的开设以学生的兴趣为出发点，以电子设计竞赛为目标，将第二课堂分为日常活动及竞赛准备两种。日常活动鼓励学生自主设计一些小发明小制作，自行制作印刷电路板。引导学生申请大学生创新项目（UIT）立项，自己找方向、写材料、定方案、开展项目研究。鼓励学生积极参与各种电子设计竞赛，提高创新能力。电子设计竞赛准备阶段要专门抽调教师进行专业指导，以减少学生的盲目性，提高学生的体系化、目标化及竞赛能力，在赛前还组织了参赛队员的集训。
4.与企业建立紧密合作关系，共建实习基地。建设校内生产性实训基地，由学校提供场地和管理，企业提供设备、技术和师资支持，以企业为主组织实训，构建校企联盟，实现学校培养目标与企业需求对接，全面提高学生综合技术应用能力。对某些小型产品，可以带到学校进行组装，既加强学生应用技能的培养，又可为学生勤工俭学创造条件。此外，学院在师资选择方面，突破传统的全职教师模式，广纳社会精英，积极引进企业有经验的“双师型”教师，现任课教师中“双师型”教师已超过20%。单片机原理及应用课程就聘请了某研究所的高级工程师来承担，不仅传授给学生许多实用知识与实践技能，还帮、带、教出了一批中青年教师，极大地提升了这些专职教师的专业技术能力。
5.通过“预就业”，使学生提前进入生产现场。“预就业”培养模式是一种与就业相结合，校企联合培养的开放式教育模式。近年来，学院与山西本省及一些外省企业建立了广泛的合作关系。学生前两年半在学校学习基础课、专业基础课及部分专业课，从第六学期以“预就业”的形式分批进入用人单位，边学习边实习，同时接受学校教师的网上授课与考查。学校的专业课教师借助网络平台，给“预就业”学生提供专业学习指导与考核。经过几年的摸索与实践，现已形成一种较为成熟的培养模式，并且与众多企业建立了紧密合作关系。目前，我院毕业生除了在山西省的企业广泛就业，还有很多学生进人到上海、北京、江苏、内蒙古等多家大型企业。
三、建立综合评价机制
在“教、学、做”一体化教学模式下，需改变传统考核方式，建立综合评价机制，构建能力评价体系。对学生的考核，从注重分数转变成注重能力。期末总成绩由理论考试成绩、实验实训成绩、项目设计完成情况成绩等几个方面共同组成。理论考核仍采用试卷考试形式，但考试内容应体现以能力为本的理念，题型以灵活的选择、判断题为主。不同的实训内容制订不同的考核评价方案。实验实训考核在实训内容的基础之上模仿企业的真实情况进行模拟情景练习，注重过程，按步骤打分。项目设计及完成情况重在除考核个人能力和团队协作能力。
四、结论
“教、学、做”一体化教学模式符合学生的认知规律，能够把复杂的知识直观化、项目化。实践证明，近几年在学校开展项目教学法、第二课堂，改革课程设计的内容和形式，融“教、学、做”三个环节为一体，不仅极大地激发了学生的学习兴趣，缩短了理论教学与实际应用之间的差距，同时也提高学生的综合应用能力和单片机系统开发能力，为学生实现零距离就业创造了良好的条件。
参考文献：
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单片机原理及接口技术范文2
（湖北民族学院 信息工程学院，湖北 恩施 445000）
摘 要：以电子专业微机原理和单片机原理课程为例，提出引入比较教学法和Proteus仿真软件，通过一个综合性实验，从电路结构、程序设计和仿真结果3方面进行对比和分析。最后以问卷调查形式说明比较教学能够增进学生对课程内容的理解，利用Proteus仿真软件能使课程变得更加生动和灵活，有利于培养科技创新人才。
关键词 ：新兴产业；人才培养；比较教学；Proteus仿真软件；微机原理；单片机原理
基金项目：国家自然科学基金地区基金项目（61263030，61463014）；湖北民族学院教学研究重点项目（2014JY005, 2013JYZ08）；湖北民族学院教学研究一般项目（2013JY008, 2014JY033）。
第一作者简介：高林，男，讲师，研究方向为嵌入式技术与智能控制，glhust@163.com。
0 引 言
比较教学法是指在教学活动中将两个或两个以上的认知对象放在一定的条件下，按照同一标准进行对照比较，从而确定认知对象属性的同异、地位的主次、作用的大小、性能的优劣、问题的难易或认识的正误深浅，以达到辨识、了解和把握认知对象之目的的一种方法[1]。
在高校电子技术专业中，微机原理与接口技术课程是重要的专业基础课，单片机原理及应用课程则是应用型专业课。前者偏向于原理性的介绍，涉及的实验比较简单；而后者则偏向于应用性，涉及的实验较多。这两门课程的实验过程中使用的芯片及编程方式非常类似[2-3]，可见这两门课程适合进行比较教学，因为两个对象既有相同或相近的特性，同时又有相异的特性，这样的对象才是合适的比较对象[4]。为适应新兴产业人才培养方案中这两门课程的变化，首先对两门课程内容进行比较分析，然后引入Proteus仿真软件作为现代化教学手段，再通过一个综合性实验对比仿真来具体探讨两门课程的特点，最后通过问卷调查的形式检验教学效果，以求摸索出一条适应新兴产业发展需要的人才培养途径。
1 教学内容比较
在新兴产业人才培养方案制订过程中，微机原理与接口技术课程原本先于单片机原理及应用课程一学期开设，现在变成在同一学期开设，而且两门课程在理论学时减少的同时，实验学时均有所增加，这样就给教师授课和学生学习增加了难度，又因为两门课程存在紧密的联系，所以利用比较教学法对课程内容进行比较分析，可得出两门课程之间存在以下3个主要的关联点。
1）两门课程的核心芯片不同。微机原理与接口技术课程的核心芯片是8086微处理器，单片机原理及应用课程的核心芯片则是51单片机。虽然核心芯片不同，但是它们与外部进行信息传递均采用数据总线、地址总线和控制总线的“三总线方式”，均存在引脚复用且需要外接地址锁存器，这些内容可在讲解时进行对比，便于学生理解。
2）两门课程的编程语言完全不同，前者是汇编语言，后者则采用C51语言。虽然前者是低级语言，后者是高级语言，看似不相关联，但通过对比学习能增进理解。例如汇编语言中关于堆栈以及进栈、出栈指令的知识，能帮助学生在学习C51语言时更好地理解函数的调用和返回以及函数的嵌套调用等内容。
3）两门课程的接口技术内容相似，均包含并口、串口、中断控制、定时器/计数器、D/A和A/D等。为避免教学内容重复，一般在前者授课中既讲工作原理又讲接口电路，而后者中对应部分只讲接口电路，不讲或少讲工作原理。例如，两门课程在讲到并口部分时，前者既要讲解可编程并口芯片8255A的工作原理，还要讲解8086与8255A的连接电路和编程；后者则重点讲解51单片机扩展并口电路和编程，并口工作原理则略去不讲。
2 比较教学手段
虽然已经对两门课程的教学内容进行了比较分析，但如果仍然采用传统的教学方式，并不能有效提升教学效果。在进行理论教学时，通常采用“板书+课件”的教学方式，这样会把接口电路、程序及运行结果这三者割裂开来，无法检验接口电路是否可行、所编程序是否有效以及程序在电路中的运行结果是否正确。在进行实验教学时，通常采用“电脑+实验箱”的教学方式，也存在实验设备昂贵、容易损坏、实验电路固定、设计内容少等问题，导致学生无法了解接口电路工作原理，从而缺乏电路分析和设计能力。
能否找到同时提升这两门课程教学效果的手段？解决的方法就是在教学中引入Proteus仿真软件。Proteus仿真软件是一款包含大量系统资源、丰富硬件接口电路，具有强大调试功能和软硬件相结合的仿真系统[5]。Proteus强大的设计与仿真功能被广泛应用在数字电路、模拟电路、单片机、嵌入式系统等多门课程的教学和实验中[6]。
引入Proteus仿真软件之后，在两门课程的理论课上，可以预先画出接口电路的原理图，然后用相应的编程软件编写程序并加载到对应的核心芯片上，最后将运行结果演示给学生看，这样使课堂变得直观、生动，还能将接口电路、程序及运行结果有机结合起来。另外，在两门课程的实验课上，由于该软件拥有实验箱中几乎所有的元器件和虚拟仪器、仪表，能够让学生在实验箱中完成硬件实验的同时，也能在该软件中对实验电路进行仿真，从而实现与硬件实验完全相同的效果。在此基础上，该软件还拥有很多实验箱中没有的元器件，能让学生进一步修改电路，甚至设计出多种功能的实际应用电路进行仿真，从而锻炼学生电路系统设计的能力。
3 比较教学实例
以一个综合性实验为例，从电路、程序和仿真3个方面来对比探讨两门课程的特点。该实验名称是“PC机通过串口控制数字时钟”，要求在以8086为核心的微机控制系统和以AT89C52（一种51单片机）为核心的单片机控制系统中均实现这样的功能——当PC机发送数字1时，数字时钟运行；当发送数字0时，数字时钟暂停。
3.1 电路结构
该实验电路结构框图如图1所示，图中上面虚线框中是以8086为核心的微机控制系统，下面虚线框中是以AT89C52为核心的单片机控制系统。从电路结构来看，前者更为复杂，后者相对简单。这是因为8086是微处理器，并口、串口、中断、定时器/计数器等功能均需要外部扩展；而AT89C52是单片机，这些功能大多数内部就有。例如8086内部没有串口，需要通过串口扩展芯片8251A实现串行通信，再经由RS-232连接到PC机；而AT89C52则可以通过自身串口经由RS-232连接到PC机。类似的情况还有8086需要通过中断控制器8259A来管理中断，通过计数器/定时器8253控制串口波特率，而AT89C52内部具有中断控制系统负责管理中断，其内部定时器/计数器可作为串口波特率发生器。
3.2 程序设计
8086主程序和AT89C52主函数流程如图2所示，图中左边是8086主程序流程，右边是AT89C52主函数流程。从程序设计来看，8086的控制重点是串行通信接口芯片8251A和中断控制器8259A，其中包含大量访问外部接口的程序；而AT89C52的控制对象主要是其内部的两个定时器/计数器和相应的中断，访问外部接口的程序相对较少。例如8086需要不断查询8251A状态字的RxRDY（串行接收准备好）标志位来判断是否接收到数据，当完成接收后，再以“CPU get X”（X为所收到的数据）的形式回送给PC机，这些程序均要访问外部接口。而AT89C52则只需不断查询内部RI（串行接收中断）标志位来判断是否接收到数据，当完成接收后，再以“MCU get X”（X为所收到的数据）的形式回送给PC机，这些程序全部在单片机内部完成。
3.3 仿真结果
先在Proteus仿真软件中分别完成8086电路和AT89C52电路的原理图设计，然后将两个电路原理图中的RS-232串口COMPIM的通信波特率均设为2400bit/s，并设置其占用计算机串口COM2，串口调试助手软件占用COM1，再通过虚拟串口软件VSPD设置虚拟串口，使COM1口和COM2口虚拟对接[7]。
该实验在8086电路中仿真结果如图3所示。图中数码管显示当前时间是23时59分46秒，RxD端显示10120，表示已从PC机发送了5个数字，依次是1、0、1、2、0。TxD端显示的就是8086电路回送给PC机的5条字符串，其中数字从上往下与RxD端显示顺序一致。
该实验在AT89C52电路中仿真结果如图4所示。图中数码管显示当前时间是00时01分50秒，RXD端显示10130，表示已从PC机发送了5个数字，依次是1、0、1、3、0。TXD端显示的就是AT89C52电路回送给PC机的5条字符串，其中数字从上往下与RXD端显示顺序一致。
从仿真结果来看，两个电路均顺利完成实验要求，而且结果清楚、直观，此结果还能与实验箱上的实物效果进行比较，便于学生理解实验箱内部电路的工作原理。
4 结 语
在战略性新兴产业发展的背景下，学院对现有电子专业进行改造，提出“3+1”培养模式，即“前3年在学校学习，后1年在企业培训”，为此还与相关企业签订了人才培养协议[8]。学院在新兴产业人才培养方案制订过程中，主要依据时间集中、强化基础、减少理论、重视实践”的原则来设置课程，因此，部分课程的开设与以前有较大的区别，其中微机原理与接口技术、单片机原理及应用”这两门课程的变化具有代表性。
当两门课程的教学过程全部结束以后，通过对2011级电子专业93名本科生进行问卷调查得知，关于比较教学有42%的学生认为效果好，35%的学生认为有一定效果，23%的学生认为效果不好。认为效果不好的原因主要在于微机原理课程中汇编语言难学、部分实验箱损坏等。关于引入Proteus软件辅助教学有54%的学生认为效果好，33%的学生认为有一定效果，只有13%的学生认为没有效果。认为没有效果的原因主要是Proteus中还缺乏一些实际的元器件模型导致电路不能仿真等。此问卷调查结果表明，大部分学生认为在两门课程教学过程中采用对比方式能够增进理解，引入Proteus仿真软件不仅能够使理论课变得更为形象和生动，使实验课变得更加灵活和开放，还有助于培养实际动手能力。
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单片机原理及接口技术范文3
电气工程及自动化
基于单片机的交通灯设计
一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义
当今社会，随着日益增长的社会发展，人们对于社活的水平也日益提高，不仅在物质享受方面有所提高，在精神享受方面也逐渐增长。最明显的就是汽车的增长。现在几乎每户人家都有一辆汽车，以至于道路经常堵塞，频繁出现交通事故。由于这种状况的出现，这就要求能有效的管理交通，其中十字路口的交通灯起着巨大的作用。因此，交通灯的有效控制能较好的缓解当前的交通堵塞压力。一般的交通灯只有四盏红绿灯，红灯禁止，绿灯通行。较好的交通灯不仅有红黄绿灯，还有可以让行人通行的行人路灯以及显示通行方向和时间的显示器。其中主干道为双向的交通线路，垂直的辅路可供行人行走。主干道上的红绿灯指挥车辆的行驶，辅路上的红绿灯指挥行人的通行与禁止。但是这种交通灯还是不能满足当前的交通状况，要使车辆和行人能有条不紊的通行，就需要交通灯能根据车流量自动的调节时间，这样就可以提高通行的效率。目前国内有一种新型的无线十字路口交通灯智能感应控制系统，该系统的主机通过无线模块通信得到各方向从机采集的公路车辆实时流量信息并计算出十字路口交通动态配时。该系统突破了传统固定配时模式，大大提高了十字路口车辆通行效率，缓解了交通阻塞，具有实际应用前景。
本设计采用51系列单片机设计智能交通灯，该系统由8051单片机、交通灯显示、LED倒计时、车辆检测及调整、违规检测、紧急处理、时间模式手动设置等模块组成。系统除基本交通灯功能外，还具有通行时间手动设置、可倒计时显示、急车强行通过、车流量检测及调整、交通异常状况判别及处理等相关功能。理论证明该系统能够简单、经济、有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。
单片机是一种广泛应用的微处理器技术。单片机具有种类繁多、价格低、功能强大和扩展能力强等优点。随着第一代4位单片机的诞生，在短短三十几年时间中，单片机产品不断更新，其发展大致经历了4个阶段。
（1）4位单片机时代
第一阶段是4位单片机时代（1970年—1974年），这时的单片机已经包含多种I/O接口，如并行接口、A/D和D/A转换接口等。这些丰富的I/O接口使得4位单片机具有很强的控制能力。主要用于收音机、电视机和电子玩具等产品中。
（2）低中档8位单片机时代
第二阶段是中档8为单片机时代（1974年—1978年），Intel公司的MCS-48系列单片机是主要的代表产品。这时的单片机内部集成了8位CPU、多个并行I/O口、8位定时器/计数器、小容量的RAM和ROM等。这种单片机中没有集成串行接口，操作仍比较简单。
（3）高档8位单片机时代
第三阶段是高档8位单片机时代（1978年—1983年），以Intel公司的MCS-51系列为典型代表。此时的单片机性能比前一代产品有明显提高，其内部增加了串行通信接口，具备多级中断处理系统，将定时器/计数器扩展为16位，并且扩大了RAM和ROM的容量等。这类单片机功能强，应用范围极广，至今仍有一定的应用市场。
（4）增强型单片机时代
第四阶段是增强型单片机时代及16位单片机时代（1983年—至今）。这一阶段出现了许多新型的8位增强型单片机，其工作频率、内部存储器等都有很大的提升，例如PIC系列单片机、ARM系列单片机、AVR系列单片机、C8051F系列单片机等。另外有些集成电路厂商还推出了16位单片机，甚至32位单片机，其功能越来越来强大，集成越来越来高。
总的来说，现在的单片机产品非常丰富，但4位、8位、16位单片机均有其各自的应用领域。例如4位单片机在一些简单的家电和玩具使用中使用，8位单片机在中、小规模电子设计领域中占主流，而高性能的16位单片机在比较复杂的控制系统中得到应用。
目前51系列单片机以其高性能、高速度。体积小、价格低廉、可重复编程和方便功能等优点，在市场上得到广泛的应用。其主要应用于如下几个领域：
①家电产品及玩具。由于51系列单片机价格低、体积小、控制能力强、功能扩展方便等优点，使其广泛应用于电视、冰箱、洗衣机、玩具、家用防盗报警器等方面。
②机电一体化设备。机电一体化设备是指将机械技术、微电子技术和计算机技术结合在一起，从而产生具有智能化特性的产品，它是现代机械及电子工业的主要发展方向。单片机可以作为机电一体化产品的控制，从而简化原机械产品的结构，并扩展其功能。
③智能测量设备。以前的测量仪表体积大、功能单一，限制了测量仪表的发展。采用单片机改造各种测量控制仪表，可以使其体积减少、功能扩展，从而产生新一代的智能化仪表，如各种数字万用表、示波器等。
④自动测控系统。采用单片机可以设计各种数据采集系统、自适应控制系统等。例如温度的自动控制、电压电流的数据采集。
⑥计算机控制及其通信技术。51系列单片机都集成有串行通信接口，可以通过该借口和计算机的串行接口进行通信，实现计算机的程序控制和通信等。
在51系列单片机中的AT89S51是一个低功耗、高性能CMOS8位单片机，片内含4KB
ISP（In-system
programmable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储其，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构。功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89S51具有如下特点：40个引脚，4KB
Flash片内程序存储器，128B的随机存取数据存储器RAM，32个外部双向输入/输出I/O口，5个中断优先级，2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗WDT电路，片内时钟振荡器。
基于51系列单片机具有如此强大的功能、广泛的用途和AT89S51的特点，本设计采用AT89S51单片机来设计交通灯，实现真正的智能化控制，解决当前的交通问题，保证交通线路的畅通无阻，改善交通网络提高城市的工业文明水平，减少交通事故的发生，保障人身安全，延伸生命通道。
二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：
设计一个基于单片机的智能交通灯。主要有以下几个问题要解决：
①AT89S51单片机的内部结构、存储结构、并行I/O接口、时钟电路、中断系统等其他功能。
②测量车流量传感器的工作原理及其选用型号，数码显示管的接口。
③编写程序。
④模拟仿真。
⑤做出实物，验证结果。
三、研究步骤、方法及措施：
1.设计一个总体框架，列出所需器件。
2.深入研究AT89S51单片机的工作原理。
3.研究传感器工作原理以及相关显示器的工作原理及其接口。
4.编写程序，进行模拟仿真，并做出实物。
如遇到问题参考相关书籍、向指导老师请教或者上网查询。
四、参考文献
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单片机原理及接口技术范文4
关键词：创新型应用人才；单片机；教改方法
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）08-0093-03
一、引言
在科技飞速发展的当代社会，创新能力已成为全世界各个国家综合国力的重要体现与表征。近日，同志在全国科技创新大会、两院院士大会及中国科协第九次全国代表大会上指出：“实现中华民族伟大复兴的中国梦，必须坚持走中国特色自主创新道路”，“科技创新是核心，抓住了科技创新就抓住了牵动我发展全局的牛鼻子”，这些精辟的论断充分表明了在当前甚至很长一段时期里我国科技强国的战略方向。而作为为社会输送人才的重要基地，地方高等院校更应顺应历史的发展潮流，响应国家的号召，大力培养具有创新意识与创新能力的应用型人才，为社会经济发展服务，为中华民族“中国梦”的实现贡献力量。
自1976年Intel公司推出第一代MCS-48系列8位单片机至今，单片机已走过了四十个年头。在此期间，单片机技术的发展日新月异，应用领域不断拓宽，如今已广泛应用于工业控制、航空航天、国防及人类生活等领域，对很多行业的技术革新和产品升级起着重要的推动作用。国内大多高校也在很早就开设了单片机原理与应用等相关课程，已成为控制、自动化、电气、电子通信、机电、仪器等工科及相关专业的重要主干课程。该课程重在培养学生的实践应用能力，对学生知识面的要求较宽，学生必须具有数模电、传感器、机械测试、信号分析处理、软件及程序设计等前期的知识储备。该课程有以下特点：一方面，概念抽象，难于理解；另一方面，该课程非常注重学生的实践动手能力，涉及硬件与软件操作，且需要一定的实验条件设施。因此，对于教师与学生教学双方而言，一直存在着难教、难学的双重困惑。针对陕西理工大学应用型大学的建设目标实现与培养创新性应用人才的迫切需要，本文就学校测控技术与仪器专业的单片机课程教学中存在的问题，提出了诸多改革方法与措施，并付诸实践，取得了良好效果，也希望借此能对同等高校单片机相关课程的教学研究起到抛砖引玉的作用。
二、单片机课程教学中存在的问题
陕西理工大学是2016年5月31教育部发文，由原陕西理工学院升级而来的应用型多学科大学，而“测控技术与仪器”专业则创办于2000年，为校级名牌专业。其实早在陕西理工学院前身，即陕西工学院时期，单片机已成为校内自动化、电子电气等相关工科专业的必修课程。几十年来，经过几代人的努力，针对该课程的教学积累了许多宝贵的经验，但随着时代的变迁与教育模式的改革，逐渐发现在教学中还存在不少问题，归纳起来有如下几点：
1.课程设置与教材选用。与单片机相关的课程有三门，分别是微机原理、单片机原理与接口以及单片机C语言应用程序设计。这三门课程存在着一定程度的相似性，微机原理、单片机原理与接口课程设置在大三下学期，总（实验）学时分别为50（10）和42（6），单片机C语言应用程序设计则开设在大四上学期，总（实验）学时为30（8）。微机原理课程以Intel 80×86为主线介绍微机基本知识，单片机课程则以8位89C51进行讲解，目的都在于使学生掌握微型计算机/单片机的基本原理、程序设计方法及微机/单片机接口应用的基本方法，培养学生利用计算机软、硬件技术解决问题的初步能力，为以后学生进行相关研究或从事相关技术打下坚实的基础。由于微机原理和单片机原理与接口两门课程同步开设，内容有很多相似之处但又有明显区别，学生耗费了大量时间，但仍然经常出现搞混、理解不清的现象；而单片机原理与接口、单片机C语言应用程序设计两门课程的硬件基础相同，只是编程语言有所区别，分别采用汇编与C语言，而且在两个学期开设课程期间，时间跨度较大，因此学生学习时的连贯性不够，学习后一门课时又要花费大量的时间复习单片机硬件基础知识，效果很不理想。在教材选用方面，相关教材内容多偏于对单片机内部结构及原理的介绍，这不仅落后于实际单片机技术的发展，而且与实际应用结合较少，不利于学生视野的开阔及实践与动手能力的培养。
2.教学方法。单片机教学中，以课堂理论讲授（PPT）为主，包括单片机硬件结构原理、汇编语言与C语言编程等知识，但学生对这些纯粹的电路与代码提不起丝毫兴趣，老师讲授起来也感到困难重重。在实验操作方面，实验的学时安排相对较少，通常为理论课的1/3甚至1/4；在实验室内，学生经常是机械地根据实验指导书内容连接硬件，将代码直接敲入编程软件编译链接，然后下载到单片机的开发箱中运行，但其并不理解这些代码的真实含义，更不用说根据自己的意愿修改程序了。由于学生几乎没什么实际的操作经验，经常出现硬件接错与代码写错的情况，这些错误又不易发现，因此大量的时间消耗在查找错误当中，导致实验效果往往很不理想。
单片机原理及接口技术范文5
关键词:课堂教学演示;初始化;读写操作
The Simulation Demo of 8255A Work in Classroom Teaching
WANG Zhong-you
(The School of Computer Science and Technology of Xianning University, Xianning 437100, China)
Abstract: This article introduced the Simulation-process of classroom demonstration of interface-chip 8255A in the Proteus software. The demonstrations of this software show clearly the 8255A's work processes and set-up. The classroom-teaching shows: It is very helpful to clearly explain the work-process of 8255A in classroom for this demonstration.
Key words: classroom demonstration; initialization; read & write operations
不论是单片机接口技术课程还是CPU为8086类的接口技术课程,均要涉及接口类芯片(如并行接口芯片8255)的讲解。这一部分的讲解通常都是根据其技术文档进行理论讲解,如对8255A并行芯片,先对芯片的控制口、PA口、PB口中、PC口和数据口与A0、A1和读(RD)写(WR)操作等的关系进行表格化介绍。然后便是讲解6种方式下,8255与单片机或8086等微处理器连接下所进行的汇编语言操作。这一讲解,由于缺乏更加形象化的描述,学生在这种纯理论化教学中被动地接收知识,造成对8255的工作过程不能真正的理解和接收。
为将与接口相关芯片的工作过程讲解清楚,不少教师采用了许多方法,如傅篱[1]采用“工程实例”法将8255与8086CPU及其他芯片一起做成一个可演示的硬件产品便于教学;采用实践教学方式加强对芯片的理解[2-3];结合多媒体在教学时使芯片的进出信号动起来[4-6]等等。所有这些方式和方法在对8255A这类典型接口芯片进行课堂教学时,一方面是操作演示上的不方便,另一方面仍然不能很好地将8255A这类芯片的工作过程给学生清晰的演示出来。Proteus软件的引入,给这一教学过程带来了机遇,由于该软件可形象地将部分CPU芯片(如单片机8051系列、微处理器8086等)与接口芯片进行硬件组合才能完成的功能进行了软件化仿真,既给电路仪器设计带来了高效率、低成本,同时又给这类的教学带来了更加形象化的形式。
本文介绍应用proteus软件在课堂上仿真8255A的工作过程。
1 演示仿真原理
利用proteus软件讲解8255A的工作过程时,按照表1所列对8255A进行仿真模拟操作,可以较清晰地分析其工作过程。对8255A的操作基本上按两个步骤进行:先利用控制口对8255A进行初始化处理,设定PA、PB、PC口的工作和输入输出方式;然后再对PA口、PB口、PC口进行读写操作。上述操作均是8255A的引脚A1A0和WR、RD对应逻辑值下进行,具体的设置和操作方式见表1。
2 演示仿真过程及分析
2.1 8255A初始化
仿真时,根据表1,先设置A1A0=11(即设置对应的S17、S18),假设将PB口设为输入,PA口设为输出。则可设方式控制字为“10000010”,对应将S9-S16进行相应设置。在引脚WR输入有效(即为0,K1按下)的情况下,电路仿真结果如图1所示。
2.2 8255A读写操作
2.2.1 读操作
仿真8255A读操作,先将数据口对应的S9-S16开关拨到浮空位(见图2),即相当于电路的高阻状态,当A1A0=01时,RD有效(即为0,K2按下)时可将PB口数据读入数据总线D0-D7,此时图中的PB口数据为11010001,对应读入D0-D7的数据也为11010001,其上对应的指示如图2中D0-D7的逻辑指示所示。
2.2.2 写操作
仿真8255A写操作时,是将读操作时读入的数据(即D7～D0=11010001)写入PA口,使对应的指示灯点亮。此时需要A1A0=00,且引脚WR有效(即为0,也即K1再次按下)。数据总线上的数据D7～D0便输出到PA口上。作相应操作后仿真的结果见图3所示。
3 结论
通过以上的仿真表明:利用Proteus软件中的一些器件模型可以很好地仿真微机接口技术中的典型器件,给课堂教学带来清晰演示效果。根据上述模拟方法还可仿真如8253、8279等教学用的典型接口器件。
参考文献:
[1] 傅篱.微机原理与接口技术”教学改革探讨与实践[J].中国电力教育,2009(4):92-93.
[2] 王会林.《微机接口技术》课程改革对学生创新能力培养的探索[J].电脑知识与技术:学术交流,2009,5(4):2784-2785.
[3] 朱红萍,吴新开.电气专业“微机原理及接口技术”课程实践改革[J].湘潭师范学院学报:自然科学版,2009,31(2):202-203.
[4] 胥素芳.微机原理与接口技术教学方法探讨[J].科教文汇,2009(10):102-102.
单片机原理及接口技术范文6
Zigbee通讯功能的数字涡街流量计，为涡街流量计的远程抄表提供一种较为经济有效的方式。以节省前期另行建立有线通讯网络和后期有线维护的费用，实现网络资源免费共享和仪表数据的远程实时管理，大大节省资源成本。
【关键词】涡街流量计 Zigbee 远程通讯 DSP
1 引言
随着科技的进步和网络技术的发展，利用各种先进的网络技术进行工业流量仪表的远程抄收和管理已经成为可能，传统的手工抄表技术一方面要耗费巨大的人力物力，另一方面，管理部门无法实时了解和记录现场各种数据的，无法实现系统远程自动化管理。所以利用各种通讯技术进行远程自动抄表和管理已是大势所趋。
国内传统涡街流量计的通讯方式一般选择RS232，RS485串口通讯方式，这两种方式都需要重新铺设电缆，费用比较高，调试也困难。这些传统的方式已经满足不了目前远程抄表的需要。目前也有基于以太网通讯和基于GPRS通讯的涡街流量计，但是基于以太网的方式需要在工业现场布线，前期需要穿墙打孔，后期要有专门的人员维护线缆接触不良以及进行网络的安全问题，前期建设费用和后期维护费用仍然巨大。另一方面，使用GPRS模块或CDMA模块等无线通讯模块则需要缴纳网络运营费用，产生的运营费用往往难以让用户接受。
2 工作原理及特点
2.1 组成部分
该数字涡街流量计具体包括：
大规模集成电路DSP芯片主处理器、信号采集单元，信号处理单元、光电隔离单元、RS232转换单元、电源部分、液晶显示屏及Zigbee通讯模块，其中：
DSP单片机，对采集到的信号进行处理，并将处理完的数据通过端口线送到液晶显示屏。通过串口与Zigbee模块连接。
信号采集单元负责采集现场探头输出的流量 信号。
信号处理单元负责对采集单元采集的信号进行滤波整形。
电源部分，5V电源输出端连接单片机、信号处理单元的芯片、光电隔离部分的芯片和液晶显示屏的电源输入端；
光电隔离部分，输入端接信号处理单元，输出端连接单片机脉冲输入管脚。
转换单元负责将单片机的信号转换成232信号与Zigbee模块连接。
液晶显示屏，通过UART口与单片机互连。
Zigbee模块通过RS232与单片机互连。
2.2 工作原理
具有Zigbee通讯功能的数字涡街流量计的工作原理是|：首先由采样电路采集传感器探头输出的微弱电压信号，再由处理单元将信号放大整形滤波，由单片机采集处理计算成所需的流量信号，并通过端口控制液晶屏使之显示流量等信息。单片机还可与上位机Zigbee通讯模块进行通讯，在接收到读数据指令后将流量等信息通过Zigbee模块发送给上位机。
2.3 特点
基于Zigbee的数字涡街流量计采用数字信号处理技术（DSP），设计有14级数字带通滤波器，通过快速傅立叶软件算法，提高了涡街信号的检测灵敏度，从而增强小信号的测量能力，提高涡街流量计的抗振性能及抗干扰能力，突破了传统模拟方法处理涡街信号的局限性。一般情况下，DSP涡街流量计测量下限是普通涡街的1/2～1/4，从而也就扩展了涡街流量计的量程范围。DSP涡街采用无电位器化设计，全部调试采用按键设置完成。电路板对不同口径、不同介质的测量全部通用。因此，现场调试、维护非常简便，也提高了仪表运行的可靠性，增强了DSP涡街的市场竞争能力。
3 实施方式
3.1 硬件系统设计
硬件电路采用大规模集成电路DSP芯片作为系统中央处理器，负责对整个系统的控制和信息的处理。电源部分由电源芯片LM7805稳定变压器产生的5V直流电压提供给单片机，液晶显示屏DGM01406，光电隔离芯片TIL177和Max232使用。探头输出的微弱的电压信号通过模拟电路进行放大、整形和滤波，然后经过光电隔离电路由单片机脉冲捕捉管脚捕捉采集，单片机通过计算得到瞬时流量、累计流量等参数。单片机将计算处理的一些参数存储到单片机的数据存储单元中。其中通过端口将数据输出到字符液晶显示屏DGM01406。系统通过Zigbee无线通讯方式与上位机通信。Zigbee无线网卡采用致远电子基于802.15.4协议的ZBCOM-1001E，它通过串口与Max232连接，Max232与单片机连接，实现网络通讯。硬件电路采用可变增益放大器，以适应各种口径的信号强度；同时采用可变频宽多级滤波器，对涡街信号进行有效的预处理，实现14频段自适应带通滤波器算法。采用无电位器化设计，全部调试采用按键设置完成。电路板对不同口径、不同介质的测量全部通用。
3.2 软件的设计
（1）基本设置，主要包含对串口相关信息的选择和设置。
（2）命令设置，主要包含对通信地址，通信命令的设置。
（3）流量计实时信息设计，主要包含当前流量计运行的各种参数，如测量温度，模拟电流输出，工作时间，测量范围百分比等。
（4）使用信息涉及，主要包含传感器元件的一些相关信息，如传感器序列号，传感器测量上限，传感器测量下限，最小范围，测量单位等。
（5）输出信号界面设计，主要包含输出信号的相关信息，如测量范围上下限，阻尼设置等。
4 结束语
基于ZigBee的数字涡街流量计技术及产品，在流量测量领域属于领先技术，填补了国内ZigBee通讯和DSP应用技术的一个空白。随着节能环保理念的不断深入，能源计量工作日益重要。这种涡街流量计破了传统流量计的局限性，将国内涡街流量计产品推向了一个新的台阶。
参考文献
[1]王宜怀.嵌入式技术基础与实践[M].北京：清华大学出版社，2006.
[2]鲁宝春.模拟电子技术基础[M].沈阳：东北大学出版社，2008.
[3]梅丽凤.单片机原理及其接口技术[M].北京：清华大学出版社，1998.
[4]梁国伟.流量测量技术及仪表[M].北京：机械工业出版社，2007.
