单片机课程既有较强的理论性,又有很强的实践性。本文探索了单片机课程的项目教学法,通过案例——倒计时交通灯的设计与制作,将项目涉及的多个知识点融于项目实施过程中。下面从”做什么→如何做→自己做→做得如何”四个阶段,介绍倒计时交通灯的项目实施过程。
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一、做什么
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该项目采用MCS—51单片机为核心器件来模拟倒计时交通灯控制系统,应用单片机的定时器/计数器、中断和动态显示技术,实现正常情况下东西与南北两个方向轮流点亮红、绿信号灯,每次持续时间30s(可通过加1键、减1键在10~90s之间调节),绿灯倒计时到6s时,闪烁3次(0.5s亮,0.5s灭),再黄灯延时3s转为红灯。特殊情况时,可以按下功能键和突发交通情况按键,使东西或南北方向紧急切换为常绿灯,以利于特种车辆通过。当车辆稀少时,可以按下功能键和安全通行键,使东西南北四个方向的交通灯均置为黄灯闪烁。用两位一体的共阳LED数码管显示倒计时时间。
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二、怎样做
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为完成项目,实现模拟倒计时交通灯的控制,首先进行倒计时交通灯硬件电路的设计。最小系统由STC89C52单片机芯片、时钟电路和复位电路组成。交通灯的控制信号由单片机的P2.0~P2.2和P2.3~P2.5口输出,其中,P2.0对应南北红灯,P2.1对应南北绿灯,P2.2对应南北黄灯,P2.3对应东西红灯,P2.4对应东西绿灯,P2.5低电平对应东西黄灯。倒计时时间显示采用两位一体的共阳数码管。由单片机的P0口输出段控信号,由P1.0、P1.1提供数码管十位和个位的位控信号。本项目设置了三个按键,按下功能键S1,进入倒计时时间调整模式,按下加1键S2,倒计时时间增加1s,按下减1键S3,倒计时时间减少1s,倒计时时间可调节范围为10s~90s。按两次功能键S1,显示”——”,再按下加1键,安全模式;按下减1键进入直通模式。硬件设计完成后再进行程序设计。将编写的程序在Proteus环境中仿真调试,实现项目功能后,将在Proteus软件仿真成功的程序下载到制作好的万能板单片机芯片中。最后调试倒计时交通灯万能板软硬件,直到能实现项目功能。
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三、自己做
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根据不同层次的学生,我们提出了基本项目和提高项目。基本项目为:东西与南北两个方向轮流点亮红、绿信号灯,每次持续时间30s,绿灯倒计时到6s时,闪烁3次(0.5s亮,0.5s灭),再黄灯延时3S转为红灯,用两位一体共阳数码管动态显示倒计时时间。提高项目为:在完成基本项目的基础上,增加了功能键S1、加1键/突发情况键S2、减1键/安全通行键S3共3个按键。按下功能键S1,进入倒计时时间调整模式,按下加1键S2,倒计时时间增加1s,按下减1键S3,倒计时时间减少1s,倒计时可调节范围为10~90s。
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学生设计和制作完成本项目后,撰写项目设计报告,包括项目实施目的、仪器设备、硬件电路图、元器件清单、万能板硬件设计图、Proteus仿真图、交通灯工作情况列表、单片机I/O口线的时间——状态关系表、软件流程图、源程序清单、项目小结等内容。
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四、做得如何
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首先教师公布项目评价表,学生对照评价表进行自评。然后其他同学对该学生项目成果进行互评。接着教师检查学生制作的项目,给学生评分。最后由以上各项评分,统计出该学生的项目成绩。
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五、小结
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从以上单片机课程项目教学法案例——倒计时交通灯的设计与制作的实施过程可以看到,学生经过”做什么→如何做→自己做→做得如何”四个阶段的项目介绍、项目引入、项目开发与实践、项目评价等过程,接触到硬件电路的设计、万能板的图纸设计和焊接、程序编写和调试、软件仿真和实物制作,理解和掌握了该项目要求的知识和技能。这种按照企业研发流程的项目实施过程,使学生受到了更为实际、更加全面的理论与技能的工程项实践训练,增强了学生的专业技能,提高了实际应用综合水平。