单片机原理论文范文

单片机原理论文范文第1篇

关键词：单片机；课程实践；答辩；KEIL C

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）36-8369-02

单片机课程实践是高校自动化专业集中实践环节的必修课，是学生学习《单片机原理》课程后，进行的一次全面的综合实践，其目的旨在加深对单片机基础理论和基本知识的理解，培养学生具有单片机系统应用软件设计和开发的能力，在具体实现过程中强化学生的实践意识，提高应用能力、创新意识和合作精神。在项目的实践中，使得学生掌握一定的理论与技术知识，而且应该树立管理理念，建立项目工程思维观念，而这一点正是高级语言编程思维的一种体现。

通过将单片机课程实践和高级语言程序设计实验相结合，使学生在理解单片机理论和高级语言编程思想的基础上，实际动手开发一个实际的应用系统，来提高综合运用所学理论知识的能力。

1 研究内容或对象

引导学生运用已学的单片机理论知识、单片机程序设计方法和高级语言编程思想，具体设计一个实用的小型单片机应用系统，开发设计过程按以下顺序进行――选定课题、调查用户需求、总结归纳数据流程、分析性能、书写需求分析及总体设计报告（包括组成原理图、硬件连接、程序流程、系统功能模块）、完成应用系统的开发、撰写课程实践报告、系统验收、组织课程实践答辩。让学生在这一系列工作中综合运用单片机系统原理以及编程语言等相关课程知识，培养学生的综合素质。

根据单片机课程实践和专业课程实践两个实践教学环节各有4～5周但分散的实际情况，考虑将其进行整合。并在实践教学环节中安排相应的指导老师对学生进行必要的指导和帮助，为学生提供分析思路，解决学生项目完成中碰到的实际问题。

2 研究拟达到目标

通过在单片机课程实践中结合高级语言编程思想，使学生在掌握单片机理论基础知识的同时，通过参与项目的分析、设计与实现，建立软件工程理念，具备一定的理论与单片机实物实践相结合、解决实际应用问题的能力。同时在完成项目的过程中，锻炼科研开发能力和科研论文写作能力，为大四的毕业设计和毕业论文的顺利完成奠定基础，并为以后工作中的理论与实践相结合奠定良好的基础。

使学生在单片机课程实践和高级语言程序编程实践相结合的实践教学环节中，利用所学的单片机系统原理和C语言程序设计基础知识设计单片机应用系统，解决单片机系统应用中的实际问题，掌握高级语言编程思想，借助相关编程工具，完成一个小型项目的自主分析、设计与实现。

3 主要研究方法

教师提供部分项目供学生选择，学生亦可自拟项目，但课题的选择要由教师审查核准。项目尽量选择实际需求的题目，让学生走出校园，通过调查走访，了解国内单片机应用发展的状况，开阔眼界，而且在开发一个真实项目的过程中，带来求知的源动力，激发学生自主学习的渴望以及创造力；对于虚拟项目，要求学生做到切合实际需求，能解决一定的应用问题，有一定的应用价值。

编程开发工具原则上推荐学生使用KEIL C，如果学生认为其它开发工具更适合可由学生自主选择。由于实际可用的编程开发工具与日俱增且不断更新，为此在课程实践中，对学生开发工具的选择不做过多限制，使得学生可以选择自己感兴趣的程序设计工具进行项目开发，既锻炼了学生自学的能力，又能让学生成为项目开发的决策者，这种主人翁意识使得学生变被动学习为主动学习，从而激发学生自主学习的积极性。

为了防止学生对课程实践任务敷衍了事，对课程实践的考核方式由原来的提交程序和文档改变为答辩的方式。且在集中教学环节之前就让学生明确单片机课程实践的任务，同时考虑在集中教学环节结束后适当放宽学生上交可运行的项目程序和课程实践报告以及组织答辩的时间，让学生能更好的延续自主学习的积极性并进一步完善项目的开发。

4 特色、创新及推广应用价值

通过将单片机课程实践和高级语言程序设计基础实验相结合，让学生在项目的分析、设计、与实现的过程中掌握单片机理论知识、单片机系统应用的设计方法和高级语言程序编程思想 ，提高自动化专业学生理论与实践相结合的能力，激发学生的学习积极性和主观能动性，提高学生解决实际应用问题的能力。

《单片机原理》课程实践教学，将单片机课程实践和高级语言程序设计实验两个教学环节有机整合，让学生能在该实践教学环节中综合运用单片机系统原理和高级语言程序设计基础以及相关编程思想等多种知识，培养初步的科研能力和科研论文写作能力以及团队合作精神。并通过组织课程实践答辩使学生进行类似毕业答辩的演习。

在自动化专业学生的单片机课程实践教学环节中，通过团队合作的方式，以共同完成项目为目标，让学生在单片机课程实践中综合运用所学的单片机系统原理和高级语言程序设计基础的理论知识来完成项目的分析与设计，并借助相关的编程语言来完成项目的编程实现。将原本独立但有高度关联的两个实践教学环节进行有机整合，可以让学生有更多的时间来系统而连续的综合运用所学的相关知识，进而更好的将理论与实践进行有机结合，激发学生的学习热情，提高学生的学习积极性。

参考文献：

单片机原理论文范文第2篇

关键词： “项目化团队式” 五年制高职 开题报告 交通灯 智能控制系统

“项目化团队式”毕业设计模式的实质是师生共同围绕某一项目，所有任务分解到团队的每一成员，依靠项目组的团队力量，通过设计、元器件选购、工艺分析、零件制作、作品安装调试等机电一体化产品开发的主要流程，让学生自己体验产品设计制作的全过程，最终完成1件达到项目功能要求的机电一体作品及1份作品制作说明书（毕业设计论文）。五年制高职学生通过毕业设计是自己能够更加地贴近企业，适应企业，符合企业的用人要求。

开题报告是指开题者对毕业设计课题的一种文字说明，通过它开题者可以把自己对课题的认识理解程度和准备工作情况加以整理、概括，以便使具体的研究目标、步骤、方法、措施、进度、条件等得到更明确的表达，也为评审者提供一种较为确切的开题依据。由于学生起点低、基础差，针对这一特殊情况，我们要求选题的范围是已经在生产中使用，比较先进的产品或者是产品中的一部分。交通灯智能控制系统的设计成功，加深了学生对单片机和C语言的认识,充分掌握和理解设计各部分的工作原理、设计过程、选择芯片器件、模块化编程等多项知识。由于交通灯控制系统广泛应用于城市各个路口，交通灯控制电路有着很大的实用价值。交通灯智能控制系统设计的开题报告具体内容如下。

一、本课题的研究目的及意义

1.本课题的研究目的

①加强对单片机和C语言的认识,充分掌握和理解设计各部分的工作原理、设计过程、选择芯片器件、模块化编程等多项知识。

②用单片机模拟实现具体应用，使个人设计能够真正使用。

③把理论知识与实践相结合，充分发挥个人能力，并在实践中锻炼。

④提高利用已学知识分析和解决问题的能力。

⑤提高实践动手能力。

2.本课题的研究意义

交通灯控制系统广泛应用于城市各个路口，交通灯控制电路有着很大的实用价值。课题中采用STC89C52RC为主控芯片，双色发光二极管制成红绿灯标志，数码管倒计时显示时间。此毕业设计涉及单片机技术、数字电路知识、软件设计知识、Protel软件应用能力、手工制作PCB板技能，对于学生的动手能力和实践能力的培养具有重要意义。

二、本课题的国内外的研究现状

目前，设计交通灯的方案有很多，有应用CPLD设计交通信号灯控制器方法；有应用PLC对交通灯控制系统的设计；有应用单片机对交通信号灯设计的方法等。

在大中城市，十字道口的红绿灯是交通法规的无声命令，是司机和行人的行为准则。十字道口的交通红绿灯控制是保证交通安全和道路畅通的关键。当前，国内大多数城市正在采用“自动”红绿交通灯，它具有固定的“红灯―绿灯”转换间隔，并自动切换。它们一般由“通行与禁止时间控制显示、红黄绿三色信号灯和方向指示灯”三部分组成。在交通灯的通行与禁止时间控制显示中，通常要么东西、南北两方向各50秒；要么根据交通规律，东西方向60秒，南北方向40秒，时间控制都是固定的。交通灯的时间控制显示，以固定时间值预先“固化”在单片机中，每次只是以一定周期交替变化。但是，实际上不同时刻的车辆流通状况是十分复杂的，是高度非线性的、随机的，还经常受人为因素的影响。采用定时控制经常造成道路有效应用时间的浪费，出现绿灯方向车辆较少，红灯方向车辆积压。其最大的缺陷就在于当路况发生变化时，不能满足司机与路人的实际需要，轻者造成时间上的浪费，重者直接导致交通堵塞。

三、本课题的研究内容、拟解决的主要问题

1.本课题的研究内容

制作四岔路口道路的模型，演示交通灯及其智能控制系统。

2.本课题需要解决的主要问题

①如何选择性价比优良的发光二极管；

②如何控制高峰时段和普通时段的交通灯。

四、本课题的研究思路和方法

1.本课题的研究思路

设计并绘制交通灯控制系统原理图，动手制作电路板，编写控制程序，用仿真器对程序调试，最后用编程器把控制程序烧录到单片机中。单片机I/O口接双色光发光二极管和数码管，编写程序控制发光二极管的状态，数码管倒计时显示时间。

2.本课题的研究方法

主要采用单片机来完成正常的交通信号灯控制，实现交通的时序控制，同时采用将传感器与单片机相结合的方法来实现智能控制，从而有效地缓解了交通的拥挤，实现交通控制系统的最优控制。

五、本课题的预期效果

1.高峰时段：上午07：00―09：00、中午11：00―13：00、下午17：00―19：00，此时段的交通情况最为紧张，大多数的上下班人员都会在这个时段通过，为了缓解这种情况，对所有的指示灯进行全控制。

2.普通时段：非高峰时段时，交通情况不太繁忙，故对自行车和右转灯不进行控制。

3.夜间时段：夜间时段由于车辆行人较少，为了适应此时段的交通情况，黄灯将长时间闪烁。

4.节假日模式：充分考虑到节假日时段，行人比较多，容易发生事故，所以在节假日期间改为行人与车辆分时通过，即在车辆通过时所有行人灯全为红灯，在行人通过时所有车辆灯全为红灯。

5.紧急情况：当发生事故时，可由路口目击者或交通中心控制路口进入紧急状态，所以红灯闪烁，直到情况解除。

6.快速车道情况：如救护车、消防车等情况，即快速车道，快速车道控制要求快速车道信号受交通管理控制中心（上位机）控制，无急车时，信号灯正常时序控制，有急车来时，交通管理控制中心（上位机）将不管原来信号灯状态如何，一律强制让急车来车方向的绿灯亮，其他方向红灯闪烁，使急车放行，直至急车通过为止。急车一过，交通管理控制中心（上位机）将信号灯的状态恢复成正常时序。

六、本课题研究的进度安排

11月2日―11月8日：查资料,完成论文开题报告；

11月9日―11月15日：完成该课题的控制系统设计、绘制控制系统电路图、元器件采购；

11月16日―11月22日：完成印制电路板设计与制作；

11月23日―11月29日：完成上位机软件的设计仿真与调试；

11月30日―12月13日：完成硬件与软件的综合测试、能实现预定功能和主要技术指标；

12月14日―12月27日：整理论文；

12月28日―1月30日：实物制作、整理说明、答辩。

七、最后是毕业设计指导老师的评价及签字、专家组的签字和系领导的签字

八、结语

五年制高职学生通过开题报告的书写，知道自己在以后如何进行目标研究，知道设计的步骤、方法、措施、进度、条件等。五年制高职学生通过毕业设计的锻炼，能够更加贴近企业，适应企业，符合企业的用人要求。

参考文献：

［1］胡汉才.单片机原理及其接口技术.清华大学出版社.

［2］丁元杰.单片机原理与应用.机械工业出版社.

［3］谭浩强.C语言程序设计.清华大学出版社.

单片机原理论文范文第3篇

摘要：本文分析了以往单片机教学存在的问题，根据自己的教学经验提出了新的层次教学法，满足了不同能力层次学生的要求，提高了教学效果和学生实践动手能力。

关键词：单片机；教学法；层次式教学

中图分类号：G642 文献标识码：B

1单片机原理教学存在问题

1.1传统的课堂教学模式

传统的教学思路是按照教材的顺序，先讲单片机硬件基础知识，再讲指令系统和汇编语言程序的编制，最后讲接口技术和一个单片机应用实例。学生只有在课程学习的最后才接触到单片机的实际应用系统，而在此之前的学习由于学习目标不明确，学生会感到学习内容枯燥乏味，学习了也不知道怎么用，故而学习的兴趣不高。

1.2传统的课堂与实验教学模式

现在的单片机实验设备很完善，能操作的实验项目非常多，实验指导书对实验步骤、方法等规定得很详细，学生只能在固定的实验题目范围变更接线，最多是在本程序内修改一下程序，动脑和动手的机会极少。实验内容充其量就是主要是验证书本上的原理，表面上学生很好地完成了实验，实际上助长了学生的依赖性，无法发挥学生的想象力和主观能动性，从某种程度上禁锢了学生的思路，扼杀了学生孕育创新意识，忽略工程设计方面的训练，缺少文献资料查阅能力的训练，缺乏对新器件、新电路应用的认识，对单片机在工程中的应用更是一知半解，这个问题在毕业设计环节中反映更强烈。

实验教学缺乏完善的考核机制，实验教学内容往往随教师的喜好而定，且实验考核方法不完善，“重知识、轻能力、重记忆、轻创新、重理论、轻操作”的考核模式普遍存在，从一定程度上助长了学生普遍不重视实际应用的不良风气。

2课程层次式教学改革

单片机原理及应用是一硬件设计和软件编程相结合的实践性强的课程，硬件是应用基础，但功能实现又离不开软件，只有硬件和软件都掌握了才能应用，针对单片机课程这个特点，笔者结合多年的教学经验，对单片机教学提出层次式教学方法。所谓层次式就是根据单片机课程特点，以人的认知规律为主线，把教学内容分为学习单片机基本知识和功能结构、熟练掌握基本功能应用和单片机系统应用等阶段方法来学习以及考核办法。实施分层教学法首先要根据学生的实际情况、教学目标以及教学学时来合理的确定这几个授课阶段的学时数。我们可以把单片机教学的层次阶段概括为“学”、“练”、“用”以及“考”四个层次。

2.1学――学习单片机基本功能结构和指令系统

这个层次内容包括单片机基本知识、硬件结构、指令系统、编程技术、汇编的编辑调试等几大块的内容。教学原则可在老师指导下学习最起码的基础，先学“一知半解”，不求多，不求快 ，也不求“全面”，更不求“系统”。以老师的教授为主，让学生感性认识、熟悉为目的，同时在教学过程中也要采取教学技巧。

(1) 上好第一堂课

兴趣是最好的老师，如何让学生对“单片机原理与应用”课程学习感兴趣第一次课精彩的开场白尤其重要。最好的方法就是现场演示，例如演示预先编好“跑马灯控制”，先用PowerPoint演示该控制程序的硬件结构原理图、程序清单等，然后现场把源程序经Keil C编译成Hex文件，通过刻录器刻录到芯片AT80C51中，通过面包板把石英晶体和电容连接到AT80C51芯片引脚XTAL1、XTAL2以及RST上就构成了单片机的最小系统，通过P1口连接上8个LED，加上5V的电源(可通过干电池提供)确定无误后，就可以看到结果了。整个过程只花10分钟的时间，但却让学生了解这门课是与实际应用紧密结合的，并且初步了解单片机的开发过程，接着介绍单片机控制系统在工业、农业、国防等生产生活领域的应用，向学生交代课程的主要内容和教学目的，使学生对单片机系统有一个深刻的感性认识，提高学生的学习兴趣，为学好本门课程奠定坚实的基础。

(2) 实物教学法

在教学过程中，讲授的理论是抽象的，最好让学生看实物，一边观察实物一边学习，把理论体现到实物上去，例如讲芯片引脚时，让学生看看芯片80C51实物，针对实物讲引脚的功能、结构、使用方法等；在讲到单片机的定时计数、串行通信等功能时列举一些学生们平时能够见到的仪器设备，如在物理实验中用到的数字毫秒计时器、数字信号发生器等，以增加学生对单片机应用的感性认识，引发学生求知探索的强烈欲望。

(3) 指令讲授技巧记忆法

指令是程序编写的基础，如何让学生熟悉掌握MCS-51的111条指令，在按功能分为成的五类指令里，根据其功能，抓住其源、目的操作数的不同组合，再辅之以下面的教授方法，是完全能记住的。

① 指令图示讲授记忆法

图示记忆法是把操作功能相同或相似、但其操作数不同的指令，用图形和箭头将目的、源操作数的关系表示出来的一种记忆方法。例如：由助记符MOV、MOVX、MOVC组成的送数组指令，可以用图1、图2、图3表示。

② 英文还原讲授记忆法。

单片机的操作码助记符是该指令功能的英文缩写，有些指令容易混淆，可将缩写还原成英语原文，再对照汉语有助于理解其助记符含义，从而加强记忆。例如：短转移(SJMP)

Short Jump；长转移(LJMP)Long jump；比较转移(CJNE)Compare

Jump Not Equality；绝对转移(AJMP)Absolute jump；交换(XCH)Exchange；左环移(RL)Rotate Left；进位左环移(RLC)

Rotate Left Carry；右环移(RR)Rotate Right；进位右环移(RRC)Rotate Right Rarry。

③ 口诀记忆法

对于有些指令，我们可以把相关的功能用精练的语言编成一句话来记忆。如PUSH direct和POP direct这两条指令。初学者常常分不清堆栈SP的变化情况，为此编成这样一句话：(SP的内容)加1(direct的内容)再入栈，(SP的内容)弹出(到direct单元)SP才减1。又如乘法指令中积的存放，除法指令中被除数和除数以及商的存放，都可以编成口诀记忆如下：

MULAB高位积(存于)B，低位积(存于)A；DIV ABA除以B，商(存于)A余(下)B。

总之，在讲授单片机的指令系统时，充分运用技巧，寓指令于例子当中，可以将单片机实验中的实例穿插在指令系统中介绍，并注意实例中涉及的指令尽量使用已教过的指令，让学生尽快熟悉掌握这些指令。

(4) 模拟仿真教学法

在指令学习过程中，先用软件进行程序运行模拟仿真，让学生看到指令执行的真实效果，更确切地体会到每一条指令执行时的内部过程，这样学生学指令轻松了，就激起了学习兴趣，学习汇编指令时不再枯燥无味。与此同时，尽可能让学生逐渐熟悉汇编程序编写调试的方法、技巧等。同时教导学生多读书上的例题和别人编写的程序，自己再结合实际初步编写一些程序。

2.2练――单片机基本功能应用练习

“练”这个层次主要是对单片机熟练掌握各功能模块应用，包括基本输入输出应用、定时器应用、中断应用、串行口应用、并行口扩展应用、A/D、D/A应用等，同时加强编程能力。在这个层次倡导实验教学为主，课堂教学为辅的教学指导思想，同时加大实验室开放力度，保证学生实验时间。具体来说，就是以学生实验为主，教师主要任务就是针对每个功能选择、设计实例，同时把实例分解成若干个任务，针对每个任务细分为具体的教学知识点，以深入理解第一个层次学习的各知识点，通过对知识点的深入理解，再独立完成每个任务所需的实验项目来达到教学目的。所以教师在设计教学实例时，遵循由浅入深，由易到难的原则，可设计/选择三种层次的实验项目：

① 验证性实验，用来验证每一个功能模块的工作原理，在设计时一般较简单，功能单一，就是用来加深对知识点的理解，并不断反复修改实现不同功能要求，以提高基本运用和基础编程能力。

② 综合性实验，多个功能模块综合使用，程序较复杂，使编成能力和运用能力进一步提高。

③ 创新性实验，要求学生学会查阅参考资料、独立设计实验的硬件电路和程序，并对软件进行调试的能力。

同时要正确地引导学生从已熟知的内容入手，不断增强自信心、慢慢的把所学的知识有效地形成一个方向明确、思实验路清晰、具有内在联系的问题链。

2.3用――单片机的应用实践

这个层次主要是把单片机分散、独立的知识融会贯通，集中应用到具体系统中去，培养学生单片机的实际综合开发能力，通常以课程设计的形式体现。在设计之前只为学生作简单的提示，主要靠学生自己去摸索，学会查阅参考资料，自己决定采用什么方案、如何选用芯片、如何组织器件、如何编程实现等，并对软硬件进行联机调试、指标测试。在调试过程中，学生学会自己动手分析结果，解决实验中出现的问题，在解决问题的过程中进一步加深对单片机应用系统软硬件设计的理解，提高学生独立学习的能力，增强学生的自信心。当课题完成后，还要求学生写出课程设计报告，使课程设计的过程与毕业设计相似，使学生了解完成一个课题的全过程。这样的课程设计不仅提高了学生的综合设计能力，而且培养了学生严谨的科学态度，为他们今后进一步的学习和深造打下了基础。实践证明在完成课程设计后，学生的设计能力和实际动手能力普遍提高了。

2.4考――单片机教学的考核

为了强化学生的动手能力和应用能力，对课程的考核成绩采用结构化成绩，由3部分组成:主卷成绩(期终理论笔试)占40%，副卷成绩占30%，平时实验成绩30%组成，创新、论文等作另外加分。

平时实验成绩主要由出勤率、实验态度、实验动手能力、实验成功率和实验报告成绩等内容组成。实验报告成绩依据学生实验记录、实验内容完成情况及实验报告质量等组成。

副卷成绩主要包括课程设计成绩和实验考核成绩。课程设计成绩主要是考查学生在知识运用上表现出来的独立设计和综合分析能力以及解决问题的能力，要求学生重视平时知识的积累、能力的培养和树立严谨的科学态度。实验考核要求学生现场抽题完成，允许学生带教材、作业本和辅导书参加考试，但不能讨论，在规定时间内完成一个较为简单的设计性实验，并且现场完成实验报告。教师根据实验结果现场给予评分，旨在考查学生的理论基础和应用知识的能力。

加分项用于鼓励和培养学生创新精神。当学生有所创新、有不同于其他同学的设计功能、程序部分涉及教学以外的知识、协助老师完成科研成果、发表相关的论文时，教师酌情加分。新的考核方式更注重实践能力的培养。

3结束语

经过几年实践证明，这种教学方法能满足不同能力的学生的需求，逐步改变了学生对单片机技术畏惧的态度，从下手到自行开发出实验产品，这都是加强教学改革的结果。本教学方法符合我校提出的加强学生的实践能力，培养“应用型、开发型”人才为目标，开拓学生出口(就业)。当然在教学改革中仍然有大量的工作要做，还有许多课题有待进一步探索、完善。

参 考 文 献

[1] 肖洪兵,胡辉,郭速学. 跟我学单片机[M]. 北京航空航天大学出版社,2002.

[2] 何立民. 单片机高级教程[M]. 北京航空航天大学出版社,2000.

[3] 丁留贯. 《单片机原理与应用》课程教学方法的探讨[J]. 气象教育与科技,2006,(3):20-23.

[4] 鲁俊生,万忠,万光毅. 单片机课程教学改革的实践和思考[J]. 实验室研究与探索,2004,(3):54-56.

[5] 张晴. 单片机实验教学改革[J]. 实验室研究与探索,2003,22(4):27-29.

[6] 朱月秀. 单片机实验教学改革的探索[J]. 实验室研究与探索,2002,21(4):17-19.

单片机原理论文范文第4篇

[关键词]独立学院 单片机 实验教学

引言

目前，单片机在我国的各行各业得到了广泛应用，众多院校均开设了单片机原理与应用方面的课程，这是一门技术性和实践性很强的学科，必须通过一系列的软硬件实验、理论联系实际，才能学好、学懂，取得较好的学习效果。因此，单片机实验教学是单片机原理及应用课程中必不可少一部分[1]。而独立本科院校的学生要想在众多的大学生中具有更强的竞争力，必须在掌握理论知识的基础上，更加注重实践动手能力的训练，这样将来踏上社会，应聘且从事与本技术相关的工作时，才能脱颖而出。

传统的单片机课程的实验教学仍然是利用现有的实验设备以验证型实验为主，各实验之间相互独立，联系不紧密，在实验课上学生仅仅需要将现成的软件和硬件进行验证，就完成了一次实验任务。由于教学设备是成品，线路大多在实验箱或者实验电路板中已经设计好了，从外部根本看不到电路是如何连接的，且生产商很少配备完整的电路原理图，学生在做实验时，要求连的线很少，很难参与到电路设计的细节中，动手能力也就很难在实验课程中得到训练和提高，导致学生缺乏整体设计能力，动手能力普遍较差[2]。因此在这类实验课中学生既不能得到有关硬件设计的训练，也不能得到软件编程的训练，这样学生不能充分的发挥他们的主观能动性和创新能力，教师的课堂教学效果也不够理想。针对以上传统的实验课教学中出现的弊端，笔者凭借多年从事“单片机”课程的教学经验，积极认真地对“单片机”的实验教学方法进行探索和尝试，发现一种行之有效的方法――单片机应用系统实验教学法。这种方法需要教师提前设计一个单片机应用系统，然后将系统分解，按照实际的教学周分步骤，按照相关的理论教学内容分层次来安排教学顺序，这样安排的实验课就为学生提供了一定的设计平台。

在此，以“4×4矩阵式键盘计算器”这个单片机应用系统为例，从实验任务的设计、教学安排的设计及考核方案的制定等三个方面对“单片机应用系统实验教学法”进行陈述。

一、实验任务的设计

当有按键按下时，将其键值显示出来，同时有按键按下时发出蜂鸣。在按键上有+1键，可实现当前数值加1，并通过数码管显示；在按键上有-1键，可实现当前数值减1，并通过数码管显示。P1口使用灌电流方式驱动一个共阳级8段数码管，P2口则以行列扫描的方法连接16个按键，为了能在有按键按下时发出声音提示，使用P0.0引脚通过NPN三极管驱动一个蜂鸣器。图1所示为“4×4矩阵式键盘计算器”系统原理图。系统包含单片机最小系统、4×4矩阵式键盘、蜂鸣器输出和数码管显示模块。

图1：单片机应用系统原理图

二、教学进度的设计

根据以上对整个实验任务的描述，可以使学生明确最终的设计目标。按照整个系统的功能，对该系统进行分解，并结合单片机教材的理论内容整理出一份详细的教学进度安排表，认真设计每一次实验课的内容及要求，引导学生进行思考和实践，这样可以较大地调动学生学习单片机的兴趣，如表1所示。表1是根据实验学时为16课时的教学计划给出的针对单片机原理课程的课内实验，要求每周安排2课时的实验课，因此根据理论课程的进度大致安排从每学期的第9周开始进行，至第16周结束，共计8周。

表1：“4×4矩阵式键盘计算器应用系统教学进度安排表”

建议采用“单片机应用系统实验教学法”的教师在制定教学计划时，可以根据不同的教学要求设计出一个或多个“单片机应用系统实验教学进度安排表”。在整个实验教学过程中，教师可以对一个班级进行分组，由教师指定按照2～5人为一个小组，这样在锻炼动手能力的同时，又培养了学生的团队协作能力。学生在实验的每个阶段都必须与教师充分地交流和探讨，这对于教师来说，虽然增加了辅导的工作量，但可以及时地把握学生对课程的理解程度、掌握程度、学习水平和完成情况等，也可以为今后对不同学习层次的学生进行更有针对性的辅导打下基础，另外也保证了绝大多数学生完成的进度。

三、制定考核方案

为了更全面、客观、公平地反映出学生实验的实际水平，尤其是学生的实验动手能力和分析、解决问题的能力，可以根据实验教学的安排，对学生的单片机实验过程进行量化评分，如表2所示，为“4×4矩阵式键盘计算器应用系统”的实验成绩考核量化表。以小组为单位，对每个阶段的进展情况进行评价，在最后一个阶段对成果进行验收，检查是否满足设计要求，并以答辩的形式对每位学生进行考核，要求每位学生展示和讲解设计内容，并回答至少2个有关该系统的硬件、软件、仿真、制作等方面的问题，最后由教师根据以上完成情况进行成绩评定。按照此类考核方案对学生进行打分，可以确保从各方面对学生的实验综合能力的考察。教师还可以针对每个阶段的特点制定出更为详尽的评分细则。

表2：考核量化表

四、结束语

由于单片机技术的迅速发展，社会上对此类人才的要求也越来越高，大学生更加渴望在踏入社会之前就能掌握这些本领，这无疑给教师提出了更高的要求，因此，教师应该更加重视实践教学环节，合理地设计实验内容，让学生学有所成。本论文提出的单片机应用系统实验教学法给学生提供了一个自主学习单片机、进行系统设计和创新的平台，能够在很大程度上激发学生的学习兴趣，也为学生创建了一个锻炼团队协作能力的机会，能够使学生在专业能力、社交能力、团队合作和自信心等诸多方面得以锻炼，教学效果非常明显。

[参考文献]

[1]王鹏峰.项目式单片机实验教学模式的研究.时代教育[J].2013.7

[2]刘燎原，孙秋波.Proteus软件在单片机项目教学中的应用[J].徐州建筑职业技术学院学报，2009 （2）：63-65.

[3]刘孝赵，周文.基于单片机实训教学工作过程项目化设计研究.

单片机原理论文范文第5篇

关键词 单片机；赛教结合；教学方法

中图分类号：G642.4 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2013）33-0100-02

1 引言

单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术，把具有数据处理能力的中央处理器、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在电力、化工、家电和仪器仪表等工业控制领域得到了广泛应用。单片机原理及应用课程是一门实践性很强的课程，课程的开设不仅能提高学生的理论基础知识，而且能提高学生的实践能力[1-2]。

但在日常教学中，多采用以教材教授为主的传统教学模式，教学过程中有一些课时的实验。对于工程专业学生来言，只依靠教学过程中的实验，很难掌握单片机的教学内容。在本文中，以泰山医学院电子信息专业的单片机课程教授为例，在教学实践中将理论教学与科技竞赛结合[3-4]，采用“赛教结合”的教学方法，取得了较好的教学效果。

2 课程特点以及教学方法的改革

单片机原理及应用课程的基本任务是使学生掌握单片机硬件结构、接口技术以及相应的软件编程方法，掌握单片机应用系统软硬件的设计、开发、调试技术，具有较好的单片机实际应用能力，为进一步提高科学技术水平打下坚实的基础[5]。课程的特点是：

1）知识含量高，课程要求在掌握数字电路、模拟电路和微机原理的基础上才能很好地学习本课程；

2）内容结构复杂，本课程包括单片机的硬件结构、汇编指令系统和软硬件设计；

3）实践性强，单片机目的在于工程应用，所以要求学生能动手设计和开发单片机应用系统。

理论教学方法的改革 针对以上课程的特点，对理论教学方法进行了改革。

1）在教学过程中树立了“以学生为本”，以提高学生科学素质及创新思维能力为基点的指导思想。以学生为本，就是以教师为主导，以学生作为一切教学活动的主体、出发点和落脚点，加强师生互动，调动课堂内外一切手段，让学生主动地掌握课程知识，培养学生科学的分析思维能力及创新能力，提高学生科学的专业素质。

2）改进课堂教学，讲究讲课艺术。注重把讲课的科学性、系统性、启发性和趣味性相结合，配合现代化多媒体教学手段，努力增强教学效果。

3）在课堂教学中，讲授理论知识时，结合课程相关内容，以山东省机电大赛参赛项目为例，讲解理论知识。这样既避免了讲授理论知识的枯燥，提高了学生学习兴趣，又激发了学生的学习积极性，学生更积极地参与到科技竞赛中来。

4）针对医学院相关专业的实际情况，编写《单片机原理及应用》教材，教材内容中不仅保留传统教材中的理论知识，并且将与专业相关的科技竞赛案例作为题例来加以体现，使学生可以采用更得心应手的教材。

赛教结合在实验教学中的应用 为了掌握单片机应用系统的设计和实现，实验和实践是非常必要的一个教学环节。提高学生的动手能力，最好的方法就是让学生参与项目研究和开发，但是受实际情况限制，学生参与企业项目研究的机会比较少。山东省机电大赛是为加强大学生创新意识、合作精神和实践创新能力的培养，激发大学生科学研究与探索的兴趣和潜能，促进山东省高校机电类专业教育教学改革而设置的，每年举行一次。泰山医学院每年都参加，参赛产品中电气部分可以采用单片机设计，正好为学生通过实际项目研究，提高单片机设计与开发能力，掌握单片机课程提供了绝佳的机会。在教学中采用了以下方法。

1）以学生为主体，组建兴趣小组。为了让学生了解山东省机电大赛，每年让往年参加机电大赛的教师和学生做报告，使下一级学生了解大赛情况；并以学生为主，按照自愿原则组建兴趣小组，小组成员按照能力进行搭配，一个小组中既要有进行硬件设计的，也要有进行软件设计的。

2）以学生为主体，按照大赛主题，构想符合要求的项目。每年大赛举行完，组委会会公布下一届大赛的主题，教师将大赛要求告诉每一个兴趣小组，充分发挥学生的创新性，让小组构想符合要求的项目，这样可以调动学生积极性，提高学生的学习兴趣。当然，在构想过程中，教师会全程对学生进行指导。

3）利用已有实验设备，为学生搭建实践的平台。项目要加以实现，需要学生去努力实践，在教学中利用已有实验设备，让学生进行项目的设计和开发。为了支持学生进行科技竞赛项目的设计，实验室延长了开放时间，利用每年参加大赛获得的奖金购买电子元器件，并提供一些开发板，为学生实践搭建一个良好的单片机研究平台。

4）在实验教学中构想与大赛有关的实验项目。实验教学中，精心设计实验项目，将大赛中用到的知识点融合到基础实验中，并且结合机电大赛，构想了一些综合性实验。这样不仅加强了学生对基本理论知识的理解，同时使学生体会到知识在实际工程中的应用，提高了学生学习的兴趣。

5）坚持理论结合实验的考核原则。根据单片机课程实践性强的特点，在课程考核中，理论知识考核占70%，实验考核占30%，实验以报告结合实际实验结果形式提交，报告从内容、格式、结果和创新性等方面进行了详细要求，实验结果在实验室现场考核。

理论结合实验，以实验报告结合实际实验结果为考核依据的教学模式，能激发学生的学习兴趣，培养学生自学能力，提高学生的创新能力。

教学改革成果 科技竞赛活动是课堂知识的综合运用和延伸，将赛教结合方法融进理论和实验教学，不仅促进了学生掌握单片机知识，还对这种实践性强的课程的教学模式进行了有益的探索，教学改革取得了以下成果。

1）对于这种实践性强的课程的教学观念得以改变，不再过分强调学科本位，偏重和局限于理论知识，而是加强课程内容与学生生活和社会发展的联系，关注学生的学习兴趣。

2）对单片机理论和实验教学进行了探索。研究了将科技大赛与理论教学结合的教学方法，以及科技竞赛内容融合进日常实验教学的方式方法。

3）在参加大赛后，让学生进行总结，将他们的成果以论文和专利形式予以体现，学生已经发表两篇科技论文，申请两个国家实用新型专利，促进了学生科学研究的能力。

4）促进了学科交叉，在机电大赛中，结合医学院特点，提出了很多与医学结合的项目，如“背部按摩式多功能椭圆护理床”等项目。

5）参加大赛取得了优秀的成绩。课题组组织学生参加山东省机电大赛，获得一等奖两项、二等奖四项、三等奖五项，这样的成绩在同类医学高校中是十分优异的。

实践表明，这种以“赛教结合”形式进行的教学形式，不仅可以激发学生的学习激情，还可以加强学生科学研究的能力，更好地培养了理工结合、理论基础扎实、素质全面、实践能力与创新能力强的高级人才。同时在竞赛题目设计过程中，学生查阅大量各个行业的资料和文献，拓展了他们的视野。

3 结束语

在单片机原理及应用课程教学中，采用了“赛教结合”的教学方法，将其融合进理论和实验教学中，通过实际参加山东省机电大赛，学生进行应用系统的设计与开发，进而掌握单片机的理论知识和实际应用。通过问卷调查，大多数学生反映良好，并且反映在理论知识的理解和动手能力方面都有很大的提高。因此，通过实践表明，这种教学方法是行之有效的。

参考文献

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[2]张江印.高校单片机教学模式的研究[J].实验室研究与探索，2011（30）：103-106.

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[4]黄磊.大学生电子竞赛的组织和培训[J].中国现代教育装备，2011（13）：129-130.

单片机原理论文范文第6篇

1课程设计的目的

单片机课程设计教学环节的目的在于培养学生熟练掌握单片机系统的开发与设计能力。通过课程设计达到以下目标：巩固单片机技术的基本原理，培养学生的综合设计能力和创新应用能力。通过这一实践环节的训练，使学生能够独立设计一个单片机系统，并实现系统的各项功能，从而提高学生的单片机应用开发能力以及单片机系统的设计能力。

2单片机课程设计的现状

在单片机原理学习中，有的学生偏重理论考试，轻视实践课程。以前有的学生对单片机课程设计无从下手，所提交的报告有抄袭现象。我校电气专业学生的毕业设计课题有一部分是单片机应用类的，如单片机火灾报警控制装置的设计、单片机温湿度控制等，虽然多数学生通过查找资料，最终完成了一篇毕业设计论文，但完成实物的人很少。针对以上情况，我校在单片机课程设计中引入Proteus和keiluvision4两个软件，组建了51单片机虚拟实验系统，即以Proteus为仿真工具，设计和搭建虚拟硬件平台。这种方法提高了学生参与课程设计的积极性和主动性，培养了学生的单片机系统设计能力。

3课程设计的有序组织

指导教师向学生推荐若干个单片机应用课题，学生根据自己的能力选择课题，在实践中由学生自己设计硬件电路、软件框图和程序清单，自己进行电路调试，软硬件仿真，如电子钟、汉字显示屏、温度检测显示等。教师向学生布置课程设计任务书，教师讲解必要的电路原理和程序设计思路，明确设计任务，必要时可演示仿真效果，增强学生的感性认识，帮助学生尽快选择设计方案。在指导教师的指点下，组内学生之间可以相互讨论。通过课程设计的各个环节，应使学生达到巩固和加深对单片机原理和接口技术知识的理解，培养学生查阅手册和文献资料的能力，学会软硬件的设计和调试方法。

4课程设计仿真方法

ProteusPro是著名的EDA工具软件，Proteus软件除了其具有和其它EDA工具一样的原理布图，PCB自动或人工布线及电路仿真的功能外，配合系统配置的虚拟仪器如示波器，逻辑分析仪等，Proteus为用户建立了完备的电子设计开发环境。keiluvision4提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境将这些部分组合在一起。单片机C语言软件开发系统，易学易用。在计算机上，安装Proteus仿真软件和集成软件keiluvision4后，相当于有了一个功能完善的虚拟实验室，可以方便地进行软硬件的调试。在实际的课程设计中，运行Proteus的ISIS程序，进入仿真软件的主界面，点击Library选择PickDevice／Symbol以打开元件库，选择电路所需的元件并调整其相对位置，设置好元件参数，将各个元器件按设计原理图连线。利用keiluvision4编译器编写相应程序，编译无误后生成．hex文件，把生成的目标代码文件.hex加载到硬件电路的单片机中，最后点击Play键进行电路仿真，即可以看到仿真效果。

5、结语

在单片机课程设计中引入Proteus仿真软件，使课程设计生动直观、丰富多样。选择合适的单片机课程设计题目，有助于提高学生学习兴趣、培养了学生的合作探究的能力，有利于增强学生的创新意识，提高了学生的实践应用能力。

单片机原理论文范文第7篇

关键词:单片机系统;综合实践课程;实践教学

1 前言

单片机系统设计是一门实践性、应用性很强的课程。传统的单片机系统设计实验教学,具有:①实验应用机会少;②缺乏具体的实验教学内容和完善的考试、考核方法;③验证性多,创新性少;④实验教学内容与实践应用脱节的弊端[1]。这样的教学模式和方法,很难让学生完全掌握单片机系统设计的基本原理和开发方法,更不用说培养学生的创新能力。因此,为了培养和训练学生具备独立设计简单的单片机应用系统、编写系统控制程序的能力和技能,激发学生的创造力,我校在学生完成了《单片机系统设计》的理论课和汇编程序设计、七段数码显示、键盘扫描、ad转换、串行通讯等实验教学后,特开设了为期2周的综合实践教学环节。此教学环节让学生完成一个单片机系统的设计、开发、调试的完整过程,整个综合实践教学环节完成后,学生对单片机系统的学习和应用兴趣更浓了,而且具备了自行设计、开发简单的单片机系统的能力。

2 任务与要求

利用伟福lab6000系列单片机仿真实验系统构成简单实用的单片机系统,要求如下:

(1)充分应用mcs-51系列微处理器和伟福lab6000系列单片机仿真实验系统所提供的硬件资源,自由选题实现一个简单实用的单片机系统。

(2)要求具备必需的人机接口。

(3)可以选用汇编或c51语言进行控制程序开发。

设计的系统性能如下:

(1)系统运行稳定,具有一定的抗干扰和故障自测能力。

(2)系统设计安全可靠,具有出错报警和应急关闭能力。

(3)系统精度达到一般民用品的基本要求。

(4)人机接口界面友好、直观、操作简单。

另外,我们提供了一些选题供学生拓展思路,主要有:

(1)出租车计价器。

(2)温度控制系统。

(3)可编程交通灯系统。

(4)pwm电机调速系统。

(5)数字温度计。

(6)数字频率计。

3 设计范例

3.1 pwm电机调速系统

pwm电机调速系统如图1所示,系统包含电机驱动电路和测速电路,两者构成闭环系统。电机驱动采用脉宽pwm调压电路,测速电路的核心部件是霍尔元件。

图1 pwm直流电机调速系统原理图[2]

霍尔元件是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变化,可在各种与磁场有关的场合中使用。在外磁场的作用下,当磁感应强度超过霍尔元件导通阈值bop时,霍尔元件输出管导通,输出低电平。若外加磁场的b值降低到brp时,输出管截止,输出高电平。在直流电机的转盘上粘贴着一枚小磁铁,霍尔元件安装在转盘附近,每当磁铁靠近霍尔元件时霍尔元件导通,输出低电平,远离时霍尔元件截至,输出高电平。这样,直流电机转动一圈,霍尔元件就会输出一个脉冲,通过这个原理能够测出电机的转速。

pwm是单片机系统中常用的模拟量输出方法,通过外接的转换电路,可以将脉冲的占空比转化成电压。直流电机的转速和驱动电压呈近似线形关系,改变脉冲的占空比,就可以改变直流电机的转速。

系统结构图如图2,闭环工作时,测速电路测得的转速和给定的转速相减获得差值e,根据差值e运用pid增量控制算法获得控制量,即占空比,

通过mcs-51的口线输出给定占空比的脉冲,再通过转换电路转化成电压来驱动直流电机。系统控制算法采用增量型pid控制算法,如果k时刻电机当前转速是y(k),给定转速是r(k),pid控制器输入信号为e(k),输出信号为u(k),则离散的pid递推算法如下:

图2 pwm直流电机调速系统结构图

3.2 数字温度计

数字温度计的核心电路——温度传感器调理电路如图3所示,温度传感器采用负温度系数的热敏电阻(ntc),ntc的阻值随着温度的上升而非线性下降,具体温度-阻值特性为

(4)

式中,rt 、 rt0是温度分别为t、t0 时的电阻值;b为负温度系数热敏电阻的材料常数[3]。

固定电阻和ntc组成的电阻桥输出电压随ntc阻值的变化而变化,这种变化经过差动放大器的放大后送给ad转换器转换成数字量,具体转换遵循以下公式:

(1) 电桥输出电压u

(5)

(2) 差动放大器输出电压 u'(一般r7=r8,r9=r10)

图3 数字温度计原理图[2]

共2页: 1 [2] 下一页

一般情况下,会事先根据ntc的温度-阻值特性计算出一张温度-阻值对应表。根据ad转换的数字值逆运算获得当前ntc的阻值,再根据ntc的温度特性表运用分段查表和表项间线性运算就可以获得当前温度值,把当前温度在输出设备(如七段数码管、lcd)上显示出来就构成了完整的数字温度计。本范例也可在其他温度测量的系统中应用。

3.3 出租车计价器

出租车计价器是一个较实用的设计范例,它的结构如图4。出租车计价器包含里程测量电路、实时时钟电路和人机接口。

出租车计价器里程测量的核心部件是霍尔元件,具体电路和图1的测速电路一样。在轮胎的转轴上粘贴了6个小磁铁,轮胎转动一圈,霍尔元件就会输出6个脉冲,对脉冲进行计数就可以获得轮胎转动的圈数,圈数乘以轮胎的周长就可以获得车辆行驶的里程数。

图4 出租车计价器结构框图

一般情况下,出租车白天和晚上的里程单价并不一样,因此需要一个实时时钟来获得当前时间。ds1307是一个i2c总线的实时时钟(rtc),在外部电池的供电下,它能提供高精度的年月日时分秒bcd码时间。另外,它还包含56字节的非易失性sram(nv sram),可以用来保存系统的设置信息。

显示设备可以采用七段数码管或lcd,用来显示当前时间、行驶里程数、里程单价、和行驶

里程价格等信息。还需要少量的按键或矩阵式键盘用于输入里程单价、开始计价、清零、时间设置等操作。

4 实施过程

4.1 根据任务与要求进行总体规划与设计

这个过程包括:

⑴ 课题选择。

⑵ 硬件模块的选择和设计。

⑶ 软件整体流程的设计。

⑷ 查找各种所需资料。

综合实践课题题目是不是新颖,是不是能够激发学生的创造性和好奇心,直接影响学生实验的积极性,有的学生觉得做实验非常无聊,就是因为他们的好奇心和热情没有被激发起来。而集知识性、趣味性、创造性于一体,能应用所学知识解决具体问题的综合实践课题,是本综合实践的最大亮点,也是本教学环节区别于其他教学环节的标志。我们要求学生思考在实际生活中能应用单片机系统技术能解决的具体问题,并且考虑伟福lab6000系列单片机仿真实验系统所能提供的硬件资源,选择一个有自己特色、能在两周内

独立完成的题目,题目要求新颖,鼓励创造性的思维,并且能解决实际生活中的具体问题。

受限于实验条件,

硬件设计无法完全按照单片机系统设计的一般方法和标准步骤来实施。在教学过程中,我们要求学生可以根据伟福lab6000系列单片机仿真实验系统所提供的硬件资源自主地完成硬件部分的理论设计,也可以不完全局限于此实验平台进行理论设计。理论设计完全遵循单片机系统设计的一般流程,学生自己查阅资料,设计硬件电路图。指导老师对硬件部分的理论设计进行评审后,再根据具体的实验平台指导学生完成课题。

软件设计可以采用汇编语言或keil c51高级语言开发环境来实现,这两种软件开发环境是当前mcs-51系列单片机系统开发的主流环境。根据学生选题的特点,指导学生选择较为容易实现的开发环境。

4.2 根据总体规划实施软硬件的开发与设计

这个过程包括:

⑴ 硬件连接。

⑵ 软件编程。

⑶ 软硬件联调。

在这一过程中主要培养学生的硬件设计能力、编程能力和积累软硬件调试经验,熟练掌握单片机系统中人机接口的设计、控制算法设计、硬件驱动程序设计,体会理论与实践之间的差别,对单片机系统的设计与实现由理性认识转化为感性认识,激发学生的求知欲望,锻炼学生克服困难解决问题的能力。

4.3 交流总结

在2周的综合实践中抽出一天时间让能力较强的学生陈述他的设计思想和设计过程、设计中的难题和解决方法以及自己的心得体会。让进展不顺的学生提出他在设计中没能解决的难题,全班同学共同讨论,集思广益,找到解决问题的方法。这样可以使学生互相学习,取长补短,拓宽知识面,活跃思维,能在以后的工作和学习中更好地完成任务。

4.4 完成实践报告及验收评分

最后两天是综合实践报告的完成阶段,在进行了两周的综合实践以后有必要好好地总结一下,把自己在综合实践中所学到的知识以文字的形式表述出来,这样更有助于水平和能力的提高。

实践报告完全按照毕业论文要求书写,包含中英文摘要、设计任务与要求、系统结构及工作原理、主要单元电路的设计过程、控制软件的编写及调试、测试数据及调试中故障分析、收获和体会、参考文献等部分。要求学生重点讲述清楚故障分析和收获体会。

综合实践成绩由平时表现、实践报告、设计成果、创新点4部分组成,成绩构成比例是2:3:4:1[4]。

5 效果

经过几年的教学实践,单片机系统综合实践教学环节取得的效果主要体现在以下几个方面:

(1)让学生掌握了单片机系统设计的一般原理及其基本的实现过程,实现了从理论向实际的迁移,强化了学生所学的知识。

(2)让学生掌握了单片机系统硬件、软件设计的基本方法,具备了软硬件相结合的系统设计的基本能力和调试经验。

(3)本综合实践的课题真实性很强,让学生经历了单片机系统设计的全过程,提高了学生的研制开发能力和创新能力。

(4)本综合实践涉及到多学科、多知识点,是计算机软硬件知识的大综合。经过综合实践,学生运用所学知识分析解决问题的能力有了较大的提高,完成了多学科知识的融会贯通。

参考文献

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单片机原理论文范文第8篇

关键词：自动化生产线；教学方法；电机与电气控制；PLC；课程设计

中图分类号：G712文献标识码：B文章编号：1006-5962（2013）02-0027-02

高职机电一体化专业课程设置的培养目标是：面向工业企业生产现场，电气控制系统制造公司、机电设备制造公司、机电设备、电气设备、工控设备制造公司或公司、科技开发公司，培养适应社会需要，全面发展，适应本专业相对应职业岗位的高等技术应用性专门人才，主要岗位群定位是自动化设备安装员、自动化设备调试员、中高级维修电工等，本专业有五个主干学科：电气工程、电子工程、机械工程、计算机科学与技术、控制科学与工程，都是为了岗位需要设置的专业知识。其中《自动化生产线安装与调试》作为一门核心专业课在第四学期进行了贯穿和综合。

1自动化生产线的课程设置

机电一体化专业人才培养能力有：识图绘图能力、机电安装调试维修能力、电控系统调试检修能力、自动线调试维护能力、机电设备管理能力及机电产品营销能力等。《自动化生产线安装与调试》前序课程有PLC技术、传感器技术、电机与控制，后序课程有机床维修等。在我们所要实现的教学目标中知识目标涉及到：机械手工作原理、握机械手控制原理、机械手气动原理、熟悉安全操作规程；能力目标有：对已安装的机械手机械部件进行测量；对机械手的气路进行基本调试；根据故障现象判断故障部位；检查分析、找到故障点并分析解决故障；遵守安全操作规程；素质目标有严谨的职业态度、规范的操作习惯、创新精神、团结协作精神、自主学习精神及沟通能力。

此核心课程以项目驱动教学开展课程教学，提升学生的职业能力，以具体自动化生产线为载体，融合认知、安装、调试和检测等内容，实现教、学、做、评一体化教学，突出课程的职业性、实践性和开放性。以学生为主体，采取多样化教学方法。以自动化设备改造为工作过程，涉及电路图分析、电气图设计、程序设计、设备组装、设备运行调试、设备检测、设备维护等行动领域，设置六个学习情境：零配件拆装、传感器检测、气路检测、异步电机检测、步进电机检测、整体检测调试，分成20个任务。

项目一：供料站的安装，有机械拆装、气路拆装、电器拆装三个任务；项目二：加工站的安装，设计任务有加工站组装、光电传感器检测、限位传感器检测三个任务；项目三：装配站的安装，设计任务有装配站组装、电磁阀检测、气缸检测三个任务；项目四 ：分拣站的安装，设计任务有分拣站组装、传送带的检测、异步电机的检测、变频器的检测四个任务；项目五：输送站的安装，设计任务有输送站组装、光纤传感器检测、机械手检测、步进电机的检测、溜板检测四个任务；项目六：整体运行调试，有PLC控制网络构建、程序编写、综合调试三个任务。

2自动化生产线的教学方法与评价设计

2.1教学方法。

（1）讲授法：讲解项目任务，传授项目任务相关的知识点，针对学生实施过程中出现的不足进行知识点的说明。

（2）现场教学法：在符合生产要求的工作环境中进行操作技能和维修应用能力实践，提高职业氛围，在工作过程中提升学生的职业道德、职业素养和岗位适应能力。

（3）任务驱动法：将教学过程融入项目任务中，让学生自主讨论分析实施，学生在工作过程中得到知识。

（4）小组讨论法：学生每六～八人为一个小组，小组讨论分析，讨论解决，分工协作完成项目任务。

六步教学实施：明确任务、讨论分析、制定方案、检测故障、检验效果、总结分析。老师交代目标，注意观察和记录小组对现象分析情况，解答学生提出的问题，对跟主题分析偏离太远的小组予以引导，让学生自行摸索，在后期对学生可能会引起事故或损坏设备和工具的异常操作给予纠正，最后老师组织小组进行故障排除工作汇报，互评，并对每组进行考核评价，再引导学生自行总结。

2.2评价设计。

课程采用过程考核与期终考核相结合、企业考核与校内项目考核相结合、教师考核与学生考核相结合的多元化考核方式，利于理论联系实际，有利于学生的学习创新和思考，更督促他们到实际中去发现和改进，去寻找合适自己的项目和课题。

课程考核为：校内项目，企业，综合实训三大类。当堂课的考核有：教师考核、小组互评、小组自评；教师考核内容为五项：任务分析情况，实施方案制定，任务完成质量、分工协作精神、故障检测手段、安全操作规范、小组总结。

和很多专业课一样，多种教学方法和全面的评价方案，有效保证了教学效果。

3相关课教学

3.1电机与电气控制的教学。

本课程以发电机为主题，以工作任务为导向，以工厂实用型电气控制系统设计、安装、调试与维护情景教学为主线贯穿全课程，用实物进行直观性教学，使学生感性认识强，理性认识够。

典型的教学任务有三相异步电动机全压启动、三相异步电动机长动控制、三相异步电动机正反转控制、三相异步电动机延时启动控制（或三相异步电动机Y-降压启动）、机械手控制等。

课程特色是学生充分利用所学知识、网络资源、闲瑕时间作为期三个月的“继电控制课程设计”。任务书要求能够根据功能要求选择个元器件的类型及其型号；了解个元器件的工作原理和使用方法；把各元器件连接起来实现本课程设计的要求。设计内容和要求：两台电动机都存在重载启动的可能，任何一级传送带停止工作时，其他传送带都必须停止工作，控制线路有必要的保护环节，有故障报警装置。课程设计书要有课题介绍、题目、摘要、总体方案设计、设计目的、控制要求、设计要求、 硬件选型、主电路原理图的设计、 控制电路原理图的设计、重载保护电路设计、欠压保护电路设计、总结。

3.2PLC教学。

PLC是可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller）的简称，早期是一种开关逻辑控制装置，随着计算机技术和通信技术的发展，其控制核心采用微处理器，功能有了极大扩展，除了最广泛的取代传统的继电器-接触器控制的开关量逻辑控制外，还有过程控制，数据处理，通信联网与显示打印，PLC接口采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。

PLC有5种编程语言：

（1）顺序功能图（SFC）。

顺序功能图常用来编制顺序控制类程序，包含步、动作、转换三个要素。顺序功能编程法是将一个复杂的控制过程分解为小的工作状态，这些状态按顺序连接组合成整体的控制程序。

（2）梯形图（LD）。

梯形图沿袭了继电器控制电路的形式，是在常用的继电器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变而来的，形象、直观、实用，电气技术人员容易接受，要求用带CRT屏幕显示的图形编程器才能输入图形符号，是目前用得最多的一种PLC编程语言。

（3）功能块图（FBD）。

功能图编程语言是用逻辑功能符号组成的功能块来表达命令的图形语言，与数字电路中的逻辑图一样，极易表现条件与结果之间的逻辑功能。

（4）指令表（IL）。

采用经济便携的编程器将程序输入到可编程控制器就用指令表，使用的指令语句类似微机中的汇编语言。指令表程序较难阅读，其中的逻辑关系很难一眼看出，所以在设计时一般使用梯形图语言。如果使用手持式编程器，必须将梯形图转换成指令表后再写入PLC，在用户程序存储器中，指令按步序号顺序排列。

（5）结构文本（ST）是文字语言。

编程语言的学习是PLC教学的一项重要内容，中间加以不同的应用实例：顺序控制电路、常闭触点输入信号的处理，使用多个定时器接力定时的时序控制电路、三相异步电动机正反转控制电路、钻床刀架运动控制系统的设计，LED数码管显示设计，还经常根据继电器电路图设计梯形图。

增加的学习情境还常有如下任务：洗手间的冲水清洗控制、进库物品的统计、竞赛抢答器装置设计、彩灯或喷泉PLC控制；寻找数组最大值并求和运算、电热水炉温度控制等。

3.3单片机。

单片微型计算机就是将CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。用于示波器、报警系统、移动电话、彩电等日常方面，在智能仪器仪表、工业控制、家用电器、计算机网络和通信领域、医用设备领域、工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域也都有广泛应用。

数据大都在单片机内部传送，运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高，微型单片化集成了如看门狗、AD/DA等更多的其它资源。教学内容以80C51为核心讲授单片机的的引脚、存储器组织结构、典型语句，以实例应用为线索：单灯受控闪烁、P1口外接8只LED发光二极管模拟彩灯、单片机做加、减、乘、除运算等项目。各子任务都作硬件电路及工作原理分析、主程序流程图设计、源程序的编辑、编译、下载、单片机的I/O接口分配及连接。

教学采用ISP-4单片机实验开发板，可以完成大量的单片机学习、开发实验，对学习单片机有极大的帮助。该板采用在线可编程的AT89S51单片机，有程序下载功能，可将编辑、编译、调试好的单片机代码下载到AT89S51单片机中。

3.4变频器技术及应用。

变频技术让学生熟练掌握各种电力电子器件的工作原理、主要参数、驱动电路与保护技术；掌握交-直-交变频器、交-交变频器、谐振型变频的工作原理和应用范围；掌握脉宽调制控制、矢量控制和直接转矩控制等先进技术；了解变频器与感应电动机组成变频调速系统、变频器与双馈电机组成调速系统、变频器与同步电动机组成变频调速系统，掌握电力电子电机系统的组成、工作原理、控制方法、运行特性等，是强电应用和现代技术推广的有力体现。

3.5传感器与自动检测技术。

传感器技术代替人的感观，在各种环境下应用，检测技术是一套有效的反应体系，包括信息的获得、测量方法、信号的变换、处理和显示、误差的分析以及干扰的抑制、可靠性问题等。因此掌握常用传感器的工作原理、结构、性能，并能正确选用，了解传感器的基本概念和自动检测系统的组成，对常用检测系统有相应的分析与维护能力。对工业生产过程中主要工艺参数的测量能提出合理的检测方案，能正确选用传感器及测量转换电路组成实用检测系统的初步能力。

教学过程进行小论文制作，让学生提高计算机应用水平，使学生从文字处理水平提高到办公处理水平。对分节、目录、文献标识作严格要求。题目如数字显示电子称、基于霍尔传感器的转速表、单片机电子秤研究、光纤测温仪、烟雾报警器、小车寻迹设计、电熨斗自动恒温系统、电涡流探伤、电感测厚仪等。

4毕业论文指导分析

毕业论文专业联系实际，通常小型自动化系统以单片机为主，大型自动化生产线以PLC为主，系统运行动力离不开电机，观察离不开传感器，调速可用变频器，综合所学，学生的论文涉及广泛，有效教学可对应从如下方面侧重指导。

4.1立意选题。

根据实际和研究方向做好侧重和体现，如“触摸屏控制的碱液配置系统”和“两种液体混合装置的PLC控制系统”的系统性和方向性，“车库自动门的PLC自动控制”和“测速雷达信号处理系统”的检测指标要求等。

4.2材料整合。

在任务要求明确的基础上，首先确定相关技术指标，对应查找并列出论文结构，一份毕业论文至少含有三到五门课的内容，对应于研究方向进行相应编排和取舍。

4.3技术处理。

所搜集图片的背景往往有水印，要去掉，图片按要求进行不同方向的剪切。图表里的文字应是五号或小五，注意表格标题要单独标出等等格式要求。流程图、梯形图的设计与表现。

多种教学方法和理论联系实际教出具有学习能力和创新能力的学生，系统的学习与应用创造练就出具有竞争力的学生，专业课的有效教学和毕业论文的顺利设计将显示本专业沉甸甸的含金量。

参考文献

[1]吕景全.《自动化生产线安装与调试》，中国铁道出版社，2010年7月

[2]马玉春.《电机与电气控制》，北京交通大学出版社，2011年1月

[3]李建新.《可编程控制器原理及应用》，机械工业出版社，2012年9月

[4]张玉莲.《传感器与自动检测技术》，机械工业出版，2007年年9月

单片机原理论文范文第9篇

关键词:单片机系统;综合实践课程;实践教学

abstract: single-chip system design is a practical application and have a strong curriculum. in order to fully stimulate the creativity of students so that students are familiar with single-chip application system and development process, to master the single-chip design and development of the principle, we created an integrated single-chip system design practice courses. this article describes the practice of integrated curriculum implementation plan, gives a typical example of the design. after several years of teaching practice, this course has been a good teaching results.

key words: single-chip system; the practice of integrated curriculum; teaching practice

1 前言

单片机系统设计是一门实践性、应用性很强的课程。传统的单片机系统设计实验教学,具有:①实验应用机会少;②缺乏具体的实验教学内容和完善的考试、考核方法;③验证性多,创新性少;④实验教学内容与实践应用脱节的弊端[1]。这样的教学模式和方法,很难让学生完全掌握单片机系统设计的基本原理和开发方法,更不用说培养学生的创新能力。因此,为了培养和训练学生具备独立设计简单的单片机应用系统、编写系统控制程序的能力和技能,激发学生的创造力,我校在学生完成了《单片机系统设计》的理论课和汇编程序设计、七段数码显示、键盘扫描、ad转换、串行通讯等实验教学后,特开设了为期2周的综合实践教学环节。此教学环节让学生完成一个单片机系统的设计、开发、调试的完整过程,整个综合实践教学环节完成后,学生对单片机系统的学习和应用兴趣更浓了,而且具备了自行设计、开发简单的单片机系统的能力。

2 任务与要求

利用伟福lab6000系列单片机仿真实验系统构成简单实用的单片机系统,要求如下:

(1)充分应用mcs-51系列微处理器和伟福lab6000系列单片机仿真实验系统所提供的硬件资源,自由选题实现一个简单实用的单片机系统。

(2)要求具备必需的人机接口。

(3)可以选用汇编或c51语言进行控制程序开发。

设计的系统性能如下:

(1)系统运行稳定,具有一定的抗干扰和故障自测能力。

(2)系统设计安全可靠,具有出错报警和应急关闭能力。

(3)系统精度达到一般民用品的基本要求。

(4)人机接口界面友好、直观、操作简单。

另外,我们提供了一些选题供学生拓展思路,主要有:

(1)出租车计价器。

(2)温度控制系统。

(3)可编程交通灯系统。

(4)pwm电机调

速系统。

(5)数字温度计。

(6)数字频率计。

3 设计范例

3.1 pwm电机调速系统

pwm电机调速系统如图1所示,系统包含电机驱动电路和测速电路,两者构成闭环系统。电机驱动采用脉宽pwm调压电路,测速电路的核心部件是霍尔元件。

图1 pwm直流电机调速系统原理图[2]

霍尔元件是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变化,可在各种与磁场有关的场合中使用。在外磁场的作用下,当磁感应强度超过霍尔元件导通阈值bop时,霍尔元件输出管导通,输出低电平。若外加磁场的b值降低到brp时,输出管截止,输出高电平。在直流电机的转盘上粘贴着一枚小磁铁,霍尔元件安装在转盘附近,每当磁铁靠近霍尔元件时霍尔元件导通,输出低电平,远离时霍尔元件截至,输出高电平。这样,直流电机转动一圈,霍尔元件就会输出一个脉冲,通过这个原理能够测出电机的转速。

pwm是单片机系统中常用的模拟量输出方法,通过外接的转换电路,可以将脉冲的占空比转化成电压。直流电机的转速和驱动电压呈近似线形关系,改变脉冲的占空比,就可以改变直流电机的转速。

系统结构图如图2,闭环工作时,测速电路测得的转速和给定的转速相减获得差值e,根据差值e运用pid增量控制算法获得控制量,即占空比,通过mcs-51的口线输出给定占空比的脉冲,再通过转换电路转化成电压来驱动直流电机。系统控制算法采用增量型pid控制算法,如果k时刻电机当前转速是y(k),给定转速是r(k),pid控制器输入信号为e(k),输出信号为u(k),则离散的pid递推算法如下:

图2 pwm直流电机调速系统结构图

3.2 数字温度计数字温度计的核心电路——温度传感器调理电路如图3所示,温度传感器采用负温度系数的热敏电阻(ntc),ntc的阻值随着温度的上升而非线性下降,具体温度-阻值特性为

(4)

式中,rt 、 rt0是温度分别为t、t0 时的电阻值;b为负温度系数热敏电阻的材料常数[3]。

固定电阻和ntc组成的电阻桥输出电压随ntc阻值的变化而变化,这种变化经过差动放大器的放大后送给ad转换器转换成数字量,具体转换遵循以下公式:

(1) 电桥输出电压u

(5)

(2) 差动放大器输出电压 u'(一般r7=r8,r9=r10)

图3 数字温度计原理图[2]

一般情况下,会事先根据ntc的温度-阻值特性计算出一张温度-阻值对应表。根据ad转换的数字值逆运算获得当前ntc的阻值,再根据ntc的温度特性表运用分段查表和表项间线性运算就可以获得当前温度值,把当前温度在输出设备(如七段数码管、lcd)上显示出来就构成了完整的数字温度计。本范例也可在其他温度测量的系统中应用。

3.3 出租车计价器

出租车计价器是一个较实用的设计范例,它的结构如图4。出租车计价器包含里程测量电路、实时时钟电路和人机接口。

出租车计价器里程测量的核心部件是霍尔元件,具体电路和图1的测速电路一样。在轮胎的转轴上粘贴了6个小磁铁,轮胎转动一圈,霍尔元件就会输出6个脉冲,对脉冲进行计数就可以获得轮胎转动的圈数,圈数乘以轮胎的周长就可以获得车辆行驶的里程数。

图4 出租车计价器结构框图

一般情况下,出租车白天和晚上的里程单价并不一样,因此需要一个实时时钟来获得当前时间。ds1307是一个i2c总线的实时时钟(rtc),在外部电池的供电下,它能提供高精度的年月日时分秒bcd码时间。另外,它还包含56字节的非易失性sram(nv

sram),可以用来保存系统的设置信息。

显示设备可以采用七段数码管或lcd,用来显示当前时间、行驶里程数、里程单价、和行驶

里程价格等信息。还需要少量的按键或矩阵式键盘用于输入里程单价、开始计价、清零、时间设置等操作。

4 实施过程

4.1 根据任务与要求进行总体规划与设计

这个过程包括:

⑴ 课题选择。

⑵ 硬件模块的选择和设计。

⑶ 软件整体流程的设计。

⑷ 查找各种所需资料。

综合实践课题题目是不是新颖,是不是能够激发学生的创造性和好奇心,直接影响学生实验的积极性,有的学生觉得做实验非常无聊,就是因为他们的好奇心和热情没有被激发起来。而集知识性、趣味性、创造性于一体,能应用所学知识解决具体问题的综合实践课题,是本综合实践的最大亮点,也是本教学环节区别于其他教学环节的标志。我们要求学生思考在实际生活中能应用单片机系统技术能解决的具体问题,并且考虑伟福lab6000系列单片机仿真实验系统所能提供的硬件资源,选择一个有自己特色、能在两周内独立完成的题目,题目要求新颖,鼓励创造性的思维,并且能解决实际生活中的具体问题。

受限于实验条件,硬件设计无法完全按照单片机系统设计的一般方法和标准步骤来实施。在教学过程中,我们要求学生可以根据伟福lab6000系列单片机仿真实验系统所提供的硬件资源自主地完成硬件部分的理论设计,也可以不完全局限于此实验平台进行理论设计。理论设计完全遵循单片机系统设计的一般流程,学生自己查阅资料,设计硬件电路图。指导老师对硬件部分的理论设计进行评审后,再根据具体的实验平台指导学生完成课题。

软件设计可以采用汇编语言或keil c51高级语言开发环境来实现,这两种软件开发环境是当前mcs-51系列单片机系统开发的主流环境。根据学生选题的特点,指导学生选择较为容易实现的开发环境。

4.2 根据总体规划实施软硬件的开发与设计

这个过程包括:

⑴ 硬件连接。

⑵ 软件编程。

⑶ 软硬件联调。

在这一过程中主要培养学生的硬件设计能力、编程能力和积累软硬件调试经验,熟练掌握单片机系统中人机接口的设计、控制算法设计、硬件驱动程序设计,体会理论与实践之间的差别,对单片机系统的设计与实现由理性认识转化为感性认识,激发学生的求知欲望,锻炼学生克服困难解决问题的能力。

4.3 交流总结

在2周的综合实践中抽出一天时间让能力较强的学生陈述他的设计思想和设计过程、设计中的难题和解决方法以及自己的心得体会。让进展不顺的学生提出他在设计中没能解决的难题,全班同学共同讨论,集思广益,找到解决问题的方法。这样可以使学生互相学习,取长补短,拓宽知识面,活跃思维,能在以后的工作和学习中更好地完成任务。

4.4 完成实践报告及验收评分

最后两天是综合实践报告的完成阶段,在进行了两周的综合实践以后有必要好好地总结一下,把自己在综合实践中所学到的知识以文字的形式表述出来,这样更有助于水平和能力的提高。

实践报告完全按照毕业论文要求书写,包含中英文摘要、设计任务与要求、系统结构及工作原理、主要单元电路的设计过程、控制软件的编写及调试、测试数据及调试中故障分析、收获和体会、参考文献等部分。要求学生重点讲述清楚故障分析和收获体会。

综合实践成绩由平时表现、实践报告、设计成果、创新点4部分组成,成绩构成比例是2:3:4:1[4]。

5 效果

> 经过几年的教学实践,单片机系统综合实践教学环节取得的效果主要体现在以下几个方面:

(1)让学生掌握了单片机系统设计的一般原理及其基本的实现过程,实现了从理论向实际的迁移,强化了学生所学的知识。

(2)让学生掌握了单片机系统硬件、软件设计的基本方法,具备了软硬件相结合的系统设计的基本能力和调试经验。

(3)本综合实践的课题真实性很强,让学生经历了单片机系统设计的全过程,提高了学生的研制开发能力和创新能力。

(4)本综合实践涉及到多学科、多知识点,是计算机软硬件知识的大综合。经过综合实践,学生运用所学知识分析解决问题的能力有了较大的提高,完成了多学科知识的融会贯通。

参考文献

[1] 罗钧,廖红华,付丽,黄勇.单片机实验教改与创新性人才培养的关系[j]. 实验室研究与探索,2006,25(8):958-959

[2] 南京伟福实业有限公司. 伟福lab6000系列单片机仿真实验系统实验说明书[eb/ol] .

[3] 何希才. 传感器及其应用 [m] . 北京:国防工业出版社,2005

[4] 厉荣卫,傅中君. 计算机控制技术综合实验及其效果[j]. 实验室研究与探索,2001,20 (6):50-51

单片机原理论文范文第10篇

本文介绍了一种空调机温度控制系统。本温度控制系统采用AT89C51单片机收集数据，处理数据来实现对温度的调控。主要过程如下：利用传感器将非电量信号转换为电信号，转换后的电信号再进入A/D转换器转换成数字量，传送给单片机进行数据处理，并向设备输出控制信号。由LED实时显示被控温度及设定温度，使系统应用更加方便、直观。

【关键词】单片机、A/D转换系统设计系统调试

绪论

单片机利用大规模集成电路技术把中央处理器和数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM）及其他I/O通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统。而现代的单片机则加上了中断单元、定时单元及A/D转换等更复杂、更完善的电路，使得单片机的功能越来越强大，应用更广泛。

第1章单片机空调控制系统

随着中国人民环境的改善和人民生活质量的提高，公共建筑和住宅的供热和空调已成为普遍的需求，建筑能耗占全社会总能耗的比例巨大且持续增长。据统计，2001年中国建筑能耗已达到3.76亿吨标准煤，占总能耗的27.6%，年增长比例是5%。在发达国家中，供热和空调的能耗很大，可占到社会总能耗的25%-30%。有资料统计，办公楼中空调系统耗能量占总能量的25%左右，所以空调控制系统设计始终是建筑环境与设备领域中的重要研究课题之一。

1.1当前国内研究情况

1）在城市现代化建设过程中，用电结构发生变化，其中用在建筑物空调系统的电力负荷比例日益增加。据不完全统计，北京已有250余幢宾馆、办公楼和50余家大商场采用中央空调，其空调用电负荷达40万kW。相当于华北电网为了调峰，耗资27亿元而兴建的十三陵抽水蓄能电站的1/2装机容量。以广东省为例，现有装机容量已达30万kW,并以每年30%的速度递增，其用电负荷已占总共电量的40%以上。

2）改革开放以来，我国经济的高速发展和人民物质生活水平的不断提高，对电力供应不断提出新的挑战。尽管我国发电装机容量已超过2亿Kw,年发电量已突破9000亿kWh。然而，目前我国电力供应仍很紧张。突出的矛盾是电网峰谷负荷差加大，夜间至清晨谷段负荷率低，而高峰段电力严重不足，有的电网峰谷负荷之差达25%-30%，造成白天经常拉闸限电，夜间有电送不出的现象。

3）由于空调用电负荷一般在电力谷段用量甚少，对城市点昂具有很大的“肖锋填谷“潜力，而在中央空调中，制冷系统的用电量通常占整个空调系统用电量的40%-50%，如以商场为例，每10万m2空调制冷系统的须用电功率约为7000-9000KW。因此，空调蓄冷系统应运而生，并将日益展示他广阔的应用前景

1.2空调控制系统的组成以及基本工作原理

空调系统的基本组成形式可分为三大组成部分，分别是：冷热源设备（主机）、空调末端设备、附件及管道系统。该系统具有制冷、制热、除湿、自动4种工作模式，包括定时、睡眠、风向、智能化霜、应急运转、试运转以及5种可调室内风速等控制功能；在定时开机时，可根据访间温度作智能判断，自动调整定时开机时间，避免开机时太冷或太热；另外，可对设定温度和房间温度两种温度的10个温度值进行同时指示，以及完整的抗干扰和系统保护功能。

1.2.1控制器原理

该系统具有制冷、制热、除湿、自动4种工作模式，包括定时、睡眠、风向、智能化霜、应急运转、试运转以及5种可调室内风速等控制功能；在定时开机时，可根据访间温度作智能判断，自动调整定时开机时间，避免开机时太冷或太热；另外，可对设定温度和房间温度两种温度的10个温度值进行同时指示，以及完整的抗干扰和系统保护功能。

本系统硬件简单可靠，软件具有更完善的控制功能和抗干扰能力。系统具有很高的性能价格比

系统CPU根据遥控器或按键输入的命令，对采集到的温度进行智能判断，然后作出相应的制冷、制热或除温运行。再通过接口电路，驱动压缩机、换向阀、风向电机和室内风机作相应动作，并对温度用LED指示。系统的原理框图如图1所示。

1.3软件设计

软件设计采用模拟化处理，主控程序包括以下几个部分：程序的初始化、试运转、数据和信号的采集与处理、温度LED指示、室内风机的闭环积分控制、室内风向电机的步进控制。功能子程序包括制冷、制热、除湿、自动四种运行模式。中断程序包括遥控接收。各种定时的中断查询处理、速度检测等。系统的主控程序流程如图4所示。

1.4硬件设计

1.4.1单片机的选择

系统有3路温度模拟信号输入，还有1路电压和1路电流模拟输入，共5路模拟输入要求；而模拟信号要转换成数字信号才能用单片机CPU处理。为提高系统的性能价格比，应采用含有A/D转换器的单片机。经过各方面的综合比较，我们选用了美国Microchip公司的PIC16C72单片机作为控制核心。它具有5路模拟量输入的A/D转换器，恰好满足系统的模拟输入要求。另外，它在1块芯片上集成了1个8位逻辑运算单元和工作寄存器、2KB程序存储器、128个数据存储器、3个端口（A口、B口、C口）共22条I/O线、3个定时器/计数器。另外，只有35条易学易用而高效的RISC（精简指令集计算机）指令，同时，芯片具看门狗功能，并提供对软件运行出错的保护。

1.4.2模拟输入电路

本系统直接用热敏电阻进行测温，再加一级电容滤波。对外交换温度检测电路，因其干扰较大，特加上二极管限幅保护。对传感器的不同电阻值，将其所对应的不同分压值输入至PIC单片机的A/D转换口，在单片机内部转换成数字信号。该检测电路结构简单，性能价格比高。又因采用的单片机为8位，所以温度转换精度高，可为0.5℃，完全满足了空调的信号检测精度要求。对过流信号的检测，不用经过比较器，节约了资源；而是采用模拟信号整流分压后直接输入，通过单片机自带的A/D转换器，每500μs对其进行一次检测，并进行软件比较，以确认是否过流。对过零电压信号的检测，也是采用模拟信号整流分压后直接输入。因两个半的过零点都要检测，所以用桥式整流。模拟输入电路如图2所示。

1.5单片机控制系统的调试

1.5.1硬件调试

根据设计的原理电路做好实验样机，便进入硬件调试阶段。调试工作的主要任务是排除样机故障，其中包括设计错误和工艺性故障。

1）脱机检查

用万能表或逻辑测试笔逐步按照逻辑图检查机中各器件的电源及各引脚的连接是否正确，检查数据总线、地址总线和控制总线是否有短路等故障。有时为保护芯片，先对各管座的电位（或电源）进行检查，确定其无误后再插入芯片检查。

1.5.2仿真调试

暂时排除目标板的CPU和EPROM，将样机接上仿真机的40芯仿真插头进行调试，调试各部分接口电路是否满足设计要求。这部分工作是一种经验性很强的工作，一般来说，设计制作的样机不可能一次性完好，总是需要调试的。通常的方法是，先编调试软件，逐一检查调试硬件电路系统设计的准确性。其次是调试MONITOR程序，只有MONITOER程序正常工作才可以进行下面的应用软件调试。

1.5.3硬件电路调试的一般顺序

1）检查CPU的时钟电路。通过测试ALE信号，如没有ALE信号，则判断是晶体或CPU故障，这称之为“心脏”检查。

2）检查ABUS/DBUS的分时复用功能的地址锁存是否正常。

3）检查I/O地址分配器。一般是由部分译码或全译码电路构成，如是部分译码设计，则排除地址重叠故障。

4）对扩展的RAM、ROM进行检查调试。一般先后写入55H、AAH，再读出比较，以此判断是否正常。因为这样RAM、ROM的各位均写入过‘0’、‘1’代码。

5）用户级I/O设备调试。如面板、显示、打印、报警等等。

1.5.4软件调试

软件调试根据开发的设备情况可以有以下方法：

1）交叉汇编

用IBMPC/XT机对MCS—51系列单片机程序进行交叉汇编时，可借助IBMPC/XT机的行编辑和屏幕编辑功能，将源程序按规定的格式输入到PC机，生成MCS—51HEX目标代码和LIST文件。

2）用汇编语言

现在有些单片STD工业控制机或者开发系统，可直接使用汇编语言，借助CRT进行汇编语言调试。

3）手工汇编

这种方法是最原始，但又是一种最简捷的调试方法，且不必增加调试设备。这种方法的实质就是对照MCS—51指令编码表，将源程序指令逐条地译成机器码，然后输入到RAM重新进行调试。在进行手工汇编时，要特别注意转移指令、调用指令、查表指令。必须准确无误地计算出操作码、转移地址和相对偏移量，以免出错。

4）以上3种方法调试完成以后，即可通过EPROM写入器，将目标代码写入EPROM中，并将其插至机器的相应插座上，系统便可投入运行。

硬件、软件仿真调试经过硬件、软件单独调试后，即可进入硬件、软件联合仿真调试阶段，找出硬件、软件之间不相匹配的地方，反复修改和调试。实验室调试工作完成以后，即可组装成机器，移至现场进行运行和进一步调试，并根据运行及调试中的问题反复进行修改。

1.5.5调试

单片机控制技术应用越来越广泛，其核心技术是单片机控制系统的设计。对工程技术人员来说，抓住系统的原理构成、软件设计、硬件设计以及系统调试方法的要点是十分必要的。根据工作经验，前面叙述的系统调试方法将会有助于从事这方面工作的技术人员及本专业的学习者。

第2章单片机的空调控制系统技术和量化要求

2.1空调控制系统的数字化控制

（以Infineon的8位单片机C504/C508）为例

2.1.1模糊智能控制

与普通空调的运行方式不同，变频空调的压缩机需要连续运行。其速度调节变得更加重要，要确保室内温度波动限制在较小范围内。事实上永磁直流无刷电机是一个多变量，非线性，强耦合的对象，需要智能控制才能取得比较满意的效果。考虑到8位单片机的资源有限，本系统采用模糊控制来实现电机转速的控制。因为C504/C508的CCU单元的通道0在块交换模式下降了参与电机换相外，还可用来完成捕获动作，故这个通道可以同时用于电机速度检测。系统所用的模糊控制规则如下式：U=αE+（1-α）E式中，E为位速度误差，Ec为速度误差变化率，α为加权系数，在0和1之间取值，U为控制器输出。通过调整加权系数，本系统可以对控制规则进行在线修正。

2.1.2功率变换电路

功率变换电路及其驱动和保护是直流无刷电机调速系统的最核心的部分。功率变换电路主要是整流桥和逆变桥。目前在国内变频空调产品中这部分电路的角色主要是由智能功率模块（IPM）来充当。所谓IPM，就是将功率变换电路，驱动，保护，检测，辅助电源都集成在一个模块内。

2.1.3单片机控制系统中控制算法

(1)直接数字控制

当被控对象的数学模型能够确定时，可采用直接数字控制。所谓数学模型就是系统动态特性的数学表达式，它表示系统输入输出及其内部状态之间的关系。一般多用实验的方法测出系统的特性曲线，然后再由此曲线确定出其数学模型。现在经常采用的方法是计算机仿真及计算机辅助设计，由计算机确定出系统的数学模型，因而加快了系统模型的建立。当系统模型建立后，即可选定上述某一种算法，设计数字控制器，并求出差分方程。计算机的主要任务就是按此差分方程计算并输出控制量，进而实现控制。

(2)数字化PID控制

由于被控对象是复杂的，因此并非所有的系统均可求出数学模型，有些即使可以求出来，但由于被控对象环境的影响，许多参数经常变化，因此很难进行直接数字控制。此时最好选用数字化PID（比例积分微分）控制。在PID控制算法中，以位置型和增量型2种PID为基础，根据系统的要求，可对PID控制进行必要的改进。通过各种组合，可以得到更圆满的控制系统，以满足各种不同控制系统的要求。

2.2单片机控制系统的数字化

2.21采用数字化负荷随动控制理论

运用现代化计算机技术、数字化自动控制技术，对中央空调设备运行进行综合、优化；针对中央空调主机和辅机系统运行的工况和末端负荷的变化，采集其瞬间多种变化参数，对负荷进行随动跟踪；自动、准确、及时地对冷冻（温）水泵、冷却水泵、冷却塔风机设备的运行参数进行采集，对系统各设备自动进行实时优化控制，使中央空调主机运行环境得以优化，使得主机工质和辅机系统各种流量跟随末端负荷的变化而同步变化，确保中央空调系统在满足舒适性的前提下，大幅度降低系统的能源消耗。即把负荷运行所不需要的，而系统运行又将会产生的这部分多余的冷量节省下来。

2.22中央空调数字化负荷随动节能控制系统

控制精度高，同频精度和稳定性好，可使中央空调系统节能达到20%以上。该技术、产品在国内、国外处于领先水平，具有高效节能、安全、舒适和方便管理的显著效果。

第3章结论

单片机控制技术应用越来越广泛，其核心技术是单片机控制系统的设计。对工程技术人员来说，抓住系统的原理构成、软件设计、硬件设计以及系统调试方法的要点是十分必要的。随着我国经济实力的增长，开发新产品的思路上过去那种过多注重价格因素而使新产品开发上不了档次的弱点有所改善，开始注意使用当前最先进的单片机开发高档次的产品。由于单片机的开发手段目前仍以仿真器为主，公司能否提供廉价的仿真器，提供方便的技术服务与培训，较之能否提供高性能、低价位的单片机有着同等的重要性。各单片机厂商在开发工具以及技术服务方面也进行着激烈的竞争。这种竞争与推出新型的单片机以显示高技术方面的优势是相辅相成的。竞争的结果是为单片机应用工程师提供更广阔的选择空间，而最终受益的是单片机产品的消费者，由于单片机对各行各业都有用，这种电子技术的进步导致各行各业的进步，也带动了人类文明的进步。

【参考文献】

[1]夏路易,石宗义《电路原理图与电路板设计教程Protel99SE》北京希望电子出版社2002

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[4]吴金戍,沈庆阳,郭庭吉《8051单片机实践与应用》清华大学出版社2001

[5]张迎新、杜小平、樊桂花、雷道振《单片机初级教程》北京航空航天大学出版社2002

[6]吴金戌、沈庆阳、郭庭吉《8051单片机实践与应用》清华大学出版社2002.

[7]数字电子技术

[8]模拟电子技术

[9]单片机原理机接口技术

[10]赫建国，郑燕，薛延侠.单片机在电子电路设计中的应用.清华大学出版社2006-5

[11]南建辉等.MCS51单片机原理及其应用实例.清华大学出版社2004

[12]李玉峰，倪虹霞.MCS-51系列单片机原理与接口技术.人民邮电出版社2004-5

第5章致谢

本论文设计在（）老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择到具体的写作过程，无不凝聚着（）老师的心血和汗水，在我的毕业论文写作期间，（）老师为我提供了种种专业知识上的指导和一些富于创造性的建议，没有这样的帮助和关怀，我不会这么顺利的完成毕业论文。在此向（）老师表示深深的感谢和崇高的敬意。

在临近毕业之际，我还要借此机会向在这四年中给予了我帮助和指导的所有老师表示由衷的谢意，感谢他们四年来的辛勤栽培。不积跬步何以至千里，各位任课老师认真负责，在他们的悉心帮助和支持下，我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，顺利完成毕业论文。

同时，在论文写作过程中，我还参考了有关的书籍和论文，在这里一并向有关的作者表示谢意。