MCU課程導師制教學方法指導制作數學鐘

賈冬義

摘要： 文章從當前人才培養規格出發，在教學改革中嘗試“導師制”模式，首先在MCU實踐性課程中采用這種模式，指導學生從方案制定、各個單元模塊的代碼編寫、仿真、調試，完成整個流程。通過該模式的教學改革培養了學生的創新精神，培養學生體驗單片機開發流程，培養學生向應用型轉變。

Abstract： The article embarks from the current personnel training specification， tries to apply "tutorial system" mode in the teaching reform. At the first， this mode is used in MCU practical courses to guide students complete the whole process from plan formulation， code compilation， simulation， debugging of each unit module. This teaching reform of this model cultivates students innovation spirit， train the students to experience the MCU development process， and make the students transform into the practical personnel.

關鍵詞： MCU；導師制；數字鐘；單片機

Key words： MCU；tutorial system；digital clock；single chip microcomputer

中圖分類號：TN7 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）30-0173-03

0 引言

MCU（單片機原理及應用課程）是一門實踐性的課程，因參與課程學習的學生層次不齊、積極性各異，導致整體教學效果差異較大，同時面臨為了照顧全體同學而不能培養優秀學生的難題。為了有效解決該教學問題，引入“導師制”教育教學模式而實施“MCU實驗課程導師制”，并對其實施效果和特點進行總結與分析，為MCU實驗教學素質化和個性化拓展一種新的教學模式，也為推進人才培養模式和教學體制改革進行有益的探索。這中模式中，“導師”負責學生的“專業教導”、“動手實踐”等方向，具體方法是“導師”們活躍在負責的學生的微信群、QQ群里，隨時隨地為學生答疑解惑，下面就是“導師”導的一個具體實例。

MCU的定時和控制裝置在許多行業有著廣泛的應用，而數字鐘是其中最基本的，也是最具有代表性的一個例子[1]，用數字電路實現對時、分、秒數字顯示的計時裝置。

1 系統方案的確定

綜合考慮，在本次設計中是以STC89c52為控制單元，采用2個四位數碼管作為顯示系統，用時間芯片DS12c887實現獨立計時器功能，功能模塊包含：MCU、輸入模塊、顯示模塊、驅動模塊、和復位電路構成，設計的總體方案如圖1。

從原理上講該電路是一種典型的數字電路，通過該電路的制作進一步的了解MCU開發流程。

2 單元模塊設計

2.1 軟件系統主要包含：主函數、中斷、鍵盤輸入、驅動數碼管顯示及延時。

主函數：主函數可以有序的執行一系列包括調用子函數在內的所有程序，但中斷的發生往往是隨機的，這就會暫時打斷主函數的順序，先去執行中斷函數，之后返回主函數從被打斷的位置繼續執行程序。因此，中斷一旦開放，中斷函數與主函數之間便無順序可言。在本項目中是對輸入信號的處理、輸出信號的控制等。

GATE=0用TR0來控制T0的啟動，若GATE=1則用外部中斷引腳INT0、INT1來控制。方式1是不能自動重裝的，所以得在中斷函數中重新對TH0、TL0賦初值。

數碼管及其驅動模塊：動態掃描時，平均電流為4-5mA，峰值電流50-60mA，MCU不能提供如此大的電流，通過達林頓管等驅動。

延時模塊：有兩種延時子程序，消抖延時、長延時，進行精確的延時子程序設計時，盡量不要或少在延時子程序中定義局部變量。

中斷服務程序：定時50ms，主程序在運行，每當50ms時間到后，就跳轉到定時中斷子程序執行里面的內容，執行完后再回到主程序。即50毫秒進中斷一次。

2.2 使用單片機資源的情況

P0口輸出段選信號，P2口輸出位選信號；f=12MHz；此數字鐘可實現功能：顯示時、分、秒；時間的調整；鬧鐘的開啟和關閉及設定和調整等。

2.3 系統軟件采用C語言，按模塊化設計，然后通過Keil開發平臺將程序轉變成十六進制程序語言轉化為*.HEX文件，然后使用Proteus進行仿真，讀出顯示數據。

流程圖如圖2-圖4所示。

2.4 軟件消抖

一般所用開關為機械開關，當機械觸點通、斷時，電壓信號如圖5。抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定，一般為5ms～10ms。鍵穩定時間一般為零點幾秒至數秒，前沿及后沿會引起一次按鍵被誤讀多次。為確保MCU對按鍵的一次閉合僅作一次處理，必須去消除鍵抖動的影響：在鍵穩定閉合時讀取鍵的狀態，且須判別到鍵釋放穩定后再作處理。按鍵消抖，可用硬件或軟件兩種方法。

①硬件消抖，如施密特觸發器。②軟件消抖。在此指導學生采用軟件方式。軟件消抖有定時器定時和利用延時子程序兩種方式。1）定時器消抖可以不影響數碼管模塊掃描速度，方法是：設置標志位，在定時器中斷中將其置1，然后在程序中查詢。將其中斷優先級<時鐘定時中斷，那么它就可以不影響時鐘定時。2）延時子程序消抖，一般掃描≥50次/s，否則，數碼管會出現閃爍。因此，delay子程序的延時時間應<20毫秒。

如果，設計時采用的是中斷的方式來完成有關操作，其處理思想是：中斷不能連續執行，兩次之間有時間間隔。圖6是消抖方法的程序流程圖。

2.5 Proteus仿真結果

Proteus有編譯C語言的能力，利用Proteus與keil軟硬件聯合仿真進行調試，調試結果滿足該項目的技術指標設計要求。

3 結論

導師在指導學生通過利用單片機設計電子鐘教學中，學生能從設計過程中自己體會單片機開發的規律，同時啟發學生朝著單片機應用領域邁進。當然通過這次的指導設計過程，使學生了解keil C集成環境和Proteus仿真軟件的使用，尤其是仿真實現了把抽象的東西具體化，把理論和實際結合起來，更利于對單片機設計的理解掌握。

實現電子鐘的電路、器件有很多，利用MCU實現的電子鐘，具有擴展方便、編程靈活的特點。下一步擴展數字鐘的報時功能，從其他管腳引線，增加機械、電子繼電器可實現觸發定時自動報警或者通、斷動力設備及定時啟動電氣設備等，圖8就是一種例證。

導師制模式的教學改革更深層次的影響是：①更多學生的個性、特長被挖掘出來。挖掘了一批能夠參加校、省一級的比賽得心應手的學生。②在人才培養角度為個性化、成才化培養創造了有利條件。③專業導師引領，更好的培養學生創新創造能力。

參考文獻：

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[5]邵麥頓，姚旭東，張慶華.單片機實現洗浴服務機器人的控制系統設計[J].電子設計工程，2011（11）：85-86，89.