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1、实践课程的实施与效果的研究的论文摘要:单片机系统设计是一门实践性和应用性都很强的课程。为了充分激发学生的创造力,使学生熟悉单片机应用系统的研制和开发过程,掌握单片机的设计原理和开发步骤,我们开设了单片机系统设计综合实践课程。本文阐述了此综合实践课程的实施方案,给出了典型的设计范例。经过几年的教学实践,本课程取得了良好的教学效果。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
2、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
3、,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
4、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)p电机调速系统。(5)数字温度计。(6)数字频率计。3设计范例3.1p电机调速系统p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p调压电路,测速电路的核心部件是霍尔元件。图1p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
5、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。p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
6、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2p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
7、、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
8、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
