項目6單片機應(yīng)用技能實訓(xùn)(C語言)教案

1、單片機應(yīng)用技能實訓(xùn)(C語言)教案項目6項目6 數(shù)字時鐘電路制作任務(wù)1 項目相關(guān)知識學(xué)習(xí)一、案頭任務(wù)項目相關(guān)知識學(xué)習(xí)授課時間年 月 日授課班級教學(xué)形式講授、討論授課時數(shù)2課時教學(xué)用具教學(xué)資源項目制作成品、課件課前準(zhǔn)備教學(xué)目標(biāo)1、了解并行通信與串行通信。2、理解串行口結(jié)構(gòu)，工作方式。3、掌握串行口工作方式0的應(yīng)用。4、了解LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)及顯示方式。教學(xué)重點1、串行口控制寄存器的作用與用法。2、串行口工作方式0的應(yīng)用。教學(xué)難點1、對串行口發(fā)送啟動和接收啟動的理解。教學(xué)過程1、通過對生活中數(shù)字時鐘的討論，引出項目任務(wù)。2、LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)及顯示方式。3、并行通信與串行通信。4、MCS-51單片機串行

2、口的結(jié)構(gòu)。5、用于串行口的專用寄存器介紹。6、串行口工作方式0的應(yīng)用。教學(xué)后記二、教學(xué)實施過程實施環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容導(dǎo)學(xué)方法組織教學(xué)1、檢查學(xué)生出勤情況并做好記錄。2、調(diào)整學(xué)生的注意力，為上課作準(zhǔn)備?；咏涣鲝?fù)習(xí)提問1、MCS-51定時器有哪幾種工作方式？2、如何用定時器來完成數(shù)字時鐘的定時？本項目的終極目標(biāo)是制作一個單片機控制的LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示數(shù)字時鐘電路。提問導(dǎo)思導(dǎo)入在項目5中學(xué)習(xí)了單片機的定時器，本項目要用定時器定時，用數(shù)碼管顯示時間，至少要用4個數(shù)碼管，每個數(shù)碼管占用8位，4個LED數(shù)碼管占用4個I/O端口。所以，在本項目中要擴展用于顯示電路的輸出端口。下面，我們在進行項目制作之前，學(xué)習(xí)

3、LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)原理以及MCS-51單片機的串行口。啟發(fā)學(xué)習(xí)積極性講授新課一、LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)及工作原理1、LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)通常使用的是七段LED顯示器，這種顯示器由8個發(fā)光二極管構(gòu)成，有共陰極和共陽極兩種, 如圖6-3所示。 圖6-3 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)2. LED數(shù)碼管工作原理共陰極LED數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陰極連在一起，接公共端COM。使用時公共端接地，當(dāng)發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮。共陽數(shù)碼管則與之相反。從管腳ag及dp輸入不同的8位二進制數(shù)，可顯示不同的數(shù)字或字符，把控制數(shù)碼管顯示不同字符的8位二進制數(shù)稱為段碼。例如：對于共陽極數(shù)碼管，若要顯示0，其段碼為C0H。二、LED

4、數(shù)碼管的顯示方法數(shù)碼管的顯示方式有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。1、靜態(tài)顯示靜態(tài)顯示是指數(shù)碼管顯示某一字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或恒定截止。這種顯示方式的各位數(shù)碼管相互獨立，公共端恒定接地（共陰極）或接正電源（共陽極）。每個數(shù)碼管的8個字段分別與一個8位I/O口相連。2、動態(tài)顯示動態(tài)顯示是一位一位地輪流點亮各位數(shù)碼管，這種逐位點亮顯示器的方式稱為位掃描。通常，各位數(shù)碼管的相應(yīng)段選線并聯(lián)在一起，由一個8位的I/O口控制；各位數(shù)碼管的位選線（公共陰極或陽極）由另外的I/O口線控制。三、MCS-51單片機串行接口1、并行通信和串行通信并行通信是指將組成數(shù)據(jù)字節(jié)的各位同時發(fā)送或接收，不宜用于遠(yuǎn)距離通信

5、。串行通信是組成數(shù)據(jù)的字節(jié)中的各位按順序逐一傳送的方式，最少只需3根傳輸線即可，如圖8-2所示。串行通信適用于遠(yuǎn)距離通信，但通信的傳送速度較低。圖6-4 串行通信2、MCS-51單片機串行接口MCS-51單片機的串行接口由串行口緩沖寄存器SBUF、串行口控制寄存器SCON和電源控制寄存器PCON構(gòu)成，通過引腳TXD（P3.1）、RXD（P3.0）來完成串行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收與外界進行串行通信。（1）串行口緩沖寄存器SBUFSBUF是按字節(jié)尋址的專用寄存器，它用來存放將要發(fā)送或接收到的數(shù)據(jù)。在物理上有兩個獨立的SBUF寄存器，一個用于發(fā)送，一個用來接收。（2）串行口控制寄存器SCONSCON是一個

6、可以位尋址專用寄存器，它用于串行口的方式選擇、發(fā)送、接收控制及保存串行口的狀態(tài)信息等。SCON中各位的名稱如表6-2所示。SCON位D7D6D5D4D3D2D1D0位名稱SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISCON中各位的定義如下：SM0、SM1：串行口工作方式選擇位。4種不同取值對應(yīng)4種工作方式如表6-3所示。SM2：在方式2、3中用作多機通信控制位。REN：允許接收控制位。REN=0時禁止接收，REN=1時允許接收。TB8：發(fā)送數(shù)據(jù)的第九位。RB8：接收數(shù)據(jù)的第九位。TI：發(fā)送中斷請求標(biāo)志位。RI：接收中斷請求標(biāo)志位。（3）電源控制寄存器PCONPCON對串行口的影響是通過其SMO

7、D位改變串行口的波特率。SMOD位位于PCON的最高位，即PCON.7，當(dāng)SMOD=1時串行口的波特率是SMOD=0時的兩倍（方式0除外）。PCON在單片機復(fù)位時，SMOD=0。二、MCS-51單片機串行口工作方式0的應(yīng)用1、串行口方式0的發(fā)送與接收串行口工作方式0是8位同步移位寄存器方式。串行數(shù)據(jù)由RXD（P3.0）引腳輸入或輸出，同步移位脈沖由TXD（P3.1）引腳輸出。方式0主要用于I/O端口的擴展。（1）方式0的發(fā)送方式0的發(fā)送操作是在TI=0的情況下，執(zhí)行以SBUF為目的字節(jié)的數(shù)據(jù)傳送指令開始的。例如：SBUF=a;8位數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，由硬件將TI置1，向CPU請求中斷。若中斷不開放

8、，TI可作為發(fā)送完成的查詢標(biāo)志位。TI=1后，必須用軟件將其清0，以便再次發(fā)送數(shù)據(jù)。（2）方式0的接收方式0的接收操作是在RI=0的條件下，由REN置1指令來啟動接收。收到8位數(shù)據(jù)后，由硬件將RI置1，向CPU請求中斷。若中斷不開放，RI可作為接收完成的查詢標(biāo)志位。RI=1后，必須用軟件將其清0，以便再次接收數(shù)據(jù)。2、方式0應(yīng)用舉例例1 ：使用串入并出芯片74LS164與單片機相連，使用串行口方式0擴展8位并行輸出，接線示意圖如圖6-5所示。8位并行輸出接8個發(fā)光二極管，要求控制8個發(fā)光二極管反復(fù)亮滅。程序設(shè)計如下（采用查詢方式）：圖6-5 方式0擴展并行輸出#include #define

9、uchar unsigned charvoid delay_ms(uchar xms); /定義延時函數(shù)/*以下是主函數(shù)*/ void main() uchar a=0xff; SCON=0; /置串行口方式0，相關(guān)標(biāo)志位、控制位清0。 while(1) SBUF=a; /啟動串行發(fā)送 while(!TI); /等待串行發(fā)送完成 TI=0; /TI清0，準(zhǔn)備再次發(fā)送數(shù)據(jù) a=a;delay_ms (200); 用多媒體展示圖6-3。提問學(xué)生其他數(shù)字的段碼。介紹連接方法并說明靜態(tài)顯示的優(yōu)缺點。介紹連接方法并說明動態(tài)顯示的優(yōu)缺點。重點說明SCON的使用。對方式0的發(fā)送與接收詳細(xì)說明。用多媒體展示課

10、件圖6-5簡單介紹集成電路芯片74LS164工作特點。對應(yīng)用程序進行介紹，延時程序由學(xué)生進行編寫。課堂小結(jié)1、LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)原理及顯示方式。2、并行通信、串行通信的概念。3、MCS-51單片機串行口結(jié)構(gòu)及SCON各位作用。4、串行口方式0應(yīng)用舉例。課后作業(yè)自我測評1題、2題、3題、4題。任務(wù)2 數(shù)字時鐘電路硬件、軟件設(shè)計一、案頭任務(wù)數(shù)字時鐘電路硬件、軟件設(shè)計授課時間年 月 日授課班級教學(xué)形式講授、討論授課時數(shù)2課時教學(xué)用具教學(xué)資源課件、單片機應(yīng)用制作成品課前準(zhǔn)備教學(xué)目標(biāo)1、掌握串行口工作方式0的應(yīng)用。2、掌握數(shù)字時鐘電路的整體構(gòu)成。3、掌握C語言數(shù)值計算的方法。4、理解應(yīng)用程序的編程思路。教

11、學(xué)重點1、串行口工作方式0的應(yīng)用。2、應(yīng)用程序的編程思路及相關(guān)指令使用。教學(xué)難點1、應(yīng)用程序的編寫思路及相關(guān)程序。教學(xué)過程1、復(fù)習(xí)提問串行口方式0的主要應(yīng)用。2、介紹項目任務(wù)要求。3、根據(jù)項目任務(wù)要求引導(dǎo)設(shè)計硬件電路。4、C語言數(shù)值計算方法。4、應(yīng)用程序流程圖繪制。5、應(yīng)用程序設(shè)計。教學(xué)后記二、教學(xué)實施過程實施環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容導(dǎo)學(xué)方法組織教學(xué)1、 檢查學(xué)生出勤情況并做好記錄。2、 調(diào)整學(xué)生的注意力，為上課作準(zhǔn)備。互動交流復(fù)習(xí)提問1、串行口控制寄存器SCON各位的作用？2、如何用方式0擴展并行輸出？提問導(dǎo)思導(dǎo)入在學(xué)習(xí)了串行口結(jié)構(gòu)及方式0應(yīng)用后，我們應(yīng)用串行口方式0擴展4個并行輸出口來輸出顯示時間，項

12、目要求如下：（1）用4個LED數(shù)碼管采用靜態(tài)顯示，分別顯示時和分，用一個發(fā)光二極管表示秒。（2）用兩個按鍵，一個用來調(diào)小時，一個用來調(diào)分鐘。啟發(fā)學(xué)習(xí)積極性講授新課一、數(shù)字時鐘電路設(shè)計1、數(shù)字時鐘電路構(gòu)成方案設(shè)計根據(jù)項目要求，本項目硬件由按鍵電路（調(diào)時）、單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)、擴展輸出電路和數(shù)碼管顯示電路構(gòu)成。關(guān)鍵是擴展輸出電路構(gòu)成。擴展輸出用芯片74HC595來完成。2、電路設(shè)計根據(jù)電路構(gòu)成方案設(shè)計，對各組成部分進行設(shè)計。關(guān)鍵是擴展輸出及顯示電路的設(shè)計。硬件電路原理圖如圖6-7所示。 圖6-7 數(shù)字時鐘電路原理2、元件選擇 （1）復(fù)習(xí)晶振電路元件及復(fù)位電路元件的選擇。（2）復(fù)習(xí)發(fā)光二極管電路元件

13、選擇。（3）數(shù)碼管的選擇。二、應(yīng)用程序編寫1、C語言數(shù)值計算的方法。（1）算術(shù)運算算術(shù)運算常用的有：+、-、*、/、%五種?！?”是除法運算，即兩個整數(shù)相除，商仍為整數(shù)，舍去小數(shù)部分（余數(shù)）?！?”為取模運算（取余運算），參與運算的兩個整數(shù)，結(jié)果為兩個數(shù)相除之后的余數(shù)。例如：unsigned int a,b,c,d;a=12;b=8;c=a/b; /結(jié)果是c=1。d=a%b; /結(jié)果是d=4。（2）復(fù)合運算C語言中的復(fù)合運算符使得語句的書寫更加簡潔，符號左則的變量既是源操作數(shù)又是目的操作數(shù)。例如：unsigned char a=0x01,b=0x02,c=0x03,d=0x04;a/=b; /

14、a=a/b=0b+=0x01; /b=b+1=0x03c|=0x80; /c=c|0x80=0x83d=1; /d=d1=0x082、應(yīng)用程序流程圖繪制根據(jù)項目要求，分別繪制主程序和中斷服務(wù)程序流程圖如圖6-8所示。 圖6-8 程序流程圖3、程序設(shè)計根據(jù)流程圖編寫程序，參考程序如下：#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar hour=12,min=0,sec=0; /定義小時、分鐘、和秒變量uchar cont_1s; /定義1S定時次數(shù)變量 sbit S1=P10; /定義S1鍵sbit S2=P11

15、; /定義S2鍵sbit xskzw=P21; /定義顯示控制位sbit led=P20;uchar disp_buf4; /定義顯示緩沖單元uchar code tab12=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0xff; /定義段碼表/*以下是初始化函數(shù)*/void start()TMOD=0x11; /定時器工作方式 TL0=(65536-20000)%256; /置定時器初值,一次定時20msTH0=(65536-20000)/256;SCON=0x00; /串行口初始化cont_1s=50; /置1S定時次數(shù)EA

16、=1; /開放中斷ET0=1; /開定時器中斷TR0=1; /啟動定時器T0/*以下是時間顯示函數(shù)*/void sjxs()uchar i,tmp; /定義中間變量xskzw=0; /控制位清0，準(zhǔn)備串行發(fā)送顯示段嗎for(i=0;i4;i+) /循環(huán)發(fā)送4位tmp=disp_bufi; /顯示數(shù)據(jù)送tmpSBUF=tabtmp; /查顯示段嗎送SBUF進行串行發(fā)送while(TI=0); /等待發(fā)送完TI=0; /為下次發(fā)送做好準(zhǔn)備xskzw=1; /控制位置1，將顯示段嗎送出顯示當(dāng)前時間/*下以是數(shù)據(jù)處理函數(shù)*/void sjcl(uchar in1,in2)uchar fen,shi;s

17、hi=in1;fen=in2;disp_buf0=fen%10; /分鐘個位disp_buf1=fen/10; /分鐘十位disp_buf2=shi%10; /小時個位disp_buf3=shi/10; /小時十位/*以下是定時器TO中斷函數(shù)，用于產(chǎn)生時、分、秒信號*/void sz() interrupt 1TL0=(65536-20000)%256; /重裝定時器初值TH0=(65536-20000)/256;cont_1s-; /1S定時中斷次數(shù)減1if(cont_1s=0) /到1s定時了嗎？cont_1s=50; /重置cont_1sled=1; /秒閃爍滅sec+; /秒加1if(

18、sec=60) /到60秒否？sec=0; /到60秒則秒清0min+; /分鐘加1if(min=60) /到60分否？min=0; /到60分鐘則分清0hour+; /小時加1if(hour=24) /到24小時否？hour=0; /到24小時則小時清0sjcl(hour,min); /調(diào)用數(shù)據(jù)處理函數(shù)sjxs(); /調(diào)用時間顯示函數(shù)else if(cont_1s=25) /到0.5S延時了嗎？led=0; /秒閃爍亮/*以下是主函數(shù)*/void main()start(); /調(diào)用初始化函數(shù)while(1) /大循環(huán)if(S1=0) delay_ms(10); /若S1按下則調(diào)用10ms

19、延時函數(shù)去抖動if(S1=0)txs(); /S1仍然按下則調(diào)用調(diào)小時函數(shù)if(S2=0) /若S2按下則調(diào)用10ms延時函數(shù)去抖動delay_ms(10);if(S2=0) /S2仍然按下則調(diào)用調(diào)分鐘函數(shù)tfz(); 4、是否需要去抖動處理？老師和同學(xué)共同討論電路構(gòu)成方案。老師講解74HC593與單片機的連接及擴展級連方法。老師和同學(xué)共同在黑板上繪制電路原理圖。對自述運算可多舉幾個例子。在老師引導(dǎo)下由同學(xué)老師共同完成流程圖繪制。在老師引導(dǎo)下與同學(xué)一起完成應(yīng)用程序設(shè)計。延時子函數(shù)、調(diào)小時子函數(shù)、調(diào)分鐘子函數(shù)由學(xué)生獨立完成。課堂小結(jié)1、數(shù)字時鐘電路設(shè)計。2、C語言數(shù)值計算的方法。3、應(yīng)用程序設(shè)計

20、,關(guān)鍵是程序流程圖設(shè)計。課后作業(yè)自我測評5題、6題。任務(wù)3 數(shù)字時鐘電路的計算機仿真一、案頭任務(wù)防盜報警器電路的計算機仿真授課時間年 月 日授課班級教學(xué)形式老師演示、學(xué)生練習(xí)授課時數(shù)2課時教學(xué)用具教學(xué)資源機房、相關(guān)課件課前準(zhǔn)備教學(xué)目標(biāo)1、數(shù)字時鐘電路設(shè)計的計算機仿真驗證。2、提高工具軟件的使用熟練程度。3、熟練C語言相關(guān)指令的使用及電路應(yīng)用程序設(shè)計。教學(xué)重點1、數(shù)字時鐘電路設(shè)計的計算機仿真驗證。2、程序編寫與修改。教學(xué)難點1、仿真電路運行出錯時的修改調(diào)試。教學(xué)過程1、proteus仿真電路繪制步驟復(fù)習(xí)。2、用keil進行程序匯編步驟復(fù)習(xí)。3、布置練習(xí)作業(yè)，學(xué)生進行練習(xí)并驗證電路效果，老師進行指

21、導(dǎo)。教學(xué)后記二、教學(xué)實施過程實施環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容導(dǎo)學(xué)方法組織教學(xué)1、檢查學(xué)生出勤情況并做好記錄。2、調(diào)整學(xué)生的注意力，為上課作準(zhǔn)備?；咏涣鲝?fù)習(xí)提問1、本項目設(shè)計的數(shù)字時鐘電路都有哪些功能？提問導(dǎo)思導(dǎo)入剛才同學(xué)們對數(shù)字時鐘電路的功能作了敘述，下面就根據(jù)上次課進行的電路設(shè)計及程序編寫，用計算機仿真驗證本次項目設(shè)計的正確性和運行效果。啟發(fā)學(xué)習(xí)積極性講授新課一、使用proteus繪制仿真電路圖的步驟參照圖6-7繪制仿真電路圖。1、將所需元器件加入到對象選擇器窗口AT89S51用AT89C51代替，紅色發(fā)光二極管的英文符號是“LED-RED”；電阻、電容、電解電容、按鍵、晶振的英文符號分別是“RES”、“

22、CAP”“CAP-ELEC”、“BUTTON”、“CRYSTAL”；綠色數(shù)碼管的英文符號是“7SEG-COM-CAT-GRN”。2、放置元器件至圖形編輯窗口3、移動(刪除)對象和調(diào)整對象朝向4、放置電源及接地符號5、元器件之間的連線6、編輯對象的屬性設(shè)置元件參數(shù)二、使用keil進行程序匯編的步驟1、源文件的建立輸入完源程序后，保存該文件，注意必須加上擴展名.c。2、建立工程文件點擊“Project-New Project”菜單，出現(xiàn)一個對話框，要求給將要建立的工程起一個名字，-。3、工程的設(shè)置（針對我們的單片機制作項目進行簡單設(shè)置）在 OutPut 頁面，勾選“ Creat Hex file”

23、選項。4、編譯、連接在設(shè)置好工程后，即可進行編譯、連接。點擊按鈕，對當(dāng)前工程中的文件進行編譯然后再連接，生成目標(biāo)代碼。 編譯過程中的信息將出現(xiàn)在輸出窗口中的Build頁中，如果源程序中有語法錯誤，會有錯誤報告出現(xiàn)。三、布置作業(yè)學(xué)生練習(xí)，老師指導(dǎo)。1、數(shù)字時鐘電路仿真驗證。2、在仿真軟件中對定時器初值進行不同參數(shù)設(shè)置，觀察有什么變化。3、在仿真軟件采用74LS164代替74HC595進行仿真，觀察仿真運行效果，想一想為什么出現(xiàn)相應(yīng)效果。4、修改應(yīng)用程序驗證運行效果。利用多媒體或機房相關(guān)軟件進行操作演示。講解個步驟的含義。課堂小結(jié)1、proteus的基本操作步驟。2、keil的操作步驟。3、單片機

24、電動機正反轉(zhuǎn)控制電路的仿真驗證。課后作業(yè)技能反復(fù)訓(xùn)練與思考題3題、7題。任務(wù)4 數(shù)字時鐘電路的制作與調(diào)試一、案頭任務(wù)單片機控制廣告燈電路的制作與調(diào)試授課時間年 月 日授課班級教學(xué)形式學(xué)生動手操作、老師指導(dǎo)授課時數(shù)2課時教學(xué)用具 萬用表、電烙鐵等教學(xué)資源實訓(xùn)設(shè)備、電路制作成品課前準(zhǔn)備數(shù)字時鐘電路PCB板、相關(guān)電子元件采購、準(zhǔn)備。教學(xué)目標(biāo)1、掌握項目相關(guān)元件的測試方法。2、掌握使用相關(guān)工具進行電路制作的操作方法。3、掌握使用儀表進行電路測試方法，提高儀表使用的熟練程度。4、掌握數(shù)字時鐘電路構(gòu)成及硬件、軟件調(diào)試。教學(xué)重點1、掌握相關(guān)元件測試方法。2、掌握數(shù)字時鐘電路構(gòu)成及硬件、軟件調(diào)試。教學(xué)難點1、

25、電路調(diào)試中的故障查找。教學(xué)過程1、強調(diào)實訓(xùn)室操作規(guī)程，注意操作安全。2、防盜報警器電路各元件及使用工具簡介。3、學(xué)生進行元件測試。4、分組進行硬件電路制作。5、分組進行硬件電路調(diào)試。6、根據(jù)硬件電路實際對應(yīng)用程序進行修改并進行運行調(diào)試。教學(xué)后記二、教學(xué)實施過程實施環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容導(dǎo)學(xué)方法組織教學(xué)1、檢查學(xué)生出勤情況并做好記錄。2、調(diào)整學(xué)生的注意力，為上課作準(zhǔn)備?；咏涣鲝?fù)習(xí)提問1、能否用調(diào)時鍵進行時間減1？2、如何對數(shù)碼管進行簡單測試？提問導(dǎo)思導(dǎo)入 強調(diào)操作紀(jì)律及操作安全注意事項。經(jīng)過前面幾個項目的制作，同學(xué)們已經(jīng)有了制作經(jīng)驗，但本項目比較復(fù)雜，期待同學(xué)們成功展示作品的時刻。由學(xué)生分組展開實際操作。建議每組2人，最好每組不超過3人。啟發(fā)學(xué)習(xí)積極性項目制作一、認(rèn)識項目相關(guān)元件及元件測試1、復(fù)習(xí)