單片機教學(xué)如何進行課程設(shè)計呢？如何提高教學(xué)的效率呢？下面小編就為大家?guī)�來了課程設(shè)計在單片機教學(xué)的應(yīng)用，感興趣的朋友可以看一看哦！

摘要：由于《單片機原理及應(yīng)用》課程內(nèi)容抽象實踐性強，導(dǎo)致學(xué)生難以掌握。本文通過汽車電子技術(shù)實驗臺開設(shè)一個課程設(shè)計即基于飛思卡爾單片機MC9S12D64對公路交通燈控制系統(tǒng)的仿真設(shè)計，學(xué)生通過對系統(tǒng)的硬件與軟件的設(shè)計。使學(xué)生對飛思卡爾單片機知識經(jīng)歷了從不會、認(rèn)識、熟悉到掌握的過程，并提高了綜合性設(shè)計能力和培養(yǎng)了創(chuàng)新意識。通過此課程設(shè)計學(xué)生得到了各方面訓(xùn)練并能綜合運用課本知識，對飛思卡爾單片機課堂教學(xué)改進進行了探討。

近年來飛思卡爾單片機發(fā)展迅速，在汽車電子、工業(yè)控制等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，在國內(nèi)多所大學(xué)建立了嵌入式處理器（MCU／DSP）開發(fā)應(yīng)用中心，并持續(xù)舉辦了全國性應(yīng)用設(shè)計大獎賽和“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能車競賽，進一步推動了中國微處理器應(yīng)用技術(shù)的教學(xué)與研發(fā)工作，促進了嵌入式產(chǎn)業(yè)發(fā)展和人才培養(yǎng)[1-3]。飛思卡爾單片機已成為不少高校車輛工程及相關(guān)專業(yè)的單片機教學(xué)課程內(nèi)容，《單片機原理及應(yīng)用》作為一門實踐性和工程性很強的課程，需要大量的實驗和實踐訓(xùn)練，才能深入掌握其基本原理和應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計方法，提高設(shè)計和應(yīng)用能力[4]。所以如何做到理論與實踐相結(jié)合,讓學(xué)生能夠把抽象難懂的理論知識做到靈活運用、融會貫通，這是單片機實踐教學(xué)過程中要抓住的重點。“單片機課程設(shè)計”是單片機課程教學(xué)過程中非常重要的一個環(huán)節(jié),它能夠很好的綜合單片機課程所學(xué)的內(nèi)容,通過該實踐環(huán)節(jié)達到了培養(yǎng)高水平的單片機開發(fā)技能的要求[5]。因此找到一些適合于單片機教學(xué)的課程設(shè)計題目是至關(guān)重要的。結(jié)合天津科技大學(xué)機械工程學(xué)院車輛工程專業(yè)飛思卡爾單片機原理及應(yīng)用課程教學(xué)情況，開設(shè)二周的課程設(shè)計，其目的是加強提高學(xué)生對課程的興趣，加強綜合運用單片機知識能力，增強硬件與軟件的設(shè)計能力。課程設(shè)計選擇在一臺汽車電子技術(shù)仿真實驗上進行，其題目為“基于飛思卡爾MC9S12D64單片機的公路交通燈控制系統(tǒng)的仿真設(shè)計”，該課程設(shè)計運用了較多模塊電路，采用了復(fù)位電路、晶振電路、BDM電路、數(shù)碼管顯示電路、電源電路及LED燈顯示電路和定時器電路等功能模塊。軟件設(shè)計采用了C語言，在CodeWarrior5.1平臺進行系統(tǒng)軟件的編程調(diào)試，設(shè)計了程序框圖，設(shè)計的系統(tǒng)得到了驗證。通過該課程設(shè)計，學(xué)生對飛思卡爾單片機的知識掌握得到很大的提高，實踐與創(chuàng)新能力也得到了提高。

一課程設(shè)計的實施

（一）公路交通燈控制方案

設(shè)計此單片機控制的交通燈系統(tǒng)，能模仿城市“十字”路口交通燈的功能，具體設(shè)計要求如下[6，7]：（1）該設(shè)計能控制東、西、南、北四個道口的紅、黃、綠信號燈正常工作；（2）當(dāng)東西方向通行，南北禁行時，東西方向亮綠燈，南北方向亮紅燈；（3）東西方向為主干道，通行時間40秒；南北方向為次干道，通行時間30秒（時間可調(diào)節(jié)）；（4）當(dāng)主干道綠燈亮40秒時，主干道黃燈開始亮，并且閃爍，警告車輛及行人禁止通行，四秒后，主干道開始亮紅燈禁行，次干道亮綠燈通行；（5）為了實驗時更能看清車輛行駛經(jīng)過，在東西、南北干道上設(shè)置五個暢通燈。交通燈運行狀態(tài)如圖1所示。

（二）系統(tǒng)硬件設(shè)計

學(xué)生知道交通燈控制方案后，首先需要掌握交通燈控制系統(tǒng)所需的硬件基本知識，熟悉各個模塊電路的設(shè)計，然后通過它們之間相互關(guān)系來組成該交通控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。該控制系統(tǒng)運用一套汽車電子技術(shù)實驗臺上的相關(guān)模塊電路來進行實現(xiàn)。（1）系統(tǒng)框圖汽車電子技術(shù)仿真臺采用飛思卡爾半導(dǎo)體公司S12系列單片機MC9S12D64型號，其性能為增強型16位數(shù)，CPU內(nèi)核S12,最高總線頻率可以達到25MHz，具有片內(nèi)64KFLASH存儲器、4KBRAM、1KBEEPROM、CPU編碼效率高和背景調(diào)試特性。具有I/O接口有91個線，8個通道8位ECT定時器等[8]。整個控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要由主控中心、復(fù)位電路、晶振電路、BDM電路、數(shù)碼管顯示電路、電源電路及LED燈顯示電路等功能模塊組成，如圖2為系統(tǒng)框圖。（2）系統(tǒng)各模塊設(shè)計交通燈電路設(shè)計采用12根I/O接口的引腳與主次干道紅綠黃LED燈相連，其余5根與暢通指示小黃燈相連，引腳輸出低電平時燈亮，輸出高電平時燈滅。學(xué)生應(yīng)熟悉各I/O端口引腳的輸出與輸入方向寄存器以及數(shù)據(jù)寄存器設(shè)置的概念。交通燈時間采用五位8段LED數(shù)碼管顯示，該模塊集成數(shù)碼管控制顯示芯片TEC9607，控制五個數(shù)碼管掃描顯示。學(xué)生應(yīng)掌握TEC9607的工作原理和與MCU接口連接情況。TEC9607是一種串行共陽極CMOS5×8段LED數(shù)碼管顯示驅(qū)動電路，為全定制專用集成芯片，它由開機自清電路、振蕩電路、位掃描驅(qū)動電路、5×8位移位寄存器電路、5×8位數(shù)據(jù)鎖存器電路、多路選擇器、共陽極段驅(qū)動電路組成�？梢耘c各種型號的微控制器(MCU)串行口或并行口連接，專供驅(qū)動5位十進制八段共陽極LED數(shù)碼管或共陰極5×8點陣LED使用[9]。單片機通過SPI通訊方式將顯示數(shù)據(jù)傳送至TEC9607,TEC9607的引腳串行移位脈沖（SCP）接MC9S12D64引腳PWM2/KWP2/PP2(2),引腳數(shù)據(jù)鎖存（LCP）接XADDR15/PK1(7),引腳串行輸入數(shù)據(jù)（SI）接PWM1/KWP1/PP1(3)。交通燈（紅綠黃）變換的時間由增強定時器（ECT）模塊確定，編程一個子程序，調(diào)用它實現(xiàn)各變換時間（秒為單位）的向下計時。要求學(xué)生需要對增強定時器（ECT）模塊的各寄存器的掌握和設(shè)置，掌握中斷的編程概念，這些知識具有一定的難度。

（三）系統(tǒng)軟件設(shè)計

程序編寫是課程設(shè)計過程中最為重要的環(huán)節(jié),學(xué)生首先是要學(xué)好C語言，學(xué)會使用CodeWarrior5.1軟件操作平臺，掌握平臺建立程序編寫的過程,學(xué)生在熟悉單片機的開發(fā)環(huán)境和各模塊電路硬件的基礎(chǔ)上，畫出程序流程圖。飛思卡爾單片機比8051型單片機在編程方面具有許多優(yōu)勢。如I/O接口很方便地通過方向寄存器DDRX和數(shù)據(jù)寄存器PORTX或PTX控制LED燈的亮和滅，采用背景調(diào)試模塊（BDM）使PC機編譯完成的C語言程序很容易的下載到單片機FLASH內(nèi)存并可擦除十萬次以上等等。程序流程圖如圖3所示。

（四）測試驗證

系統(tǒng)軟件經(jīng)過反復(fù)調(diào)試成功后，在集成交通燈控制模塊的汽車電子技術(shù)仿真實驗臺上進行測試，如圖4為實際交通燈測試運行情況，即東西綠燈亮，車輛通行倒計時至28秒，東西暢通燈亮，南北紅燈亮禁止車輛通行。經(jīng)過測試驗證，該交通燈控制系統(tǒng)能如實地仿真實際交通燈的運行情況，系統(tǒng)設(shè)計是可靠成功的。

二結(jié)論

學(xué)生應(yīng)用了飛思卡爾單片機MC9S12D64對交通燈控制系統(tǒng)仿真設(shè)計作為課程設(shè)計，對系統(tǒng)進行硬件設(shè)計包括最小系統(tǒng)、交通燈和五位數(shù)碼顯示電路設(shè)計等；在CodeWarrior5.1平臺上應(yīng)用了C語言對交通燈控制進行編程，控制系統(tǒng)在實驗臺上進行測試得到證實�！秵纹瑱C原理及應(yīng)用》課程是一門理論性和實踐性都很強的課程，在課堂教學(xué)后進行課程設(shè)計環(huán)節(jié)是十分必要的，而且具有很強的可操作性。開展這樣一個實際應(yīng)用性項目的設(shè)計不僅僅能使學(xué)生知道單片機應(yīng)用開發(fā)的基本過程,更重要的是學(xué)生能加強對課本理論知識的掌握和運用,達到學(xué)以致用的目的。單片機課程設(shè)計既加強了學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，又能提高學(xué)生綜合運用知識的能力和自主學(xué)習(xí)，實現(xiàn)自主創(chuàng)新的能力,還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機技術(shù)的興趣和積極性,為下一步的繼續(xù)深入學(xué)習(xí)和工作打下比較堅實的基礎(chǔ)。實踐教學(xué)的探索是一個長期的過程，必須不斷積累經(jīng)驗,不斷完善,不斷創(chuàng)新,只有這樣,才能真正實現(xiàn)讓每個學(xué)生都成為應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

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