时间：2023-03-30 10:40:12
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇单片机理论论文，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
关键词：单片机RS—485总线数码管显示数据转换键盘处理
一、前言
目前检测温度一般采用热电偶或热敏电阻作为传感器，这种传感器至仪表之间一般都要用专用的温度补偿导线，而温度补偿导线价格很贵，并且线路太长也会影响测量精度。在实际应用中往往需要对较远处（1KM左右）的温度信号进行监视。现有的解决方案有很多，例如：
1、在现场用智能仪表对温度信号进行测量，用计算机作上位机与智能仪表进行通讯来实现远程温度监测（采用这种方案要增加计算机设备及相关计算机软件）。
2、NCU+DDC实现远程温度监测。用两个DDC，一个安装在现场测量温度，另一个安装在监视地，两个DDC通过NCU进行通讯从而实现远程温度监测。
但以上方案都存在成本高的问题，有没有低成本的解决方案呢？其实，在单片机应用日益广泛的今天，完全可以用单片机以极低的成本来实现远程温度监测。
二、问题的提出
我单位管理的锅炉房同时给两栋建筑物内的两家酒店供应蒸汽，由安装在两栋建筑物地下室的热交换器进行热交换后产生热水送给客房。从锅炉房至两个热交换站的距离分别约600米，值班人员要不停地奔波于两个热交换站与锅炉房之间进行设备巡视，检查热水温度是否控制在规定的范围，这样不仅增加了值班人员的劳动强度，同时也使锅炉房经常无人(因每班1人值班)。如果能在锅炉房显示两个热交换站内各热交换器的热水温度，则值班人员仅在热水温度异常时才需到各热交换站检查设备，这样便可解决上述问题。我公司曾就此问题找专业公司作过方案，其报价在人民币10万元左右，后因种种原因该项目未实施。经过分析，本人发现可以用单片机+智能仪表以低成本实现温度远程显示，并且经过实验取得了成功，现将设计方案简述如下：
三、控制要求及解决方案选择
1、两个热交换站分高低区共安装有8个热交换器，正常水温在45oC至65oC之间；两个热交换站与锅炉房的距离分别为500米和600米左右。
1步进电机原理简介
步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）。
步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。
步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其基本原理作用如下：
(1)控制换相顺序
通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为A-B-C－D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C，D相的通断。
(2)控制步进电机的转向
如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。
(3)控制步进电机的速度
如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。
(4)步进电机的静态指标及术语
相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。
拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.
步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。
定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的）
静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过份
采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。
(5)、步进电机动态指标及术语：
步距角精度：步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比表示：误差/步距角*100%。不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内。
失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。称之为失步。
失调角：转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。
关键词：单片开关电源快速设计
TOPSwithⅡ
TheWayofQuickDesignforSinglechipSwitchingPowerSupplyAbctract:Threeendssinglechipswitchingpowersupplyisnewtypeswitchingpowersupplycorewhichhasbeenpopularsince1990.Thispaperintroducesquickdesignforsinglechipswitchingpowersupply.
Keywords:Singlechipswitchingpowersupply,Quickdesign,TopswithⅡ
在设计开关电源时，首先面临的问题是如何选择合适的单片开关电源芯片，既能满足要求，又不因选型不当而造成资源的浪费。然而，这并非易事。原因之一是单片开关电源现已形成四大系列、近70种型号，即使采用同一种封装的不同型号，其输出功率也各不相同；原因之二是选择芯片时，不仅要知道设计的输出功率PO，还必须预先确定开关电源的效率η和芯片的功率损耗PD，而后两个特征参数只有在设计安装好开关电源时才能测出来，在设计之前它们是未知的。
下面重点介绍利用TOPSwitch－II系列单片开关电源的功率损耗（PD）与电源效率（η）、输出功率（PO）关系曲线，快速选择芯片的方法，可圆满解决上述难题。在设计前，只要根据预期的输出功率和电源效率值，即可从曲线上查出最合适的单片开关电源型号及功率损耗值，这不仅简化了设计，还为选择散热器提
η/％(Uimin=85V)
中图法分类号：TN86文献标识码：A文章编码：02192713(2000)0948805
PO/W
图1宽范围输入且输出为5V时PD与η，PO的关系曲线
图2宽范围输入且输出为12V时PD与η，PO的关系曲线
图3固定输入且输出为5V时PD与η，PO的关系曲线
供了依据。
1TOPSwitch－II的PD与η、PO关系曲线
TOPSwitch－II系列的交流输入电压分宽范围输入（亦称通用输入），固定输入（也叫单一电压输入）两种情况。二者的交流输入电压分别为Ui=85V～265V，230V±15％。
1．1宽范围输入时PD与η，PO的关系曲线
TOP221～TOP227系列单片开关电源在宽范围输入（85V～265V）的条件下，当UO=＋5V或者＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图1、图2所示。这里假定交流输入电压最小值Uimin=85V，最高
η/％(Uimin=85V)
η/％(Uimin=195V)
交流输入电压Uimax=265V。图中的横坐标代表输出功率PO，纵坐标表示电源效率η。所画出的7条实线分别对应于TOP221～TOP227的电源效率，而15条虚线均为芯片功耗的等值线（下同）。
1．2固定输入时PD与η、PO的关系曲线
TOP221～TOP227系列在固定交流输入（230V±15％）条件下，当UO=＋5V或＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图3、图4所示。这两个曲线族对于208V、220V、240V也同样适用。现假定Uimin=195V,Uimax=265V。
2正确选择TOPSwitch－II芯片的方法
利用上述关系曲线迅速确定TOPSwitch－II芯片型号的设计程序如下：
（1）首先确定哪一幅曲线图适用。例如，当Ui=85V～265V，UO=＋5V时，应选择图1。而当Ui=220V(即230V－230V×4.3％)，UO=＋12V时，就只能选图4；
（2）然后在横坐标上找出欲设计的输出功率点位置（PO）；
（3）从输出功率点垂直向上移动，直到选中合适芯片所指的那条实曲线。如不适用，可继续向上查找另一条实线；
（4）再从等值线（虚线）上读出芯片的功耗PD。进而还可求出芯片的结温（Tj）以确定散热片的大小；
（5）最后转入电路设计阶段，包括高频变压器设计，元器件参数的选择等。
下面将通过3个典型设计实例加以说明。
例1：设计输出为5V、300W的通用开关电源
通用开关电源就意味着交流输入电压范围是85V～265V。又因UO=＋5V，故必须查图1所示的曲线。首先从横坐标上找到PO=30W的输出功率点，然后垂直上移与TOP224的实线相交于一点，由纵坐标上查出该点的η=71.2％，最后从经过这点的那条等值线上查得PD=2.5W。这表明，选择TOP224就能输出30W功率，并且预期的电源效率为71.2％,芯片功耗为2.5W。
若觉得η=71.2％的效率指标偏低，还可继续往上查找TOP225的实线。同理，选择TOP225也能输出30W功率，而预期的电源效率将提高到75％，芯片功耗降至1.7W。
根据所得到的PD值，进而可完成散热片设计。这是因为在设计前对所用芯片功耗做出的估计是完全可信的。
例2：设计交流固定输入230V±15％，输出为直流12V、30W开关电源。
图4固定输入且输出为12V时PD与η，PO的关系曲线
η/％(Uimin=195V)
图5宽范围输入时K与Uimin′的关系
图6固定输入时K与Uimin′的关系
根据已知条件，从图4中可以查出，TOP223是最佳选择，此时PO=30W，η=85.2％，PD=0.8W。
例3：计算TOPswitch－II的结温
这里讲的结温是指管芯温度Tj。假定已知从结到器件表面的热阻为RθA(它包括TOPSwitch－II管芯到外壳的热阻Rθ1和外壳到散热片的热阻Rθ2)、环境温度为TA。再从相关曲线图中查出PD值，即可用下式求出芯片的结温：
Tj=PD·RθA＋TA(1)
举例说明，TOP225的设计功耗为1.7W，RθA=20℃/W，TA=40℃，代入式（1）中得到Tj=74℃。设计时必须保证，在最高环境温度TAM下，芯片结温Tj低于100℃，才能使开关电源长期正常工作。
3根据输出功率比来修正等效输出功率等参数
3．1修正方法
如上所述，PD与η，PO的关系曲线均对交流输入电压最小值作了限制。图1和图2规定的Uimin=85V，而图3与图4规定Uimin=195V（即230V－230V×15％）。若交流输入电压最小值不符合上述规定，就会直接影响芯片的正确选择。此时须将实际的交流输入电压最小值Uimin′所对应的输入功率PO′，折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，才能使用上述4图。折算系数亦称输出功率比（PO′/PO）用K表示。TOPSwitch－II在宽范围输入、固定输入两种情况下，K与U′min的特性曲线分别如图5、图6中的实线所示。需要说明几点：
（1）图5和图6的额定交流输入电压最小值Uimin依次为85V，195V，图中的横坐标仅标出Ui在低端的电压范围。
（2）当Uimin′>Uimin时K>1，即PO′>PO，这表明原来选中的芯片此时已具有更大的可用功率，必要时可选输出功率略低的芯片。当Uimin′（3）设初级电压为UOR，其典型值为135V。但在Uimin′<85V时，受TOPSwitch－II调节占空比能力的限制，UOR会按线性规律降低UOR′。此时折算系数K="UOR′"/UOR<1。图5和图6中的虚线表示UOR′/UOR与Uimin′的特性曲线，利用它可以修正初级感应电压值。
现将对输出功率进行修正的工作程序归纳如下：
（1）首先从图5、图6中选择适用的特性曲线，然后根据已知的Uimin′值查出折算系数K。
（2）将PO′折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，有公式
PO=PO′/K（2）
（3）最后从图1～图4中选取适用的关系曲线，并根据PO值查出合适的芯片型号以及η、PD参数值。
下面通过一个典型的实例来说明修正方法。
例4：设计12V，35W的通用开关电源
已知Uimin=85V，假定Uimin′=90％×115V=103.5V。从图5中查出K=1.15。将PO′=35W、K=1.15一并代入式（2）中，计算出PO=30.4W。再根据PO值，从图2上查出最佳选择应是TOP224型芯片，此时η=81.6％，PD=2W。
若选TOP223，则η降至73.5％,PD增加到5W，显然不合适。倘若选TOP225型，就会造成资源浪费，因为它比TOP224的价格要高一些，且适合输出40W～60W的更大功率。
3．2相关参数的修正及选择
（1）修正初级电感量
在使用TOPSwitch－II系列设计开关电源时，高频变压器以及相关元件参数的典型情况见表1，这些数值可做为初选值。当Uimin′LP′=KLP（3）
查表1可知，使用TOP224时，LP=1475μH。当K=1.15时，LP′=1.15×1475=1696μH。
表2光耦合器参数随Uimin′的变化
最低交流输入电压Uimin(V)85195
LED的工作电流IF（mA）3.55.0
光敏三极管的发射极电流IE（mA）3.55.0
（2）对其他参数的影响
关键词： 单片机； MSP430F149； 模糊PID控制； 电阻炉
中图分类号： TP273.4 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2011）05-0056-02
电阻炉是一种具有纯滞后的大惯性系统，开关炉门、加热材料、环境温度以及电网电压等都影响控制过程，传统的加热炉控制系统大多建立在一定的模型基础上，难以保证加热工艺要求。故引入模糊控制，采用模糊PID算法，运用MSP430F149单片机对电阻炉实现智能的温度控制，可以解决上述种种不足，从而实现可靠的控制，达到生产实际的需要。
一、智能温度控制的硬件系统
智能温度控制系统利用MSP430F149单片机及其接口电路实现对电炉所加热的水或空气等介质温度进行控制，可以方便快捷地调节和控制所要设定的温度。此系统由电源、控制算法、温度检测、键盘输入、温度显示等几大部分组成，如图1。
用MSP430F149作为控制芯片，热电偶采集温度数据，由于控制芯片集成有外部8路A/D转换器，再者对温度信号又没有很高的要求，可以达到预期的效果。采用1602显示，显示两行，每行显示16个字符，上面一行显示设定值，下面一行显示当前值。4X4键盘用来输入0~9数字、“*”、“确定”和“小数点”。热电偶采集温度范围选择在400℃～1000℃范围。留些余量，实际采集范围500-900℃。如果温度范围不满足采集需要，可以用合适范围的热电偶替换，再对A/D转换部分程序做小的改动就可以了。报警模块：对超出设定值±10℃进行报警。
二、模糊PID控制算法设计
1.模糊控制原理
s：系统的设定值。
x1、x2：模糊控制的输入（精确量）。
X1、X2：模糊量化处理后的模糊量。
U:经过模糊控制规则和近似推理后得出的模糊控制量。
u：经模糊判决后得到的ΔKp、Δki、ΔKd
v：经PID算法计算的PWM波占空比。
Y：对象的输出。
常规PID参数自调整的模糊控制器采用二输入三输出的形式，该控制器是以e和Δe即上图的x1、x2，以ΔKp、Δki、ΔKd作为输出。
2.模糊化设计
电阻炉温度控制系统将采样得到的温度信号与系统温度设定值进行比较，得到系统的输入语言变量温度误差e、温度误差变化Δe，输出语言变量为PID的调节系统的变化ΔKp、Δki、ΔKd。将温度误差e、温度误差变化Δe定义为模糊集上的论域：E，ΔE={-10，-5，0，5，10}。
其模糊子集为：E，ΔE={NB，NS，ZO，PS，PB}，子集中的元素风别为负大、负小、零、正小、正大。
3.模糊推理及模糊决策
（1）根据控制规则表编写对应的模糊推理语句，例如：
If e is NB and Δe is NB then ΔK is PB[0]
If e is NS and Δe is NS then ΔK is PS[0]
……….
（2）模糊推理
模糊推理是不确定性推理方法的一种，其基础是模糊逻辑。这里为了程序的简单，给这二十五条规则分别对应一组ΔKp、Δki、ΔKd值，计算输出时加在系统的基础PID值上，作为修正。
3.精确化计算
由于模糊推理机得出的控制量是一个经过修正的PID量，经过计算也不能对系统进行控制。因此，接了常规的PID控制器，让其控制输出有一定占空比的PWM波，来控制电阻炉的加热功率，从而控制温度。
三、系统软件设计
为便于程序的使用和维护，系统全部程序采用模块化结构，由一个主程序和若干中断响应子程序组成，这里给出主程序流程图如图4所示。
增量型PID控制器计算程序流程图如图5所示
采用模糊PID控制，系统响应速度加快，调节精度提高，稳态性能变好；无超调和振荡，具有较强的鲁棒性；在同样的精度要求下，系统过渡时间变短。在电阻炉的温度控制中，避开了对电阻炉建立精确的数学模型这一难题，取得了较好的控制效果。
参考文献：
[1] 潘笑，高玉玲等.基于模糊PID的AT89C2051单片机智能温度控制系统[EB/OLD].兵工自动化网，2006.
[2] 刘金锟.智能控制[M].北京：电子工业出版社，2008.
关键词：切削力，测量，单片机
前言
切削力的测量不仅可以研究切削机理、计算功率消耗、优化切削用量和刀具几何参数、校核切削力和切削温度理论计算的准确性，更重要的是，可以通过切削力的变化来监控切削过程，反映刀具磨损或破损、切削用量合理性、机床故障、颤振等切削状态。
1 计算机向单片机传输命令和数据
通过对单片机的编程来控制USB接口芯片，接收和响应主机对设备发出的命令。在测力系统中，单片机的编程设计程序通常由三部分组成：
第一、初始化单片机和所有的外围电路。
第二、主循环部分，其任务是可以中断的。
第三、中断服务程序，其任务是对时间敏感的，必须马上执行。
当应用程序中的“数据采集”按钮按下后，USB进入主循环函数，将从端点缓冲区中提取命令，并按照命令的要求，调用相应的函数，如采集数据，桥路调零，设置频率等。关键的几个函数如下：
(1) AfxBeginThread( WriteCommand, &mMainWrite)；//启动一个线程，调用传输命令函数
(2) open_ file(threadParam->pipe-name)；//创建文件句柄
(3) open_dev()；//创建设备句柄
(4) DeviceIoControl(hDevice，IOCTL_ WRITE_REGISTERS,
(PVOID)&ioBlock,sizeof(IOBLOCK)，NULL,O,&nBytes,NULL);
//DeviceIoControl函数发送控制代码到指定的设备驱动上，使得相应的设备完成数据输出的功能。论文格式。
(5) WriteFile(hFile,threadParam->pcIoBuffer，threadParam->uiLength,&nBytes，NULL)；
//写文件函数将数据传送到单片机的缓冲区中。论文格式。
2 单片机向计算机传输数据其流程
单片机向计算机传输流程
经过模数转换后的数据首先保存在单片机的数据缓冲区中，当单片机接收到主机发来的IN命令时，调用如下函数将数据传送到计算机的内存中。论文格式。
1) AfxBeginThread( ReadData, &m一ainRead)；//启动一个线程，调用读取数据函数
2) open_ file(threadParm一>pipe name);； //创建文件句柄，准备读取数据
3) open dev ()；//创建设备句柄
4) DeviceIoControl (hDevice，IOCTLesWRITE REGISTERS,
(PVOID)&ioBlock，sizeof(IO_BLOCK)，NULL,O,&nBytes,NULL)；
//DeviceIoControl函数发送控制代码到指定的设备驱动上，使得相应的设备完成数据输入的功能。
5) ReadFile(hFile，threadParam->pcIoBuffer， threadParam->uiLength,&nBytes, NULL)；
//读文件函数将数据从单片机的缓冲区读入到threadParam->pcIoBuffer内存中。
3结论
利用单片机实现切削力测量中USB数据传输功能，以达到对切削力的测量的监控。实现了生产过程中连续自动采样、实时显示、过载报警。
参考文献：
[1]师汉民.金属切削过程中的分叉与突变现象兼论切削过程的可控性问题[J].应用力学学报,1999,16(1):15～20.
[2]丛力,丛贵梁等.功率监控在机床中的应用[J].组合机床与自动化加工技术,10:29～31,1999.
[3]李熙亚，王卫平.车削切削力不确定性的模糊-灰色预测[J].工具技术，2002,36(8):26-29.
[4]陶永兰，等.切削力数据采集和处理系统[J].试验技术与试验机，1997,37(2):49-50.
[5]X.Li,P.K. Venuvinod and M.K. Chen. Feed Cutting Force Estimationfrom the Current Measurement with Hybrid Learning[J]. Advanced ManufacturingTechnology,2000,(16):859-869
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。
【关键词】Proteus 电子 虚拟实验 EDA
一、引言
在电子技术理论和实验教学中，经常需要设计出电路，并连接实物进行原理分析和验证，在电子线路设计过程中，不仅需要考虑各种元器件的参数、性能、功耗、封装等多种因素，而且在电路的实现过程中还需要经过大量多次的电路焊接、调试和实验，费时费力，这种传统的设计方法很难适应现代电子电路设计的规模化、低成本、短周期的设计要求，当然，也不能很好的适应现代化电子技术的教学。随着EDA（电子设计自动化）技术的发展，电子线路设计过程可以通过计算机软件，搭建仿真实验电路，灵活调整元件参数进行动态仿真，进而能显著提高设计效率，降低成本，缩短设计周期。
Proteus是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件，它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及器件。可以从原理图布图、代码调试到单片机与电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。不仅对科研开发，而且对于电子技术课程教学、学生实验、课程设计、毕业论文设计、电子技能竞赛等都提供便捷的辅助功能，对培养电子技术创新型复合人才提供了最便捷的实验条件。
二、Proteus在电子技术虚拟实验教学中的优势
（一）Proteus软件的资源丰富
1.Proteus可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。
2.Proteus可提供的仿真仪表资源 ：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。
3.除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。
4.Proteus可提供的调试手段 Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。
（二）Proteus支持电路仿真
1.Proteus不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程通过多媒体展示，这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能。
2.Proteus提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台。
（三）Proteus应用领域广泛
Proteus软件是一个巨大的教学、仿真、开发资源库，不仅可以用于：模拟电路与数字电路、单片机、嵌入系统、微控制器系统的教学、实验与考评，也可以用于真实的项目设计与产品开发过程。
三、Proteus在电子技术虚拟实验教学中的应用案例分析
（一）Proteus在电路分析课程中应用案例
应用Proteus进行电路分析时，通过如下设置：点击system――set Animation options――在对话框的Animation options 区域选择show wire current with Arrows，即可以箭头的方向表示电流的流向，帮助学生理解。同时，可以将电流表、电压表、功率表等连接到电路中，对电路参数进行测试，快速得到仿真结果。
（二）Proteus在数字、模拟电子技术课程中应用案例
应用Proteus还可以进行数字、模拟电路的仿真分析，例如用译码器74LS138搭建的仿真电路，当控制信号E1接电源，E2、E3接地时，通过单刀双掷开关选择ABC三个输入端子的不同组合，即可在八路输出端子产生相对应的译码输出，控制相应的发光二极管点亮。将抽象的高低电平用发光二极管和单刀双掷开关形象的表示出来，从而更好地帮助学生理解数字逻辑器件74LS138的译码功能，同时也使枯燥的理论内容变得生动形象。
（三）Proteus在单片机技术课程中应用案例
单片机技术作为电子专业课程，一直以来都是学生们反映较难理解的课程，因为其内容综合性强、实践性强、且比较抽象。单片机课程的实践教学以往多采用验证性实验，学生按照实验指导书，将所需的器件在单片机实验箱上进行连线，下载程序并调试。但是这种方法必须在实验室内依托硬件完成，对实验室的设备数量要求较高，且对于一些综合性实验，需要较多的元器件支撑。为了提高实践教学效率、改善教学效果、降低教学成本，在单片机理论、实践教学过程中引入Proteus软件。例如在矩阵按键控制实验中，就只需将元器件从元器件库中拖放到图纸上，按照电路图将元件连接，再将keil编译好的程序下载到单片机中，按下play键即可进行仿真。需要修改电路只需在图纸上进行，快捷方便。
四、结语
在电子技术课程教学中，利用仿真软件将理论教学、实验和课程设计有机结合，提高了电子技术课程的教学效果，开发了学生自主学习的潜在能力，激发了学生的学习兴趣和创新意识，开拓了学生的视野，增强了学生综合运用知识的能力和实际动手能力，为后续高频电路、单片机等专业课程的学习以及参加电子设计竞赛等奠定了夯实的基础。
参考文献：
[1]朱清慧，张凤蕊，翟天嵩，等.proteus教程――电子线路设计、制版与仿真（第2版）[m].北京：清华大学出版社，2011.
[2]周润景，张丽娜.基于proteus的电路及单片机系统设计与仿真[m].北京：北京航空航天大学出版社，2006.
[3]周灵彬.单片机系统的proteus设计与仿真[m].北京：电子工业出版社，2007.
关键词：卓越工程师计划；单片机；教学改革
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)11-2563-02
Teaching Reform and Exploration of MCU Course for“A Plan for Educating and Training Outstanding Engineer”
XIE Guang-qian
(School of Computer Science & Information,Changzhou Institute of Technology, Changzhou 213002, China)
Abstract: Under the education background of“a plan for educating and training outstanding engineers”this paper analyzes some problems in traditional education models of the principle and application of MCU course and explains the necessity of teaching reform of MCU. The paper also elaborates the educational reform of the MCU from the aspects of the reform of theroy and practice teaching methods，and assessment methods of MCU. In this way，the student studies with clear objectives in order to develop their practice ability, engineering ability and innovative ability, which can help students becoming the outstanding embedded system engineers to satisfy the needs of society.
Key words: a plan for educating and training outstanding engineers(PETOE); MCU; teaching reform
“卓越工程师教育培养计划”是《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》中高等教育质量提升的重要内容。2009年12月教育部正式启动“卓越工程师培养计划”。实施“卓越计划”是培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国的战略[1]。
作为以“卓越计划”为指导思想的应用型本科院校，所培养的人才定位于面向生产、建设和管理的第一线，能够灵活应用所学知识解决实际问题，既有较厚实的理论基础和人文素质，又有较强的实践能力和创新精神。在课程建设的过程中，不能完全照搬研究型院校的课程模式，也要有别于高职高专类院校的教学方法。因此，作为一批新兴的应用型本科而言，在课程建设中，要以“卓越计划”为大前提，从中探索出一种适合自己的教学方法改革模式[2]。
“单片机原理及应用”作为工科院校电类或相关专业重要的专业必修课，是一门结合电子、计算机等技术的应用性很强的课程。为达到培养目标，我们对传统的，以课堂讲授为主的教学模式进行改革，将项目实践的教育理念引入单片机课程改革，对教学计划、课内课外的教学内容和教学方式做重新设计，经过几个学期的教学实施过程，学生反映效果普遍较好。
1传统的单片机教学存在的问题
1.1教学方式单一枯燥
传统单片机教学理论课和实验课分开，穿行，实际教学中根本不能满足教学要求，存在较多问题。其教学基本思路是按教材编写的顺序，先讲单片机硬件基础知识，然后讲解单片机的指令系统和汇编语言程序的编制、接口技术及应用实例，教学形式单一，方法呆板，往往让学生找不到学习重点，从而导致学生逐渐丧失对单片机学习的兴趣，结果造成课堂教学效果越来越差。实验课则以教师为中心，学生在规定的时间内，用统一的模式，按照指导书上规定的步骤做相同的实验。再加上对实验项目检查手段的限制，使得很多学生动力不足，抄袭严重，导致实验效果大大折扣。这与遵循“以应用为先导，强化学科基础，突出实践能力，重视创新潜质与素质协调发展”的卓越工程师人才培养思路相违背。
1.2课堂教学太抽象
单片机内容涉及的概念较多，大量的操作命令贯穿始终，许多汇编指令既难理解又容易忘记。而单片机的硬件结构知识本来就很枯燥，传统的说教式的教学方法，使学生感到学习内容晦涩抽象难以理解，缺乏直观的表现形式，导致学习效果不甚理想。
1.3理论学习和工程实践脱离
单片机的课程比较抽象内容单调而枯燥，同时它又是一门实践性很强的学科。要求学生在学好理论课的同时，还要有较强的动手能力。传统的教学方式上采取的单一的书本教学法，不能很好的调动学生的学习兴趣。即使做实验，也是在老师的指导下，按照实验指导书的说明和要求，在实验箱上较容易实现。让学生觉得单片机的实际使用，对自己还是遥不可及的事情。很明显，传统的单片机教学缺乏实际工程背景。
2面向卓越工程师的单片机教学改革
2.1改革教学形式，增强教学的趣味性
美国现代心理学家布鲁纳说：“学习最好的刺激，乃是对所学材料的兴趣。”兴趣是最好的导师[3]。如何提高学生的学习兴趣是面向卓越工程师的单片机教学改革的首要目标。因此，在对单片机的具体内容讲述之前，给学生展示一些往届学生用单片机进行毕业设计的产品：如温度报警装置、酒精浓度测试仪、电压电流检测仪、智能寻迹小车等。让学生直接看到、听到单片机的实际作用，从而拉近了单片机与学生之间的距离，学生对单片机的作用也有了立体的概念，接着介绍单片机在家用电器、工业控制测量及其它方面的应用，使学生明白学习的目的。并且从中选取一简单产品引申到理论教学中涉及的主要内容，从而激发他们的学习兴趣，在头脑中形成理论知识框架。
在教学中选用C语言作为开发语言，摒弃了传统的汇编语言开发模式。众所周知汇编语言抽象、晦涩难懂，对于较长的程序，学生更是难以理解。C语言是一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能。目前，使用C语言进行程序设计已经成为嵌入式软件开发的一个主流。用C语言开发系统可以大大缩短开发周期，明显增强程序的可读性，便于改进、扩充和移植。而我们学生是学计算机的，大家都有很好的C语言基础。从而使学生从心底里面有了学好单片机课程的信心。
2.2以工程项目为背景，使学生学习目标明确[4-5]
在单片机教学过程中，为了提高教学效果，我们将工程项目的思想引入到实际教学过程中，并贯穿于单片机教学的始终。经过3年的教学实践，取得了不错的教学效果。该方法的基本思路是选择合适的单片机开发板，作为课堂教学现场演示。通过现场程序的编写，直接在开发板显示结果，使学生有直观的感觉，从而大大增强了学习效果。该开发板的选择尤为重要，应能实现单片机教学中所有的程序和实验。类似的板子网上卖的也多，价格100元左右，通过USB接口下载程序，使用特别方便。作为培养学生以卓越工程师为目标，下一步的设想是带领学生自己做出这样的单片机开发板。我们学院正调整电子线路设计课程的教学计划，从而实现与单片机课程有序衔接。每次上课之前，首先明确本次课程教学的目标，使学生知道本节课为了干什么？让学生带着目的去思考。一般情况下，我会用一堂课讲理论，第二堂课编写程序，并在开发板上实现，让学生即时对理论知识有了现场实际的实现。这里要注意，程序一定要现场写，出了错也没关系，让学生一起找程序的错误，提高了学生的专注力。例如，在讲完了单片机的整体结构，我首先讲解如何实现循环灯，当然之前要分析单片机开发板的硬件原理图，穿插讲解硬件的一些基本知识，为什么电路要这样设计？为什么要这样布板？接着用keil软件编程实现，现场演示。在实现定时器的实验的时候，我们同样使用循环灯实验，只不过确定了循环间隔。讲到外中断的时候，我们还是用固定间隔的循环灯，只不过这次实验只有家了触发，它才循环。从而使前后内容进行了很好的衔接。学生们对学习的内容和目标一目了然，大大增强了他们的学习兴趣和动力。
2.3改变考核方式，提高学生的实际动手能力
单片机作为一门实践性很强的学科，合适的实验尤为重要。传统的实验方式以教师为中心，按照指导书的步骤实现实验内容，缺乏必要的考核手段。在面向卓越工程师背景下，已有所欠缺。按照近3年的实践，我们提出了一套合适的实验实现和考核办法。作为一门实践性很强的课程，应提高实验在整个单片机课程的比重。我们的实验指导书只有每次实验的内容，实验步骤简略，让学生自己去摸索。实验的内容就是在课堂上演示程序的基础之上稍作修改即可，只要上课认真听总该没问题。同时要求学生自己购买单片机开发板，便于课后自己学习调试，而且开发板价格也不贵。根据近3年的统计，基本上2～3人就有一套单片机开发板。每次实验内容都是当堂布置的，建议用买的开发板实现。采取合适的实验考核手段对学好单片机尤为必要。我们实验时，原则上不超过3人一组，实验分数占单片机课程分数30%。而实验分数主要依据就是学生完成实验的情况。最先完成的一组100分，最后完成的一组60分，至于其他组的分数按照60～100等间距划分。实验的目的是为了掌握知识本身，而不是纯粹为了好的实验成绩，我们允许学生实验时交流。在每组学生做完时，我会提两个问题让学生回答，当然问的是本组做的比较少的同学。如果问题没有回答出来，20分钟后再有资格被我检查，还会问学生两个问题。所以实验时，每组学生都在认真的讨论，达到了良好的学习效果，提高了学生的实际动手能力。
2.4通过课程设计，增强学生实际解决问题的能力[6]
由于单片机的实验受课时的限制，每个实验往往都是就单片机某一方面的功能进行实现，缺乏单片机综合设计。所以为了更好把单片机所有功能综合在一起，增加了单片机课程设计这一环节。这也体现了卓越工程师计划“以应用为先导，强化学科基础，突出实践能力，重视创新潜质与素质协调发展”的人才培养思路。就本学院而言，安排了两周时间的课程设计，通过课程设计的实战性，提高学生实际解决问题的能力。我们安排5个课题，让学生进行选择，通过实际项目的设计，极大的提高了学生的学习积极性，更好的巩固了单片机基本知识，知道了单片机的实际作用。例如我们当中之一的课题就是温度控制器的设计，通过单片机测量现场温度，并能实现温度语言报警，而且结合所学软件知识，实现上位机的通信和即时数据的图形显示和存储。在课程设计过程中，也锻炼了学生绘制电路板的能力。通过课程设计这一环节，让学生掌握实际项目开发过程，从而为以后的工作打好良好的基础。
3结束语
卓越工程师计划强调学生对专业基础知识的深入掌握和对专业知识的熟练应用。通过对单片机课程的教学改革，增强了课程的实践性和实用性，充分调动了学生学习的积极性和主动性，培养了学生动手能力、分析和解决工程实践问题的能力，为学生在今后的实习与工作奠定良好的基础。（下转第2578页）
参考文献：
[1]王少怀,刘羽,黄培明,等.实施“卓越工程师教育培养计划”打造“双师型”教学团队[J].中国地质教育,2010(4):63-65.
[2]林健.“卓越工程师教育培养计划”专业培养方案研究[J].清华大学教育研究,2011,32(2).
[3]张春晶,孙立宏.单片机教学方法的改革与研究[C].第六届全国高校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集,2009: 563-565.
[4]邓文娟,朱兆优,王嵩.探索单片机教学改革提高学生工程实践能力[J].东华理工大学学报:社会科学版, 2010,29(4):383-386.
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