時間：2023-03-29 09:18:51
導(dǎo)語：在單片機(jī)原理論文的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
Abstract: The article measures the time using three timing circuit of the three time/counters of the single chip 89C52,communicates using the serial interface standard RS-232 and CMOS chip MAX232,and transmits the time to PC through the serial device of single chip . It inaugurates new area to exploiture the system source of single chip. Especially it establishes the foundation for the agility usage of time/counters of single chip 89C52.At the same time, it will promote the application of the single chip system in the military affairs area.
關(guān)鍵詞:89C52;定時/計(jì)數(shù)器;串行通信
Key words: 89C52; time/counter; serial communication
中圖分類號:TP302.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1006-4311(2010)17-0100-02
0引言
根據(jù)紅外密集度立靶測試系統(tǒng)原理,要準(zhǔn)確的測量彈丸通過不同光幕的時間間隔,可以用多種方法實(shí)現(xiàn),如CPLD器件,單片機(jī)等。在本論文中選用的是用單片機(jī)89c52來實(shí)現(xiàn)計(jì)時功能。89c52一般有可靠性高,易擴(kuò)展,控制能力強(qiáng),體積小,開發(fā)周期短,成本低等優(yōu)點(diǎn)。在許多領(lǐng)域中,單片機(jī)以其體積小,指令豐富,控制技術(shù)成熟,修改方便,適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn),在現(xiàn)場得到廣泛的應(yīng)用。鑒于這些優(yōu)點(diǎn),本文的測時電路系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn),以89c52為主[1]。
1紅外密集度立靶測試系統(tǒng)原理
紅外密集度立靶測試系統(tǒng)是利用四光幕交匯原理研制而成。紅外密集度立靶測試系統(tǒng)測量原理圖如圖1所示:當(dāng)彈丸依次通過1,2,3,4光幕時,系統(tǒng)中的計(jì)時部分分別記錄相應(yīng)的飛行時間,再加上光幕1和4之間的靶距、光幕2與光幕3的夾角、光幕3與光幕4的夾角等已知量,根據(jù)速度V即可以求出彈丸的著靶坐標(biāo)。
2系統(tǒng)方案
本論文的測時電路系統(tǒng)的控制方案如圖2所示。系統(tǒng)前續(xù)電路把四個脈沖信號送入單片機(jī),第一個脈沖信號將成為三路測時電路的啟動信號;第二個脈沖信號將終止第一路測時電路;第三個脈沖信號來到時,第二路測時電路停止工作;同樣的,第四個脈沖信號將停止第三路測時電路。這三路測時電路即測得了時間,單片機(jī)通過串行接口把時間發(fā)送給PC機(jī),完成與PC機(jī)的通信。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,此測時電路系統(tǒng)需要三路計(jì)時功能。
3測時電路硬件設(shè)計(jì)
測時電路硬件原理圖如圖2所示。時鐘電路由一個12MHZ的石英晶振和兩個30pf的電容組成;復(fù)位電路由一個30uf的電解電容、兩個電阻、一個復(fù)位鍵接至5v電壓組成。設(shè)彈丸通過第一光幕,第二光幕,第三光幕,第四光幕所得到的脈沖信號分別為第一脈沖,第二脈沖,第三脈沖,第四脈沖。把第一脈沖連接一個非門74ls04后送入89c52的T0(P3.4)引腳,此時對于定時/計(jì)數(shù)器T0來說,上升沿有效。把第二,三,四脈沖分別接至P2.0,P2.1,P2.2引腳。[2]
4通信電路硬件設(shè)計(jì)
在本文中,測時電路得到的時間要傳送給PC機(jī),必須有單片機(jī)與PC機(jī)之間的通信電路。本文中采用串行接口標(biāo)準(zhǔn)RS-232來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)間的通信;用MAX232芯片實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)的RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口通信電路。
5測時電路軟件設(shè)計(jì)
設(shè)置T0以計(jì)數(shù)方式工作在模式2,賦初值TL0,TH0都為0XFF,啟動T0,用查詢方式查詢,當(dāng)?shù)谝幻}沖到來時,其上升沿將使T0產(chǎn)生溢出中斷,TF0將置1,同時用軟件清TF0位為0,停止T0,同時再設(shè)置T0以定時方式工作在模式3,賦初值TL0,TH0都為0X00,啟動T0;設(shè)置T2作為一個16位二進(jìn)制的定時器工作,啟動T2。三路計(jì)時電路開始工作后等待第二,三,四脈沖的到來就會停止工作。在脈沖還沒有到來時,由于TL0,TH0是8位的定時器,在定時達(dá)到256us時會溢出,所以我們定義兩個靜態(tài)無符號長整型變量overflow-count1和overflow-count2,定時器一旦溢出,即TFX(X=0,1)為1時相應(yīng)的變量就加1。用查詢方式查詢,當(dāng)P2.0引腳的由0變?yōu)?時,說明第二脈沖到來,此時終止TL0;當(dāng)P2.1引腳的由0變?yōu)?時,說明第三脈沖到來,此時終止TH0;當(dāng)P2.2引腳的由0變?yōu)?時,說明第四脈沖到來,此時終止T2。測時電路的流程圖,如圖3所示。
6通信電路軟件設(shè)計(jì)
通信協(xié)議約定:①PC機(jī)與單片機(jī)都可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù);②設(shè)置PC機(jī)與單片機(jī)通信的波特率,為9600bit/s③設(shè)定幀格式:因?yàn)榇型ㄐ?單片機(jī)的串行口方式1真正用于串行發(fā)送和接收,所以幀格式為:一位起始位,8位數(shù)據(jù)位,1位停止位。④數(shù)據(jù)校驗(yàn):采用累加和校驗(yàn),每傳送10個數(shù)據(jù)就進(jìn)行一次累加和校驗(yàn)。⑤通信方式:查詢方式⑥為了保證數(shù)據(jù)可靠、有效,單片機(jī)開始發(fā)送時,先送一個AA信號,PC機(jī)收到后,回答一個BB信號,表示同意接收。當(dāng)單片機(jī)收到BB信號后,開始發(fā)送數(shù)據(jù),每發(fā)送一次便求校驗(yàn)和。假定數(shù)據(jù)塊長度為16字節(jié),數(shù)據(jù)緩沖區(qū)為buf,數(shù)據(jù)塊發(fā)送完后馬上發(fā)送校驗(yàn)和。其中f=12MHZ,SMOD=0,波特率=9600bit/s,據(jù)此可以推出X=0FDH,TH1=TL1=0FDH。然后,初始化串行控制寄存器SCON,根據(jù)通信協(xié)議約定,幀格式為10位,串行口工作方式為1,允許接收,所以SCON寄存器初始值應(yīng)該設(shè)為01010000B=050H。因?yàn)椴捎玫氖遣樵兎绞桨l(fā)送和接收數(shù)據(jù),所以發(fā)送一幀數(shù)據(jù),應(yīng)該在TI位為低電平時,將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器SBUF,即自動開始發(fā)送,當(dāng)檢測到TI位由0變?yōu)?時,說明此幀數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送完畢,此時軟件清零TI,為發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)做好準(zhǔn)備。在接收一幀數(shù)據(jù)時,先置REN=1,RI=0,當(dāng)檢測到RI由0變到1時,說明可以從接收緩沖器SBUF中讀取數(shù)據(jù)了,此時軟件應(yīng)清0RI,為下一次接收做好準(zhǔn)備。在本次設(shè)計(jì)中,測時電路測得時間后,將與PC機(jī)進(jìn)行通信,把時間傳送給PC機(jī)。因?yàn)闇y時部分得到的時間為整型十進(jìn)制,我們把時間統(tǒng)一都化為二進(jìn)制,把這個過程稱為二進(jìn)制轉(zhuǎn)化過程。在把十進(jìn)制轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制后,單片機(jī)串行口初始化,然后開始進(jìn)入通信流程,通信流程圖如圖4。
7結(jié)論
本論文給出了紅外密集度立靶系統(tǒng)測時電路設(shè)計(jì)的具體設(shè)計(jì)過程,通過理論與實(shí)踐的結(jié)合,我們得出結(jié)論:利用單片機(jī)89c52實(shí)現(xiàn)測時電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是完全可行。
參考文獻(xiàn):
[1]李朝青編著.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1999.
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；交流阻抗特性；等效電路參數(shù)
中圖分類號：TP216 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 論 文 網(wǎng)專業(yè)寫作教育教學(xué)論文和畢業(yè)論文以及服務(wù)，歡迎光臨DyLW.neT
Design of Equivalent Circuit Parameter Analyzer for
Two Port Passive Circuit
TANG Zhengming1 ， ZHANG Sanmei2 ， Zeng Jing1
（1 School of Electronic Information and Engineering， China West Normal University， Nanchong Sichuan 637009，China；
2 Experiment Center， China West Normal University， Nanchong Sichuan 637009， China）
Abstract： Equivalent circuit parameter is very important for the process of circuit analysis and design. Based on the refined numerical algorithm of AC impedance， a digital equivalent circuit parameter analyzer is designed. In this system， MCU is used to control frequency synthesizer to generate excitation signal. By adjusting the capacitance and current trends ， the load impedance characteristic is determined. Finally， the AC impedance and equivalent circuit parameter are displayed， which can be obtained under different operating frequency.
Keywords： MCU； AC Impedance Characteristics； Equivalent Circuit Parameters
0引 言
電路交流阻抗隨信號源的頻率變化，其具體表現(xiàn)為一定電阻R、電容C和電感L的串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)在給定信號頻率下所得到的等效阻抗。頻率相對較高時，電路還可能產(chǎn)生相對較大的寄生電容、電感，從而出現(xiàn)寄生阻抗。如何快捷準(zhǔn)確地獲取電路在不同工作頻率下的等效電路參數(shù)，對電路的分析與設(shè)計(jì)來說有著特殊重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。
已有的交流參數(shù)測試儀，其測量對象主要鎖定在對交流電路頻率、有效值、功率，或者單個元件阻值、電感量、電容量的測試，而對交流阻抗的智能化測量的探討研究仍舊較少，且未曾涉及到負(fù)載為黑盒子電路（其可能為RLC元件，某用電器或電路模塊，以下統(tǒng)稱為負(fù)載電路）的等效參數(shù)測量[2-6]。本設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的電路交流等效電參數(shù)分析儀的核心即為交流阻抗特性分析，通過采用單片機(jī)產(chǎn)生激勵信號，能分析出給定工作頻率下負(fù)載電路的交流阻抗特性，并進(jìn)一步得到其等效電路參數(shù)。
1硬件電路
系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。主要電路模塊包括單片機(jī)（MCU）、放大電路、整流濾波電路、含雙可調(diào)電容的RC振蕩器等[7-8]。
圖1 等效電參數(shù)分析儀原理圖
Fig.1 Schematic diagram of equivalent circuit parameter analyzer
MCU的型號為MSP430F169。放大電路用于將采集到的弱信號放大，再送入整流濾波電路，便于單片機(jī)（MCU）接收識別，放大電路型號為AD620。整流濾波電路，用于將采樣信號轉(zhuǎn)化為單向脈動波并濾除附帶產(chǎn)生的雜波信號，使有用信號免受干擾，易于下一級電路的操作處理?？勺冸娙軨結(jié)合555定時電路模塊構(gòu)成RC振蕩器，所產(chǎn)生的信號頻率送入單片機(jī)識別，進(jìn)而確定出接入電路的電容值。其中，可調(diào)電容C與電路的連接通過開關(guān)控制，該可調(diào)電容C為特制的雙可調(diào)電容（構(gòu)成RC振蕩器的電容與接入測量電路的電容相同，并由同一旋鈕控制調(diào)節(jié)），這樣，可在隔離電路影響的情況下，獲得接入電路電容的精確值。 為定值電阻，主要起限流作用，如當(dāng)電路串聯(lián)諧振時，使電路電流不至于過大，損壞儀器。 為采樣電阻，為小阻值錳銅電阻，用于將負(fù)載電流轉(zhuǎn)換為電壓信號，再送入放大電路。 為負(fù)載電路。
2算法設(shè)計(jì)
根據(jù)有效值、功率因素的計(jì)算結(jié)果[9]，可得到電路總阻抗
（1）
其中， 、 、 分別表示電路電壓有效值、電流有效值、功率因素。 的正負(fù)與負(fù)載的特性有關(guān)，若負(fù)載為非電容性；則 ，若負(fù)載為非電感性則 。令 ，則有
（2）
系統(tǒng)采用調(diào)節(jié)可變電容C并結(jié)合單片機(jī)采集到的電流大小變化情況的方法，確定（2）中的正負(fù)符號，即實(shí)現(xiàn)負(fù)載阻抗特性的判定。由于可調(diào)電容與被測負(fù)載并聯(lián)，設(shè)被測負(fù)載的電導(dǎo)和電納分別為 和 ， 可調(diào)電容電納為 ，其等效電路如圖2所示。
圖2 阻抗特性的判斷原理圖
Fig.2 Schematic diagram for the judgement of impedance characteristic當(dāng)端電壓有效值恒定時，電流有效值
（3）
即： （4）
可見，當(dāng) 與 同號，即被測負(fù)載為電容性時，電容增大，電流 單調(diào)上升；而當(dāng) 與 異號，即被測負(fù)載為電感性負(fù)載時，電容增大，電流 將先減小而后增大。因此，單片機(jī)可根據(jù)電容調(diào)節(jié)過程中采集到電流變化情況，判斷出負(fù)載的阻抗特性。在此基礎(chǔ)上，設(shè)負(fù)載 的等效阻抗為 ，由于測量電路為可調(diào)電容C與負(fù)載 并聯(lián)，然后再與定值電阻 串聯(lián)，根據(jù)電路串并聯(lián)關(guān)系，則有：
（5）
聯(lián)立（1）-（2）和（5），在已判斷得到負(fù)載的特性的情況下，便可以解出 中的電阻R和電抗X。結(jié)合頻率值即可得
（6）
（7）
因此，對于給定負(fù)載（如某單元電路），該測試儀能夠獲得給定工作頻率下的交流等效電路參數(shù)，便于電路的分析與設(shè)計(jì)。
3 系統(tǒng)測試
系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，通過鍵盤設(shè)定激勵信號幅值和頻率，調(diào)節(jié)電容旋鈕，即可讀出負(fù)載的等效電路參數(shù)。首先測試并選取了三個R、L、C電路元件，其參數(shù)值分別為10，10mH，1uF。再將電路元件安插在萬用板上，借助萬用板連接線使其形成簡單的串聯(lián)電路和并聯(lián)電路，并同時具有典型的二端口結(jié)構(gòu)，然后分別測試了信號頻率為1KHz時，負(fù)載的等效電路參數(shù)。用 Idealization（I）和Test （T）分別表示理論值和測量值，結(jié)果如表1所示。
表1 測試結(jié)果
Tab.1 Test results
電阻（） 電感（mH） 電容（uF） 串聯(lián)（；uF） 并聯(lián)（，mH）
I T I T I T I T I T
10 10.02 10 10.33 1 0.97 10 ； 1.65 9.97；1.59 9.91；0.15 10.04；0.23
測量 結(jié)果表明，在1KHz頻率下，所搭建的串聯(lián)電路具有阻容特性，而并聯(lián)電路具有阻感特性。等效電路參數(shù)測量結(jié)果與理論值存在一定差異的可能原因主要在于：除工藝等因素外，導(dǎo)線等所引入的分布阻抗。
4 結(jié)束語
本文設(shè)計(jì)了一種電路交流等效電參數(shù)分析儀，可用于完成無源二端口電路的等效電參數(shù)測量。在測量交流等效參數(shù)時（特別在用作RLC測試儀的情況下），若測量頻率較高，分布參數(shù)影響將較為顯著，對低標(biāo)稱值元件的測量尤為不利。如何減小分布參數(shù)對測量結(jié)果的影響，還有待進(jìn)一步研究。
參考文獻(xiàn)：
[1]陳鵬，李固，邊雁，等.采用RLC激勵的EMAT圓柱探頭設(shè)計(jì)參數(shù)分析[J].傳感器與微系統(tǒng)2012，31（2）：77-80. 本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 論 文 網(wǎng)專業(yè)寫作教育教學(xué)論文和畢業(yè)論文以及服務(wù)，歡迎光臨DyLW.neT
[2]王秀霞 電阻電容電感測試儀的設(shè)計(jì)與制作[J].電子技術(shù)，2012，30（2）：47-49.
[3]任斌， 余成， 陳衛(wèi)等.基于頻率法和 MCU 的智能 RLC測量儀研制[J].微計(jì)算機(jī)信息，2007，23（10）：129-130.
[4]陳小橋，黃恩民，張雪濱，等.基于單片機(jī)與 AD9851 的信號發(fā)生器[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索2011，30（8）：98-102.
Key words： Internet +；microcontrollers；teaching reform
中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）21-0165-02
0 引言
“互聯(lián)網(wǎng)+”是創(chuàng)新2.0下的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新業(yè)態(tài)，是知識社會創(chuàng)新2.0推動下的互聯(lián)網(wǎng)形態(tài)演進(jìn)及其催生的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展新形態(tài)?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”是互聯(lián)網(wǎng)思維的進(jìn)一步實(shí)踐成果，推動經(jīng)濟(jì)形態(tài)不斷地發(fā)生演變，從而帶動社會經(jīng)濟(jì)實(shí)體的生命力，為改革、創(chuàng)新、發(fā)展提供廣闊的網(wǎng)絡(luò)平臺。互聯(lián)網(wǎng)+”是兩化融合的升級版，將互聯(lián)網(wǎng)作為當(dāng)前信息化發(fā)展的核心特征提取出來，并與工業(yè)、商業(yè)、金融業(yè)等服務(wù)業(yè)的全面融合，其具體的應(yīng)用包括工業(yè)、金融、商貿(mào)、智慧城市、通信、交通、民生、旅游、醫(yī)療、教育等方面。這個充滿創(chuàng)新的“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，給相關(guān)的技術(shù)人員帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
本文重點(diǎn)探討了在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代技術(shù)背景下，如何有效把握單片機(jī)相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐方法的改革，才能突出培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識和技能解決實(shí)際問題的綜合應(yīng)用能力。
1 單片機(jī)教學(xué)與“互聯(lián)網(wǎng)+”時代技術(shù)的特點(diǎn)
《單片機(jī)原理與應(yīng)用》是工科院校相關(guān)專業(yè)的重要的專業(yè)必修課，是一門集電子、計(jì)算機(jī)、語言編程等技術(shù)的應(yīng)用性很強(qiáng)的課程[1-2]。了解單片機(jī)的工作原理，掌握單片機(jī)技術(shù)，將理論知識指導(dǎo)實(shí)踐生產(chǎn)，成為相關(guān)專業(yè)大學(xué)生的重要任務(wù)[3]。傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)方式，學(xué)生可掌握單片機(jī)的基礎(chǔ)編程方法和接口基本使用，而結(jié)合實(shí)際需求針對具體功能的單片機(jī)系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)能力還有一定的欠缺。目前的單片機(jī)教學(xué)中，存在著理論課和實(shí)驗(yàn)課結(jié)合力度不強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊、缺乏時效性，綜合實(shí)驗(yàn)難以開展，教學(xué)方法陳舊，實(shí)踐教學(xué)重視度不夠，并且實(shí)驗(yàn)手段單一且脫離實(shí)際，對實(shí)踐操作考核針對性不強(qiáng)等不足之處。“互聯(lián)網(wǎng)+”時代對單片機(jī)或嵌入式教學(xué)改革提供了機(jī)遇與挑戰(zhàn)，并對單片機(jī)教學(xué)在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和課程體系設(shè)置上都提出新的迫切要求。 “互聯(lián)網(wǎng)+”時代的技術(shù)載體是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其是物聯(lián)網(wǎng)思維的進(jìn)一步實(shí)踐成果。物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的三個層次包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，其關(guān)鍵技術(shù)都涉及到單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的具體應(yīng)用，這也為單片機(jī)教學(xué)改革提供了很好的教學(xué)題材、研究內(nèi)容、方法探討。將“互聯(lián)網(wǎng)+”的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用到“單片機(jī)原理與應(yīng)用”這門以實(shí)踐為主的教學(xué)中，鍛煉學(xué)生解決實(shí)際問題的綜合設(shè)計(jì)能力，為學(xué)生將來在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代相關(guān)產(chǎn)業(yè)的就業(yè)提供技術(shù)儲備。
2 教學(xué)內(nèi)容和方法改革
傳統(tǒng)的微機(jī)原理、單片機(jī)和嵌入式系統(tǒng)等相關(guān)課程傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容是8086、51內(nèi)核、ARM7內(nèi)核單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、匯編程序設(shè)計(jì)、中斷技術(shù)、定時器/計(jì)數(shù)器、串行通信、存儲器擴(kuò)展技術(shù)、接口系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)等。結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的產(chǎn)業(yè)技術(shù)要求，計(jì)劃將單片機(jī)整個教學(xué)過程更改為基礎(chǔ)理論研究和實(shí)踐動手創(chuàng)造兩個階段?；A(chǔ)理論研究階段即采取課堂集中授課的方式完成，其課程包括微機(jī)原理接口與技術(shù)、單片機(jī)原理和嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用三門課程，此三門課具備實(shí)踐為主的特點(diǎn)，需要增加實(shí)驗(yàn)課程的課時比例，各課程若總課時設(shè)定為48學(xué)時，實(shí)驗(yàn)課時最低要保證16學(xué)時。同時結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用在基礎(chǔ)理論研究教學(xué)任務(wù)完成后，增加實(shí)踐動手創(chuàng)造必要階段，即在大三大四增加單片機(jī)課程設(shè)計(jì)階段及開展嵌入式短學(xué)期學(xué)習(xí)，特別是針對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的學(xué)生，開展卓越工程師計(jì)劃，讓學(xué)生進(jìn)公司進(jìn)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，可參與具體的物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)嵌入式產(chǎn)品設(shè)計(jì)。具體教學(xué)內(nèi)容和方法改革如下。
2.1 課堂教學(xué)內(nèi)容和課時安排
“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的單片機(jī)課程的教學(xué)重點(diǎn)在于如何將單片機(jī)與無線通信的“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)緊密聯(lián)系在一起。單片機(jī)的課程基礎(chǔ)包括C語言、模擬電路、數(shù)字電路等課程，在進(jìn)行單片機(jī)正式授課內(nèi)容前，教學(xué)安排中要學(xué)生對重點(diǎn)基礎(chǔ)課程內(nèi)容進(jìn)行對應(yīng)的復(fù)習(xí)。傳統(tǒng)的單片機(jī)課程內(nèi)容一般離不開89C51相關(guān)的內(nèi)容，這里建議單片機(jī)課程的對象可以采用新型市場上比較熱門的芯片進(jìn)行對應(yīng)的介紹學(xué)習(xí)，筆者課堂教學(xué)采用意法半導(dǎo)體主控制芯片STM8，總課時一般設(shè)定在至少48學(xué)時，實(shí)驗(yàn)課時至少設(shè)置在16學(xué)時。32學(xué)時的課堂教學(xué)計(jì)劃見表1。此教學(xué)計(jì)劃中只針對性的講述STM8單片機(jī)常用的匯編指令以及循環(huán)和跳轉(zhuǎn)等匯編語言程序設(shè)計(jì)方法，重點(diǎn)講解單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)和物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)知識的教學(xué)內(nèi)容，重點(diǎn)讓學(xué)生掌握單片機(jī)最小系統(tǒng)以及應(yīng)用設(shè)計(jì)方法的教學(xué)內(nèi)容。
其中，用10學(xué)時進(jìn)行嵌入式產(chǎn)品設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)，包括GPRS接口、藍(lán)牙接口、WIFI接口、GPS接口、溫濕度傳感器接口等，并提供給學(xué)生相關(guān)的學(xué)習(xí)資料和調(diào)試源代碼及過程，此過程以學(xué)生自主消化吸收為主。這一部分知識的掌握好壞程度在后續(xù)的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)階段將得到進(jìn)一步的提高。
2.2 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和課時安排
課程的基本實(shí)驗(yàn)安排是至少16個學(xué)時，與32個學(xué)時的課堂教學(xué)穿行，有效提高學(xué)生動手能力及學(xué)生學(xué)習(xí)掌握STM8片內(nèi)資源使用及相關(guān)類似單片機(jī)的開發(fā)環(huán)境安裝、開發(fā)工具使用單片機(jī)軟件的編程方法。在實(shí)驗(yàn)過程中，采用STM8單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱，實(shí)驗(yàn)2人一組，編程語言采用C語言為主，匯編語言為輔的方式，完成4個題目的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)題目以及內(nèi)容要求見表2。
這6個實(shí)驗(yàn)涵蓋了學(xué)習(xí)任何一種單片機(jī)的基本思路和STM8單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)的具體課堂教學(xué)內(nèi)容。在整個實(shí)驗(yàn)過程中，建議學(xué)生上機(jī)之前對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了解，上機(jī)過程中集中時間進(jìn)行調(diào)試，在實(shí)驗(yàn)教師的幫助下，學(xué)生了解單片機(jī)的使用方法及掌握單片機(jī)編程知識的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加強(qiáng)其發(fā)現(xiàn)問題以及解決問題的能力，為后續(xù)的短學(xué)期課程設(shè)計(jì)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)一步實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
2.3 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容和課時安排
在學(xué)生完成單片機(jī)的課堂教學(xué)以及基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后，在大二下學(xué)期即可安排短學(xué)期進(jìn)行單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，時間安排在兩周較好，課程設(shè)計(jì)內(nèi)容為設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個完整功能的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)（這里強(qiáng)調(diào)不局限某種單片機(jī)），學(xué)生2-3人一組，每個組成員項(xiàng)目分工，最終課程設(shè)計(jì)考核采用現(xiàn)場實(shí)物與PPT答辯的方式，在這個過程中，每個小組成員通過查閱論文資料選擇自己小組的設(shè)計(jì)題目，然后題目需有教師確認(rèn)后方能進(jìn)行。學(xué)生整個過程中，主動完成設(shè)計(jì)總體方案、設(shè)計(jì)原理圖與PCB、最后焊接PCB板、硬件調(diào)試、軟件調(diào)試等一系列實(shí)踐相結(jié)合的工作，其中教師需要安排4個學(xué)時的答疑時間給同學(xué)，幫忙解決一些同學(xué)解決不了的問題。在課程設(shè)計(jì)考核過程中，學(xué)生以組為單位匯報(bào)PPT（PPT內(nèi)容必須包括項(xiàng)目進(jìn)行過程中遇到的問題，如何解決的），教師集中評點(diǎn)，指出各小組設(shè)計(jì)方案中的優(yōu)缺點(diǎn)，給班級同學(xué)一個共同交流學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的機(jī)會，同時也培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)作熱情。
該課程設(shè)計(jì)目的是鍛煉學(xué)生動手、編程能力，通過該課程設(shè)計(jì)，學(xué)生可理論聯(lián)系實(shí)際，充分了解項(xiàng)目從選題、立項(xiàng)、分析到完成的整體過程。對于大學(xué)生創(chuàng)新、自學(xué)、動手等能力及專業(yè)熱情都有較好的培養(yǎng)，為學(xué)生在后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)和實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，同時也為學(xué)生參與大學(xué)生國家或省級電子設(shè)計(jì)大賽、飛思卡爾大學(xué)生智能車比賽、全國大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等競賽提供有力的技術(shù)保證?；诒菊n程整體教學(xué)改革實(shí)踐的成果，本校僅在2015年期間，國家級省級電子設(shè)計(jì)大賽、飛思卡爾、物理網(wǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中取得一等獎共計(jì)5項(xiàng)，其他獎項(xiàng)若干，也為后續(xù)相關(guān)競賽積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。
【關(guān)鍵詞】模塊化教學(xué)；項(xiàng)目驅(qū)動；教學(xué)改革
“單片機(jī)技術(shù)”課程在本科院校里是電子信息類專業(yè)的必修課程，這門課程是以電子技術(shù)基礎(chǔ)，編程語言，計(jì)算機(jī)理論等知識為基礎(chǔ)的一門專業(yè)性和應(yīng)用性很強(qiáng)的綜合性課程?；谝陨咸攸c(diǎn)，對于初學(xué)者來說對單片機(jī)的理論知識的正確把握往往感覺比較吃力，給初學(xué)者造成學(xué)習(xí)困難。但是經(jīng)過我們多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，這類有很強(qiáng)的應(yīng)用性和實(shí)用性的課程，以項(xiàng)目式教學(xué)更能推動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時模塊化的教學(xué)設(shè)計(jì)更能降低初學(xué)者入門的門檻。兩者相結(jié)合教學(xué)方法的采用對本門課程的教學(xué)效果提升明顯.
1單片機(jī)項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法
以往的單片機(jī)教學(xué)模式是以教師為中心，老師在課堂上按照教材，或者教學(xué)大綱按部就班的講授理論原理和知識點(diǎn)；以課堂教學(xué)為中心，學(xué)生學(xué)習(xí)為被動接受，由于知識點(diǎn)綜合性比較強(qiáng)，理論太深奧使得學(xué)生往往學(xué)習(xí)興趣不高,同時缺乏動手實(shí)踐機(jī)會，教學(xué)效果一般不夠理想。以項(xiàng)目驅(qū)動的教學(xué)法是學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，以實(shí)踐應(yīng)用為根本目標(biāo)，圍繞具體的項(xiàng)目構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容體系，通過師生共同參與完成一個具體的項(xiàng)目而展開的教學(xué)活動。注重的不是最終的結(jié)果，而是項(xiàng)目完成的過程，在項(xiàng)目的教學(xué)實(shí)施過程中，學(xué)生按需學(xué)習(xí)，親身實(shí)踐，學(xué)生在項(xiàng)目的實(shí)踐過程中，理解知識和掌握技能，學(xué)習(xí)成為一個參與的創(chuàng)造實(shí)踐活動，培養(yǎng)分析和解決問題的能力。引進(jìn)單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)方式打破了原有的教學(xué)組織安排，以項(xiàng)目的開發(fā)步驟作為教學(xué)內(nèi)容，將課程的內(nèi)容分解為一個個小項(xiàng)目，從項(xiàng)目引入到項(xiàng)目解析再到任務(wù)分解然后到知識點(diǎn)講解最后知識點(diǎn)應(yīng)用，將原教學(xué)方案里單片機(jī)的知識點(diǎn)穿插到具體項(xiàng)目開發(fā)的過程中[2]。這里面包含了軟、硬平臺搭建到項(xiàng)目展開再到項(xiàng)目完成的一系列教學(xué)活動，使學(xué)生從被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，按照這種方法我們將以往教學(xué)體系中的知識內(nèi)容變化為若干個工程項(xiàng)目（見表1），然后圍繞著這些工程項(xiàng)目任務(wù)的展開同時開展教學(xué)，讓學(xué)生以具體工作目標(biāo)的展開來進(jìn)行教學(xué)環(huán)節(jié)的工作。有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)新能力，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在這整個過程中，學(xué)生能很好的把握課程的知識要求，在體驗(yàn)創(chuàng)新與探索的過程中，又培養(yǎng)了學(xué)生們的分析解決問題的能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等。
2模塊化的單片機(jī)教學(xué)方法
任何復(fù)雜的系統(tǒng)都是由具有完整基本功能的功能模塊電路組成，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)也是如此，一般由cpu系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)、I/O口等。同時任何復(fù)雜的電路系統(tǒng)都可以分解為多個具備單一功能的模塊電路，按照這個思路，學(xué)習(xí)單片機(jī)系統(tǒng)我們也可以從單片機(jī)的功能模塊電路入手，我們根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,和學(xué)習(xí)單片的一般原理的方法，機(jī)將單片機(jī)教學(xué)模塊分成幾個部分，這里面每個部分有自己的專用模塊[3]。比如程序功能部分、硬件部分；在對硬件電路設(shè)計(jì)部分進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，將單片機(jī)的各個功能模塊以獨(dú)立的原理圖形式出現(xiàn)，我們把單片機(jī)個硬件按功能分為了鍵盤模塊、數(shù)碼管顯示模塊、傳感器控制模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、通信模塊等幾大模塊，如圖1。各個模塊通過面包板上預(yù)留的連接器與系統(tǒng)主板進(jìn)行連接,然后用排線組合成所需要的系統(tǒng)。在教學(xué)過程中，要不斷收集遇到的各種硬件功能模塊電路，弄清它們的工作原理、性能及特性、特定的功能及使用方法，把系統(tǒng)化整為零，建立起自己的硬件模塊庫。指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會搜集、分析別人的設(shè)計(jì)案例、論文和相關(guān)書籍中的功能模塊電路，不斷地充實(shí)自己的功能模塊電路庫，日積月累，學(xué)生就會覺得自己的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力越來越強(qiáng)。最后在進(jìn)行模塊分解時，各模塊功能盡可能專一，聯(lián)系盡可能簡單，使模塊獨(dú)立性強(qiáng)，方便教學(xué)實(shí)用的模塊。
3總結(jié)
新興本院校定位應(yīng)用型教學(xué)型高校，以培應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才為目標(biāo)[4]。在此基礎(chǔ)上的以項(xiàng)目驅(qū)動法教學(xué)和模塊化教學(xué)為主線，以實(shí)際應(yīng)用為培養(yǎng)為目標(biāo)的“單片機(jī)技術(shù)”課程教學(xué)改革思路，按照這個方式能使學(xué)生在項(xiàng)目模塊化的環(huán)節(jié)中一步一個臺階。此教學(xué)法脫離了枯燥無味的說教模式，使學(xué)生在具體的設(shè)計(jì)項(xiàng)目的工作環(huán)境里輕松自在的狀態(tài)來投入到學(xué)習(xí)中，思維能力、動手能力、學(xué)習(xí)能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力都有了明顯提高，模塊化學(xué)習(xí)過程中所積累的各種電路系統(tǒng)模塊也促進(jìn)構(gòu)建成學(xué)生進(jìn)行科技創(chuàng)新實(shí)踐、參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練的重要模塊庫，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和成就感。法國文化教育學(xué)家斯普朗格曾言：教育的最終目的不是傳授已有的東西，而是要把人的創(chuàng)造力量誘導(dǎo)出來[5]。本課程的教學(xué)改革正是朝著這個方向前進(jìn)。
參考文獻(xiàn)
[1]胡敬朋,王聰.單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)研究及實(shí)踐[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2009(5).
[2]馮冬菊,虹,等.基于項(xiàng)目驅(qū)動的機(jī)械制圖教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2012,15(3):25-27.
[3]唐鴻儒,夏揚(yáng),黃亞忠.單片機(jī)課程的實(shí)踐教學(xué)探索[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2009(1).
[4]王京港,張翠平.基于項(xiàng)目驅(qū)動及proteus仿真的單片機(jī)教學(xué)改革探索[J].中國電力教育,2013(22).
論文關(guān)鍵詞：Proteus，LPC2124，精確計(jì)數(shù)
1 引言
LPC2124是基于一個支持實(shí)時仿真和跟蹤的16/32位ARM7TDMI-S CPU的微處理器，并帶有256KB嵌入的高速Flash存儲器和16KB的RAM。LPC2124具有教小的64腳封裝，極低的功耗，多個32位定時器，4路10位ADC，PWM輸出，46個GPIO以及多達(dá)9個外部中斷，并且內(nèi)置了多種串行通信接口物理論文，支持JTAG、ISP、IAP等多種編程方式，使得LPC2124能夠適用于工業(yè)控制、訪問控制、醫(yī)療系統(tǒng)以及其他各種類型的應(yīng)用[1，2]。
Proteus軟件是由英國Labcenter Electronics公司開發(fā)的EDA工具軟件，是一款新型的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析與仿真軟件。Proteus軟件不僅能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字電路和模擬電路的設(shè)計(jì)與分析，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)微處理器與外設(shè)的混合電路設(shè)計(jì)，可以直接在原理圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行微處理器的軟件協(xié)同仿真和功能驗(yàn)證。Proteus軟件只帶匯編編譯器(不支持C語言)，但可以將其與Keil集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)行聯(lián)調(diào)，達(dá)到很好的仿真效果[3，4]。
本文設(shè)計(jì)的精確計(jì)數(shù)系統(tǒng)功能為：當(dāng)按下按鈕時，數(shù)碼管的計(jì)數(shù)加1，當(dāng)放開按鈕時，數(shù)碼管的計(jì)數(shù)保持不變；開始時數(shù)碼管的計(jì)數(shù)為0，當(dāng)數(shù)碼管的計(jì)數(shù)達(dá)到15(即16進(jìn)制的F)時又重新從0開始計(jì)數(shù)。系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)采用Keil軟件完成，編譯連接之后得到可執(zhí)行的hex文件；系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)采用Proteus軟件完成；軟硬件的協(xié)同仿真是在Proteus中加載hex文件進(jìn)行精確計(jì)數(shù)的測試。
2 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
精確計(jì)數(shù)系統(tǒng)采用LPC2124微處理器作為核心器件，并為其提供了兩組電源分別為3.3V和1.8V。硬件系統(tǒng)主要由以下四部分電路組成：XTAL1和XTAL2兩個端口連接晶體振蕩器組成時鐘電路，RST端口連接一個按鈕組成復(fù)位電路物理論文，P0.0-P0.6端口連接一個共陰極的7段數(shù)碼管組成輸出電路，P0.7端口連接一個按鈕組成輸入電路論文格式。在精確計(jì)數(shù)系統(tǒng)中，P0.0-P0.7共8個端口的功能都是GPIO，P0.0-P0.6共7個端口的方向都為輸出模式，P0.7端口的方向?yàn)檩斎肽Ｊ絒5]。采用Proteus軟件設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)原理圖，如圖1所示。
圖1 硬件系統(tǒng)原理圖
3 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
精確計(jì)數(shù)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)主要在于對LPC2124微處理器相關(guān)寄存器的設(shè)置，從而控制數(shù)碼管計(jì)數(shù)的顯示。軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用Keil軟件完成，并最終得到可執(zhí)行的hex文件。軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要通過以下幾個步驟來實(shí)現(xiàn)，程序流程圖，如圖2所示。
圖2 軟件系統(tǒng)流程圖
1.初始化系統(tǒng)時鐘并設(shè)置相應(yīng)的寄存器。晶體振蕩器的頻率為10MHz，LPC2124微處理器的時鐘頻率為60MHz，設(shè)置相應(yīng)的寄存器程序如下：
PLLCON=1; //使能PLL
PLLCFG=(60/10-1)|(1<<5); //M=5+1，P=1
2.初始化相應(yīng)端口的功能為GPIO，設(shè)置相應(yīng)的寄存器程序如下：
PINSEL0=PINSEL0|0xFFFF; //P0.0-P0.7共8個端口功能為GPIO
3.初始化相應(yīng)端口的方向?yàn)檩斎牖蜉敵瞿Ｊ?，設(shè)置相應(yīng)的寄存器程序如下：
IO0DIR=0x7F; //P0.0-P0.6共7個端口為輸出，P0.7端口為輸入
4.開始計(jì)數(shù)數(shù)碼管顯示0物理論文，設(shè)置相應(yīng)的寄存器程序如下：
IO0SET=0x3F; //P0.0-P0.5共6個端口輸出高電平，P0.6端口輸出低電平
5.循環(huán)檢測按鈕是否被按下，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，程序模塊如下：
void button_test( )
{
int i=0,key;
unsigned charledcode[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,
0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x79,0x71}; //顯示0-9,A-F的筆段代碼表
while(1)
{
key=IO0PIN&(1<<7); //獲取P0.7端口的電平，即檢測按鈕是否被按下
if(key==0) //按鈕被按下
{
i++;
if(i==16) //計(jì)數(shù)器加到16
{
i=0;
IO0CLR=ledcode[15]; //清除數(shù)碼管上次計(jì)數(shù)的顯示
}
else
IO0CLR=ledcode[i-1]; //清除數(shù)碼管上次計(jì)數(shù)的顯示
IO0SET=ledcode[i]; //數(shù)碼管顯示新的計(jì)數(shù)
while(1)
{
key=IO0PIN&(1<<7);
if(key!=0) //按鈕被放開
break;
}
}
}
}
4 仿真與結(jié)論
精確計(jì)數(shù)系統(tǒng)軟硬件的協(xié)同仿真是在Proteus中加載hex文件進(jìn)行計(jì)數(shù)的測試。經(jīng)仿真測試結(jié)果表明：本精確計(jì)數(shù)系統(tǒng)能夠根據(jù)按鈕的按下與否準(zhǔn)確進(jìn)行0到15(即16進(jìn)制的F)的計(jì)數(shù)，并通過數(shù)碼管進(jìn)行準(zhǔn)確顯示，達(dá)到了設(shè)計(jì)的目標(biāo)要求。同時，在此基礎(chǔ)之上，可以對系統(tǒng)的軟硬件功能進(jìn)行擴(kuò)充，以適用于其他方面的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
[1]韋文祥，朱志杰，車琳娜，郭寶泉.基于LPC2124的一個遠(yuǎn)程系統(tǒng)軟件升級方案[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2006,5:46-49
[2]晏五一，朱志杰.基于LPC2124的遠(yuǎn)程配電變壓器監(jiān)測終端設(shè)計(jì)[J].電力系統(tǒng)，2007, 26(7):31-34
[3]楊校輝.Proteus在ARM系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2009,8:77-79
[4]張勇.基于Proteus平臺的32位單片機(jī)LPC2114虛擬串口通訊仿真[J]. 集成電路通訊，2008，26(1):8-12
[5]周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程(第2版)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2008:353-360
關(guān)鍵詞： 單片機(jī) 項(xiàng)目教學(xué) 動手能力
華東交通大學(xué)理工學(xué)院是江西省第一批高等院校轉(zhuǎn)型大學(xué)之一，轉(zhuǎn)型的目的是構(gòu)建普通教育與職業(yè)教育相融通、本科教育與中高職教育相貫通、應(yīng)用型本科教育與專業(yè)研究生教育相銜接的人才培養(yǎng)“立交橋”。在這種大背景下，大力探索新型教學(xué)方法顯得尤為緊迫和重要。單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問世以來，以極高性價(jià)比受到人們的重視和關(guān)注，市場前景廣泛，發(fā)展迅速。《單片機(jī)原理及應(yīng)用》這門課程作為本校機(jī)電專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動手能力為目標(biāo)，利用先進(jìn)的項(xiàng)目教學(xué)法，打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生在活動過程中培養(yǎng)興趣和動手能力。
1.項(xiàng)目教學(xué)法的簡介
項(xiàng)目教學(xué)法的萌芽是歐洲的勞動教育思想，雛形是18世紀(jì)歐洲的工讀教育和19世紀(jì)美國的合作教育[1]。我國對項(xiàng)目教學(xué)法的理論研究與實(shí)踐應(yīng)用都比較晚，項(xiàng)目教學(xué)法（Project-Based Learning），也叫項(xiàng)目教學(xué)或基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，是指師生通過共同實(shí)施一個完整的項(xiàng)目工作而進(jìn)行的教學(xué)活動[2]。其目的是在教學(xué)中把課程理論與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來，充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的綜合能力。項(xiàng)目教學(xué)法是在建構(gòu)主義理論的指導(dǎo)下，以實(shí)際的工程項(xiàng)目為對象，先由教師對項(xiàng)目進(jìn)行分解，并根據(jù)需要做適當(dāng)?shù)氖痉?，然后讓學(xué)生分組圍繞工程項(xiàng)目進(jìn)行討論、協(xié)作學(xué)習(xí)，最后以共同完成項(xiàng)目的情況評價(jià)學(xué)生是否實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的一種教學(xué)方法。
2.項(xiàng)目教學(xué)法的意義
對于學(xué)生而言，學(xué)習(xí)單片機(jī)這門課程，不僅僅是掌握單片機(jī)的理論知識，更重要的是通過項(xiàng)目教學(xué)法的體驗(yàn)，提高自己動手搭建單片機(jī)硬件系統(tǒng)的能力，培養(yǎng)在過程中解決問題的實(shí)際能力。養(yǎng)成面對問題時能解決的一種好習(xí)慣，并且在這個過程中培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作的精神，為今后的職業(yè)發(fā)展做好準(zhǔn)備。
3.單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)法的采用
學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中理解并參與一個完整項(xiàng)目的分析、設(shè)計(jì)、模塊化實(shí)現(xiàn)的全過程，這樣就在課堂教學(xué)中把理論和實(shí)踐教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來，并運(yùn)用單片機(jī)和電路的知識，使學(xué)生深刻解項(xiàng)目完成的全過程，激發(fā)學(xué)生對項(xiàng)目的參與興趣，有利于提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力[3]。從下表可以比較傳統(tǒng)教學(xué)法與項(xiàng)目教學(xué)法的異同，與理論教育為主的傳統(tǒng)教學(xué)法不同，項(xiàng)目教學(xué)更注重培養(yǎng)學(xué)生的問題意識、獨(dú)立學(xué)習(xí)的能力和團(tuán)隊(duì)合作的品質(zhì)，為更好更快地適應(yīng)社會需求與發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。
表1 傳統(tǒng)教學(xué)法與項(xiàng)目教學(xué)法異同比較
4.項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)施
4.1前期準(zhǔn)備階段
這一階段包括教師的準(zhǔn)備和學(xué)生的準(zhǔn)備兩個方面。教師應(yīng)具備機(jī)電專業(yè)多學(xué)科的理論知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，這樣才能把工業(yè)場景盡可能地引入教學(xué)過程中，比如交通燈控制系統(tǒng)、LCD顯示實(shí)驗(yàn)、工業(yè)機(jī)器人手臂控制系統(tǒng)等。
學(xué)生的準(zhǔn)備包括學(xué)生適應(yīng)項(xiàng)目教學(xué)這種教學(xué)方法，以及對所學(xué)單片機(jī)知識內(nèi)容的提前預(yù)習(xí)等。
4.2項(xiàng)目的實(shí)施階段
以D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)為例，具體說明項(xiàng)目教學(xué)法在單片機(jī)教學(xué)改革中的應(yīng)用。
項(xiàng)目一：D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)。
實(shí)踐任務(wù)：波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)。
理論學(xué)習(xí)：D/A轉(zhuǎn)換芯片0832的性能及編程方法；D/A轉(zhuǎn)換芯片0832與單片機(jī)接口技術(shù)。
實(shí)訓(xùn)環(huán)境：微機(jī)實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生每3人一臺電腦。
學(xué)生分組：（1）學(xué)生按照自愿原則進(jìn)行分組；（2）將不同能力、不同個性的學(xué)生組合成一個小組。
給出任務(wù)后，對各個小任務(wù)進(jìn)行優(yōu)化分配，學(xué)生按分組后進(jìn)行任務(wù)分工，查找相關(guān)的資料，有目的地學(xué)習(xí)相關(guān)知識。通過這個階段，學(xué)生熟悉所用數(shù)模轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)、與單片機(jī)接口的相關(guān)電路知識。然后進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，邊做邊查找相關(guān)技術(shù)資料，同時老師在本階段進(jìn)行指導(dǎo)，發(fā)揮學(xué)生的潛能及知識的拓展。在繪制電路原理圖后，完成電子器件的選擇，并進(jìn)行元器件的焊接、電路調(diào)試及程序調(diào)試。
4.3項(xiàng)目的評價(jià)
對數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)任務(wù)教學(xué)效果進(jìn)行評價(jià)是項(xiàng)目教學(xué)開展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，既是對前一階段項(xiàng)目教學(xué)成果的總結(jié)，又是后續(xù)教學(xué)開展的起點(diǎn)。
4.3.1對學(xué)生電路設(shè)計(jì)作品的評價(jià)。首先對小組的電路設(shè)計(jì)圖，制作電路板，調(diào)試結(jié)果等進(jìn)行打分，然后對和每個學(xué)生相關(guān)參與的部分進(jìn)行小分統(tǒng)計(jì)。
4.3.2學(xué)生參與學(xué)習(xí)情況的評價(jià)。大部分學(xué)生對項(xiàng)目的參與都比較積極，在參與的過程中，學(xué)生學(xué)會了主動獲取資源的方法，遇到問題相互之間進(jìn)行了多次無領(lǐng)導(dǎo)討論，這說明項(xiàng)目教學(xué)法能激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在學(xué)習(xí)動機(jī)。
高校轉(zhuǎn)型促使我們必須對現(xiàn)有的課程進(jìn)行教學(xué)模式的改革。應(yīng)用型高校對專業(yè)教育和課程要求都提出新的不同的要求，項(xiàng)目教學(xué)法是一種有效的教學(xué)法，該方法在單片機(jī)教學(xué)改革中的應(yīng)用，打破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，通過模塊化的任務(wù)，不僅大大提高了學(xué)生實(shí)踐能力，還能培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神，為今后的職業(yè)發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。今后，我們將不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，讓項(xiàng)目教學(xué)法應(yīng)用到更多的課程教學(xué)實(shí)踐中。
參考文獻(xiàn)：
[1]趙鑫.項(xiàng)目教學(xué)法在高職《網(wǎng)頁設(shè)計(jì)與制作》課程教學(xué)中的應(yīng)用[D].武漢：華中師范大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009.8.
[關(guān)鍵詞]單片機(jī)；創(chuàng)新能力；教學(xué)改革
[中圖分類號]G40―057
[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A
[論文編號]1009―8097(2009)13―0282―03
引言
《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程是向?qū)W生傳授單片機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)課程，它綜合了多門基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課的知識，主要培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行智能化電子系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)的能力，培養(yǎng)強(qiáng)電專業(yè)學(xué)生的弱電控制能力。通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件編程技術(shù)，可為后續(xù)更高層次專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、參與實(shí)際的綜合設(shè)計(jì)課題和將來參加工作打下良好的基礎(chǔ)。因此搞好《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程的教學(xué)工作，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，對提高教學(xué)質(zhì)量有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
一 目前教學(xué)中創(chuàng)新能力培養(yǎng)存在的主要問題
我院的自動化、電氣工程及其自動化、電子信息工程三個電類專業(yè)均開設(shè)了《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程，學(xué)生在學(xué)習(xí)了電路基礎(chǔ)、數(shù)字電子、模擬電子、微機(jī)原理等基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)上，再學(xué)習(xí)《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程，在整個教學(xué)安排上是非常合理的。然而通過40學(xué)時的教學(xué)和一周的課程設(shè)計(jì)，最終對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況考核時發(fā)現(xiàn)學(xué)生對該課程的掌握情況并不十分理想，尤其是創(chuàng)新能力較差，主要表現(xiàn)在：
1 學(xué)生主動學(xué)習(xí)的意識不夠，缺乏創(chuàng)新思想，學(xué)習(xí)過程中一旦碰到問題，很難認(rèn)真思考、探索研究、積極主動地解決問題。
2 在《單片機(jī)原理及應(yīng)用》的教學(xué)過程中，傳統(tǒng)的教學(xué)還是以理論為主，以課堂授課為主，學(xué)生很少有應(yīng)用具體電路解決實(shí)際問題的機(jī)會，不利于創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。
3 目前實(shí)驗(yàn)課程體系驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)過多，綜合性、啟發(fā)型實(shí)驗(yàn)不夠，沒有大型設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)，基本沒有對學(xué)生動手能力訓(xùn)練，更不用說培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
4 在傳統(tǒng)的教學(xué)思想和方法引導(dǎo)下，學(xué)習(xí)成績主要是以考試成績確定的，因而常常出現(xiàn)“高分低能”現(xiàn)象。這種評價(jià)體系造就學(xué)生對實(shí)踐環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)的輕視心理，即是以成績合格為目標(biāo)，而不是能力獲得為標(biāo)準(zhǔn)，限制了學(xué)生的創(chuàng)新能力。
二 改革思路和方案
針對以上問題，在單片機(jī)教學(xué)中，根據(jù)學(xué)生、教材、教學(xué)設(shè)備等實(shí)際情況，將授課內(nèi)容進(jìn)行全面、合理的整合優(yōu)化。減少冗余，加強(qiáng)綜合性、創(chuàng)新性內(nèi)容，在對整個課程鏈研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行了課程改革，改革后的講課學(xué)時分配如表1所示：
在對整個課程鏈研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行課程改革，可以避免學(xué)生反復(fù)學(xué)習(xí)同一內(nèi)容，但又學(xué)得不夠深入等問題。對照以前的教學(xué)大綱，了解當(dāng)前學(xué)生所學(xué)課程，對單片機(jī)的大綱做了更改，利如增加了單片機(jī)應(yīng)用典型案例、接口部分知識，刪除了同步、異步通信概念、進(jìn)制部分知識等。
這種改革符合目前國家教育教學(xué)改革基本方針，可以減輕學(xué)業(yè)壓力，用有限的課時學(xué)習(xí)盡可能多的知識，做到“厚積”。在改革過程中注意積極開展教育創(chuàng)新。為培養(yǎng)創(chuàng)新意識，積極探索具有創(chuàng)造性的教學(xué)方法和手段，在授課中改變老師唱主角，學(xué)生當(dāng)觀眾的教學(xué)模式：改變學(xué)生靜態(tài)、被動接受的地位，建立以學(xué)生為中心的實(shí)踐性教學(xué)模式。利用學(xué)生對新事物感興趣的心理特點(diǎn)，鼓勵學(xué)生積極、主動地去探究知識，教會學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新的科研方法和在自主的學(xué)習(xí)中學(xué)會創(chuàng)新。另外在現(xiàn)行開設(shè)單片機(jī)課程中，實(shí)踐內(nèi)容所占比例偏少，實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊，內(nèi)容跟不上時展，因此進(jìn)行了實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)改革，改善教學(xué)與實(shí)踐脫節(jié)的現(xiàn)狀，使各環(huán)節(jié)相互銜接，增加創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，通過加強(qiáng)動手能力的培養(yǎng)，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才。
三、為提高創(chuàng)新能力所采取具體措施
1 提高學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識
興趣是最好的老師，只有有了學(xué)習(xí)興趣，才能夠在學(xué)習(xí)中創(chuàng)新，喜歡創(chuàng)新，注意創(chuàng)新，發(fā)揮自身的創(chuàng)造性。為激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在開課之后，我們首先向?qū)W生介紹單片機(jī)的多種應(yīng)用功能及其良好的發(fā)展前景，讓學(xué)生明白學(xué)什么、為什么學(xué)和學(xué)會后能做什么，并利用圖片、錄像和實(shí)物等介紹一些當(dāng)前的單片機(jī)先進(jìn)科技和教師相關(guān)單片機(jī)科研成果；邀請一些單片機(jī)科技公司的技術(shù)人員、知名教授來校作單片機(jī)知識專題講座；請一些已畢業(yè)從事與單片機(jī)技術(shù)有關(guān)的學(xué)生來現(xiàn)場指導(dǎo)教育，使他們了解單片微機(jī)在工業(yè)控制、智能化儀器儀表、計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通訊技術(shù)和家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用及學(xué)好單片機(jī)的重要性和必要性，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，鼓勵他們動腦思考有哪些領(lǐng)域或哪些與我們?nèi)粘Ｉ钕嚓P(guān)的電器或儀表等設(shè)備適合用單片機(jī)控制，從而使學(xué)生具有初步的創(chuàng)新意識。
2 鼓勵學(xué)生進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
不斷鼓勵學(xué)生利用課余時間進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)，制作自己興趣的產(chǎn)品，編寫單片機(jī)程序。由于初學(xué)者一般沒有開發(fā)板和仿真器這些設(shè)備，為了給學(xué)生創(chuàng)造條件，我們采取了以下措施：
(1)給學(xué)生提供一些單片機(jī)仿真軟件，讓學(xué)生在電腦上模擬實(shí)際系統(tǒng)，編寫軟件。例如提供了proteus仿真軟件，它可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU及其電路，還可以和keil軟件互聯(lián)，可以像使用仿真器一樣調(diào)試程序。又不需要任何費(fèi)用，特別適合學(xué)生在單片機(jī)學(xué)習(xí)的起步階段使用。我們在實(shí)驗(yàn)室里安裝了這個軟件，并在教學(xué)過程中向?qū)W生演示它的功能和使用，鼓勵有電腦的學(xué)生安裝這個軟件，讓他們利用課余時間自己動手做做電子表、步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)控制、LED顯示，AD、DA轉(zhuǎn)換，交通燈設(shè)計(jì)等方面的模擬實(shí)驗(yàn)。
(2)鼓勵有一定經(jīng)濟(jì)條件的學(xué)生買一些小型的單片機(jī)學(xué)習(xí)開發(fā)板。目前市場上有很多專門為在校大學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)量身定做學(xué)習(xí)開發(fā)板、主控芯片。包括凌陽、51系列、AVR系統(tǒng)等，它們價(jià)格低，特別適合于學(xué)生利用課余時間學(xué)習(xí)單片機(jī)開發(fā)。而實(shí)驗(yàn)室也購置一部分這樣的開發(fā)板，對學(xué)生開放，給學(xué)生創(chuàng)造自主學(xué)習(xí)和開發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)的環(huán)境，從而培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。
3 在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)創(chuàng)新思維
改變原有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)，并開放實(shí)驗(yàn)室，隨時恭候?qū)W生的來臨。在整個實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中，以學(xué)生為實(shí)驗(yàn)的主體，最大限度地調(diào)動和發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，引導(dǎo)學(xué)生積極對待實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，并自己動手解決這類問題。指導(dǎo)教師在實(shí)驗(yàn)的組織管理上起主要作用，而在實(shí)驗(yàn)中僅起指導(dǎo)作用，給學(xué)生指明方向，避免多走彎路，并解答實(shí)驗(yàn)當(dāng)中出現(xiàn)的一些疑難問題。例如：在彩燈移動實(shí)驗(yàn)中，鼓勵學(xué)生編寫不同的移動花樣，采用多種不同方法編程，并設(shè)計(jì)電路圖，這樣將生活中常見的小產(chǎn)品與課程實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來。使同學(xué)們加深對理論知識的
理解，學(xué)到了實(shí)際知識，培養(yǎng)了分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。
4 通過課程設(shè)計(jì)改革培養(yǎng)工程素質(zhì)，強(qiáng)化創(chuàng)新能力。
創(chuàng)新能力不僅僅體現(xiàn)在一些制作發(fā)明上，更重要的是要有必要的工程素質(zhì)。在課程設(shè)計(jì)過程中，注重培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)。從課程設(shè)計(jì)選題開始，就要求學(xué)生注意收集相關(guān)資料、作好分工、做好實(shí)驗(yàn)記錄、總結(jié)調(diào)試心得等。使學(xué)生熟悉從立項(xiàng)、方案論證、軟硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試、PCB設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、到安裝調(diào)試等電子設(shè)計(jì)的全過程，系統(tǒng)地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、交流能力、合作能力，使學(xué)生理解并認(rèn)識了良好的工程規(guī)范。在設(shè)計(jì)階段，引導(dǎo)學(xué)生從不同角度觀察問題、提出問題、解決問題，注意實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。在報(bào)告整理階段，引導(dǎo)學(xué)生對設(shè)計(jì)過程進(jìn)行總結(jié)。從方案設(shè)計(jì)到器件選型，從程序開發(fā)到調(diào)試。都要求學(xué)生將實(shí)踐中獲取的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)文字材料，使學(xué)生在設(shè)計(jì)過程逐步體驗(yàn)本課程的系統(tǒng)性。例如，選擇電子時鐘系統(tǒng)作為課程設(shè)計(jì)的同學(xué)，其硬件電路盡管相對簡單，涉及的單片機(jī)資源并不多，大部分同學(xué)都能夠很快的實(shí)現(xiàn)基本功能，但在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，在硬件電路基本不變的情況下，通過重新規(guī)劃設(shè)計(jì)軟件，實(shí)現(xiàn)許多如計(jì)時器、萬年歷、秒表、定時報(bào)警器等附加功能。
每年課程設(shè)計(jì)的題目既可從教師給定的題目中選擇，也可以自行擬定，自行擬定的題目在做之前要提交可行性報(bào)告。這就進(jìn)一步鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新能力。2007―2008學(xué)年我專業(yè)的課程設(shè)計(jì)的可選題目如表2所示：
而課程設(shè)計(jì)評分依據(jù)學(xué)生的實(shí)際完成情況和文字報(bào)告等進(jìn)行評價(jià)。例如，確定若干個基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的儀器系統(tǒng)如時鐘、點(diǎn)陣顯示器等基本功能供學(xué)生選題。在指定的時間范圍內(nèi)，提交完成基本功能的儀器系統(tǒng)、相關(guān)文字報(bào)告等，最后進(jìn)行答辯。畢業(yè)設(shè)計(jì)得分由設(shè)計(jì)產(chǎn)品功能和質(zhì)量分(40％)、畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告分(30％)、答辨分(15％)、特色與創(chuàng)新分(15％)等部分組成，并要答辨。
5 通過考核方法改革考核學(xué)生的創(chuàng)新能力
考核方法作為課程教學(xué)的最后環(huán)節(jié)，它直接檢驗(yàn)教和學(xué)雙方的效果，間接指導(dǎo)著學(xué)生的學(xué)習(xí)。目前《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程使用比較普遍的考核方法仍然是閉卷筆試。應(yīng)該說，閉卷考試在基礎(chǔ)理論類課程教學(xué)中，在強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握知識的作用是不可替代的，但《單片機(jī)原理》課程應(yīng)用性、實(shí)踐性都很強(qiáng)，如果仍以閉卷考試作為主要評價(jià)方法，則不能較好檢驗(yàn)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。因此對當(dāng)前的考核方法進(jìn)行了改革，并擬建立一種長期的跟蹤考核制度，將考核重點(diǎn)放在學(xué)生在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題的能力考核上。即將原來的純筆試改成了設(shè)計(jì)報(bào)告、機(jī)考和筆試相結(jié)合評分的方法。在課程結(jié)束后學(xué)生要提交一個設(shè)計(jì)報(bào)告，設(shè)計(jì)一種產(chǎn)品，該報(bào)告的評分標(biāo)準(zhǔn)為：報(bào)告(50％)+創(chuàng)新意識(30％)+程序調(diào)試(20％)。而機(jī)考指的是在實(shí)驗(yàn)室里現(xiàn)場考核，主要考核學(xué)生動手能力和程序調(diào)試能力。而筆試試卷在考核學(xué)生的基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，更強(qiáng)調(diào)學(xué)生的創(chuàng)新性思維，在題型上進(jìn)行了改革。減少了一些需要死記硬背的客觀題，增加了靈活多樣的程序設(shè)計(jì)，電路設(shè)計(jì)等題型。充分考核了學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和創(chuàng)新能力。最終成績測評比例為設(shè)計(jì)報(bào)告(30％)+機(jī)考(20％)+筆試(50％)。
6 開展第二課堂，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力
為加強(qiáng)對學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)，我們將課堂教學(xué)延伸到課外，注意對學(xué)生參與實(shí)踐活動興趣的培養(yǎng)。將學(xué)生的課外科技活動納入到創(chuàng)新能力培養(yǎng)的過程中來，成立了創(chuàng)新電子社團(tuán)，以電氣工程及其自動化、電子信息工程專業(yè)學(xué)生為主，其他專業(yè)學(xué)生也可自愿參加。由《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程的主講教師作為主要指導(dǎo)教師，每周輔導(dǎo)1―2次，并提供不同層次的實(shí)踐內(nèi)容，組織多種形式的實(shí)踐活動，提出靈活多樣的實(shí)踐要求，吸引學(xué)生主動地、有選擇地參與這些實(shí)踐活動，讓學(xué)生根據(jù)自己的發(fā)展方向，結(jié)合自己的興趣和需求，選擇適合自己的題目或感興趣的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)和制作過程中，教師給予適度的指導(dǎo)，使學(xué)生能夠獨(dú)立、主動、保質(zhì)保量地完成自己的設(shè)計(jì)目標(biāo)和任務(wù)，把學(xué)生被動地學(xué)習(xí)變成積極主動地學(xué)習(xí)，把依賴于老師的學(xué)習(xí)變成獨(dú)立的學(xué)習(xí)和思考。設(shè)計(jì)題目和產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)也增強(qiáng)了學(xué)生獨(dú)立解決問題的自信心，進(jìn)一步提高學(xué)習(xí)的興趣。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生可以通過第二課堂對課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充和提升，可以根據(jù)自己的興趣進(jìn)行選題、完成自己感興趣的課外實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、設(shè)計(jì)和電子制作，可以自己設(shè)計(jì)電子作品等，這樣就使他們在完成學(xué)習(xí)任務(wù)的基礎(chǔ)上，使自己的創(chuàng)新思想得以實(shí)現(xiàn)。大大激發(fā)了學(xué)生的課外學(xué)習(xí)興趣和主觀能動性。也為學(xué)生提供了自由發(fā)展的空間，提高了學(xué)生的創(chuàng)造能力。
7 依托各種競賽，推進(jìn)課程改革，提高創(chuàng)新能力
積極參加全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽、盛群杯單片機(jī)競賽，飛思卡爾智能車競賽等各類比賽。這些競賽既培養(yǎng)了學(xué)生電子設(shè)計(jì)能力，提高了實(shí)踐能力，也鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。通過各類競賽，掊養(yǎng)一部分學(xué)生的動力創(chuàng)新能力，再通過宣傳，使其它學(xué)生對單片機(jī)學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣，為參加這些競賽而努力，從而進(jìn)一步提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。
四 結(jié)束語
在進(jìn)行了課程改革以后，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情受到了很大的激發(fā)，出現(xiàn)了自主式學(xué)習(xí)的熱潮。由于課程的改革，使理論教學(xué)的時間大大縮短，學(xué)生有了更多動手和思考的時間，在課程結(jié)束時，大多數(shù)同學(xué)提交了自己的作品，更有部分同學(xué)在單片機(jī)比賽中取得了優(yōu)異的成績。我們將以此為契機(jī)，積極、主動地促進(jìn)單片機(jī)課程的進(jìn)一步改革，使單片機(jī)課程跟上時展的潮流，使學(xué)生學(xué)完單片機(jī)后，不僅僅具有初步單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)能力，還具有了一定的創(chuàng)新能力，有效的提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。
參考文獻(xiàn)
[1]江世明，劉湘濤，申壽云等.省級重點(diǎn)建設(shè)課程《單片機(jī)原理及應(yīng)用》的創(chuàng)新與實(shí)踐[J]懷化學(xué)院學(xué)報(bào)，第2006，25(8)：162―163.
[2]龔益民.《單片機(jī)原理及應(yīng)用》教學(xué)改革與實(shí)踐[J].2007，(5)：119―120
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；教學(xué)改革與實(shí)踐；應(yīng)用能力
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）38-0028-02
單片機(jī)技術(shù)是電子類專業(yè)的一門核心課程，其應(yīng)用范圍涉及工業(yè)測控、智能儀器儀表、日用家電、個人信息終端及通信產(chǎn)品等領(lǐng)域，已成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中重要的智能化的核心部件之一，在全國的電子設(shè)計(jì)競賽中被廣泛應(yīng)用。因此，近些年來，教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合的思想不同程度地得到各高校的重視與加強(qiáng)，許多文獻(xiàn)也曾報(bào)道單片機(jī)技術(shù)教學(xué)與改革的新思想、新內(nèi)容和新方法，旨在推動教學(xué)改革中堅(jiān)持不懈地加強(qiáng)學(xué)生動手能力和實(shí)踐能力，從而培養(yǎng)出與社會接軌的優(yōu)秀電子專業(yè)畢業(yè)生。我院自創(chuàng)建以來，就非常重視理論與實(shí)踐的結(jié)合，經(jīng)過作者和院系老師對教學(xué)實(shí)踐改革的努力嘗試與探索，總結(jié)出了一些簡單可行的教學(xué)實(shí)踐改革體系，本文將主要針對我院單片機(jī)教學(xué)與實(shí)踐改革提出一些切實(shí)可行的新建議。
一、教學(xué)與實(shí)踐改革存在的問題
1.教學(xué)方式有待改進(jìn)。在單片機(jī)的教學(xué)過程中，不少教師常常以單片機(jī)理論為教學(xué)的重中之重，實(shí)驗(yàn)常安排一些像清零程序、拆字程序、排序程序等與實(shí)踐結(jié)合不緊密的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，從而難以與實(shí)踐緊密結(jié)合起來，再加上一些教師強(qiáng)調(diào)筆試的重要性，勢必造成學(xué)生失去學(xué)習(xí)的興趣和積極性，將更多精力用于考試過關(guān)，而難以使理論知識得到實(shí)踐和應(yīng)用。例如，循環(huán)左移和右移指令的講解，只做理論上的推導(dǎo)，很難加深學(xué)生的印象，若能引入適當(dāng)?shù)腅DA技術(shù)將這個循環(huán)左移和右移過程形象地展示出來，既能加深學(xué)生的印象，還能提高其學(xué)習(xí)興趣。
2.傳統(tǒng)教學(xué)的內(nèi)容問題。由于單片機(jī)教材與實(shí)際應(yīng)用有一定的差距，教材中提到的理論與實(shí)物已經(jīng)是幾年前的市場產(chǎn)品或者是面臨淘汰的產(chǎn)品，這樣就會使學(xué)生接觸到一些過時的知識，卻沒有看到新的改進(jìn)，從而在一定程度上影響了學(xué)生的知識面和實(shí)踐能力。實(shí)驗(yàn)課程體系驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)過多，綜合性、啟發(fā)性實(shí)驗(yàn)太少，沒有大型設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)，基本沒有對學(xué)生動手實(shí)踐能力達(dá)到提高和訓(xùn)練。
3.學(xué)生對實(shí)踐和動手缺乏積極性。不少學(xué)生對單片機(jī)的實(shí)踐性缺少認(rèn)識，不主動參與實(shí)踐和設(shè)計(jì)，他們寧愿將時間放在英語考試或計(jì)算機(jī)等級考試上，卻對單片機(jī)技術(shù)的實(shí)踐和操作缺少興趣，因此，培養(yǎng)和調(diào)動學(xué)生積極性顯得尤為重要。
4.學(xué)校條件和經(jīng)費(fèi)的限制。在我們?nèi)緦W(xué)校，教學(xué)實(shí)踐改革除了以上三個問題之外，還會受到其他重要客觀因素的阻礙，例如，電子技術(shù)迅速發(fā)展，需要投入更多的經(jīng)費(fèi)購買先進(jìn)的教學(xué)器材和設(shè)備，同時也需要一些可以供教學(xué)展示的實(shí)物，再加上聯(lián)系校外企業(yè)供學(xué)生實(shí)習(xí)也需要一定的活動資金，這些勢必給教學(xué)實(shí)踐帶來很大的影響，這些客觀條件在短時期內(nèi)仍然很難改觀。
二、教學(xué)實(shí)踐改革簡單可行的幾點(diǎn)新建議
單片機(jī)教學(xué)實(shí)踐的過程不會一蹴而就，需要不斷作出改進(jìn)，不斷推陳出新，這樣才可以保證教學(xué)實(shí)踐工作的順利進(jìn)行。許多新的方法值得探索和大膽嘗試，我們經(jīng)過初步探索，總結(jié)出以下一些可行的新建議：
1.培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣。采用多種教學(xué)方法和手段培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣，例如：在單片機(jī)課堂教學(xué)過程中，應(yīng)注重理論與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，在第一堂課給學(xué)生展示單片機(jī)制作的實(shí)物，如流水燈、電子琴等，使學(xué)生對單片機(jī)的應(yīng)用看得見、摸得著，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在講述具體抽象內(nèi)容之前，采用Proteus等仿真軟件將教材中的實(shí)例或?qū)嶋H工程案例中用到此知識點(diǎn)的電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證，讓學(xué)生有個感性認(rèn)識，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)。在教學(xué)中采用啟發(fā)式、討論式的教學(xué)方法，改變滿堂灌的教學(xué)方法，讓學(xué)生從“讓我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”。
2.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。在課堂教學(xué)中，選用新版的、內(nèi)容豐富的優(yōu)秀教材，力求做到縱觀全書，抓住關(guān)鍵，勤于總結(jié)，將具體內(nèi)容與工程實(shí)踐案例相結(jié)合，對實(shí)際應(yīng)用中的重難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行精講，提出一些與工程實(shí)際應(yīng)用密切相關(guān)的問題來引導(dǎo)學(xué)生積極思考，鼓勵學(xué)生發(fā)表見解，活躍課堂氛圍。在實(shí)踐教學(xué)中除驗(yàn)證性和簡單的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)外，加入課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，在具體實(shí)施中以“學(xué)生為中心，教師為輔”的教學(xué)模式。同時向?qū)W生介紹單片機(jī)應(yīng)用的優(yōu)秀網(wǎng)站，引導(dǎo)學(xué)生充分利用豐富的網(wǎng)絡(luò)資源，了解當(dāng)前有關(guān)單片機(jī)的新書訊、新技術(shù)和新發(fā)展，以此來拓寬學(xué)生的知識面，延伸和補(bǔ)充課堂之外的教學(xué)內(nèi)容，豐富和拓展單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)，為學(xué)生將來獨(dú)立進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)打下良好基礎(chǔ)。
3.鼓勵學(xué)生展示自己的成果。其實(shí)在各班的學(xué)生中，都不缺乏對單片機(jī)設(shè)計(jì)有著濃厚興趣的同學(xué)，那么就可以在全班范圍內(nèi)以小組為單位開展一些單片機(jī)的設(shè)計(jì)工作，例如以各宿舍為單位，這些同學(xué)平時接觸和共同探討的機(jī)會比較多，可以讓那些敢于動手，積極表現(xiàn)的同學(xué)起到帶頭作用，然后爭取到少量活動資金，建立興趣小姐，就可以在教師的引導(dǎo)下，讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)和參與單片機(jī)技術(shù)的設(shè)計(jì)實(shí)踐了。經(jīng)過一段時間的努力后，教師可以鼓勵學(xué)生自行上講臺展示各小組的設(shè)計(jì)成果，這樣不僅可以提高學(xué)生的積極性，還可以讓教師和學(xué)生做到教學(xué)相長。
4.請高校研究生作有趣易懂的產(chǎn)品設(shè)計(jì)報(bào)告。以往常有教師向院上提出應(yīng)該多請專家給學(xué)生作專題報(bào)告以拓展學(xué)生的知識面，盡管學(xué)院作出了一定的努力，然而許多國內(nèi)專家總是忙于手頭工作，或者因?yàn)槁烦虇栴}，最后不能完成這一愿望，即便有的專家過來作完報(bào)告，卻也難以收到預(yù)期的效果，一些學(xué)生往往反映太過深奧，或者難于理解，或者與所學(xué)知識關(guān)聯(lián)不大。對此，我們可以請來高校一些發(fā)表過優(yōu)秀論文的研究生，利用周末過來講解和展示他們的設(shè)計(jì)成果，這些研究生往往非常樂意奉獻(xiàn)自己的論文成果，因此講解得較為詳細(xì)具體，并且可以做到淺顯易懂，而本科生在具有一定理論基礎(chǔ)情況下都能聽懂。例如，上次一個高校的研究生給學(xué)生講解LED點(diǎn)陣顯示屏的原理和設(shè)計(jì)，學(xué)生們聽后產(chǎn)生了濃厚的興趣，這樣很容易激發(fā)學(xué)生實(shí)踐和動手的激情，并且把這份激情投入到以后的單片機(jī)設(shè)計(jì)和工作中去。
5.考核方式改革。通常來說，考核就是對教師教學(xué)效果的檢驗(yàn)和學(xué)生水平的測試，同時也是督促和激發(fā)學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)的原因和動力。在單片機(jī)的教學(xué)與實(shí)踐改革過程中，我們提出了一種注重實(shí)踐能力和應(yīng)用能力培養(yǎng)的考核方式，課堂考勤占10%，平時成績占40%，期末考試占50%，平時成績的評定進(jìn)行量化。這種考核方式突出的特點(diǎn)是平時成績比例為我院最高，同時對其考核將一半的分值設(shè)定為實(shí)驗(yàn)成績，并對學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的具體表現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)態(tài)度、完成實(shí)驗(yàn)的情況、實(shí)踐動手能力和課程設(shè)計(jì)等幾方面進(jìn)行量化。
單片機(jī)技術(shù)課程的教學(xué)與實(shí)踐改革是一個長期的過程，特別是對學(xué)生加強(qiáng)實(shí)踐應(yīng)用能力更不是一件容易的事情，因此需要教師改變傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，積極主動地參與實(shí)踐教學(xué)，并且努力培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐積極性，只要努力探索和尋求新方法新思路，總可以使得單片機(jī)的教學(xué)與實(shí)踐改革很好地得以進(jìn)行，使學(xué)生的單片機(jī)應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力得到很大提高。
參考文獻(xiàn)：
[1]張鵬.關(guān)于高校單片機(jī)教學(xué)模式的幾點(diǎn)思考[J].電子制作，2013，（12）.
[2]張翼，盧鋼，盧益民.淺談單片機(jī)教學(xué)改革的五大關(guān)鍵點(diǎn)[J].教育教學(xué)論壇，2013，（32）.
[3]周榮華.單片機(jī)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].黑龍江科技信息，2013，（06）.
[4]陳燕慧.單片機(jī)教學(xué)改革模式的探討[J].科教導(dǎo)刊，2013，（07）.
[5]朱敏杰，余亞東.改革單片機(jī)教學(xué) 培養(yǎng)應(yīng)用型人才[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012，（02）.
關(guān)鍵詞： 雙作用式變量葉片泵；數(shù)字式；工作原理；數(shù)學(xué)模型；調(diào)節(jié)參數(shù)
中圖分類號：TH31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）01-0064-03
0 引言
隨著我國工業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)的快速發(fā)展，能源短缺日益嚴(yán)重，合理的利用能源變得更加重要。在流體傳動及控制技術(shù)領(lǐng)域，節(jié)能技術(shù)同樣必不可少。開展流體傳動節(jié)能技術(shù)的研究不僅可從現(xiàn)有液壓設(shè)備的節(jié)能技術(shù)改造中獲得巨大經(jīng)濟(jì)效益，而且也是我國在先進(jìn)制造業(yè)上趕超國際先進(jìn)水平的需要[1]。在工業(yè)生產(chǎn)中變量泵是實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)高效、節(jié)能的基礎(chǔ)，因此研發(fā)性能優(yōu)良的變量泵是流體傳動節(jié)能技術(shù)研究的重要課題之一。
目前液壓系統(tǒng)中的液壓泵主要有齒輪泵、柱塞泵、葉片泵、螺桿泵等，其中的葉片泵是廣泛被使用的一種液壓泵。葉片泵按其結(jié)構(gòu)來分有單作用式葉片泵和雙作用式葉片泵。單作用式葉片泵主要用作變量泵，由于單作用葉片泵轉(zhuǎn)子、主軸和軸承所承受的徑向力較大，影響了泵的使用壽命和壓力的提高。而雙作用葉片泵的突出優(yōu)點(diǎn)在于徑向作用力平衡，但是由于結(jié)構(gòu)上很難實(shí)現(xiàn)排量的變化，使用上也受到了限制[2]。因此，若能開發(fā)出可實(shí)現(xiàn)變量的雙作用葉片泵，就可以將這兩種泵的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，既能克服徑向不平衡力的缺點(diǎn)，又能實(shí)現(xiàn)排量的變化。針對這一技術(shù)問題，國內(nèi)外很多學(xué)者都在進(jìn)行研究探討，研究的核心就是雙作用葉片泵如何實(shí)現(xiàn)變量。目前比較成熟的變量方法是通過驅(qū)動泵的定子圈偏轉(zhuǎn)，改變泵的定子和配油盤的位置關(guān)系，來實(shí)現(xiàn)排量的變化。
本文所要介紹的數(shù)字式雙作用變量葉片泵是在這種變量方法的基礎(chǔ)上，提出了以步進(jìn)電機(jī)作為機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置，以單片機(jī)作為控制器的數(shù)字式雙作用變量泵。這樣不但解決了雙作用葉片泵的變量問題，同時實(shí)現(xiàn)了泵的數(shù)字化調(diào)節(jié)與控制，對于合理利用能源，提高液壓傳動工作效率具有重要的意義。
1 雙作用變量葉片泵的工作原理
圖1（a）、（b）分別是泵全排量時定子圈的位置和零排量時定子圈的位置示意圖。通過轉(zhuǎn)動定子圈，使其與配油盤之間的相對位置關(guān)系發(fā)生改變，也就是在需要泵輸出流量時，調(diào)節(jié)定子使其過度曲線對應(yīng)于配油盤吸、壓油窗。而在不需要輸出流量時，使定子的長半徑和短半徑圓弧段與配油盤的吸、壓油窗相對應(yīng)。因?yàn)檫@時工作容積不變，所以不吸、壓油，即為零排量輸出[4]。
但是，在定子圈偏轉(zhuǎn)的時候，勢必會產(chǎn)生比較大困油現(xiàn)象，影響泵的正常工作。為了解決這一問題，我們將定子圈做成兩片疊加起來使用，同時把葉片等分成兩個，并排地插在轉(zhuǎn)子葉片槽中。當(dāng)一個定子環(huán)長半徑圓弧與吸油窗相對時，使另一個定子長半徑圓弧與壓油窗相對。因此當(dāng)每個工作空間在經(jīng)過定子過度曲線段時，正好在一個定子圈內(nèi)是由大到小變化，而在另一個定子圈內(nèi)是由小到大的變化。這樣，由大到小的壓縮容積就被另一個由小到大的容積所吸收，總?cè)莘e并沒有變化。這時，泵將零排量輸出。如圖2所示。
當(dāng)需要從零排量到全排量變化時，必須同時使兩定子圈反向偏轉(zhuǎn)。使yy1y2重合，xx1x2重合，如圖3所示。這時兩片定子圈的過度曲線段都正好與吸、壓油窗相對，泵將全排量輸出。
綜上所述，調(diào)整定子圈y1-x1，y2-x2與配油盤y-x的偏轉(zhuǎn)角度α便可以調(diào)整其輸出流量的大小。其中αmax=π/4，0≤α≤π/4，（度）。這樣雙作用變量葉片泵的理論流量公式就可以寫成
式中：qtp為變量葉片泵的理論流量（m3/s）；B=b1+b2，b1，b2為單個葉片寬度（m）；R為定子內(nèi)圓弧大半徑（m）；r為定子內(nèi)圓弧小半徑（m）；δ為葉片厚度（m）；z為葉片數(shù)；θ為葉片傾角（°）；n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（r/s）；α為定子圈偏轉(zhuǎn)角，αmax=π/4，0≤α≤π/4（°）。
2 變量機(jī)構(gòu)控制方法
如何實(shí)現(xiàn)定子圈的偏轉(zhuǎn)是雙作用變量葉片泵最關(guān)鍵的問題。從全排量變到零排量或從零排量變到全排量時，要求兩定子的偏轉(zhuǎn)角同時作反向變化。驅(qū)動定子圈同時反向變化的機(jī)構(gòu)即為變量機(jī)構(gòu)[4]。本文采用51單片機(jī)作為數(shù)字化控制器，步進(jìn)電機(jī)作為動力源，螺母絲杠作為傳動副，數(shù)字閥控缸驅(qū)動齒條式柱塞與定子外圓柱面上加工出的齒相互嚙合的方式進(jìn)行工作。如圖4為驅(qū)動一片定子圈偏轉(zhuǎn)的變量機(jī)構(gòu)工作原理圖。
閥芯通過一個螺母絲杠副和步進(jìn)電機(jī)相連，閥芯插入到活塞上端部配合的閥套中。并在活塞上開了三個閥口。a口和壓力腔A相連，壓力腔A在底部和排油口相連通。通過b口把控制腔和活塞內(nèi)腔連在一起。c口與回油腔相連。當(dāng)需要變量時，根據(jù)泵輸出流量的要求，通過事先編輯好的程序，單片機(jī)發(fā)出相應(yīng)的脈沖信號，經(jīng)功率放大器放大后驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)以相應(yīng)的頻率和轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)過一定的角位移θ，從而帶動螺母轉(zhuǎn)動并由絲杠提動伺服閥芯作向上或向下的運(yùn)動，產(chǎn)生位移xv，使伺服閥口開啟，這時泵靠自身油液驅(qū)動變量柱塞隨閥芯的位移而運(yùn)動，產(chǎn)生位移xp，進(jìn)而驅(qū)動一片定子圈偏轉(zhuǎn)角度α。另一片定子圈和變量機(jī)構(gòu)原理相同。所以，通過這兩個變量機(jī)構(gòu)就可以使兩片定子圈同時反向偏轉(zhuǎn)，使泵實(shí)現(xiàn)全排量—零排量—全排量的變化，達(dá)到變量的需求。變量機(jī)構(gòu)的控制框圖如圖5所示。
3 變量機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型分析
3.1 變量機(jī)構(gòu)基本方程
式中：xv為閥芯的位移量（m）；β為步進(jìn)電機(jī)步距角（°）；t為螺距（m）；j為螺紋頭數(shù)；Ni為單片機(jī)發(fā)出的脈沖數(shù)。
②變量柱塞的位移量
齒條柱塞與外圓加工齒的定子是齒輪齒條嚙合，所以變量柱塞的位移量與定子偏轉(zhuǎn)的角度的關(guān)系為
式中：xp為變量柱塞位移量（m）；α為定子圈偏轉(zhuǎn)角（°）；Df為定子圈與變量柱塞組成齒輪齒條嚙合分度圓直徑（m）。
3.2 泵靜態(tài)調(diào)節(jié)流量公式
由于伺服閥和變量缸是隨動關(guān)系，因此，xv=xp，即
式（6）即為數(shù)字化雙作用變量葉片泵的靜態(tài)調(diào)節(jié)流量公式。由（7）、（8）可知該式中，Kq和Kβ均為常數(shù)。
3.3 變量機(jī)構(gòu)參數(shù)化分析
本文是以YB1-25型葉片泵作為研究基礎(chǔ)，結(jié)合該泵的部分結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計(jì)定子內(nèi)圓弧大半徑長度R為32.5mm，定子內(nèi)圓弧小半徑r為28.5mm，定子分度圓直徑Df為75.5mm，葉片寬度B為20mm，葉片厚度δ為1.8mm，葉片傾角θ為13°，葉片數(shù)z為12。泵的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n為1000r/min。本文采用了歩距角為1.5°的36BF003型步進(jìn)電機(jī)；采用d=20mm，t=4mm，j=1的絲杠螺母副。根據(jù)泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計(jì)變量柱塞由全排量到零排量行程為xp=29.6mm。這樣全行程29.6mm所需要的脈沖數(shù)Ni=360°xp/βtj=1776個。據(jù)此，我們可以計(jì)算得到當(dāng)定子偏轉(zhuǎn)一定角度時，單片機(jī)需要發(fā)送的脈沖個數(shù)。如表1所示為定子偏轉(zhuǎn)角以5度為間隔時，對應(yīng)的單片機(jī)需要發(fā)送的脈沖數(shù)以及此時泵的理論流量。
由此，可以繪制此變量泵由全排量到零排量靜態(tài)調(diào)節(jié)qtp-Ni特性圖，如圖6所示。
由此圖可以看出，泵流量qtp的變化只取決于單片機(jī)發(fā)出的脈沖數(shù)Ni。因此，我們可以編寫相應(yīng)的單片機(jī)程序，來控制發(fā)送脈沖的個數(shù)，從而使泵的排量發(fā)生改變。
4 結(jié)論
本文針對雙作用葉片泵實(shí)現(xiàn)變量的理論做了簡單了陳述，在此基礎(chǔ)上針對雙作用葉片泵實(shí)現(xiàn)變量又做了數(shù)字化的改進(jìn)。通過對泵變量機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型的分析，得到了泵靜態(tài)調(diào)節(jié)流量公式，繪制出qtp-Ni特性圖，并對變量機(jī)構(gòu)進(jìn)行了參數(shù)化析。由此得出，通過控制信號輸出量的變化就可以使泵排量發(fā)生相應(yīng)的改變。因此基于單片機(jī)控制，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的數(shù)字式雙作用變量泵是成立的。但是必須要進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化以及動態(tài)實(shí)驗(yàn)研究，使其得到進(jìn)一步的改善。
參考文獻(xiàn)：
[1]海，王慶瑋.單片機(jī)在數(shù)字變量軸向柱塞泵的應(yīng)用的研究[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2004（11）：69-71.
[2]李義，袁圓，陳超.雙作用式變量葉片泵理論研究[J].煤礦機(jī)械，2011（2）：42-43.
[3]趙亮，陳艷芳，任喜巖.雙作用變量葉片泵探討[J].大連鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，1990（3）：67-71.
[4]雷秀.YB型雙作用葉片泵變量研究[A].中國力學(xué)學(xué)會流體控制工程專業(yè)委員會流體控制工程與機(jī)器人學(xué)術(shù)會議論文集[C].內(nèi)蒙古：內(nèi)蒙古大學(xué)出版社，1992：134-139.
[5]雷秀，張治務(wù)，李軍.數(shù)控軸向柱塞變量泵的開發(fā)及靜特性實(shí)驗(yàn)研究[J].內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000（2）：119-121.
[6]雷秀，張治務(wù).63CCCY14-1B泵數(shù)字化靜態(tài)調(diào)節(jié)及實(shí)驗(yàn)研究[J].機(jī)床與液壓，1999（1）：16-17.
[7]王慶瑋.單片機(jī)控制數(shù)字變量柱塞泵的研究[D].沈陽：沈陽理工大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)科碩士學(xué)位論文，2005：12-31.
[8]李嵐，張桂華，陳艾華.雙作用變量葉片泵自動控制系統(tǒng)的機(jī)理分析[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2004（5）：83-84.