模块式单片机综合实验箱的设计.docVIP

模块式单片机综合实验箱的设计 【摘要】从单片机教学的实际需要出发，根据本校学员的专业背景，设计了一种模块式单片机综合实验箱，介绍了实验箱的设计思想、总体结构、模块功能和特点，对于进一步提高学员动手实践能力具有很好的指导意义。 【关键词】单片机；实验箱；模块式 一、引言 近年来，随着单片机技术的不断发展，单片机在微机控制领域占据着重要地位，由于其具有体积小、可靠性好、易扩展、控制功能强、使用方便等优点，在智能仪表、工业测控、计算机网络与通信设备、日常生活及家用电器等方面都得到了广泛的应用[1-3]，为此，社会对掌握单片机技术的应用型人才的需求也越来越大。目前，《单片机原理及应用》已成为大多高校电类专业学员必修的专业基础课程之一。由于单片机是一项应用性很强的技术，所以与之相对应的实验内容不可获缺。在目前的单片机教学中，各高校大多以51系列为主，采用“理论教学＋验证性实验”的教学模式，学员将编制好的程序代码下载至单片机无需硬件操作即可看到实验效果，从而完成验证性实验。一些教学实验器材生产厂家开发的实验系统结构复杂，配套设备多，零部件之间相互依赖程度大，集成度高，不利于学员对单片机内部控制结构和原理的理解认识，在很大程度上制约了学员实践技能的提高，不能满足应用性人才培养的需要。因此，针对当前单片机实验教学存在的不足，根据专业学员培养的需要，自主研发适合学员的单片机综合实验箱，该实验箱的设计从实际工程开发的角度出发，采用模块式结构对单片机实验箱进行了优化设计，增强学员动手能力，以培养学员应用和开发单片机的实际技能。 二、实验箱设计思想 为改变传统单片机实验箱的不足，根据教学和实验的客观需要，开发单片机综合实验箱，基于以下4个基本要求： 1.要满足课程标准中有关单片机实验的要求，所开设实验涵盖专业学员所学单片机的所有知识点，贴近本校医疗器械修理专业学员的实际应用； 2.具有开放型结构，扩展性好，以培养学员的创新和自主学习能力； 3.实验箱体积小，方便携带，USB下载，不受场地限制，随时可开展实验； 4.性能可靠，可重复多次使用。 三、实验箱总体结构设计 实验箱的设计以学员能够完成从硬件到软件再到实验效果的立体学习方式为最终出发点，采用模块式的设计理念，根据本校医疗器械修理专业的特点，对实验箱进行总体结构优化设计。 实验箱共包括12个模块，底层为电源母版，为各模块供电。为切实提高学员的实际动手能力和满足实验箱的可重复利用的要求，各功能模块通过铜柱与母板进行可拆卸式的连接，模块与单片机处理器之间及模块与模块之间采用杜邦线和排线连接，从而方便组成各实验的硬件电路。各模块之间既相互独立又相互联系，每个模块可以完成1到3个实验不等，综合不同的模块又可以组成综合实验，在使学员自主地选择不同模块的同时，可以利用不同模块搭建不同的实验，进而实现有效知识的进一步拓展，提升学员自主学习能力和实践技能。 实验箱的12个模块分别为单片机最小系统模块、8位逻辑电平显示模块、查询式键盘模块、数码管显示模块、电子琴模拟模块、SRAM和EEPROM模块、蜂鸣器驱动发声模块、继电器控制模块、温度传感器模块、矩阵键盘模块、时钟模块和串口通信模块。每个模块均承载着不同的实验任务，而所有的实验任务涵盖了本专业学员课程标准的所有知识点，共同构建了单片机从硬件到软件的完整知识体系。实验箱共开设实验17个基本实验，实验模块与知识结构图如图1所示。 本综合实验箱，除完成上述基本实验外，还可以根据学员的学习情况和专业背景，将不同的实验模块进行组合，形成新的实验项目。例如，利用数码管显示模块、矩阵键盘模块、蜂鸣器驱动发声模块和单片机最小系统模块，可以完成病房呼叫系统的设计；利用温度传感器模块、数码管显示模块，可以完成病房温度检测的实验设计。通过这些有着很强实际应用背景的小项目，激发学员的学习兴趣，调动自主学习的积极性，从实际出发锻炼学员工程开发的能力，营造鼓励独立思考、自由探索、勇于创新的良好学习环境，实现从单纯的单片机知识到实际应用的有效转换和顺利过度。 四、实验箱的特点 1.实验开放性。实验模块间独立开放，通过外接线实现各模块与单片机之间的连接，使学员对单片机功能有更为全面的了解和认识，便于实际学习和掌握。 2.实验拓展性。本实验箱根据医疗器械修理专业学员的特点，以医院实际应用为设计背景，除完成17个基本实验外，还可对模块进行组合，构成小型综合性贴近医院实际应用的实验，以在很大程度上促进学员达到学以致用的目的。 3.便携性。该实验箱设计小巧，方便携带，USB程序下载，不受场地限制，如与笔记本配合可随时随地开展实验。 五、结束语 《单片机原理及应用》是一门实践性很强的课程，根据专业学员的学习规律和知识结构，为学员量身定做实验箱开展教学活动，采用模块式的设计方法，为学员提供了良好的实验环境