单片机应用技能实训教案项目10.docx

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单片机应用技能实训教案项目10

单片机应用技能实训教案—项目10

项目10数字显示交通灯控制电路制作

任务1项目相关知识学习

一、案头

任务

项目相关知识学习

授课时间

年月日

授课班级

教学形式

讲授、讨论

授课时数

2课时

教学用具

教学资源

项目制作成品或元件、课件

课前准备

教学目标

1、掌握简单I/O端口扩展的接线方法。

2、掌握简单I/O端口扩展应用程序的编写。

3、掌握相关指令使用。

教学重点

1、简单I/O端口扩展的接线方法。

2、简单I/O端口扩展应用程序的编写。

教学难点

1、应用程序的编写。

2、外部数据传送指令的使用。

教学过程

1、通过对交通灯功能的讨论，引出项目任务。

2、简单I/O端口扩展的芯片简介。

3、简单I/O端口扩展的接线方法及程序编写。

4、相关指令学习。

教学后记

二、教学实施过程

实施环节

教学内容

导学方法

组织教学

1、检查学生出勤情况并做好记录。

2、调整学生的注意力，为上课作准备。

互动交流

复习提问

1、根据前面所学知识，如何进行I/O端口的扩展？

2、交通灯的作用是什么?

有什么功能？

本项目的终极目标是制作一个单片机控制的能显示倒计时时间的交通灯控制电路。

提问导思

导入

在项目8中用数码管显示时间，为了不造成资源浪费，我们利用串行口方式0进行输出口扩展。

但利用串行口方式0扩展并行输出口，在使用上有一定局限性，使用不灵活，所以，我们在进行项目制作之前，学习MCS-51单片机简单I/O口的扩展方法。

启发学习积极性

讲授新课

一、并行I/O端口的扩展

常用的并行I/O端口扩展方法有简单I/O端口扩展、利用串行口进行I/O端口扩展（项目八中已介绍）和利用可编程I/O扩展芯片进行I/O端口扩展等。

由于简单I/O端口扩展方法简单实用，这里仅对该方法加以介绍。

1、简单I/O端口扩展芯片简介

通常采用三态缓冲器（例如74LS244、74LS541）来扩展并行输入，用8D锁存器（例如74LS373、74LS377、74HC573）来扩展并行输出。

采用这些简单接口芯片进行I/O端口扩展，电路简单、编程方便、且价格低廉，是I/O端口扩展的一种首选方案。

图10-2是74LS541和74HC573的逻辑符号图。

74LS541是三态缓冲器，采用20脚双列直插封装。

其中，D0~D7为数据输入端，Q0~Q7为数据输出端；

、

为使能端，当

、

图10-2

为0时，输入端数据传送到输出端，否则输出端为高阻态；另外还有电源引脚两个，分别是VCC（20脚接+5V）和VSS（10脚接地）。

74HC573是8D锁存器，采用20脚双列直插封装。

其中，D0~D7为数据输入端，Q0~Q7为数据输出端；

为片选，当

为0时，才可以对该芯片进行逻辑操作；LE为锁存允许端，当LE=1时，输入端数据传送到输出端，当LE=0时，输入端数据锁存在输出端；另外还有电源引脚两个，分别是VCC（20脚接+5V）和VSS（10脚接地）。

2、简单I/O端口扩展举例

例10.1利用两个8D锁存器74HC573扩展两个8位并行输出口。

单片机扩展两个8位并行输出端口的硬件电路如图10-3所示，P0口为两个扩展输出端口的公共端口，由P2.0和P2.1来确定由哪个扩展输出端口输出数据。

当需要将A中数据从U2输出时，执行如下指令即可。

CLRP2.0；U2锁存数据

CLRP2.1；U3锁存数据

MOVP0，A；将A中数据送给P0

NOP；等待一个机器周期

SETBP2.0；数据从U2输出

NOP；等待一个机器周期

CLRP2.0；U2锁存数据

当需要将A中数据从U3输出时，执行如下指令即可。

CLRP2.0；U2锁存数据

CLRP2.1；U3锁存数据

MOVP0，A；将A中数据送给P0

NOP；

SETBP2.1；数据从U3输出

NOP

CLRP2.1；U3锁存数据

图10-3

采用本例方法，利用P0、P2最多可扩展8个8位并行输出端口。

例10.2采用74LS541和74LS373为单片机扩展8位并行输入和8位并行输出端口。

扩展输入输出端口的硬件电路如图10-4所示，将74LS541和74LS373作为单片机的外部数据存贮器单元来进行操作

在图10.3中，P0口作为双向8位数据线，既能从74LS541输入数据，又能从74LS373输出数据。

P2.0分别与

、

“或运算”、“或非运算”作为输入口和输出口的选通及锁存信号。

由于74LS541和74LS373通过逻辑电路只与16位地址线中的P2.0相连，都是在P2.0为0时被选通的，所以二者的口地址都为FEFFH（这个地址不是唯一的，因为只要保证P2.0=0，二者就被选中。

例如0000H也是二者的地址，但是，一般地址形成的惯例是不用的地址线设为1）。

图10-4

当需要输入和输出数据时可通过如下程序完成。

MOVDPTR，#0FEFFH；指向74LS541、74LS373

MOVXA，@DPTR；将74LS541对应端口数据输入

MOVX@DPTR,A；输出数据给74LS373对应端口

二、相关指令学习

1、外部数据传送指令

①MOVXA，@DPTR；A←（（DPTR））

该指令的作用是将DPTR指向的外部数据存贮器单元的内容送到A中。

例如将外部数据存贮器2000H单元的内容送到A中，可执行以下指令：

MOVDPTR，#2000H；建立地址

MOVXA，@DPTR；取数据给A

②MOVX@DPTR，A；（DPTR）←（A）

该指令的作用是将A中数据送到DPTR指向的外部数据存贮器单元中。

例如将A中数据送到外部数据存贮器2100H单元，可执行以下指令：

MOVDPTR，#2100H；建立地址

MOVX@DPTR，A；送数据

2、算术运算类指令

①DECdirect；direct←（direct）-1

该指令的作用是将某一直接地址单元的内容减1。

例如指令DEC30H的作用是将30H单元的内容减1。

3、控制转移类指令

①DJNZdirect，rel；direct中的内容减1，若不为0则转移，若为0则顺序执行。

该指令在使用时，一般用标号代替rel。

例如DJNZ30H,MA1在执行时先将30H单元的内容减1并保存，减1后若不为0，则转移到MA1处；否则顺序执行。

②NOP；空操作。

执行时只占用一个机器周期。

用多媒体展示图10-2或画在黑板上进行介绍。

重点介绍引脚使用。

用多媒体展示图10-3或画在黑板上，介绍连接方法，重点介绍编程方法。

用多媒体展示图10-4或画在黑板上，介绍连接方法。

重点介绍编程方法。

对于外部数据传送指令要多举几个例子，以便学生能够掌握并灵活运用。

空操作指令介绍其用法。

课堂小结

1、简单I/O端口扩展方法及芯片介绍。

2、简单I/O端口扩展的接线及编程。

3、相关指令的作用及用法。

课后作业

自我测评1题、2题、5题。

任务2数字显示交通灯控制电路硬件、软件设计

一、案头

任务

数字时钟电路硬件、软件设计

授课时间

年月日

授课班级

教学形式

讲授、讨论

授课时数

2课时

教学用具

教学资源

课件、单片机应用制作成品

课前准备

教学目标

1、掌握简单I/O端口扩展的应用。

2、掌握数字显示交通灯控制电路的整体构成。

3、掌握相关指令的使用。

4、理解应用程序的编程思路。

教学重点

1、应用I/O扩展完成数字显示交通灯控制电路设计。

2、应用程序的编程思路及相关指令使用。

教学难点

1、应用程序的编写思路。

教学过程

1、复习提问简单I/O端口扩展方法，讨论交通灯控制特点。

2、介绍项目任务要求。

3、根据项目任务要求引导设计硬件电路。

4、相关指令学习。

4、应用程序流程图绘制。

5、应用程序设计。

教学后记

二、教学实施过程

实施环节

教学内容

导学方法

组织教学

1、检查学生出勤情况并做好记录。

2、调整学生的注意力，为上课作准备。

互动交流

复习提问

1、I/O端口的扩展有哪几种方法？

2、数码管的动态显示方法？

3、讨论交通灯控制的功能特点？

提问导思

导入

在学习了简单I/O口扩展方法后，我们利用所学知识进行项目硬件电路设计。

项目要求如下：

1、东西、南北各用两位的LED数码管显示相应路口的倒计时时间；2、东西、南北各用三个（红、黄、绿）灯来指挥交通（项目制作中可用发光二极管代替）；3、装一个紧急事件按键（或开关），当该按键闭合时，进入紧急事件状态，使各方向均亮红灯。

启发学习积极性

讲授新课

一、项目硬件电路设计

1、电路构成方案设计

根据项目要求，本项目硬件由按键电路（紧急事件）、单片机最小应用系统、扩展输出电路、数码管显示电路和交通灯电路（发光二极管代替）构成。

关键是扩展输出电路构成。

扩展输出用芯片74HC73来完成。

2、电路设计

根据电路构成方案设计，对各组成部分进行设计。

关键是扩展输出及显示电路的设计。

由于本电路比较复杂，只好由同学进行各组成部分进行设计。

用多媒体展示整体图。

2、元件选择

（1）复习晶振电路元件及复位电路元件的选择。

（2）复习发光二极管电路元件选择。

（3）数码管及限流电阻的选择。

（4）扩展芯片选择：

74HC573，上拉电阻R2~R9：

10K。

二、应用程序编写

1、指令复习

请将下面每条指令举个应用例子。

MOV@Ri,A；（Ri）←（A）

MOVdirect,@Ri；direct←（（Ri））

MOV@Ri,direct；（Ri）←（direct）

DIVAB；A←（A）/（B）商，B←（A）/（B）余数

JNBbit，rel；bit位为1则转移，为0则顺序执行

DECRn；Rn←（Rn）-1

MOVCA,@A+DPTR；A←（（A）+（DPTR））

MOVXA，@DPTR；A←（（DPTR））

MOVX@DPTR，A；（DPTR）←（A）

DECdirect；direct←（direct）-1

DJNZdirect，rel；

2、应用程序流程图绘制

根据交通灯的实际转换规律，本项目程序实现的功能是：

首先两个方向各亮黄灯5秒钟，来缓冲系统刚启动带来的混乱。

然后东西方向绿灯25秒钟，黄灯5秒钟后红灯亮，同时南北方向亮红灯30秒钟，30秒钟之后亮绿灯，依此规律周期转换，期间两边相应换灯并显示相应的倒计时时间。

当紧急事件按键按下时，东西南北均亮红灯。

为了能够使交通灯及倒计时时间按上述要求规律周期变换，每隔一定时间要进行倒计时时间及灯控数据的变换，由4组数据周期交替变换，其变化规律如表10.1所示。

表10-1交通灯控制信号变化规律表

数组

灯控信号数据

变换数据时间间隔

东西倒计时时间

南北倒计时时间

第一组

东西绿灯、南北红灯

25秒

25秒

30秒

第二组

东西黄灯、南北红灯

5秒

5秒

5秒

第三组

东西红灯、南北绿灯

25秒

30秒

25秒

第四组

东西红灯、南北黄灯

5秒

5秒

5秒

根据项目要求，绘制主程序流程图如图10-7所示。

4、程序设计

根据流程图编写程序。

由于程序比较大，同学们进行程序的分析阅读，读懂各程序段的作用。

用多媒体展示参考程序。

5、讨论应用程序可否进行修改

老师和同学共同讨论电路构成方案。

由老师讲解

老师和同学共讨论设计，用多媒体展示图10-6。

通过提问或讨论方式由同学进行使用练习。

。

。

可考虑用多媒体展示图10-7

时间允许时，可由同学对应用程序进行优化设计。

课堂小结

1、数字显示交通灯控制电路设计。

2、相关指令复习。

3、应用程序设计,关键是程序流程图设计。

课后作业

自我测评6题。

技能反复训练与思考题3题。

任务3数字显示交通灯控制电路的计算机仿真

一、案头

任务

数字显示交通灯控制电路的计算机仿真

授课时间

年月日

授课班级

教学形式

老师演示、学生练习

授课时数

2课时

教学用具

教学资源

机房、多媒体、相关课件

课前准备

教学目标

1、数字显示交通控制电路设计的计算机仿真验证。

2、提高工具软件的使用熟练程度。

3、熟练相关指令的使用及电路应用程序设计。

教学重点

1、数字显示交通灯控制电路设计的计算机仿真验证。

2、相关指令的使用及程序编写与修改。

教学难点

1、仿真电路运行出错时的修改调试。

教学过程

1、proteus仿真电路绘制步骤复习。

2、用keil进行程序汇编步骤复习。

3、布置练习作业，学生进行练习并验证电路效果，老师进行指导。

教学后记

二、教学实施过程

实施环节

教学内容

导学方法

组织教学

1、检查学生出勤情况并做好记录。

2、调整学生的注意力，为上课作准备。

互动交流

复习提问

1、数字显示交通灯控制电路都有哪些功能？

提问导思

导入

刚才同学们对数字显示交通灯控制电路的功能作了叙述，下面就根据上次课进行的电路设计及程序编写，用计算机仿真验证本次项目设计的正确性和运行效果。

启发学习积极性

讲授新课

一、使用proteus绘制仿真电路图的步骤

1、将所需元器件加入到对象选择器窗口

电阻、电容、电解电容、按键、晶振的英文符号分别是“RES”、“CAP”“CAP-ELEC”、“BUTTON”、“CRYSTAL”；共阳红色两位数码管的英文符号是“7SEG-MPX2-CA”；交通灯的英文符号是“TRAFFICLIGHTS”。

2、放置元器件至图形编辑窗口

3、移动、删除对象和调整对象朝向

4、放置电源及接地符号

5、元器件之间的连线

6、编辑对象的属性设置元件参数

二、使用keil进行程序汇编的步骤

1、源文件的建立

输入完源程序后，保存该文件，注意必须加上扩展名asm

2、建立工程文件

点击“Project--NewProject…”菜单，出现一个对话框，要求给将要建立的工程起一个名字，---。

3、工程的设置（针对我们的单片机制作项目进行简单设置）

在OutPut页面，勾选“CreatHexfile用于生成可执行代码文件（可以用编程器写入单片机芯片的HEX格式文件，文件的扩展名为.HEX）”选项。

4、编译、连接

在设置好工程后，即可进行编译、连接。

点击Buildtarget按钮

，对当前工程进行连接，如果当前文件已修改，软件会先对该文件进行编译，然后再连接以产生目标代码。

编译过程中的信息将出现在输出窗口中的Build页中，如果源程序中有语法错误，会有错误报告出现。

三、布置作业学生练习，老师指导。

1、数字显示交通灯控制电路仿真验证。

2、紧急事件处理是否能不采用中断方式？

在电脑上仿真试试。

3、项目中定时器采用中断方式，编写应用程序进行仿真。

利用多媒体或机房相关软件进行操作演示。

讲解个步骤的含义。

课堂小结

1、proteus的基本操作步骤。

2、keil的操作步骤。

3、数字显示交通灯控制电路的仿真验证。

课后作业

技能反复训练与思考题3题、4题。

任务4数字显示交通灯控制电路的制作与调试

一、案头

任务

数字显示交通灯控制电路的制作与调试

授课时间

年月日

授课班级

教学形式

学生动手操作、老师指导

授课时数

2课时

教学用具

万用表、电烙铁等

教学资源

实训设备、电路制作成品

课前准备

数字显示交通灯控制电路PCB板、相关电子元件采购、准备。

教学目标

1、掌握项目相关元件的测试方法。

2、掌握使用相关工具进行电路制作的操作方法。

3、掌握使用仪表进行电路测试方法，提高仪表使用的熟练程度。

4、掌握数字显示交通灯控制电路构成及硬件、软件调试。

教学重点

1、掌握相关元件测试方法。

2、掌握数字显示交通灯控制电路构成及硬件、软件调试。

教学难点

1、电路调试中的故障查找。

教学过程

1、强调实训室操作规程，注意操作安全。

2、数字显示交通灯控制电路各元件及使用工具简介。

3、学生进行元件测试。

4、分组进行硬件电路制作。

5、分组进行硬件电路调试。

6、根据硬件电路实际对应用程序进行修改并进行运行调试。

教学后记

二、教学实施过程

实施环节

教学内容

导学方法

组织教学

1、检查学生出勤情况并做好记录。

2、调整学生的注意力，为上课作准备。

互动交流

复习提问

1、紧急事件按键可否不采用中断方式？

2、如何对数码管进行简单测试？

提问导思

导入

强调操作纪律及操作安全注意事项。

经过前面几个项目的制作，同学们已经有了制作经验，但本项目比较复杂，我们用PCB板进行硬件制作，同学们在2学时内完成项目制作调试并有满意的效果应该没有问题，期待同学们成功展示作品的时刻。

由学生分组展开实际操作。

建议每组2人，最好每组不超过3人。

启发学习积极性

项目制作

一、认识项目相关元件及元件测试

1、复习发光二极管、电阻等元件测试方法并进行操作练习。

2、复习4位一体数码管测试方法并进行测试。

二、按元件高低层次依次进行插装与焊接

1、电阻的插装与焊接。

2、电容、晶振的插装与焊接。

3、40脚及20脚IC插座插装与焊接。

4、按键及数据线插座的插装与焊接。

5、电解电容、发光二极管、数码管的插装与焊接。

三、电路连接

完成各元件的连接后，将电源线引出或将USB座焊接在电路板上，使用电脑上的5V电源。

四、硬件电路调试

1、通电之前，先用万用表检查各电源线与地线之间是否有短路现象，测试40脚及20脚IC插座各脚对地电阻值并记录，分析各电阻值是否合理。

若发现有不合理值，则要进行分析查找及处理。

点按控制按键，测量相应引脚电阻是否为0。

2、不插单片机芯片，接通电源，检查所有插座或器件的电源端是否有符合要求的电压值，如发现电压值偏离较多，应立即中断供电并检查处理。

接地端电压是否为0V，测试40脚及20脚IC插座各脚对地电压并记录，分析各电压值是否合理。

3、在不插上单片机芯片时，接通电源，模拟单片机输出低电平（将对应引脚接地），检查相应的外部电路是否正常（观察发光二极管是否点亮）。

模拟74HC573输出相应电平，检查数码管相应位是否点亮。

五、写入应用程序试运行

学生动手实际操作，根据硬件电路实际对应用程序进行修改后，汇编生成目标文件写入单片机芯片进行运行调试。

运行正常后，再对应用程序进行修改以期能有更好的效果实现。

若正常写入程序，接通电源后，系统不能正常工作，可以通过测试18、19、30脚的直流电位初步判定单片机最小系统是否已经正常工作。

学生分组进行动手制作，老师巡回指导或示范操作。

由学生动手操作，老师进行巡回指导，必要时进行示范操作。

将所测试数据列表记录并妥善保存。

项目制作小结

1、元件测试方法。

2、元件插装与焊接及电路连接。

3、硬件电路调试。

4、程序写入与运行调试。

课后作业

1、将项目制作调试时测试数据列表并分析。

2、总结本项目制作中出现问题及解决方法。

3、自我测评7题。