《LED流水灯的制作》课例设计.doc
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项目名称：
LED流水灯的制作
一、学习项目确定
项目名称：
LED流水灯的的制作
二、课例背景介绍
课程目标分析:
《单片机应用技术》是电子技术应用专业的一门专业主干课程，旨在通过该课程的学习，使学生举办本专业的高素质劳动者和中级技术应用性人才所必需的单片机系统的设计、装配与调试所必备的知识与技能，其课程目标主要为：
Ø了解单片机的组成和工作原理。
Ø能编写常见的单片机应用软件代码。
Ø能使用单片机仿真软件进行辅助设计或仿真分析。
Ø能依据原理图完成应用系统的实物装配。
Ø了解单片机应用系统的开发流程。
Ø能借助网络查找电子技术资料。
Ø其它方面的综合职业能力如：
合作、计划、沟通等能力。
项目分析：
该项目是电子技术应用专业《单片机应用技术》课程的一个项目，本课例以制作LED流水灯为载体，选择AT89C51为主要元件，着重从应用角度制作一个具有一定功能的样品，涉及单片机及其外围电路设计、二极管单向导通、延时程序、数据传送指令、移位指令、转移控制指令等多个知识，要求学生会使用PROTEUS软件进行仿真调试，这些对学生职业能力的培养都会有较强的作用。
同时由于该项目综合有多个知识点及较全面的能力要求，故该项目可以作为本课程一个阶段性的综合项目。
学生能力基础分析：
该项目是学生在学习《单片机应用技术》的第二个入门项目。
学生已经学习过电子技术基础，对半导体器件的性质、集成电路的应用有了一定的认识与了解，同时通过电子装配的实训，在动手方面也已经有一定的基础，学生自身具备完成本项目的基础条件。
在第一个项目“初识单片机”的基础上但学生首次利用单片机制作一个实物电路，一定要想方设法培养他们求知的欲望和钻研的兴趣。
前期知识与技能要求：
计算机基本技能
l软件的安装与操作技能
l上网查找资料的技能
电子技术基础知识
l模拟电路二极管、三极管等分立元件相关知识
l数字电路数码管、译码、编码、计数器等相关知识
l集成电路芯片相关知识
电子电路制作与调试
l万用表、示波器、稳压电源等常用电子仪器仪表的使用
lLED、电阻、电容等常用电子元件的识别与使用
l电子电路的焊接
表1
三、学习目标设定
依据本项目的内容特点、课程标准的要求，设定如下学习目标：
类别
目标描述
职业素养与能力
知识与技能
（知道什么）
（会做什么）
n单片机如何控制灯的亮灭及闪烁时间
n如何使亮点移动
n如何设计和调用延时程序
u具备识别单片机的引脚与合理使用其功能的能力。
u能利用网络资源解决问题。
u能高质量安装与调试简单电路，具有排除简单电路故障的能力。
u具备一定的文字说明能力。
u养成严谨的工作态度。
u有与人合作的团队意识。
过程与方法
（要做什么）
（达到什么）
n通过团队合作，学会制定工作计划与协作工作。
n通过仿真软件，学会在虚拟环境下进行电路模拟仿真实验
n.通过对工作过程中有关参数的记录与反思，能正确撰写项目工作报告。
情感态度与价值观
（形成什么）
（成为什么）
n组织合作学习过程，培养良好的合作意识与团队精神。
n通过电路的安装，形成严谨、规范的工作作风和工作态度。
表2
四、学习任务描述（主体是“人”）
学习过程
（学习者）学习任务描述（强调过程）
学生活动
教师活动
项目准备阶段
获取资讯
针对现在市场上很流行的五颜六色“跑马灯”“霓虹灯”，我们决定让我们的发光二极管（LED）也亮起来。
1．制作一个流水灯电路。
2．描述任务：
用单片机控制八个LED从左到右依次点亮，循环不断。
谈一谈
LED的应用
了解项目任务书的内容
描述工作任务
制定计划
1．讨论电路方案：
2．确定各阶段的工作任务
3．确定人员的分工与协作。
查一查
1、单片机基本连接
2、LED连接
引导学生上网查找相关资料
讨论决策
1、确定本项目实施中被采用的电路方案。
2、讲解基本指令功能及程序调用方法
3、在Proteus软件中搭建模拟电路
4、用Proteus软件编写ASM格式程序并编译得到HEX格式文件
议一议
听一听
主持讨论
确定方案
演示仿真
项目实施阶段
合作实施
1．根据原理图搭建实物电路。
2．编写汇编程序源代码并编译通过。
做一做
指导
调试检查
1．通过编程器将HEX文件下载到AT89C51芯片中，通电观察实际运行效果
2．编制有关项目说明文本。
做一做
指导
答疑解惑
项目完善阶段
交流评估
1．评价项目作品完成质量。
2．评价学习过程，评价形式：
自我评价、小组互评、老师评价。
说一说
1．制定学习成果评估标准。
2．产品的质量检验技能。
表3
五、学习内容组织（主体是“项目”）
能力
训练
项目
名称
对应
单项
任务
名称
拟实现的
技能目标
需要掌握的
知识点
训练手段
项目二
LED流水灯
任务一：
单灯亮灭
能够进行单片机基本连接
能够用单片机控制单灯亮灭
位操作指令
SETBbit
CLRBbit
I/O口的使用
二极管单向导通性
将项目分解为几个较小的、循序渐进的任务，辅之以Proteus软件进行仿真教学，最后通过实物电路的装配和调试实现做中学，学中做的目标
任务二：
延时程序
会编写延时程序
能够使灯的状态延时一段时间
控制转移指令
DJNZRn,rel
掌握寄存器A,Rn的使用方法
标号及子程序调用
任务三：
亮点循环移动
能够设计LED显示电路
能够编写基于软件延时的彩灯循环控制器的程序
移位指令
RLA
RRA
累加器A的使用
表4
六、教学情境创设
1．创设项目的问题情景：
如今，发光二极管（LED）广泛应用于社会生活，今天，我们的学习任务是要制作一个LED显示电路，我们需要一个什么样的信号才控制这个灯呢？
2．创设自主的学习情景：
在课前的教学准备阶段，要求各学习小组通过上网查阅电路的技术资料，了解AT89C51的外形、封装、内部电路原理、各引脚作用、二极管及其驱动电路的设计。
学生学会上网查阅资料对于学生的后续自主学习能力的提高有重要作用。
3．创设交流的学习情景：
在电路方案的确定教学环节中，老师可以根据学生课前自主学习的情况，组织学生展示各自的学习成果，交流各小组对产品工作状态的分析及确定的电路，通过仿真软件对设计电路进行仿真测试，从而确定一个较完善与成熟的电路作为装配电路，这一设计可以提高学生的探究能力。
在方案的实施环节，每个项目学生分组实施，硬件电路的设计和软件程序的编写必须由专人实施。
4．创设协作的仿真情景：
在企业的装配线上，各岗位工种的工作任务不相同，但共同的目标是完成产品的生产。
在本项目的学习过程中可以创设这样一个仿真企业工作的情景，每一个小组中的学生分别完成装配过程中的一道或二道工序，合作完成产品的装配，这样既培养了学生的合作意识又提高了学生的责任意识，因为每一道工序都会对最后的产品产生影响，每一个同学都要对这个产品负责。
5．创设评价的教学情景：
小组评价：
把各小组的产品贴上标签，各小组对其它各小组产品的装配工艺及运行结果进行打分，最后进行汇总与平均，评定质量最好的作品，并有学校收藏；小组学生自评与互评：
学生自己评价学习过程与学习成果、小组成员（长）对其它成员的工作进行评价、老师的评价按一定权重折合得各同学本次工作的学习成绩
七、教学资源准备
时间资源，
4课时
材料资源，
元件名称
型号
数量
Proteus中的名称
单片机芯片
AT89C51
1
AT89C51
晶振
12MHz
1
CRYSTAL
电容
22pF
2
CAP
电解电容
22uF
1
CAP-ELEC
发光二极管
8
LED-RED
电阻
220Ω
8
RES
电阻
1KΩ
1
RES
设备资源，
电烙铁、万能电路板、示波器、万用表等
信息资源，
网络上网功能、仿真软件Proteus
环境资源，
计算机仿真室、电子装配与调试室综合实验室
资源使用策略
分组合理使用
表5
八、教学过程实施
教学步骤1：
新项目的引入（教师讲授）
发光二极管（LED）广泛应用于社会生活。
制作一个流水灯电路。
要求基于软件延时，用单片机控制八个LED从左到右依次点亮，循环不断。
教学步骤2：
展示学习目标（放幻灯片）
LED显示电路
汇编指令
硬件电路
Proteus仿真软件
数据传送指令
位操作指令
二极管及其驱动电路
总线的使用
绘制仿真电路
编译程序
仿真调试
控制转移指令
MOV
SETB
CLR
DJNZ
实物电路
制作
程序下载和烧录
图1学习目标展现
教学步骤3：
指出本项目的学习过程（放幻灯片）
LED流水灯项目
分析项目控制要求
设计单片机仿真电路
学习相关指令
用汇编语言编程并编译
仿真电路模拟调试
搭建实物电路
下载程序并烧录
实物电路调试监控
拓展与延伸
图2项目学习过程
教学步骤4：
分析项目控制要求（教师引领，学生分析）
1、任务要求介绍：
设计制作基于软件延时的循环彩灯控制器
2．任务要求分析：
用单片机控制八个LED从左到右依次点亮，循环不断。
教学步骤5：
根据项目控制任务，设计仿真电路（图3）
1、元件清单
元件名称
型号
数量
Proteus中的名称
单片机芯片
AT89C51
1
AT89C51
晶振
12MHz
1
CRYSTAL
电容
22pF
2
CAP
电解电容
22uF
1
CAP-ELEC
发光二极管
1
LED-RED
电阻
220Ω
8
RES
电阻
1KΩ
1
RES
表6
图3仿真电路
单片机共有四组输入输出口共计32个引脚，每组8个，可以用来接常见的输入设备如按钮、键盘和输出设备如发光二极管、数码管等。
P1口在我们这个试验中扮演着重要的角色，从图上可知，发光二极管是由P1口驱动的，
l同时大家要注意，p1口的输出级是漏级开路的的形式，所以它应该外接上拉电阻以限制电流。
教学步骤6：
根据项目控制任务，学习相关指令和知识点。
（教师讲授，学生分析、回答、解决问题）
单片机的应用系统由硬件和软件组成，上述硬件原理图搭建完成上电之后，我们还不能看到流水灯循环点亮的现象，我们还需要告诉单片机怎么来进行工作，即编写程序控制单片机管脚电平的高低变化，来实现发光二极管的一亮一灭。
软件编程是单片机应用系统中的一个重要的组成部分，是单片机学习的重点和难点。
下面我们以最简单的LED灯控制功能来介绍几种软件编程方法。
任务一单灯亮灭
如何实现灯的亮灭？
位操作指令
SETBP1.0
CLRP1.0
如果要让接在P1.0口的LED1亮起来，根据发光二极管的单向导电性可知，只要把P1.0口的电平变为低电平就可以了；
相反，如果要接在P1.0口的LED1熄灭，就要把P1.0口的电平变为高电平；
同理，接在P1.1～P1.7口的其他7个LED的点亮和熄灭的方法同LED1。
如果要使同时接在P1口的八盏灯亮，可以逐条使用上述语句，但这样太麻烦了，有没有好一点的方法呢？
可以采用如下指令
MOVP0,#FFH
结合Proteus单片机仿真软件观察现象，重点观察输出端电平状态的变化对灯状态的影响（红点为高电平，蓝点为低电平）
任务二单灯闪烁
在单片机的实时系统中，常常用到延时操作。
实现延时方法有两种：
硬件延时和软件延时。
硬件延时是利用单片机的定时∕计数器功能来实现，不影响CPU效率，延时精确。
本任务主要介绍软件延时，其基本原理是让计算机重复执行一些无实际意义的指令，从而达到延时目的。
延时功能可以通过编写延时子程序实现。
该子程序模块相对固定，适合于精确程度和效率要求不高的一些场合，可以在一个程序中被反复调用，只需稍稍修改一些参数值也可实现不同时间的延时。
上面刚才讲的程序虽然在理论上可以让灯闪烁一次，但在实际操作中你是看不到的，因为计算机的运算速度实在是太快了（作为单片机的指令的执行的时间是很短，数量一般为微秒级），你的肉眼是看不出来这个灯眨了一下眼睛，所以我们还必须想办法插入延时程序,让亮灭的状态再持续一段时间。
延时程序是如何设计呢？
下面具体介绍其原理：
机器周期，就是机器访问一次存储器所用的时间；
晶振周期，就是机器周期的来源，振荡源的周期，一个机器周期包括12个晶振周期；若按一个12M的晶振，T=1/f，晶振周期T＝1/12μs，所以一个机器周期是1μs
指令周期：
单片机执行一条指令需要的时间。
一个指令周期通常含有1～4个机器周期。
各指令的机器周期数请参阅附录A，例如MOV为单周期指令，DJNZ为双周期指令。
如果要求的闪烁时间间隔为0.2秒,流程图如下
模块一：
一秒延时子程序
DELAY1S:
MOVR5,#20
D1:
MOVR6,#20
D2:
MOVR7,#248
DJNZR7,$
DJNZR6,D2
DJNZR5,D1
RET
图4
DJNZ为减1不为零指令。
此程序采用三重循环结构，先运行第5行代码操作，每次减1，直到R7减到0为止。
再运行第六行代码对进行减1操作，若不为0则转移到标号D1处运行，此时将R6赋值再次进行减法内循环。
当R6减为0时，程序运行到第7行转到标号D1处开始外循环。
执行的次数为R7,R6,R5的乘积，如R7=50,R6=100,R5=100
总延时时间为2μs×R7×R6×R5=2μs×50×100×100=1S
说明：
1.模块中R7,R6,R5为通用寄存器，取值范围为1～255
2.可以改变循环嵌套的层数来实现更长或更短时间的延时
3.可以通过在调用前单独对外层循环计数器赋值来实现多种延时时间。
任务三亮点循环移动
RLA
这条指令的功能是：
把累加器a中的内容向左移动一位，最高位的内容A7被移动到最低位A0，图示如下：
l
顺便说一下累加器a，它是单片机中的最常用的寄存器，大部分单操作数的指令都以a作为操作对象（例如rla）；也有很多双操作数指令的一个操作数取自a（例如mova,#00h）；还有加、减、乘、除等算数指令的运算结果也经常保留在a中，或者ab寄存器对中。
l 所以我们的程序就可以这样来实现啦：
首先给a赋值，再输出到p0；实现流水灯效果然后延时；接下来把a中的数进行左移。
然后重复上面的过程就可以实现流水灯效果啦。
教学步骤7：
用汇编语言编程并编译
可以利用KEIL软件实现（具体看项目一中的任务三）也可用Proteus自带编译功能实现。
LED亮点循环左移的源程序代码如下：
ORG 0000H
MOVA,#0FEH
LOOP:
MOVP0,A
LCALLDELAY
RLA
AJMPLOOP
DELAY:
MOVR6,#02H
DEL1:
MOVR5,#0FFH
DEL2:
DJNZR5,DEL2
DJNZR6,DEL1
RET
END
首先在源文件菜单下选择添加删除源代码，出现如图所示对话框，选择目标处理器和代码生成工具如图所示。
并新建或选择源文件并编辑（注意：
加后缀名为ASM）。
然后在同一菜单下选择“全部编译”。
若编译通过会自动生成后缀名为HEX格式的文件。
图5
l 教学步骤8：
仿真电路模拟调试
Proteus软件中绘制仿真电路，然后双击单片机芯片，将生成的HEX格式的文件加载，最后按左下方的开始按钮即可运行仿真，查看实验效果。
图5
教学步骤9：
搭建实物电路
仿真验证通过后，我们就可以搭建实物电路
教学步骤10：
下载程序并烧录到AT89C51芯片中
可以用USB单片机编程器下载程序
Easy51Pro.exe软件使用
程序启动后，会自动检测硬件及连接，状态框中显示“就绪”字样，表示编程器连接和设置均正常。
否则请检查硬件连接和端口设置。
把单片机芯片正确地放到编程器的相应插座上，注意，芯片的缺口要朝向插座的把手方向。
芯片放好后，就可以对芯片进行读写操作了，读写操作按下面的步骤进行：
1、程序运行，请先选择器件（点下选框）
2、用“打开文件”选择打开要编写的.HEX和BIN文件
3、用“保存文件”可以保存读出来的文件
4、用“擦除器件”擦除芯片
5、用“写器件”编程
6、用“读器件”读取芯片中的程序，加密的读不出来
7、用“校验数据”检查编程的正确与否
8、用“自动完成”自动执行以上各步骤
9、用“加密”选择加密的级数
10、如果只需要烧写程序到单片机上，在第一步打开文件以后可以直接按下“自动完成”，程序会自动执行插除、写器件、检验数据等操作，同时还可以自定义热键，实现热键操作，方便快捷。
教学步骤11：
对学生所完成的项目进行质量评价，具体评价方式如下表。
（学生操作，教师评分）
考核项目
考核要求
配
分
评分标准
扣
分
得
分
系
统
安
装
1．会正确识别元器件
2．按图完整、正确及规范接线
3．焊点光滑，无虚焊
30
1．元件松动一处扣2分，损坏一处扣4分
2．错、漏线每处扣2分
3．反圈、压皮、松动，每处扣2分
4．错、漏，每处扣1分
编
程
操
作
1．会建立程序新文件
2．正确创建程序代码
3．正确保存文件为.ASM格式
4．会编译程序得到.HEX目标程序
5．会下载和烧录程序
30
1．不能建立程序新文件或建立错误扣4分
2．输入汇编指令错误一处扣2分
3．保存文件错误扣4分
4．编译错误扣4分
5．下载错误扣4分
运
行
操
作
1．正确操作运行系统，分析运行结果
2．会编辑修改程序，验证输入输出控制
3．会编辑修改程序，验证自锁保持控制
30
1．系统通电操作错误一步扣3分
2．分析运行结果错误一处扣2分
3．编辑修改程序错误一处扣2分
4．分析验证结果错误一处扣2分
安全生产
自觉遵守安全文明生产规程
10
1．漏接接地线一处扣5分
2．每违反一项规定，扣3分
3．发生安全事故，0分处理
时间
4小时
提前正确完成，每5分钟加5分
超过定额时间，每5分钟扣2分
开始时间：
结束时间：
实际时间：
表7
教学步骤12：
拓展与提高
1、用单片机控制八个LED同时不断闪烁，每次亮1秒，暗1秒。
2、用单片机控制八个LED同时不断闪烁，每次亮0.5秒，暗1.5秒，反复闪烁20次后熄灭。
3、用单片机控制八个LED同时不断闪烁，每次亮0.5秒，暗1.5秒，反复闪烁10次后亮在那里。
项目教学过程性评价表
小组成员
班级
项目名称
时间
序号
评价内容
评价标准
配分
自我评价
老师评价
1
计划制定
能提出设想与建议
制定工作步骤正确
5
2
任务实施
积极参与资料的收集、整理与学习
积极动手实践，主动性强
10
3
探究改进
能发现项目设计存在的不足，并提出改进措施
10
4
合作意识
听取他人建议，合作意识强
10
5
创新表现
有创新建议提出或被采纳
5
6
项目作品
元件布置合理、成形规范，符合标准
10
电路焊接焊点光滑、饱满
10
电路调试步骤正确
10
功能演示一次成功
10
7
课堂文明
组织纪律性强，服从管理
10
8
课外作品
拓展应用作品质量高
10
总计
100
评定等级
表8
升级会员 