项目3单片机应用技能实训C语言教案.docx
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项目3单片机应用技能实训C语言教案
单片机应用技能实训（C语言）教案—项目3
项目3电动机正反转控制电路制作
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
多媒体
教学资源
项目3制作成品、课件
课前准备
教学目标
1、了解光耦的工作原理，掌握光耦与单片机的连接方法。
2、理解直流电动机正反转控制原理。
3、掌握MCS-51单片机I/O口的使用方法。
4、掌握按键与单片机的连接方法及键开关去抖动方法。
5、掌握C语言的使用。
教学重点
1、单片机与光耦的连接方法。
2、直流电动机正反转控制原理。
3、指令的使用。
教学难点
1、电动机正反转控制原理接线。
2、相关指令的灵活使用。
教学过程
1、通过对单片机控制系统的分析，引出项目任务。
2、光耦的工作原理。
3、光耦与单片机的连接方法。
4、直流电动机正反转控制原理。
5、MCS-51单片机I/O口的使用。
6、按键与单片机的连接方法及键开关去抖动方法。
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、如何实现单片机控制电路的人机对话？
2、他激直流电动机如可完成正反转？
本项目就要用单片机对直流电动机进行正反转控制。
提问导思
导入
单片机控制系统一般由三大部分构成，即输入部分（外部信息的采集、向单片机发布控制信息等）、运算处理部分（由单片机系统构成）和输出控制部分（将运算处理结果输出控制相应机构）。
单片机系统的电源为+5V电压，而输入输出部分的电源电压经常是不等于+5V的，如果直接通过电阻耦合在一起会导致相互干扰，从而使单片机控制系统的正常工作受到影响，所以常需要进行隔离，目前常用隔离方法是光电隔离和继电器隔离。
启发学习积极性
讲授新课
一、光耦的工作原理
光电耦合器也称光电隔离器，简称光耦，如图3-2所示。
光耦的种类很多，单片机控制系统常用光耦有两种，其电路符号如图3-3所示。
图3-2图3-3
图3-4是光耦工作原理示意图。
图3-4光耦工作原理示意图
光电耦合器的主要优点是：
信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。
二、光耦与单片机的连接
光耦与单片机的连接方法如图3-5所示。
图中U1是光耦作为输入隔离器的接线方法，R3为输入限流电阻，R1为负载电阻；U2是光耦作为输出隔离器的接线方法，R2为限流电阻，R4、D1为输出端模拟负载。
图3-5光耦与单片机的连接图3-6电动机正反转控制
三、直流电动机正反转控制原理
图3-6是永磁式直流电动机的正反转控制电路示意图，由两个开关SW1、SW2的状态来控制电动机的正转、反转及停止。
四、MCS-51单片机输入/输出端口的使用
1、从单片机输入/输出端口输出数据的方法
通过项目二的制作学习，P0~P3口的结构及工作原理有了基本了解。
P0口作为输出口使用时，要外接上拉电阻，而P1~P3口则不需外接上拉电阻，由P1~P3口输出数据的方法与由P0口输出数据的方法相似，即执行以端口为目标操作数的指令。
例如：
P1=0x66;//将立即数送到P1口输出。
P2=a1;//将变量a1的值送到P2口输出。
P3_0=0;//将P3.0清0（使用前要先定义）。
2、从单片机输入/输出端口输入数据的方法
从P0~P1口输入数据前，要先向相应锁存器写1（即执行向端口输出1的指令），端口数据准备好后，执行以端口为源操作数的指令即可完成数据输入（按键的开合状态可以作为数据输入），举例如下：
P1=0xff;//输入数据之前先向端口写1。
a1=P1;//将P1口数据送给变量a1。
3、按键的查询方式
查询方式是CPU通过主动查询来获取端口信息的方式，常常通过执行位判断转移指令来查询端口按键的开合信息。
按键与单片机的连接如图3-7所示，当开关S1或S2被按下时，相应的引脚与地相连而变成低电平“0”，当S1或S2不被按下时，相应的引脚为高电平“1”。
执行位判断指令时，通过判断相应引脚是1还是0来判断按键是开还是合。
图3-7按键与单片机的连接
4、键开关的去抖动方法
机械触点开关的闭合和断开瞬间均有抖动过程，一般5~10ms，如图3-8所示。
当CPU检测到有键按下时，必须对按键的一次闭合仅作一次处理，因此，必须除去抖动影响。
图3-8图3-9
通常去抖动有硬件、软件两种方法。
用硬件去抖动的方法通常用RS触发器组成的去抖动电路如图3-9所示。
当开关闭合时，输出为低电平，在开关抖动期间，弹簧片可能和A、B两点均不接触，RS触发器保持原来状态，因此消除了开关抖动的影响。
软件去抖动的办法是CPU检测到有键按下时，延迟5~10ms（让过抖动时间）后，再去检测按键是否按下，若再次检测时无键按下，则不执行键闭合操作，若再次检测时有键按下，则执行相应键闭合操作。
用多媒体展示图3-2、图3-3。
用多媒体展示课件图3-4.
将图3-5画用多媒体展示，并作详细讲解。
用多媒体展示电动机正反转控制课件及图3-6。
用多媒体展示图3-7并加以讲解。
课堂小结
1、光耦的工作原理。
2、光耦与单片机的连接。
3、永磁式直流电动机正反转控制电路工作原理。
4、MCS-51单片机输入/输出端口的使用。
课后作业
自我测评1题、2题、4题。
任务2电动机正反转控制电路硬件、软件设计
一、案头
任务
电动机正反转控制电路硬件、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、掌握光耦在单片机控制系统的应用方法。
2、掌握电动机正反转控制电路的整体构成。
3、掌握C语言指令if语句、switch语句的使用。
4、理解应用程序的编程思路。
教学重点
1、光电隔离输出控制电路的整体构成。
2、应用程序的的编程思路及相关指令使用。
教学难点
1、控制电路的软硬件整体考虑。
2、输出驱动电路的理解设计。
教学过程
1、复习光耦与单片机的连接方法及电动机正反转控制原理。
2、根据项目任务由同学讨论设计硬件电路原理图。
3、if语句、switch语句的使用。
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、光耦的工作原理？
2、如何实现永磁式直流电动机的正反转？
提问导思
导入
本项目的任务要求是：
P1口作为输入口，外接4个按键用来输入控制命令。
P0口作为输出口，P0口低4位直接驱动4发光二极管，P0口高位通过隔离输出控制直流电动机正反转。
要求：
（1）S1作为控制电路总开关，点按S1之前S2、S3、S4均不起作用，点按S1后，再点按S2（或S3、S4）完成相应控制功能；按键S2、S3的作用是使电动机正反转；按键S4的作用是使电动机停止。
（2）用4个发光二极管来指示系统工作状态。
启发学习积极性
讲授新课
一、电动机正反转控制电路设计
1、电动机正反转控制电路原理图设计
根据项目要求和前面所学相关知识，可分别将电路各部分进行设计。
比如按键部分、发光管部分、隔离输出部分、电动机正反转控制部分等。
比较难的是隔离输出驱动部分的设计及理解。
整机电路原理图如图3-10所示。
图3-10
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）发光二极管电路元件选择。
（3）光电隔离电路及电动机正反转控制电路元件的选择。
其中：
保护二极管：
1N4001
光耦：
TLP521-1
继电器：
三极管：
9013
电动机：
12V工作电压
二、C语言指令---if语句、switch语句
1、if语句
if语句用来判定所给的条件是否满足来决定执行哪种操作。
if语句有3种基本形式---“if…”“if…else”“嵌套的if…else”。
（1）if…语句格式如下：
if（条件表达式）
{
语句；
}
该语句的执行过程是：
如果条件为真则执行下面大括号中的语句，否则（条件不成立）跳过if语句，直接执行if语句的一下条语句。
（2）if…else语句格式如下：
if（条件表达式）
{
语句1；
}
else
{
语句2；
}
该语句的执行过程是：
如果条件为真，执行语句1，否则（条件不成立），执行语句2。
（3）嵌套的if…else语句格式如下：
if（条件表达式1）
{
语句1；
}
elseif（条件表达式2）
{
语句2；
}
…
elseif（条件表达式n）
{
语句n；
}
else
{
语句n+1；
}
该形式的if语句的执行过程是：
从上向下逐一对if后的条件表达式进行检测，当检测到某一表达式的值为真时，就执行相应的语句。
如果所有表达式的值均为假，则执行最后的else语句。
这种形式的if语句可以实现多种条件的选择。
在后两种if语句中，注意if与else的配对，else总是与最近的if配对。
2、switch语句
switch语句也称为开关语句，是直接处理多分支的选择语句。
虽然用多个if语句可以实现多方向条件分支，但是，使用过多的if语句实现多方向分支会使条件语句嵌套过多，读起来也很不好读。
如果使用switch语句，不但可以达到处理多分支选择的目的，而且又可以使程序结构清晰。
Switch语句的格式如下：
switch（表达式）
{
case常量表达式1：
语句1；break；
case常量表达式2：
语句2；break；
…
case常量表达式n：
语句n；break；
default:
break；
}
运行时，switch后面的表达式的值将会作为条件，与各个case后面的常量表达式的值相对比，如果相等时则执行该case后面的语句，再执行break语句跳出switch语句；如果case没有和条件相等的值时，就执行default后的语句；同时要求在switch语句中所有的常量表达式必须不同。
应用举例如下：
设S1、S2、S3分别接单片机的P1.0、P1.1、P1.2。
当S1按下时，调用函数hs1；当S2按下时，调用函数hs2；当S3按下时，调用函数hs3。
程序如下：
main（）
{
unsignedchari;
while
（1）
{
i=P1;
switch（i）
{
case0xfe:
sh1（）;break;
case0xfd:
sh2（）;break;
case0xfb:
sh3（）;break;
default:
break;
}
}
}
三、应用程序流程图绘制及程序设计
1、流程图绘制
根据项目要求，设计本项目的主程序流程图如图3-12所示。
图3-12
2、程序设计
根据流程图进行程序设计，头文件及定义部分如下：
#include//包含单片机寄存器的头文件
sbitS1=P1^0;//定义S1为P1.0引脚
sbitS2=P1^1;
sbitS3=P1^2;
sbitS4=P1^3;
sbitled1=P0^3;
sbitled2=P0^2;
sbitled3=P0^1;
sbitled4=P0^0;
sbitzheng=P0^6;
sbitfan=P0^7;
/********以下是电机正转函数*******/
voiddjzz（）
{
fan=1;zheng=1;//使P2.6,P2.6为1，电机停，为正转准备
delay02s（）;//调用延时
zheng=0;//使P2.6=0，电机正转
}
老师和同学共同讨论在黑板上绘制各组成部分电路原理图。
由同学选择，老师指导。
在此可以举例说明if…的使用方法。
举例说明if…else语句的使用方法。
在老师引导下由同学老师共同完成流程图绘制。
由老师介绍程序的开关部分，并讲解电机正转子函数。
之后在老师引导下与同学一起完成应用程序设计。
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、电动机正反转控制电路构成。
2、C语言指令---if语句、switch语句使用。
3、电动机正反转控制电路应用程序设计。
课后作业
1、自我测评3题。
2、使用switch语句编写电动机正反转控制应用程序。
任务3电动机正反转控制电路的计算机仿真
一、案头
任务
电动机正反转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、相关课件
课前准备
教学目标
1、电动机正反转控制电路设计的计算机仿真验证。
2、提高仿真软件proteus的使用熟练程度。
3、提高汇编软件keil的使用熟练程度。
4、熟练相关指令的使用及电路应用程序设计。
教学重点
1、电动机正反转控制电路设计的计算机仿真验证。
2、工具软件的使用熟练使用。
3、相关C指令的使用及程序修改。
教学难点
1、对仿真验证步骤的深入理解。
2、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、课件演示电动机正反转控制电路运行效果。
4、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、proteus基本操作有哪几步？
2、用keil进行程序编译有哪几步？
提问导思
导入
上次课我们完成了用单片机控制电动机正反转的电路设计及程序编写。
接下来我们就要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
参照图3-10进行仿真电路绘制。
图3-10
1、将所需元器件加入到对象选择器窗口
AT89S51用AT89C51代替，红色发光二极管、黄色发光二极管、绿色发光二极管的英文符号分别是“LED-RED”、“LED-YELLOW”、“LED-GREEN”；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”；光耦、三极管、继电器、二极管、直流电动机的英文符号分别是“OPTOCOUPLER”、“2N222A”、“G2R-1E”、“1N4001”、“MOTOR”。
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
点击菜单“File--New…”或者点击工具栏的新建文件按钮
，即可在项目窗口的右侧打开一个新的文本编辑窗口，在该窗口中输入汇编语言源程序。
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）
工程建立好以后，首先右击左边Project窗口的Target1，弹出下拉菜单,点击Optionfortarget‘target1’即出现对工程设置的对话框。
设置对话框中的OutPut页面，这里面也有多个选择项，其中CreatHexfile用于生成可执行代码文件，默认情况下该项未被选中，如果要写片做硬件实验，就必须选中该项，这一点是初学者易疏忽的，在此特别提醒注意。
4、编译、连接
在设置好工程后，即可进行编译、连接。
点击"RebuildAlltargetfiles"按钮
，将会对当前工程中的所有文件重新进行编译然后再连接，确保最终生产的目标代码是最新的。
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、光耦电路原理的仿真验证。
2、电动机正反转控制原理仿真验证。
3、单片机控制电动机正反转控制电路的仿真验证。
4、修改应用程序验证运行效果。
利用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、单片机电动机正反转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电动机正反转控制电路的制作与调试
一、案头
任务
电动机正反转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
4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
电动机正反转控制电路相关电子元件采购、准备。
教学目标
1、项目相关元件的测试方法。
2、熟练电路接线图绘制方法。
3、掌握使用相关工具进行电路制作的操作方法。
4、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。
5、掌握电动机正反转电路构成及硬件、软件调试。
教学重点
1、掌握相关软件测试方法。
2、掌握单片机电动机正反转控制电路构成及硬件、软件调试。
教学难点
1、项目硬件的电路接线图绘制。
2、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、电动机正反转控制电路各元件及使用工具简介。
3、学生进行元件测试及元件布局设计并绘制电路接线图。
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、除了单片机最小应用系统所用元件外，本项目都增加了那些元件？
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，希望同学们在4学时内完成项目制作调试并有满意的效果。
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、按键等测试方法并进行操作练习。
2、讨论继电器测试方法并进行测试。
3、讨论三极管测试方法并进行测试。
4、讨论光耦测试方法并进行测试。
二、元件布局设计及电路接线图
1、布局设计
由学生依据电路原理图，并根据电路元件实际进行电路布局设计。
元件布局设计时应考虑方便接线，并兼顾美观大方。
2、绘制电路接线图
各小组根据所设计的布局图并依据电路原理图进行电路接线图绘制，接线图必须按元件的实际位置绘制，接线图绘制完成后，要妥善保存。
三、按元件高低层次依次进行插装与焊接
1、40脚IC插座插装与焊接。
2、晶振、电容、电阻、二极管插装与焊接。
3、按键、电解电容、数据线插座插装与焊接。
4、光耦、三极管的插装与焊接。
5、继电器的插装与焊接。
6、直流电动机的固定与连接。
往届同学制作成品如图所示。
成品实物图
四、电路连接
1、根据电路接线图进行各元件之间的连接。
2、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。
五、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）。
4、在不插上单片机芯片时，接通电源，测试三极管各极电位，分析是否正常；模拟单片机输出低电平，检查相应外部电路是否正常（继电器是否动作，电动机是否转动）。
六、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，编译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够更好的对电动机进行控制。
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、电路接线图绘制很重要。
3、元件插装与焊接及电路连接。
4、硬件电路调试。
5、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5题。
注：
通过自学相关知识来完成此题。
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