單片機教學如何進行課程設計呢？如何提高教學的效率呢？下面小編就為大家?guī)�來了課程設計在單片機教學的應用，感興趣的朋友可以看一看哦！

摘要：由于《單片機原理及應用》課程內(nèi)容抽象實踐性強，導致學生難以掌握。本文通過汽車電子技術(shù)實驗臺開設一個課程設計即基于飛思卡爾單片機MC9S12D64對公路交通燈控制系統(tǒng)的仿真設計，學生通過對系統(tǒng)的硬件與軟件的設計。使學生對飛思卡爾單片機知識經(jīng)歷了從不會、認識、熟悉到掌握的過程，并提高了綜合性設計能力和培養(yǎng)了創(chuàng)新意識。通過此課程設計學生得到了各方面訓練并能綜合運用課本知識，對飛思卡爾單片機課堂教學改進進行了探討。

近年來飛思卡爾單片機發(fā)展迅速，在汽車電子、工業(yè)控制等領域得到廣泛的應用，在國內(nèi)多所大學建立了嵌入式處理器（MCU／DSP）開發(fā)應用中心，并持續(xù)舉辦了全國性應用設計大獎賽和“飛思卡爾”杯全國大學生智能車競賽，進一步推動了中國微處理器應用技術(shù)的教學與研發(fā)工作，促進了嵌入式產(chǎn)業(yè)發(fā)展和人才培養(yǎng)[1-3]。飛思卡爾單片機已成為不少高校車輛工程及相關(guān)專業(yè)的單片機教學課程內(nèi)容，《單片機原理及應用》作為一門實踐性和工程性很強的課程，需要大量的實驗和實踐訓練，才能深入掌握其基本原理和應用系統(tǒng)的設計方法，提高設計和應用能力[4]。所以如何做到理論與實踐相結(jié)合,讓學生能夠把抽象難懂的理論知識做到靈活運用、融會貫通，這是單片機實踐教學過程中要抓住的重點。“單片機課程設計”是單片機課程教學過程中非常重要的一個環(huán)節(jié),它能夠很好的綜合單片機課程所學的內(nèi)容,通過該實踐環(huán)節(jié)達到了培養(yǎng)高水平的單片機開發(fā)技能的要求[5]。因此找到一些適合于單片機教學的課程設計題目是至關(guān)重要的。結(jié)合天津科技大學機械工程學院車輛工程專業(yè)飛思卡爾單片機原理及應用課程教學情況，開設二周的課程設計，其目的是加強提高學生對課程的興趣，加強綜合運用單片機知識能力，增強硬件與軟件的設計能力。課程設計選擇在一臺汽車電子技術(shù)仿真實驗上進行，其題目為“基于飛思卡爾MC9S12D64單片機的公路交通燈控制系統(tǒng)的仿真設計”，該課程設計運用了較多模塊電路，采用了復位電路、晶振電路、BDM電路、數(shù)碼管顯示電路、電源電路及LED燈顯示電路和定時器電路等功能模塊。軟件設計采用了C語言，在CodeWarrior5.1平臺進行系統(tǒng)軟件的編程調(diào)試，設計了程序框圖，設計的系統(tǒng)得到了驗證。通過該課程設計，學生對飛思卡爾單片機的知識掌握得到很大的提高，實踐與創(chuàng)新能力也得到了提高。

一課程設計的實施

（一）公路交通燈控制方案

設計此單片機控制的交通燈系統(tǒng)，能模仿城市“十字”路口交通燈的功能，具體設計要求如下[6，7]：（1）該設計能控制東、西、南、北四個道口的紅、黃、綠信號燈正常工作；（2）當東西方向通行，南北禁行時，東西方向亮綠燈，南北方向亮紅燈；（3）東西方向為主干道，通行時間40秒；南北方向為次干道，通行時間30秒（時間可調(diào)節(jié)）；（4）當主干道綠燈亮40秒時，主干道黃燈開始亮，并且閃爍，警告車輛及行人禁止通行，四秒后，主干道開始亮紅燈禁行，次干道亮綠燈通行；（5）為了實驗時更能看清車輛行駛經(jīng)過，在東西、南北干道上設置五個暢通燈。交通燈運行狀態(tài)如圖1所示。

（二）系統(tǒng)硬件設計

學生知道交通燈控制方案后，首先需要掌握交通燈控制系統(tǒng)所需的硬件基本知識，熟悉各個模塊電路的設計，然后通過它們之間相互關(guān)系來組成該交通控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。該控制系統(tǒng)運用一套汽車電子技術(shù)實驗臺上的相關(guān)模塊電路來進行實現(xiàn)。（1）系統(tǒng)框圖汽車電子技術(shù)仿真臺采用飛思卡爾半導體公司S12系列單片機MC9S12D64型號，其性能為增強型16位數(shù)，CPU內(nèi)核S12,最高總線頻率可以達到25MHz，具有片內(nèi)64KFLASH存儲器、4KBRAM、1KBEEPROM、CPU編碼效率高和背景調(diào)試特性。具有I/O接口有91個線，8個通道8位ECT定時器等[8]。整個控制系統(tǒng)的硬件設計主要由主控中心、復位電路、晶振電路、BDM電路、數(shù)碼管顯示電路、電源電路及LED燈顯示電路等功能模塊組成，如圖2為系統(tǒng)框圖。（2）系統(tǒng)各模塊設計交通燈電路設計采用12根I/O接口的引腳與主次干道紅綠黃LED燈相連，其余5根與暢通指示小黃燈相連，引腳輸出低電平時燈亮，輸出高電平時燈滅。學生應熟悉各I/O端口引腳的輸出與輸入方向寄存器以及數(shù)據(jù)寄存器設置的概念。交通燈時間采用五位8段LED數(shù)碼管顯示，該模塊集成數(shù)碼管控制顯示芯片TEC9607，控制五個數(shù)碼管掃描顯示。學生應掌握TEC9607的工作原理和與MCU接口連接情況。TEC9607是一種串行共陽極CMOS5×8段LED數(shù)碼管顯示驅(qū)動電路，為全定制專用集成芯片，它由開機自清電路、振蕩電路、位掃描驅(qū)動電路、5×8位移位寄存器電路、5×8位數(shù)據(jù)鎖存器電路、多路選擇器、共陽極段驅(qū)動電路組成�？梢耘c各種型號的微控制器(MCU)串行口或并行口連接，專供驅(qū)動5位十進制八段共陽極LED數(shù)碼管或共陰極5×8點陣LED使用[9]。單片機通過SPI通訊方式將顯示數(shù)據(jù)傳送至TEC9607,TEC9607的引腳串行移位脈沖（SCP）接MC9S12D64引腳PWM2/KWP2/PP2(2),引腳數(shù)據(jù)鎖存（LCP）接XADDR15/PK1(7),引腳串行輸入數(shù)據(jù)（SI）接PWM1/KWP1/PP1(3)。交通燈（紅綠黃）變換的時間由增強定時器（ECT）模塊確定，編程一個子程序，調(diào)用它實現(xiàn)各變換時間（秒為單位）的向下計時。要求學生需要對增強定時器（ECT）模塊的各寄存器的掌握和設置，掌握中斷的編程概念，這些知識具有一定的難度。

（三）系統(tǒng)軟件設計

程序編寫是課程設計過程中最為重要的環(huán)節(jié),學生首先是要學好C語言，學會使用CodeWarrior5.1軟件操作平臺，掌握平臺建立程序編寫的過程,學生在熟悉單片機的開發(fā)環(huán)境和各模塊電路硬件的基礎上，畫出程序流程圖。飛思卡爾單片機比8051型單片機在編程方面具有許多優(yōu)勢。如I/O接口很方便地通過方向寄存器DDRX和數(shù)據(jù)寄存器PORTX或PTX控制LED燈的亮和滅，采用背景調(diào)試模塊（BDM）使PC機編譯完成的C語言程序很容易的下載到單片機FLASH內(nèi)存并可擦除十萬次以上等等。程序流程圖如圖3所示。

（四）測試驗證

系統(tǒng)軟件經(jīng)過反復調(diào)試成功后，在集成交通燈控制模塊的汽車電子技術(shù)仿真實驗臺上進行測試，如圖4為實際交通燈測試運行情況，即東西綠燈亮，車輛通行倒計時至28秒，東西暢通燈亮，南北紅燈亮禁止車輛通行。經(jīng)過測試驗證，該交通燈控制系統(tǒng)能如實地仿真實際交通燈的運行情況，系統(tǒng)設計是可靠成功的。

二結(jié)論

學生應用了飛思卡爾單片機MC9S12D64對交通燈控制系統(tǒng)仿真設計作為課程設計，對系統(tǒng)進行硬件設計包括最小系統(tǒng)、交通燈和五位數(shù)碼顯示電路設計等；在CodeWarrior5.1平臺上應用了C語言對交通燈控制進行編程，控制系統(tǒng)在實驗臺上進行測試得到證實。《單片機原理及應用》課程是一門理論性和實踐性都很強的課程，在課堂教學后進行課程設計環(huán)節(jié)是十分必要的，而且具有很強的可操作性。開展這樣一個實際應用性項目的設計不僅僅能使學生知道單片機應用開發(fā)的基本過程,更重要的是學生能加強對課本理論知識的掌握和運用,達到學以致用的目的。單片機課程設計既加強了學生實踐能力的培養(yǎng)，又能提高學生綜合運用知識的能力和自主學習，實現(xiàn)自主創(chuàng)新的能力,還能激發(fā)學生學習單片機技術(shù)的興趣和積極性,為下一步的繼續(xù)深入學習和工作打下比較堅實的基礎。實踐教學的探索是一個長期的過程，必須不斷積累經(jīng)驗,不斷完善,不斷創(chuàng)新,只有這樣,才能真正實現(xiàn)讓每個學生都成為應用型人才的培養(yǎng)目標。

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