时间：2023-03-29 09:18:51
导语：在单片机原理论文的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
Abstract: The article measures the time using three timing circuit of the three time/counters of the single chip 89C52,communicates using the serial interface standard RS-232 and CMOS chip MAX232,and transmits the time to PC through the serial device of single chip . It inaugurates new area to exploiture the system source of single chip. Especially it establishes the foundation for the agility usage of time/counters of single chip 89C52.At the same time, it will promote the application of the single chip system in the military affairs area.
关键词:89C52;定时/计数器;串行通信
Key words: 89C52; time/counter; serial communication
中图分类号:TP302.1 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)17-0100-02
0引言
根据红外密集度立靶测试系统原理,要准确的测量弹丸通过不同光幕的时间间隔,可以用多种方法实现,如CPLD器件,单片机等。在本论文中选用的是用单片机89c52来实现计时功能。89c52一般有可靠性高,易扩展,控制能力强,体积小,开发周期短,成本低等优点。在许多领域中,单片机以其体积小,指令丰富,控制技术成熟,修改方便,适应性强等特点,在现场得到广泛的应用。鉴于这些优点,本文的测时电路系统的实现,以89c52为主[1]。
1红外密集度立靶测试系统原理
红外密集度立靶测试系统是利用四光幕交汇原理研制而成。红外密集度立靶测试系统测量原理图如图1所示:当弹丸依次通过1,2,3,4光幕时,系统中的计时部分分别记录相应的飞行时间,再加上光幕1和4之间的靶距、光幕2与光幕3的夹角、光幕3与光幕4的夹角等已知量,根据速度V即可以求出弹丸的着靶坐标。
2系统方案
本论文的测时电路系统的控制方案如图2所示。系统前续电路把四个脉冲信号送入单片机,第一个脉冲信号将成为三路测时电路的启动信号;第二个脉冲信号将终止第一路测时电路;第三个脉冲信号来到时,第二路测时电路停止工作;同样的,第四个脉冲信号将停止第三路测时电路。这三路测时电路即测得了时间,单片机通过串行接口把时间发送给PC机,完成与PC机的通信。根据设计要求,此测时电路系统需要三路计时功能。
3测时电路硬件设计
测时电路硬件原理图如图2所示。时钟电路由一个12MHZ的石英晶振和两个30pf的电容组成;复位电路由一个30uf的电解电容、两个电阻、一个复位键接至5v电压组成。设弹丸通过第一光幕,第二光幕,第三光幕,第四光幕所得到的脉冲信号分别为第一脉冲,第二脉冲,第三脉冲,第四脉冲。把第一脉冲连接一个非门74ls04后送入89c52的T0(P3.4)引脚,此时对于定时/计数器T0来说,上升沿有效。把第二,三,四脉冲分别接至P2.0,P2.1,P2.2引脚。[2]
4通信电路硬件设计
在本文中,测时电路得到的时间要传送给PC机,必须有单片机与PC机之间的通信电路。本文中采用串行接口标准RS-232来实现单片机与PC机间的通信;用MAX232芯片实现单片机与PC机的RS-232标准接口通信电路。
5测时电路软件设计
设置T0以计数方式工作在模式2,赋初值TL0,TH0都为0XFF,启动T0,用查询方式查询,当第一脉冲到来时,其上升沿将使T0产生溢出中断,TF0将置1,同时用软件清TF0位为0,停止T0,同时再设置T0以定时方式工作在模式3,赋初值TL0,TH0都为0X00,启动T0;设置T2作为一个16位二进制的定时器工作,启动T2。三路计时电路开始工作后等待第二,三,四脉冲的到来就会停止工作。在脉冲还没有到来时,由于TL0,TH0是8位的定时器,在定时达到256us时会溢出,所以我们定义两个静态无符号长整型变量overflow-count1和overflow-count2,定时器一旦溢出,即TFX(X=0,1)为1时相应的变量就加1。用查询方式查询,当P2.0引脚的由0变为1时,说明第二脉冲到来,此时终止TL0;当P2.1引脚的由0变为1时,说明第三脉冲到来,此时终止TH0;当P2.2引脚的由0变为1时,说明第四脉冲到来,此时终止T2。测时电路的流程图,如图3所示。
6通信电路软件设计
通信协议约定:①PC机与单片机都可以发送和接收数据;②设置PC机与单片机通信的波特率,为9600bit/s③设定帧格式:因为串行通信,单片机的串行口方式1真正用于串行发送和接收,所以帧格式为:一位起始位,8位数据位,1位停止位。④数据校验:采用累加和校验,每传送10个数据就进行一次累加和校验。⑤通信方式:查询方式⑥为了保证数据可靠、有效,单片机开始发送时,先送一个AA信号,PC机收到后,回答一个BB信号,表示同意接收。当单片机收到BB信号后,开始发送数据,每发送一次便求校验和。假定数据块长度为16字节,数据缓冲区为buf,数据块发送完后马上发送校验和。其中f=12MHZ,SMOD=0,波特率=9600bit/s,据此可以推出X=0FDH,TH1=TL1=0FDH。然后,初始化串行控制寄存器SCON,根据通信协议约定,帧格式为10位,串行口工作方式为1,允许接收,所以SCON寄存器初始值应该设为01010000B=050H。因为采用的是查询方式发送和接收数据,所以发送一帧数据,应该在TI位为低电平时,将数据写入发送缓冲器SBUF,即自动开始发送,当检测到TI位由0变为1时,说明此帧数据已经发送完毕,此时软件清零TI,为发送下一帧数据做好准备。在接收一帧数据时,先置REN=1,RI=0,当检测到RI由0变到1时,说明可以从接收缓冲器SBUF中读取数据了,此时软件应清0RI,为下一次接收做好准备。在本次设计中,测时电路测得时间后,将与PC机进行通信,把时间传送给PC机。因为测时部分得到的时间为整型十进制,我们把时间统一都化为二进制,把这个过程称为二进制转化过程。在把十进制转化为二进制后,单片机串行口初始化,然后开始进入通信流程,通信流程图如图4。
7结论
本论文给出了红外密集度立靶系统测时电路设计的具体设计过程,通过理论与实践的结合,我们得出结论:利用单片机89c52实现测时电路系统的设计是完全可行。
参考文献:
[1]李朝青编著.单片机原理及接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,1999.
关键词：单片机；交流阻抗特性；等效电路参数
中图分类号：TP216 文献标识码 A 本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 论 文 网专业写作教育教学论文和毕业论文以及服务，欢迎光临DyLW.neT
Design of Equivalent Circuit Parameter Analyzer for
Two Port Passive Circuit
TANG Zhengming1 ， ZHANG Sanmei2 ， Zeng Jing1
（1 School of Electronic Information and Engineering， China West Normal University， Nanchong Sichuan 637009，China；
2 Experiment Center， China West Normal University， Nanchong Sichuan 637009， China）
Abstract： Equivalent circuit parameter is very important for the process of circuit analysis and design. Based on the refined numerical algorithm of AC impedance， a digital equivalent circuit parameter analyzer is designed. In this system， MCU is used to control frequency synthesizer to generate excitation signal. By adjusting the capacitance and current trends ， the load impedance characteristic is determined. Finally， the AC impedance and equivalent circuit parameter are displayed， which can be obtained under different operating frequency.
Keywords： MCU； AC Impedance Characteristics； Equivalent Circuit Parameters
0引 言
电路交流阻抗随信号源的频率变化，其具体表现为一定电阻R、电容C和电感L的串联、并联或混联在给定信号频率下所得到的等效阻抗。频率相对较高时，电路还可能产生相对较大的寄生电容、电感，从而出现寄生阻抗。如何快捷准确地获取电路在不同工作频率下的等效电路参数，对电路的分析与设计来说有着特殊重要的现实意义[1]。
已有的交流参数测试仪，其测量对象主要锁定在对交流电路频率、有效值、功率，或者单个元件阻值、电感量、电容量的测试，而对交流阻抗的智能化测量的探讨研究仍旧较少，且未曾涉及到负载为黑盒子电路（其可能为RLC元件，某用电器或电路模块，以下统称为负载电路）的等效参数测量[2-6]。本设计所实现的电路交流等效电参数分析仪的核心即为交流阻抗特性分析，通过采用单片机产生激励信号，能分析出给定工作频率下负载电路的交流阻抗特性，并进一步得到其等效电路参数。
1硬件电路
系统原理框图如图1所示。主要电路模块包括单片机（MCU）、放大电路、整流滤波电路、含双可调电容的RC振荡器等[7-8]。
图1 等效电参数分析仪原理图
Fig.1 Schematic diagram of equivalent circuit parameter analyzer
MCU的型号为MSP430F169。放大电路用于将采集到的弱信号放大，再送入整流滤波电路，便于单片机（MCU）接收识别，放大电路型号为AD620。整流滤波电路，用于将采样信号转化为单向脉动波并滤除附带产生的杂波信号，使有用信号免受干扰，易于下一级电路的操作处理。可变电容C结合555定时电路模块构成RC振荡器，所产生的信号频率送入单片机识别，进而确定出接入电路的电容值。其中，可调电容C与电路的连接通过开关控制，该可调电容C为特制的双可调电容（构成RC振荡器的电容与接入测量电路的电容相同，并由同一旋钮控制调节），这样，可在隔离电路影响的情况下，获得接入电路电容的精确值。 为定值电阻，主要起限流作用，如当电路串联谐振时，使电路电流不至于过大，损坏仪器。 为采样电阻，为小阻值锰铜电阻，用于将负载电流转换为电压信号，再送入放大电路。 为负载电路。
2算法设计
根据有效值、功率因素的计算结果[9]，可得到电路总阻抗
（1）
其中， 、 、 分别表示电路电压有效值、电流有效值、功率因素。 的正负与负载的特性有关，若负载为非电容性；则 ，若负载为非电感性则 。令 ，则有
（2）
系统采用调节可变电容C并结合单片机采集到的电流大小变化情况的方法，确定（2）中的正负符号，即实现负载阻抗特性的判定。由于可调电容与被测负载并联，设被测负载的电导和电纳分别为 和 ， 可调电容电纳为 ，其等效电路如图2所示。
图2 阻抗特性的判断原理图
Fig.2 Schematic diagram for the judgement of impedance characteristic当端电压有效值恒定时，电流有效值
（3）
即： （4）
可见，当 与 同号，即被测负载为电容性时，电容增大，电流 单调上升；而当 与 异号，即被测负载为电感性负载时，电容增大，电流 将先减小而后增大。因此，单片机可根据电容调节过程中采集到电流变化情况，判断出负载的阻抗特性。在此基础上，设负载 的等效阻抗为 ，由于测量电路为可调电容C与负载 并联，然后再与定值电阻 串联，根据电路串并联关系，则有：
（5）
联立（1）-（2）和（5），在已判断得到负载的特性的情况下，便可以解出 中的电阻R和电抗X。结合频率值即可得
（6）
（7）
因此，对于给定负载（如某单元电路），该测试仪能够获得给定工作频率下的交流等效电路参数，便于电路的分析与设计。
3 系统测试
系统设计完成后，通过键盘设定激励信号幅值和频率，调节电容旋钮，即可读出负载的等效电路参数。首先测试并选取了三个R、L、C电路元件，其参数值分别为10，10mH，1uF。再将电路元件安插在万用板上，借助万用板连接线使其形成简单的串联电路和并联电路，并同时具有典型的二端口结构，然后分别测试了信号频率为1KHz时，负载的等效电路参数。用 Idealization（I）和Test （T）分别表示理论值和测量值，结果如表1所示。
表1 测试结果
Tab.1 Test results
电阻（） 电感（mH） 电容（uF） 串联（；uF） 并联（，mH）
I T I T I T I T I T
10 10.02 10 10.33 1 0.97 10 ； 1.65 9.97；1.59 9.91；0.15 10.04；0.23
测量 结果表明，在1KHz频率下，所搭建的串联电路具有阻容特性，而并联电路具有阻感特性。等效电路参数测量结果与理论值存在一定差异的可能原因主要在于：除工艺等因素外，导线等所引入的分布阻抗。
4 结束语
本文设计了一种电路交流等效电参数分析仪，可用于完成无源二端口电路的等效电参数测量。在测量交流等效参数时（特别在用作RLC测试仪的情况下），若测量频率较高，分布参数影响将较为显著，对低标称值元件的测量尤为不利。如何减小分布参数对测量结果的影响，还有待进一步研究。
参考文献：
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[3]任斌， 余成， 陈卫等.基于频率法和 MCU 的智能 RLC测量仪研制[J].微计算机信息，2007，23（10）：129-130.
[4]陈小桥，黄恩民，张雪滨，等.基于单片机与 AD9851 的信号发生器[J].实验室研究与探索2011，30（8）：98-102.
Key words： Internet +；microcontrollers；teaching reform
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）21-0165-02
0 引言
“互联网+”是创新2.0下的互联网发展的新业态，是知识社会创新2.0推动下的互联网形态演进及其催生的经济社会发展新形态。“互联网+”是互联网思维的进一步实践成果，推动经济形态不断地发生演变，从而带动社会经济实体的生命力，为改革、创新、发展提供广阔的网络平台。互联网+”是两化融合的升级版，将互联网作为当前信息化发展的核心特征提取出来，并与工业、商业、金融业等服务业的全面融合，其具体的应用包括工业、金融、商贸、智慧城市、通信、交通、民生、旅游、医疗、教育等方面。这个充满创新的“互联网+”时代，给相关的技术人员带来了机遇和挑战。
本文重点探讨了在“互联网+”时代技术背景下，如何有效把握单片机相关的教学内容和实践方法的改革，才能突出培养学生运用所学知识和技能解决实际问题的综合应用能力。
1 单片机教学与“互联网+”时代技术的特点
《单片机原理与应用》是工科院校相关专业的重要的专业必修课，是一门集电子、计算机、语言编程等技术的应用性很强的课程[1-2]。了解单片机的工作原理，掌握单片机技术，将理论知识指导实践生产，成为相关专业大学生的重要任务[3]。传统的单片机教学方式，学生可掌握单片机的基础编程方法和接口基本使用，而结合实际需求针对具体功能的单片机系统的综合设计能力还有一定的欠缺。目前的单片机教学中，存在着理论课和实验课结合力度不强，实验内容陈旧、缺乏时效性，综合实验难以开展，教学方法陈旧，实践教学重视度不够，并且实验手段单一且脱离实际，对实践操作考核针对性不强等不足之处。“互联网+”时代对单片机或嵌入式教学改革提供了机遇与挑战，并对单片机教学在教学内容、教学方法和课程体系设置上都提出新的迫切要求。 “互联网+”时代的技术载体是物联网技术，其是物联网思维的进一步实践成果。物联网架构的三个层次包括感知层、网络层和应用层，其关键技术都涉及到单片机嵌入式系统的具体应用，这也为单片机教学改革提供了很好的教学题材、研究内容、方法探讨。将“互联网+”的相关技术应用到“单片机原理与应用”这门以实践为主的教学中，锻炼学生解决实际问题的综合设计能力，为学生将来在“互联网+”时代相关产业的就业提供技术储备。
2 教学内容和方法改革
传统的微机原理、单片机和嵌入式系统等相关课程传统的教学内容是8086、51内核、ARM7内核单片机硬件结构、指令系统、汇编程序设计、中断技术、定时器/计数器、串行通信、存储器扩展技术、接口系统软硬件设计等。结合“互联网+”时代的产业技术要求，计划将单片机整个教学过程更改为基础理论研究和实践动手创造两个阶段。基础理论研究阶段即采取课堂集中授课的方式完成，其课程包括微机原理接口与技术、单片机原理和嵌入式系统原理及应用三门课程，此三门课具备实践为主的特点，需要增加实验课程的课时比例，各课程若总课时设定为48学时，实验课时最低要保证16学时。同时结合“互联网+”时代的相关技术和应用在基础理论研究教学任务完成后，增加实践动手创造必要阶段，即在大三大四增加单片机课程设计阶段及开展嵌入式短学期学习，特别是针对物联网专业的学生，开展卓越工程师计划，让学生进公司进研发团队，可参与具体的物联网相关嵌入式产品设计。具体教学内容和方法改革如下。
2.1 课堂教学内容和课时安排
“互联网+”时代的单片机课程的教学重点在于如何将单片机与无线通信的“互联网+”技术紧密联系在一起。单片机的课程基础包括C语言、模拟电路、数字电路等课程，在进行单片机正式授课内容前，教学安排中要学生对重点基础课程内容进行对应的复习。传统的单片机课程内容一般离不开89C51相关的内容，这里建议单片机课程的对象可以采用新型市场上比较热门的芯片进行对应的介绍学习，笔者课堂教学采用意法半导体主控制芯片STM8，总课时一般设定在至少48学时，实验课时至少设置在16学时。32学时的课堂教学计划见表1。此教学计划中只针对性的讲述STM8单片机常用的汇编指令以及循环和跳转等汇编语言程序设计方法，重点讲解单片机C语言程序设计和物联网基础知识的教学内容，重点让学生掌握单片机最小系统以及应用设计方法的教学内容。
其中，用10学时进行嵌入式产品设计基础知识学习，包括GPRS接口、蓝牙接口、WIFI接口、GPS接口、温湿度传感器接口等，并提供给学生相关的学习资料和调试源代码及过程，此过程以学生自主消化吸收为主。这一部分知识的掌握好坏程度在后续的单片机课程设计阶段将得到进一步的提高。
2.2 基础实验内容和课时安排
课程的基本实验安排是至少16个学时，与32个学时的课堂教学穿行，有效提高学生动手能力及学生学习掌握STM8片内资源使用及相关类似单片机的开发环境安装、开发工具使用单片机软件的编程方法。在实验过程中，采用STM8单片机实验箱，实验2人一组，编程语言采用C语言为主，汇编语言为辅的方式，完成4个题目的实验内容。实验题目以及内容要求见表2。
这6个实验涵盖了学习任何一种单片机的基本思路和STM8单片机的程序设计的具体课堂教学内容。在整个实验过程中，建议学生上机之前对实验内容进行了解，上机过程中集中时间进行调试，在实验教师的帮助下，学生了解单片机的使用方法及掌握单片机编程知识的基础上，进一步加强其发现问题以及解决问题的能力，为后续的短学期课程设计以及毕业设计的进一步实践打下坚实的理论基础。
2.3 课程设计内容和课时安排
在学生完成单片机的课堂教学以及基础实验内容后，在大二下学期即可安排短学期进行单片机课程设计，时间安排在两周较好，课程设计内容为设计实现一个完整功能的单片机应用系统（这里强调不局限某种单片机），学生2-3人一组，每个组成员项目分工，最终课程设计考核采用现场实物与PPT答辩的方式，在这个过程中，每个小组成员通过查阅论文资料选择自己小组的设计题目，然后题目需有教师确认后方能进行。学生整个过程中，主动完成设计总体方案、设计原理图与PCB、最后焊接PCB板、硬件调试、软件调试等一系列实践相结合的工作，其中教师需要安排4个学时的答疑时间给同学，帮忙解决一些同学解决不了的问题。在课程设计考核过程中，学生以组为单位汇报PPT（PPT内容必须包括项目进行过程中遇到的问题，如何解决的），教师集中评点，指出各小组设计方案中的优缺点，给班级同学一个共同交流学习经验的机会，同时也培养了学生的学习兴趣和创作热情。
该课程设计目的是锻炼学生动手、编程能力，通过该课程设计，学生可理论联系实际，充分了解项目从选题、立项、分析到完成的整体过程。对于大学生创新、自学、动手等能力及专业热情都有较好的培养，为学生在后续专业学习和实践打下坚实的技术基础，同时也为学生参与大学生国家或省级电子设计大赛、飞思卡尔大学生智能车比赛、全国大学生物联网创新创业等竞赛提供有力的技术保证。基于本课程整体教学改革实践的成果，本校仅在2015年期间，国家级省级电子设计大赛、飞思卡尔、物理网创新创业大赛中取得一等奖共计5项，其他奖项若干，也为后续相关竞赛积累了丰富的经验。
【关键词】模块化教学；项目驱动；教学改革
“单片机技术”课程在本科院校里是电子信息类专业的必修课程，这门课程是以电子技术基础，编程语言，计算机理论等知识为基础的一门专业性和应用性很强的综合性课程。基于以上特点，对于初学者来说对单片机的理论知识的正确把握往往感觉比较吃力，给初学者造成学习困难。但是经过我们多年的教学经验，这类有很强的应用性和实用性的课程，以项目式教学更能推动学生的学习兴趣，同时模块化的教学设计更能降低初学者入门的门槛。两者相结合教学方法的采用对本门课程的教学效果提升明显.
1单片机项目驱动教学法
以往的单片机教学模式是以教师为中心，老师在课堂上按照教材，或者教学大纲按部就班的讲授理论原理和知识点；以课堂教学为中心，学生学习为被动接受，由于知识点综合性比较强，理论太深奥使得学生往往学习兴趣不高,同时缺乏动手实践机会，教学效果一般不够理想。以项目驱动的教学法是学生为主体，教师为主导，以实践应用为根本目标，围绕具体的项目构建教学内容体系，通过师生共同参与完成一个具体的项目而展开的教学活动。注重的不是最终的结果，而是项目完成的过程，在项目的教学实施过程中，学生按需学习，亲身实践，学生在项目的实践过程中，理解知识和掌握技能，学习成为一个参与的创造实践活动，培养分析和解决问题的能力。引进单片机项目教学方式打破了原有的教学组织安排，以项目的开发步骤作为教学内容，将课程的内容分解为一个个小项目，从项目引入到项目解析再到任务分解然后到知识点讲解最后知识点应用，将原教学方案里单片机的知识点穿插到具体项目开发的过程中[2]。这里面包含了软、硬平台搭建到项目展开再到项目完成的一系列教学活动，使学生从被动学习变为主动学习，按照这种方法我们将以往教学体系中的知识内容变化为若干个工程项目（见表1），然后围绕着这些工程项目任务的展开同时开展教学，让学生以具体工作目标的展开来进行教学环节的工作。有利于激发学生的学习积极性和创新能力，调动了学生的学习积极性。在这整个过程中，学生能很好的把握课程的知识要求，在体验创新与探索的过程中，又培养了学生们的分析解决问题的能力及团队协作能力等。
2模块化的单片机教学方法
任何复杂的系统都是由具有完整基本功能的功能模块电路组成，单片机应用系统也是如此，一般由cpu系统、中断系统、I/O口等。同时任何复杂的电路系统都可以分解为多个具备单一功能的模块电路，按照这个思路，学习单片机系统我们也可以从单片机的功能模块电路入手，我们根据学生的认知规律,和学习单片的一般原理的方法，机将单片机教学模块分成几个部分，这里面每个部分有自己的专用模块[3]。比如程序功能部分、硬件部分；在对硬件电路设计部分进行模块化设计，将单片机的各个功能模块以独立的原理图形式出现，我们把单片机个硬件按功能分为了键盘模块、数码管显示模块、传感器控制模块、模数转换模块、显示模块、通信模块等几大模块，如图1。各个模块通过面包板上预留的连接器与系统主板进行连接,然后用排线组合成所需要的系统。在教学过程中，要不断收集遇到的各种硬件功能模块电路，弄清它们的工作原理、性能及特性、特定的功能及使用方法，把系统化整为零，建立起自己的硬件模块库。指导学生学会搜集、分析别人的设计案例、论文和相关书籍中的功能模块电路，不断地充实自己的功能模块电路库，日积月累，学生就会觉得自己的单片机系统设计能力越来越强。最后在进行模块分解时，各模块功能尽可能专一，联系尽可能简单，使模块独立性强，方便教学实用的模块。
3总结
新兴本院校定位应用型教学型高校，以培应用型、创新型人才为目标[4]。在此基础上的以项目驱动法教学和模块化教学为主线，以实际应用为培养为目标的“单片机技术”课程教学改革思路，按照这个方式能使学生在项目模块化的环节中一步一个台阶。此教学法脱离了枯燥无味的说教模式，使学生在具体的设计项目的工作环境里轻松自在的状态来投入到学习中，思维能力、动手能力、学习能力以及团队协作能力都有了明显提高，模块化学习过程中所积累的各种电路系统模块也促进构建成学生进行科技创新实践、参加大学生创新创业训练的重要模块库，激发了学生学习的主动性和成就感。法国文化教育学家斯普朗格曾言：教育的最终目的不是传授已有的东西，而是要把人的创造力量诱导出来[5]。本课程的教学改革正是朝着这个方向前进。
参考文献
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论文关键词：Proteus，LPC2124，精确计数
1 引言
LPC2124是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI-S CPU的微处理器，并带有256KB嵌入的高速Flash存储器和16KB的RAM。LPC2124具有教小的64脚封装，极低的功耗，多个32位定时器，4路10位ADC，PWM输出，46个GPIO以及多达9个外部中断，并且内置了多种串行通信接口物理论文，支持JTAG、ISP、IAP等多种编程方式，使得LPC2124能够适用于工业控制、访问控制、医疗系统以及其他各种类型的应用[1，2]。
Proteus软件是由英国Labcenter Electronics公司开发的EDA工具软件，是一款新型的嵌入式系统设计、分析与仿真软件。Proteus软件不仅能够实现数字电路和模拟电路的设计与分析，而且还能够实现微处理器与外设的混合电路设计，可以直接在原理图的基础上进行微处理器的软件协同仿真和功能验证。Proteus软件只带汇编编译器(不支持C语言)，但可以将其与Keil集成开发环境进行联调，达到很好的仿真效果[3，4]。
本文设计的精确计数系统功能为：当按下按钮时，数码管的计数加1，当放开按钮时，数码管的计数保持不变；开始时数码管的计数为0，当数码管的计数达到15(即16进制的F)时又重新从0开始计数。系统软件的设计采用Keil软件完成，编译连接之后得到可执行的hex文件；系统硬件的设计采用Proteus软件完成；软硬件的协同仿真是在Proteus中加载hex文件进行精确计数的测试。
2 硬件系统的设计
精确计数系统采用LPC2124微处理器作为核心器件，并为其提供了两组电源分别为3.3V和1.8V。硬件系统主要由以下四部分电路组成：XTAL1和XTAL2两个端口连接晶体振荡器组成时钟电路，RST端口连接一个按钮组成复位电路物理论文，P0.0-P0.6端口连接一个共阴极的7段数码管组成输出电路，P0.7端口连接一个按钮组成输入电路论文格式。在精确计数系统中，P0.0-P0.7共8个端口的功能都是GPIO，P0.0-P0.6共7个端口的方向都为输出模式，P0.7端口的方向为输入模式[5]。采用Proteus软件设计的硬件系统原理图，如图1所示。
图1 硬件系统原理图
3 软件系统的设计
精确计数系统软件的设计主要在于对LPC2124微处理器相关寄存器的设置，从而控制数码管计数的显示。软件系统的设计采用Keil软件完成，并最终得到可执行的hex文件。软件系统的设计主要通过以下几个步骤来实现，程序流程图，如图2所示。
图2 软件系统流程图
1.初始化系统时钟并设置相应的寄存器。晶体振荡器的频率为10MHz，LPC2124微处理器的时钟频率为60MHz，设置相应的寄存器程序如下：
PLLCON=1; //使能PLL
PLLCFG=(60/10-1)|(1<<5); //M=5+1，P=1
2.初始化相应端口的功能为GPIO，设置相应的寄存器程序如下：
PINSEL0=PINSEL0|0xFFFF; //P0.0-P0.7共8个端口功能为GPIO
3.初始化相应端口的方向为输入或输出模式，设置相应的寄存器程序如下：
IO0DIR=0x7F; //P0.0-P0.6共7个端口为输出，P0.7端口为输入
4.开始计数数码管显示0物理论文，设置相应的寄存器程序如下：
IO0SET=0x3F; //P0.0-P0.5共6个端口输出高电平，P0.6端口输出低电平
5.循环检测按钮是否被按下，并进行相应的处理，程序模块如下：
void button_test( )
{
int i=0,key;
unsigned charledcode[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,
0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x79,0x71}; //显示0-9,A-F的笔段代码表
while(1)
{
key=IO0PIN&(1<<7); //获取P0.7端口的电平，即检测按钮是否被按下
if(key==0) //按钮被按下
{
i++;
if(i==16) //计数器加到16
{
i=0;
IO0CLR=ledcode[15]; //清除数码管上次计数的显示
}
else
IO0CLR=ledcode[i-1]; //清除数码管上次计数的显示
IO0SET=ledcode[i]; //数码管显示新的计数
while(1)
{
key=IO0PIN&(1<<7);
if(key!=0) //按钮被放开
break;
}
}
}
}
4 仿真与结论
精确计数系统软硬件的协同仿真是在Proteus中加载hex文件进行计数的测试。经仿真测试结果表明：本精确计数系统能够根据按钮的按下与否准确进行0到15(即16进制的F)的计数，并通过数码管进行准确显示，达到了设计的目标要求。同时，在此基础之上，可以对系统的软硬件功能进行扩充，以适用于其他方面的应用。
参考文献：
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关键词： 单片机 项目教学 动手能力
华东交通大学理工学院是江西省第一批高等院校转型大学之一，转型的目的是构建普通教育与职业教育相融通、本科教育与中高职教育相贯通、应用型本科教育与专业研究生教育相衔接的人才培养“立交桥”。在这种大背景下，大力探索新型教学方法显得尤为紧迫和重要。单片机自20世纪70年代问世以来，以极高性价比受到人们的重视和关注，市场前景广泛，发展迅速。《单片机原理及应用》这门课程作为本校机电专业的专业基础课，以培养学生的实际动手能力为目标，利用先进的项目教学法，打破传统的教学模式，提高学生的学习积极性，让学生在活动过程中培养兴趣和动手能力。
1.项目教学法的简介
项目教学法的萌芽是欧洲的劳动教育思想，雏形是18世纪欧洲的工读教育和19世纪美国的合作教育[1]。我国对项目教学法的理论研究与实践应用都比较晚，项目教学法（Project-Based Learning），也叫项目教学或基于项目的学习，是指师生通过共同实施一个完整的项目工作而进行的教学活动[2]。其目的是在教学中把课程理论与实践教学有机地结合起来，充分发掘学生的创造潜能，提高学生解决实际问题的综合能力。项目教学法是在建构主义理论的指导下，以实际的工程项目为对象，先由教师对项目进行分解，并根据需要做适当的示范，然后让学生分组围绕工程项目进行讨论、协作学习，最后以共同完成项目的情况评价学生是否实现教学目标的一种教学方法。
2.项目教学法的意义
对于学生而言，学习单片机这门课程，不仅仅是掌握单片机的理论知识，更重要的是通过项目教学法的体验，提高自己动手搭建单片机硬件系统的能力，培养在过程中解决问题的实际能力。养成面对问题时能解决的一种好习惯，并且在这个过程中培养团队合作的精神，为今后的职业发展做好准备。
3.单片机项目教学法的采用
学生在学习过程中理解并参与一个完整项目的分析、设计、模块化实现的全过程，这样就在课堂教学中把理论和实践教学有机地结合起来，并运用单片机和电路的知识，使学生深刻解项目完成的全过程，激发学生对项目的参与兴趣，有利于提高学生分析问题和解决问题的能力[3]。从下表可以比较传统教学法与项目教学法的异同，与理论教育为主的传统教学法不同，项目教学更注重培养学生的问题意识、独立学习的能力和团队合作的品质，为更好更快地适应社会需求与发展打下良好的基础。
表1 传统教学法与项目教学法异同比较
4.项目教学法的实施
4.1前期准备阶段
这一阶段包括教师的准备和学生的准备两个方面。教师应具备机电专业多学科的理论知识和实践经验，这样才能把工业场景尽可能地引入教学过程中，比如交通灯控制系统、LCD显示实验、工业机器人手臂控制系统等。
学生的准备包括学生适应项目教学这种教学方法，以及对所学单片机知识内容的提前预习等。
4.2项目的实施阶段
以D/A转换技术为例，具体说明项目教学法在单片机教学改革中的应用。
项目一：D/A转换技术。
实践任务：波形发生器的设计。
理论学习：D/A转换芯片0832的性能及编程方法；D/A转换芯片0832与单片机接口技术。
实训环境：微机实验室，学生每3人一台电脑。
学生分组：（1）学生按照自愿原则进行分组；（2）将不同能力、不同个性的学生组合成一个小组。
给出任务后，对各个小任务进行优化分配，学生按分组后进行任务分工，查找相关的资料，有目的地学习相关知识。通过这个阶段，学生熟悉所用数模转换器的性能指标、与单片机接口的相关电路知识。然后进行电路设计，边做边查找相关技术资料，同时老师在本阶段进行指导，发挥学生的潜能及知识的拓展。在绘制电路原理图后，完成电子器件的选择，并进行元器件的焊接、电路调试及程序调试。
4.3项目的评价
对数模转换技术任务教学效果进行评价是项目教学开展的关键环节，既是对前一阶段项目教学成果的总结，又是后续教学开展的起点。
4.3.1对学生电路设计作品的评价。首先对小组的电路设计图，制作电路板，调试结果等进行打分，然后对和每个学生相关参与的部分进行小分统计。
4.3.2学生参与学习情况的评价。大部分学生对项目的参与都比较积极，在参与的过程中，学生学会了主动获取资源的方法，遇到问题相互之间进行了多次无领导讨论，这说明项目教学法能激发学生的内在学习动机。
高校转型促使我们必须对现有的课程进行教学模式的改革。应用型高校对专业教育和课程要求都提出新的不同的要求，项目教学法是一种有效的教学法，该方法在单片机教学改革中的应用，打破了传统的教学模式，通过模块化的任务，不仅大大提高了学生实践能力，还能培养团队合作精神，为今后的职业发展奠定了良好的基础。今后，我们将不断总结经验，让项目教学法应用到更多的课程教学实践中。
参考文献：
[1]赵鑫.项目教学法在高职《网页设计与制作》课程教学中的应用[D].武汉：华中师范大学硕士学位论文，2009.8.
[关键词]单片机；创新能力；教学改革
[中图分类号]G40―057
[文献标识码]A
[论文编号]1009―8097(2009)13―0282―03
引言
《单片机原理及应用》课程是向学生传授单片机技术的基础课程，它综合了多门基础课和专业基础课的知识，主要培养学生进行智能化电子系统整体设计的能力，培养强电专业学生的弱电控制能力。通过学习，使学生掌握单片机应用系统的硬件设计和软件编程技术，可为后续更高层次专业课程的学习、毕业设计、参与实际的综合设计课题和将来参加工作打下良好的基础。因此搞好《单片机原理及应用》课程的教学工作，提高学生的创新能力，对提高教学质量有着非常重要的现实意义。
一 目前教学中创新能力培养存在的主要问题
我院的自动化、电气工程及其自动化、电子信息工程三个电类专业均开设了《单片机原理及应用》课程，学生在学习了电路基础、数字电子、模拟电子、微机原理等基础课程的基础上，再学习《单片机原理及应用》课程，在整个教学安排上是非常合理的。然而通过40学时的教学和一周的课程设计，最终对学生的学习情况考核时发现学生对该课程的掌握情况并不十分理想，尤其是创新能力较差，主要表现在：
1 学生主动学习的意识不够，缺乏创新思想，学习过程中一旦碰到问题，很难认真思考、探索研究、积极主动地解决问题。
2 在《单片机原理及应用》的教学过程中，传统的教学还是以理论为主，以课堂授课为主，学生很少有应用具体电路解决实际问题的机会，不利于创新思维的培养。
3 目前实验课程体系验证性实验过多，综合性、启发型实验不够，没有大型设计性和综合性实验，基本没有对学生动手能力训练，更不用说培养学生的创新能力。
4 在传统的教学思想和方法引导下，学习成绩主要是以考试成绩确定的，因而常常出现“高分低能”现象。这种评价体系造就学生对实践环节学习的轻视心理，即是以成绩合格为目标，而不是能力获得为标准，限制了学生的创新能力。
二 改革思路和方案
针对以上问题，在单片机教学中，根据学生、教材、教学设备等实际情况，将授课内容进行全面、合理的整合优化。减少冗余，加强综合性、创新性内容，在对整个课程链研究的基础上进行了课程改革，改革后的讲课学时分配如表1所示：
在对整个课程链研究的基础上进行课程改革，可以避免学生反复学习同一内容，但又学得不够深入等问题。对照以前的教学大纲，了解当前学生所学课程，对单片机的大纲做了更改，利如增加了单片机应用典型案例、接口部分知识，删除了同步、异步通信概念、进制部分知识等。
这种改革符合目前国家教育教学改革基本方针，可以减轻学业压力，用有限的课时学习尽可能多的知识，做到“厚积”。在改革过程中注意积极开展教育创新。为培养创新意识，积极探索具有创造性的教学方法和手段，在授课中改变老师唱主角，学生当观众的教学模式：改变学生静态、被动接受的地位，建立以学生为中心的实践性教学模式。利用学生对新事物感兴趣的心理特点，鼓励学生积极、主动地去探究知识，教会学生进行创新的科研方法和在自主的学习中学会创新。另外在现行开设单片机课程中，实践内容所占比例偏少，实验设备陈旧，内容跟不上时展，因此进行了实践性教学环节改革，改善教学与实践脱节的现状，使各环节相互衔接，增加创新实验，通过加强动手能力的培养，提高了学生的综合素质和创新能力，培养应用型本科人才。
三、为提高创新能力所采取具体措施
1 提高学生学习单片机的兴趣，培养学生创新意识
兴趣是最好的老师，只有有了学习兴趣，才能够在学习中创新，喜欢创新，注意创新，发挥自身的创造性。为激发学生的学习兴趣，在开课之后，我们首先向学生介绍单片机的多种应用功能及其良好的发展前景，让学生明白学什么、为什么学和学会后能做什么，并利用图片、录像和实物等介绍一些当前的单片机先进科技和教师相关单片机科研成果；邀请一些单片机科技公司的技术人员、知名教授来校作单片机知识专题讲座；请一些已毕业从事与单片机技术有关的学生来现场指导教育，使他们了解单片微机在工业控制、智能化仪器仪表、计算机外部设备、计算机网络与通讯技术和家用电器等领域的应用及学好单片机的重要性和必要性，激发他们的学习兴趣，鼓励他们动脑思考有哪些领域或哪些与我们日常生活相关的电器或仪表等设备适合用单片机控制，从而使学生具有初步的创新意识。
2 鼓励学生进行单片机应用系统开发，培养学生的创新能力。
不断鼓励学生利用课余时间进行单片机应用系统开发，制作自己兴趣的产品，编写单片机程序。由于初学者一般没有开发板和仿真器这些设备，为了给学生创造条件，我们采取了以下措施：
(1)给学生提供一些单片机仿真软件，让学生在电脑上模拟实际系统，编写软件。例如提供了proteus仿真软件，它可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU及其电路，还可以和keil软件互联，可以像使用仿真器一样调试程序。又不需要任何费用，特别适合学生在单片机学习的起步阶段使用。我们在实验室里安装了这个软件，并在教学过程中向学生演示它的功能和使用，鼓励有电脑的学生安装这个软件，让他们利用课余时间自己动手做做电子表、步进电机、直流电机控制、LED显示，AD、DA转换，交通灯设计等方面的模拟实验。
(2)鼓励有一定经济条件的学生买一些小型的单片机学习开发板。目前市场上有很多专门为在校大学生学习单片机量身定做学习开发板、主控芯片。包括凌阳、51系列、AVR系统等，它们价格低，特别适合于学生利用课余时间学习单片机开发。而实验室也购置一部分这样的开发板，对学生开放，给学生创造自主学习和开发单片机系统的环境，从而培养了学生的创新能力。
3 在实验中培养创新思维
改变原有的实验教学模式，减少验证性实验，增加设计性、综合性实验，并开放实验室，随时恭候学生的来临。在整个实验进行过程中，以学生为实验的主体，最大限度地调动和发挥学生的主观能动性，引导学生积极对待实验中出现的问题，并自己动手解决这类问题。指导教师在实验的组织管理上起主要作用，而在实验中仅起指导作用，给学生指明方向，避免多走弯路，并解答实验当中出现的一些疑难问题。例如：在彩灯移动实验中，鼓励学生编写不同的移动花样，采用多种不同方法编程，并设计电路图，这样将生活中常见的小产品与课程实验结合起来。使同学们加深对理论知识的
理解，学到了实际知识，培养了分析问题、解决问题的能力，培养学生的创新思维。
4 通过课程设计改革培养工程素质，强化创新能力。
创新能力不仅仅体现在一些制作发明上，更重要的是要有必要的工程素质。在课程设计过程中，注重培养学生的工程素质。从课程设计选题开始，就要求学生注意收集相关资料、作好分工、做好实验记录、总结调试心得等。使学生熟悉从立项、方案论证、软硬件设计与调试、PCB设计、结构设计、到安装调试等电子设计的全过程，系统地培养学生的学习能力、交流能力、合作能力，使学生理解并认识了良好的工程规范。在设计阶段，引导学生从不同角度观察问题、提出问题、解决问题，注意实现创新性设计。在报告整理阶段，引导学生对设计过程进行总结。从方案设计到器件选型，从程序开发到调试。都要求学生将实践中获取的经验总结文字材料，使学生在设计过程逐步体验本课程的系统性。例如，选择电子时钟系统作为课程设计的同学，其硬件电路尽管相对简单，涉及的单片机资源并不多，大部分同学都能够很快的实现基本功能，但在此基础上，引导学生进行创新设计，在硬件电路基本不变的情况下，通过重新规划设计软件，实现许多如计时器、万年历、秒表、定时报警器等附加功能。
每年课程设计的题目既可从教师给定的题目中选择，也可以自行拟定，自行拟定的题目在做之前要提交可行性报告。这就进一步锻炼了学生的创新能力。2007―2008学年我专业的课程设计的可选题目如表2所示：
而课程设计评分依据学生的实际完成情况和文字报告等进行评价。例如，确定若干个基于单片机实现的仪器系统如时钟、点阵显示器等基本功能供学生选题。在指定的时间范围内，提交完成基本功能的仪器系统、相关文字报告等，最后进行答辩。毕业设计得分由设计产品功能和质量分(40％)、毕业设计报告分(30％)、答辨分(15％)、特色与创新分(15％)等部分组成，并要答辨。
5 通过考核方法改革考核学生的创新能力
考核方法作为课程教学的最后环节，它直接检验教和学双方的效果，间接指导着学生的学习。目前《单片机原理及应用》课程使用比较普遍的考核方法仍然是闭卷笔试。应该说，闭卷考试在基础理论类课程教学中，在强化学生学习和掌握知识的作用是不可替代的，但《单片机原理》课程应用性、实践性都很强，如果仍以闭卷考试作为主要评价方法，则不能较好检验学生的实践能力和创新能力。因此对当前的考核方法进行了改革，并拟建立一种长期的跟踪考核制度，将考核重点放在学生在实践中发现问题的能力考核上。即将原来的纯笔试改成了设计报告、机考和笔试相结合评分的方法。在课程结束后学生要提交一个设计报告，设计一种产品，该报告的评分标准为：报告(50％)+创新意识(30％)+程序调试(20％)。而机考指的是在实验室里现场考核，主要考核学生动手能力和程序调试能力。而笔试试卷在考核学生的基础知识的基础上，更强调学生的创新性思维，在题型上进行了改革。减少了一些需要死记硬背的客观题，增加了灵活多样的程序设计，电路设计等题型。充分考核了学生的学习情况和创新能力。最终成绩测评比例为设计报告(30％)+机考(20％)+笔试(50％)。
6 开展第二课堂，培养学生的创造能力
为加强对学生学习的引导，我们将课堂教学延伸到课外，注意对学生参与实践活动兴趣的培养。将学生的课外科技活动纳入到创新能力培养的过程中来，成立了创新电子社团，以电气工程及其自动化、电子信息工程专业学生为主，其他专业学生也可自愿参加。由《单片机原理及应用》课程的主讲教师作为主要指导教师，每周辅导1―2次，并提供不同层次的实践内容，组织多种形式的实践活动，提出灵活多样的实践要求，吸引学生主动地、有选择地参与这些实践活动，让学生根据自己的发展方向，结合自己的兴趣和需求，选择适合自己的题目或感兴趣的产品设计。在设计和制作过程中，教师给予适度的指导，使学生能够独立、主动、保质保量地完成自己的设计目标和任务，把学生被动地学习变成积极主动地学习，把依赖于老师的学习变成独立的学习和思考。设计题目和产品的实现也增强了学生独立解决问题的自信心，进一步提高学习的兴趣。在教师的指导下，学生可以通过第二课堂对课堂教学内容进行补充和提升，可以根据自己的兴趣进行选题、完成自己感兴趣的课外实验项目、设计和电子制作，可以自己设计电子作品等，这样就使他们在完成学习任务的基础上，使自己的创新思想得以实现。大大激发了学生的课外学习兴趣和主观能动性。也为学生提供了自由发展的空间，提高了学生的创造能力。
7 依托各种竞赛，推进课程改革，提高创新能力
积极参加全国大学生电子设计竞赛、盛群杯单片机竞赛，飞思卡尔智能车竞赛等各类比赛。这些竞赛既培养了学生电子设计能力，提高了实践能力，也锻炼了学生的团队合作精神。通过各类竞赛，掊养一部分学生的动力创新能力，再通过宣传，使其它学生对单片机学习产生兴趣，为参加这些竞赛而努力，从而进一步提高了学生的创新能力。
四 结束语
在进行了课程改革以后，学生的学习热情受到了很大的激发，出现了自主式学习的热潮。由于课程的改革，使理论教学的时间大大缩短，学生有了更多动手和思考的时间，在课程结束时，大多数同学提交了自己的作品，更有部分同学在单片机比赛中取得了优异的成绩。我们将以此为契机，积极、主动地促进单片机课程的进一步改革，使单片机课程跟上时展的潮流，使学生学完单片机后，不仅仅具有初步单片机应用系统的设计和开发能力，还具有了一定的创新能力，有效的提高了学生的综合素质。
参考文献
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关键词：单片机；教学改革与实践；应用能力
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）38-0028-02
单片机技术是电子类专业的一门核心课程，其应用范围涉及工业测控、智能仪器仪表、日用家电、个人信息终端及通信产品等领域，已成为现代电子系统中重要的智能化的核心部件之一，在全国的电子设计竞赛中被广泛应用。因此，近些年来，教学与实践相结合的思想不同程度地得到各高校的重视与加强，许多文献也曾报道单片机技术教学与改革的新思想、新内容和新方法，旨在推动教学改革中坚持不懈地加强学生动手能力和实践能力，从而培养出与社会接轨的优秀电子专业毕业生。我院自创建以来，就非常重视理论与实践的结合，经过作者和院系老师对教学实践改革的努力尝试与探索，总结出了一些简单可行的教学实践改革体系，本文将主要针对我院单片机教学与实践改革提出一些切实可行的新建议。
一、教学与实践改革存在的问题
1.教学方式有待改进。在单片机的教学过程中，不少教师常常以单片机理论为教学的重中之重，实验常安排一些像清零程序、拆字程序、排序程序等与实践结合不紧密的基础实验，从而难以与实践紧密结合起来，再加上一些教师强调笔试的重要性，势必造成学生失去学习的兴趣和积极性，将更多精力用于考试过关，而难以使理论知识得到实践和应用。例如，循环左移和右移指令的讲解，只做理论上的推导，很难加深学生的印象，若能引入适当的EDA技术将这个循环左移和右移过程形象地展示出来，既能加深学生的印象，还能提高其学习兴趣。
2.传统教学的内容问题。由于单片机教材与实际应用有一定的差距，教材中提到的理论与实物已经是几年前的市场产品或者是面临淘汰的产品，这样就会使学生接触到一些过时的知识，却没有看到新的改进，从而在一定程度上影响了学生的知识面和实践能力。实验课程体系验证性实验过多，综合性、启发性实验太少，没有大型设计性和综合性实验，基本没有对学生动手实践能力达到提高和训练。
3.学生对实践和动手缺乏积极性。不少学生对单片机的实践性缺少认识，不主动参与实践和设计，他们宁愿将时间放在英语考试或计算机等级考试上，却对单片机技术的实践和操作缺少兴趣，因此，培养和调动学生积极性显得尤为重要。
4.学校条件和经费的限制。在我们三本学校，教学实践改革除了以上三个问题之外，还会受到其他重要客观因素的阻碍，例如，电子技术迅速发展，需要投入更多的经费购买先进的教学器材和设备，同时也需要一些可以供教学展示的实物，再加上联系校外企业供学生实习也需要一定的活动资金，这些势必给教学实践带来很大的影响，这些客观条件在短时期内仍然很难改观。
二、教学实践改革简单可行的几点新建议
单片机教学实践的过程不会一蹴而就，需要不断作出改进，不断推陈出新，这样才可以保证教学实践工作的顺利进行。许多新的方法值得探索和大胆尝试，我们经过初步探索，总结出以下一些可行的新建议：
1.培养学生学习单片机的兴趣。采用多种教学方法和手段培养学生学习单片机的兴趣，例如：在单片机课堂教学过程中，应注重理论与实际应用相结合，在第一堂课给学生展示单片机制作的实物，如流水灯、电子琴等，使学生对单片机的应用看得见、摸得着，激发学生的学习兴趣。在讲述具体抽象内容之前，采用Proteus等仿真软件将教材中的实例或实际工程案例中用到此知识点的电路进行仿真验证，让学生有个感性认识，明确学习目标。在教学中采用启发式、讨论式的教学方法，改变满堂灌的教学方法，让学生从“让我学”转变为“我要学”。
2.优化教学内容。在课堂教学中，选用新版的、内容丰富的优秀教材，力求做到纵观全书，抓住关键，勤于总结，将具体内容与工程实践案例相结合，对实际应用中的重难点内容进行精讲，提出一些与工程实际应用密切相关的问题来引导学生积极思考，鼓励学生发表见解，活跃课堂氛围。在实践教学中除验证性和简单的设计性实验外，加入课程设计环节，在具体实施中以“学生为中心，教师为辅”的教学模式。同时向学生介绍单片机应用的优秀网站，引导学生充分利用丰富的网络资源，了解当前有关单片机的新书讯、新技术和新发展，以此来拓宽学生的知识面，延伸和补充课堂之外的教学内容，丰富和拓展单片机课程的学习，为学生将来独立进行软硬件设计打下良好基础。
3.鼓励学生展示自己的成果。其实在各班的学生中，都不缺乏对单片机设计有着浓厚兴趣的同学，那么就可以在全班范围内以小组为单位开展一些单片机的设计工作，例如以各宿舍为单位，这些同学平时接触和共同探讨的机会比较多，可以让那些敢于动手，积极表现的同学起到带头作用，然后争取到少量活动资金，建立兴趣小姐，就可以在教师的引导下，让学生自行设计和参与单片机技术的设计实践了。经过一段时间的努力后，教师可以鼓励学生自行上讲台展示各小组的设计成果，这样不仅可以提高学生的积极性，还可以让教师和学生做到教学相长。
4.请高校研究生作有趣易懂的产品设计报告。以往常有教师向院上提出应该多请专家给学生作专题报告以拓展学生的知识面，尽管学院作出了一定的努力，然而许多国内专家总是忙于手头工作，或者因为路程问题，最后不能完成这一愿望，即便有的专家过来作完报告，却也难以收到预期的效果，一些学生往往反映太过深奥，或者难于理解，或者与所学知识关联不大。对此，我们可以请来高校一些发表过优秀论文的研究生，利用周末过来讲解和展示他们的设计成果，这些研究生往往非常乐意奉献自己的论文成果，因此讲解得较为详细具体，并且可以做到浅显易懂，而本科生在具有一定理论基础情况下都能听懂。例如，上次一个高校的研究生给学生讲解LED点阵显示屏的原理和设计，学生们听后产生了浓厚的兴趣，这样很容易激发学生实践和动手的激情，并且把这份激情投入到以后的单片机设计和工作中去。
5.考核方式改革。通常来说，考核就是对教师教学效果的检验和学生水平的测试，同时也是督促和激发学生认真学习的原因和动力。在单片机的教学与实践改革过程中，我们提出了一种注重实践能力和应用能力培养的考核方式，课堂考勤占10%，平时成绩占40%，期末考试占50%，平时成绩的评定进行量化。这种考核方式突出的特点是平时成绩比例为我院最高，同时对其考核将一半的分值设定为实验成绩，并对学生在实验中的具体表现从实验态度、完成实验的情况、实践动手能力和课程设计等几方面进行量化。
单片机技术课程的教学与实践改革是一个长期的过程，特别是对学生加强实践应用能力更不是一件容易的事情，因此需要教师改变传统的教学观念，积极主动地参与实践教学，并且努力培养学生的学习兴趣和实践积极性，只要努力探索和寻求新方法新思路，总可以使得单片机的教学与实践改革很好地得以进行，使学生的单片机应用能力和创新能力得到很大提高。
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关键词： 双作用式变量叶片泵；数字式；工作原理；数学模型；调节参数
中图分类号：TH31 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）01-0064-03
0 引言
随着我国工业现代化建设的快速发展，能源短缺日益严重，合理的利用能源变得更加重要。在流体传动及控制技术领域，节能技术同样必不可少。开展流体传动节能技术的研究不仅可从现有液压设备的节能技术改造中获得巨大经济效益，而且也是我国在先进制造业上赶超国际先进水平的需要[1]。在工业生产中变量泵是实现液压系统高效、节能的基础，因此研发性能优良的变量泵是流体传动节能技术研究的重要课题之一。
目前液压系统中的液压泵主要有齿轮泵、柱塞泵、叶片泵、螺杆泵等，其中的叶片泵是广泛被使用的一种液压泵。叶片泵按其结构来分有单作用式叶片泵和双作用式叶片泵。单作用式叶片泵主要用作变量泵，由于单作用叶片泵转子、主轴和轴承所承受的径向力较大，影响了泵的使用寿命和压力的提高。而双作用叶片泵的突出优点在于径向作用力平衡，但是由于结构上很难实现排量的变化，使用上也受到了限制[2]。因此，若能开发出可实现变量的双作用叶片泵，就可以将这两种泵的优点结合起来，既能克服径向不平衡力的缺点，又能实现排量的变化。针对这一技术问题，国内外很多学者都在进行研究探讨，研究的核心就是双作用叶片泵如何实现变量。目前比较成熟的变量方法是通过驱动泵的定子圈偏转，改变泵的定子和配油盘的位置关系，来实现排量的变化。
本文所要介绍的数字式双作用变量叶片泵是在这种变量方法的基础上，提出了以步进电机作为机电转换装置，以单片机作为控制器的数字式双作用变量泵。这样不但解决了双作用叶片泵的变量问题，同时实现了泵的数字化调节与控制，对于合理利用能源，提高液压传动工作效率具有重要的意义。
1 双作用变量叶片泵的工作原理
图1（a）、（b）分别是泵全排量时定子圈的位置和零排量时定子圈的位置示意图。通过转动定子圈，使其与配油盘之间的相对位置关系发生改变，也就是在需要泵输出流量时，调节定子使其过度曲线对应于配油盘吸、压油窗。而在不需要输出流量时，使定子的长半径和短半径圆弧段与配油盘的吸、压油窗相对应。因为这时工作容积不变，所以不吸、压油，即为零排量输出[4]。
但是，在定子圈偏转的时候，势必会产生比较大困油现象，影响泵的正常工作。为了解决这一问题，我们将定子圈做成两片叠加起来使用，同时把叶片等分成两个，并排地插在转子叶片槽中。当一个定子环长半径圆弧与吸油窗相对时，使另一个定子长半径圆弧与压油窗相对。因此当每个工作空间在经过定子过度曲线段时，正好在一个定子圈内是由大到小变化，而在另一个定子圈内是由小到大的变化。这样，由大到小的压缩容积就被另一个由小到大的容积所吸收，总容积并没有变化。这时，泵将零排量输出。如图2所示。
当需要从零排量到全排量变化时，必须同时使两定子圈反向偏转。使yy1y2重合，xx1x2重合，如图3所示。这时两片定子圈的过度曲线段都正好与吸、压油窗相对，泵将全排量输出。
综上所述，调整定子圈y1-x1，y2-x2与配油盘y-x的偏转角度α便可以调整其输出流量的大小。其中αmax=π/4，0≤α≤π/4，（度）。这样双作用变量叶片泵的理论流量公式就可以写成
式中：qtp为变量叶片泵的理论流量（m3/s）；B=b1+b2，b1，b2为单个叶片宽度（m）；R为定子内圆弧大半径（m）；r为定子内圆弧小半径（m）；δ为叶片厚度（m）；z为叶片数；θ为叶片倾角（°）；n为转子转速（r/s）；α为定子圈偏转角，αmax=π/4，0≤α≤π/4（°）。
2 变量机构控制方法
如何实现定子圈的偏转是双作用变量叶片泵最关键的问题。从全排量变到零排量或从零排量变到全排量时，要求两定子的偏转角同时作反向变化。驱动定子圈同时反向变化的机构即为变量机构[4]。本文采用51单片机作为数字化控制器，步进电机作为动力源，螺母丝杠作为传动副，数字阀控缸驱动齿条式柱塞与定子外圆柱面上加工出的齿相互啮合的方式进行工作。如图4为驱动一片定子圈偏转的变量机构工作原理图。
阀芯通过一个螺母丝杠副和步进电机相连，阀芯插入到活塞上端部配合的阀套中。并在活塞上开了三个阀口。a口和压力腔A相连，压力腔A在底部和排油口相连通。通过b口把控制腔和活塞内腔连在一起。c口与回油腔相连。当需要变量时，根据泵输出流量的要求，通过事先编辑好的程序，单片机发出相应的脉冲信号，经功率放大器放大后驱动步进电机，步进电机以相应的频率和转向转过一定的角位移θ，从而带动螺母转动并由丝杠提动伺服阀芯作向上或向下的运动，产生位移xv，使伺服阀口开启，这时泵靠自身油液驱动变量柱塞随阀芯的位移而运动，产生位移xp，进而驱动一片定子圈偏转角度α。另一片定子圈和变量机构原理相同。所以，通过这两个变量机构就可以使两片定子圈同时反向偏转，使泵实现全排量—零排量—全排量的变化，达到变量的需求。变量机构的控制框图如图5所示。
3 变量机构数学模型分析
3.1 变量机构基本方程
式中：xv为阀芯的位移量（m）；β为步进电机步距角（°）；t为螺距（m）；j为螺纹头数；Ni为单片机发出的脉冲数。
②变量柱塞的位移量
齿条柱塞与外圆加工齿的定子是齿轮齿条啮合，所以变量柱塞的位移量与定子偏转的角度的关系为
式中：xp为变量柱塞位移量（m）；α为定子圈偏转角（°）；Df为定子圈与变量柱塞组成齿轮齿条啮合分度圆直径（m）。
3.2 泵静态调节流量公式
由于伺服阀和变量缸是随动关系，因此，xv=xp，即
式（6）即为数字化双作用变量叶片泵的静态调节流量公式。由（7）、（8）可知该式中，Kq和Kβ均为常数。
3.3 变量机构参数化分析
本文是以YB1-25型叶片泵作为研究基础，结合该泵的部分结构参数，设计定子内圆弧大半径长度R为32.5mm，定子内圆弧小半径r为28.5mm，定子分度圆直径Df为75.5mm，叶片宽度B为20mm，叶片厚度δ为1.8mm，叶片倾角θ为13°，叶片数z为12。泵的转子转速n为1000r/min。本文采用了歩距角为1.5°的36BF003型步进电机；采用d=20mm，t=4mm，j=1的丝杠螺母副。根据泵的结构参数，设计变量柱塞由全排量到零排量行程为xp=29.6mm。这样全行程29.6mm所需要的脉冲数Ni=360°xp/βtj=1776个。据此，我们可以计算得到当定子偏转一定角度时，单片机需要发送的脉冲个数。如表1所示为定子偏转角以5度为间隔时，对应的单片机需要发送的脉冲数以及此时泵的理论流量。
由此，可以绘制此变量泵由全排量到零排量静态调节qtp-Ni特性图，如图6所示。
由此图可以看出，泵流量qtp的变化只取决于单片机发出的脉冲数Ni。因此，我们可以编写相应的单片机程序，来控制发送脉冲的个数，从而使泵的排量发生改变。
4 结论
本文针对双作用叶片泵实现变量的理论做了简单了陈述，在此基础上针对双作用叶片泵实现变量又做了数字化的改进。通过对泵变量机构数学模型的分析，得到了泵静态调节流量公式，绘制出qtp-Ni特性图，并对变量机构进行了参数化析。由此得出，通过控制信号输出量的变化就可以使泵排量发生相应的改变。因此基于单片机控制，步进电机驱动的数字式双作用变量泵是成立的。但是必须要进行参数优化以及动态实验研究，使其得到进一步的改善。
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