MCU课程导师制教学方法指导制作数学钟

贾冬义

摘要： 文章从当前人才培养规格出发，在教学改革中尝试“导师制”模式，首先在MCU实践性课程中采用这种模式，指导学生从方案制定、各个单元模块的代码编写、仿真、调试，完成整个流程。通过该模式的教学改革培养了学生的创新精神，培养学生体验单片机开发流程，培养学生向应用型转变。

Abstract： The article embarks from the current personnel training specification， tries to apply "tutorial system" mode in the teaching reform. At the first， this mode is used in MCU practical courses to guide students complete the whole process from plan formulation， code compilation， simulation， debugging of each unit module. This teaching reform of this model cultivates students innovation spirit， train the students to experience the MCU development process， and make the students transform into the practical personnel.

关键词： MCU；导师制；数字钟；单片机

Key words： MCU；tutorial system；digital clock；single chip microcomputer

中图分类号：TN7 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）30-0173-03

0 引言

MCU（单片机原理及应用课程）是一门实践性的课程，因参与课程学习的学生层次不齐、积极性各异，导致整体教学效果差异较大，同时面临为了照顾全体同学而不能培养优秀学生的难题。为了有效解决该教学问题，引入“导师制”教育教学模式而实施“MCU实验课程导师制”，并对其实施效果和特点进行总结与分析，为MCU实验教学素质化和个性化拓展一种新的教学模式，也为推进人才培养模式和教学体制改革进行有益的探索。这中模式中，“导师”负责学生的“专业教导”、“动手实践”等方向，具体方法是“导师”们活跃在负责的学生的微信群、QQ群里，随时随地为学生答疑解惑，下面就是“导师”导的一个具体实例。

MCU的定时和控制装置在许多行业有着广泛的应用，而数字钟是其中最基本的，也是最具有代表性的一个例子[1]，用数字电路实现对时、分、秒数字显示的计时装置。

1 系统方案的确定

综合考虑，在本次设计中是以STC89c52为控制单元，采用2个四位数码管作为显示系统，用时间芯片DS12c887实现独立计时器功能，功能模块包含：MCU、输入模块、显示模块、驱动模块、和复位电路构成，设计的总体方案如图1。

从原理上讲该电路是一种典型的数字电路，通过该电路的制作进一步的了解MCU开发流程。

2 单元模块设计

2.1 软件系统主要包含：主函数、中断、键盘输入、驱动数码管显示及延时。

主函数：主函数可以有序的执行一系列包括调用子函数在内的所有程序，但中断的发生往往是随机的，这就会暂时打断主函数的顺序，先去执行中断函数，之后返回主函数从被打断的位置继续执行程序。因此，中断一旦开放，中断函数与主函数之间便无顺序可言。在本项目中是对输入信号的处理、输出信号的控制等。

GATE=0用TR0来控制T0的启动，若GATE=1则用外部中断引脚INT0、INT1来控制。方式1是不能自动重装的，所以得在中断函数中重新对TH0、TL0赋初值。

数码管及其驱动模块：动态扫描时，平均电流为4-5mA，峰值电流50-60mA，MCU不能提供如此大的电流，通过达林顿管等驱动。

延时模块：有两种延时子程序，消抖延时、长延时，进行精确的延时子程序设计时，尽量不要或少在延时子程序中定义局部变量。

中断服务程序：定时50ms，主程序在运行，每当50ms时间到后，就跳转到定时中断子程序执行里面的内容，执行完后再回到主程序。即50毫秒进中断一次。

2.2 使用单片机资源的情况

P0口输出段选信号，P2口输出位选信号；f=12MHz；此数字钟可实现功能：显示时、分、秒；时间的调整；闹钟的开启和关闭及设定和调整等。

2.3 系统软件采用C语言，按模块化设计，然后通过Keil开发平台将程序转变成十六进制程序语言转化为*.HEX文件，然后使用Proteus进行仿真，读出显示数据。

流程图如图2-图4所示。

2.4 软件消抖

一般所用开关为机械开关，当机械触点通、断时，电压信号如图5。抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5ms～10ms。键稳定时间一般为零点几秒至数秒，前沿及后沿会引起一次按键被误读多次。为确保MCU对按键的一次闭合仅作一次处理，必须去消除键抖动的影响：在键稳定闭合时读取键的状态，且须判别到键释放稳定后再作处理。按键消抖，可用硬件或软件两种方法。

①硬件消抖，如施密特触发器。②软件消抖。在此指导学生采用软件方式。软件消抖有定时器定时和利用延时子程序两种方式。1）定时器消抖可以不影响数码管模块扫描速度，方法是：设置标志位，在定时器中断中将其置1，然后在程序中查询。将其中断优先级<时钟定时中断，那么它就可以不影响时钟定时。2）延时子程序消抖，一般扫描≥50次/s，否则，数码管会出现闪烁。因此，delay子程序的延时时间应<20毫秒。

如果，设计时采用的是中断的方式来完成有关操作，其处理思想是：中断不能连续执行，两次之间有时间间隔。图6是消抖方法的程序流程图。

2.5 Proteus仿真结果

Proteus有编译C语言的能力，利用Proteus与keil软硬件联合仿真进行调试，调试结果满足该项目的技术指标设计要求。

3 结论

导师在指导学生通过利用单片机设计电子钟教学中，学生能从设计过程中自己体会单片机开发的规律，同时启发学生朝着单片机应用领域迈进。当然通过这次的指导设计过程，使学生了解keil C集成环境和Proteus仿真软件的使用，尤其是仿真实现了把抽象的东西具体化，把理论和实际结合起来，更利于对单片机设计的理解掌握。

实现电子钟的电路、器件有很多，利用MCU实现的电子钟，具有扩展方便、编程灵活的特点。下一步扩展数字钟的报时功能，从其他管脚引线，增加机械、电子继电器可实现触发定时自动报警或者通、断动力设备及定时启动电气设备等，图8就是一种例证。

导师制模式的教学改革更深层次的影响是：①更多学生的个性、特长被挖掘出来。挖掘了一批能够参加校、省一级的比赛得心应手的学生。②在人才培养角度为个性化、成才化培养创造了有利条件。③专业导师引领，更好的培养学生创新创造能力。

参考文献：

[1]张丽华.基于RFID技术的高校实验室设备管理研究[J].辽宁工业大学学报（社会科学版），2016（04）.

[2]钱小明，荣华伟，钱静珠.基于导师制下“大学生创新创业训练计划”教育的实践与思考[J].实验技术与管理，2014（07）：21-24.

[3]付轶.我国大学本科生导师制研究[D].华中师范大学，2013.

[4]马靖.中国高校本科生导师制变革初探[D].华东理工大学，2016.

[5]邵麦顿，姚旭东，张庆华.单片机实现洗浴服务机器人的控制系统设计[J].电子设计工程，2011（11）：85-86，89.