基于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和仿真平臺(tái)的AVR單片機(jī)的課程開(kāi)發(fā)論文

　　單片機(jī)課程是電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的核心課程。單片機(jī)芯片中包含微處理器、存儲(chǔ)器和外部接口。單片機(jī)系統(tǒng)是以單片機(jī)芯片為核心開(kāi)發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)，單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用的領(lǐng)域非常廣泛，幾乎涉及到我們能夠想到的各個(gè)領(lǐng)域，如生產(chǎn)、生活、軍事、教育等各個(gè)方面。

　　單片機(jī)芯片的性能直接決定單片機(jī)系統(tǒng)的功能，所以單片芯片在高速發(fā)展以適應(yīng)單片機(jī)系統(tǒng)功能不斷發(fā)展的新要求。單片機(jī)課程的特點(diǎn)是應(yīng)用性非常強(qiáng)，使用的芯片發(fā)展非常快，整個(gè)課程的開(kāi)發(fā)應(yīng)該圍繞使用什么芯片使課程保持先進(jìn)性，課程有哪些應(yīng)用項(xiàng)目使課程提高理論結(jié)合實(shí)踐的應(yīng)用性?xún)蓚�(gè)核心，以教學(xué)為主題展開(kāi)。圍繞著兩個(gè)核心，我們做了做了大量研究工作，結(jié)合課程的應(yīng)用項(xiàng)目開(kāi)發(fā)了單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在以教學(xué)為主題的研究中將單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和PROTUES構(gòu)建的仿真平臺(tái)相結(jié)合，形成立體化的教學(xué)模式，提高教學(xué)的效率和效果。

　　一、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)

　�。ㄒ唬�、使用什么芯片

　　單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開(kāi)發(fā)的第一個(gè)要確定的是使用什么樣的芯片。在當(dāng)前流行的眾多單片機(jī)芯片中，我們選擇了AVR單片機(jī)芯片ATmega16。AVR單片機(jī)芯片是ATMEL公司的產(chǎn)品，發(fā)展非�？欤�正在逐步成為主流單片機(jī)芯片。其優(yōu)點(diǎn)是它是新型的高速8位單片機(jī)，運(yùn)行速度高，AVR單片機(jī)的片上資源非常豐富，具有極高的性?xún)r(jià)比。因此AVR最小系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單，程序下載方便，只需要一條ISP下載線，進(jìn)入AVR單片機(jī)開(kāi)發(fā)的門(mén)檻較低，費(fèi)用低廉，基于以上出發(fā)點(diǎn)，我們選擇了AVR單片機(jī)芯片。

　　（二）、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的功能模塊和課程項(xiàng)目

　　實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的功能模塊來(lái)源于實(shí)際應(yīng)用，我們對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了分析，提取了一些公共的應(yīng)用和特殊應(yīng)用，做為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的功能模塊。在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中課程項(xiàng)目開(kāi)發(fā)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)功能模塊的開(kāi)發(fā)是相輔相成的。這些模塊直接支持課程開(kāi)發(fā)中的具體項(xiàng)目。

　　1．8-12V電源模塊：為電路板提供電源。

　　2．ATmega16L最小系統(tǒng)模塊：是整個(gè)實(shí)驗(yàn)板的核心，它提供系統(tǒng)的復(fù)位、系統(tǒng)所使用的時(shí)鐘電路和并口下載的接口。

　　3．16路開(kāi)關(guān)：用于對(duì)各功能模塊的開(kāi)關(guān)控制。

　　4．8位發(fā)光二極管：可實(shí)現(xiàn)LED的指示、流水燈和學(xué)習(xí)C語(yǔ)言基礎(chǔ)等項(xiàng)目。

　　5．8位數(shù)碼管：可實(shí)現(xiàn)數(shù)碼的顯示功能，如數(shù)碼的靜態(tài)顯示，動(dòng)態(tài)顯示，時(shí)鐘顯示等項(xiàng)目；

　　6．8*8LED顯示：可實(shí)現(xiàn)字符點(diǎn)陣的顯示項(xiàng)目。

　　7．液晶1602：可實(shí)現(xiàn)16*2液晶顯示功能項(xiàng)目

　　8．74HC595芯片：可實(shí)現(xiàn)數(shù)字I/O口的串行擴(kuò)展項(xiàng)目。

　　9．鍵盤(pán)：可實(shí)現(xiàn)4個(gè)按鍵的輸入和外部中斷源實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

　　10．4*3矩陣鍵盤(pán)：可實(shí)現(xiàn)12個(gè)按鍵的輸入項(xiàng)目。

　　11．頻率發(fā)生器MC4060：實(shí)現(xiàn)單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的外部時(shí)鐘及時(shí)鐘分頻等項(xiàng)目。

　　12．EEPROM存儲(chǔ)器：可實(shí)現(xiàn)ATmega16外部存儲(chǔ)器的的擴(kuò)展項(xiàng)目。

　　13．時(shí)鐘芯片DS1302：是一個(gè)時(shí)鐘功能芯片，主要特點(diǎn)是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。利用它可構(gòu)成一個(gè)時(shí)間可調(diào)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘。

　　14．I2C總線24C01：

　　15．AD轉(zhuǎn)換器：可實(shí)現(xiàn)數(shù)/模轉(zhuǎn)換和模/數(shù)轉(zhuǎn)換項(xiàng)目。

　　16．MX232串口通信：可實(shí)現(xiàn)ATmega16單片機(jī)的異步串行通訊項(xiàng)目。

　　17．溫度傳感器DS18B20：可實(shí)現(xiàn)ATmega16單片機(jī)的溫度控制項(xiàng)目。

　　18蜂鳴器：發(fā)聲的執(zhí)行部件，可實(shí)現(xiàn)報(bào)警和音樂(lè)播放等的執(zhí)行項(xiàng)目。

　　19．紅外接收頭：紅外信號(hào)的接收部件，可實(shí)現(xiàn)遙控等項(xiàng)目。

　　20．放大電路LM358：可實(shí)現(xiàn)電流信號(hào)的放大功能。

　�。ㄈ�）、軟件開(kāi)發(fā)工具

　　在編程語(yǔ)言中我們選擇了C語(yǔ)言，在軟件平臺(tái)的選擇上，我們使用了CodeVisionAVR作為C語(yǔ)言程序的編輯和編譯工具，使用SLISP作為程序的下載工具。

　　二、仿真平臺(tái)的應(yīng)用

　　在課程的開(kāi)發(fā)中僅研究教什么還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還應(yīng)該研究怎樣教。使用自己開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是一個(gè)好的解決方法，但還存在效率不高，靈活性不夠的缺點(diǎn)。因此，我們?cè)谘芯吭鯓咏虝r(shí)，使用了單片機(jī)的仿真平臺(tái)Protues。Protues軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件，它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。

　　使用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和仿真平臺(tái)配合進(jìn)行單片機(jī)教學(xué)和學(xué)習(xí)的過(guò)程如下

　　1． 分析項(xiàng)目要求；

　　2． 在Protues中畫(huà)出電路原理圖；

　　3． 根據(jù)原理圖在CodeVisionAVR中編寫(xiě)、編輯、編譯C語(yǔ)言程序；

　　4． 在Protues中將編譯好的目標(biāo)程序加載到Mega16芯片中；

　　5． 在Protues中仿真；

　　6． 在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中連接電路；

　　7． 使用SLISP軟件通過(guò)下載線將目標(biāo)程序下載到實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，完成一個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程。

　　三、基于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和仿真平臺(tái)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

　　從上面的討論可知，硬件的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和軟件的仿真平臺(tái)的結(jié)合，使單片機(jī)的課程即保證了實(shí)踐第一的特色，又做到了靈活多變，事半功倍。在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)上也就自然將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和仿真平臺(tái)有機(jī)地結(jié)合。下面是以上課規(guī)模50人，一人一機(jī)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案。

　　1．奔騰及以上的PC電腦50臺(tái)；

　　2．并口下載線，50根；

　　3．5V高穩(wěn)定專(zhuān)用穩(wěn)壓電源50臺(tái)；

　　4．AVR單片機(jī)JTAG仿真器個(gè)；

　　5．自行開(kāi)發(fā)的單片機(jī)嵌入式開(kāi)放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)50臺(tái)；

　　6．C語(yǔ)言程序的編輯和編譯環(huán)境CodeVisionAVR

　　7．SLISP單片機(jī)程序下載軟件

　　8．PROTUES單片機(jī)仿真軟件

　　9．Multisim電子仿真軟件

　　四、課程的考核體系的建立

　　考核中結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和仿真平臺(tái)的項(xiàng)目應(yīng)用情況，采用過(guò)程化考核，注重平時(shí)考核，建立日�？己�、測(cè)驗(yàn)和期末考核三級(jí)考核體系，均采用項(xiàng)目考核，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。將平時(shí)隨堂小項(xiàng)目的完成做為日�？己�，如流水燈、數(shù)碼管、LED點(diǎn)陣、LCD液晶顯示、按鍵控制、定時(shí)計(jì)數(shù)器等、將具有典型代表性的項(xiàng)目作為測(cè)驗(yàn)如矩陣鍵盤(pán)、音樂(lè)播放器、串行通信等，將綜合項(xiàng)目做為期末考核如數(shù)字時(shí)鐘、溫度測(cè)量等。在三級(jí)考核體系中日常占30%，測(cè)驗(yàn)占30%，期末占40%。

　　實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和仿真平臺(tái)的配合使用，通過(guò)項(xiàng)目的實(shí)施，很好地解決了單片機(jī)課程教什么和怎樣教的問(wèn)題，課程建設(shè)面向?qū)嶋H應(yīng)用，靈活、高效、節(jié)約成本。配以完善的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和課程考核體系的建立，形成了立體化的單片機(jī)的課程體系。

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