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基于實驗平臺和仿真平臺的AVR單片機的課程開發(fā)論文
單片機課程是電子信息類專業(yè)的核心課程。單片機芯片中包含微處理器、存儲器和外部接口。單片機系統(tǒng)是以單片機芯片為核心開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)，單片機系統(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領(lǐng)域，如生產(chǎn)、生活、軍事、教育等各個方面。
單片機芯片的性能直接決定單片機系統(tǒng)的功能，所以單片芯片在高速發(fā)展以適應(yīng)單片機系統(tǒng)功能不斷發(fā)展的新要求。單片機課程的特點是應(yīng)用性非常強，使用的芯片發(fā)展非�？欤麄�課程的開發(fā)應(yīng)該圍繞使用什么芯片使課程保持先進性，課程有哪些應(yīng)用項目使課程提高理論結(jié)合實踐的應(yīng)用性兩個核心，以教學(xué)為主題展開。圍繞著兩個核心，我們做了做了大量研究工作，結(jié)合課程的應(yīng)用項目開發(fā)了單片機實驗平臺。在以教學(xué)為主題的研究中將單片機實驗平臺和PROTUES構(gòu)建的仿真平臺相結(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、單片機實驗平臺的開發(fā)
�。ㄒ唬�、使用什么芯片
單片機實驗平臺開發(fā)的第一個要確定的是使用什么樣的芯片。在當前流行的眾多單片機芯片中，我們選擇了AVR單片機芯片ATmega16。AVR單片機芯片是ATMEL公司的產(chǎn)品，發(fā)展非常快，正在逐步成為主流單片機芯片。其優(yōu)點是它是新型的高速8位單片機，運行速度高，AVR單片機的片上資源非常豐富，具有極高的性價比。因此AVR最小系統(tǒng)構(gòu)成簡單，程序下載方便，只需要一條ISP下載線，進入AVR單片機開發(fā)的門檻較低，費用低廉，基于以上出發(fā)點，我們選擇了AVR單片機芯片。
�。ǘ�、實驗平臺的功能模塊和課程項目
實驗平臺的功能模塊來源于實際應(yīng)用，我們對單片機的應(yīng)用領(lǐng)域進行了分析，提取了一些公共的應(yīng)用和特殊應(yīng)用，做為實驗平臺的功能模塊。在實驗平臺的開發(fā)過程中課程項目開發(fā)和實驗平臺功能模塊的開發(fā)是相輔相成的。這些模塊直接支持課程開發(fā)中的具體項目。
1．8-12V電源模塊：為電路板提供電源。
2．ATmega16L最小系統(tǒng)模塊：是整個實驗板的核心，它提供系統(tǒng)的復(fù)位、系統(tǒng)所使用的時鐘電路和并口下載的接口。
3．16路開關(guān)：用于對各功能模塊的開關(guān)控制。
4．8位發(fā)光二極管：可實現(xiàn)LED的指示、流水燈和學(xué)習(xí)C語言基礎(chǔ)等項目。
5．8位數(shù)碼管：可實現(xiàn)數(shù)碼的顯示功能，如數(shù)碼的靜態(tài)顯示，動態(tài)顯示，時鐘顯示等項目；
6．8*8LED顯示：可實現(xiàn)字符點陣的顯示項目。
7．液晶1602：可實現(xiàn)16*2液晶顯示功能項目
8．74HC595芯片：可實現(xiàn)數(shù)字I/O口的串行擴展項目。
9．鍵盤：可實現(xiàn)4個按鍵的輸入和外部中斷源實驗項目。
10．4*3矩陣鍵盤：可實現(xiàn)12個按鍵的輸入項目。
11．頻率發(fā)生器MC4060：實現(xiàn)單片機定時/計數(shù)器的外部時鐘及時鐘分頻等項目。
12．EEPROM存儲器：可實現(xiàn)ATmega16外部存儲器的的擴展項目。
13．時鐘芯片DS1302：是一個時鐘功能芯片，主要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護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)成一個時間可調(diào)的實時時鐘。
14．I2C總線24C01：
15．AD轉(zhuǎn)換器：可實現(xiàn)數(shù)/模轉(zhuǎn)換和模/數(shù)轉(zhuǎn)換項目。
16．MX232串口通信：可實現(xiàn)ATmega16單片機的異步串行通訊項目。
17．溫度傳感器DS18B20：可實現(xiàn)ATmega16單片機的溫度控制項目。
18蜂鳴器：發(fā)聲的執(zhí)行部件，可實現(xiàn)報警和音樂播放等的執(zhí)行項目。
19．紅外接收頭：紅外信號的接收部件，可實現(xiàn)遙控等項目。
20．放大電路LM358：可實現(xiàn)電流信號的放大功能。
�。ㄈ④浖_發(fā)工具
在編程語言中我們選擇了C語言，在軟件平臺的選擇上，我們使用了CodeVisionAVR作為C語言程序的編輯和編譯工具，使用SLISP作為程序的下載工具。
二、仿真平臺的應(yīng)用
在課程的開發(fā)中僅研究教什么還遠遠不夠，還應(yīng)該研究怎樣教。使用自己開發(fā)實驗平臺是一個好的解決方法，但還存在效率不高，靈活性不夠的缺點。因此，我們在研究怎樣教時，使用了單片機的仿真平臺Protues。Protues軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件，它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。
使用實驗平臺和仿真平臺配合進行單片機教學(xué)和學(xué)習(xí)的過程如下
1． 分析項目要求；
2． 在Protues中畫出電路原理圖；
3． 根據(jù)原理圖在CodeVisionAVR中編寫、編輯、編譯C語言程序；
4． 在Protues中將編譯好的目標程序加載到Mega16芯片中；
5． 在Protues中仿真；
6． 在單片機實驗平臺中連接電路；
7． 使用SLISP軟件通過下載線將目標程序下載到實驗平臺，完成一個學(xué)習(xí)過程。
三、基于實驗平臺和仿真平臺的單片機實驗室建設(shè)
從上面的討論可知，硬件的實驗平臺和軟件的仿真平臺的結(jié)合，使單片機的課程即保證了實踐第一的特色，又做到了靈活多變，事半功倍。在單片機實驗室的建設(shè)上也就自然將實驗平臺和仿真平臺有機地結(jié)合。下面是以上課規(guī)模50人，一人一機的單片機實驗室建設(shè)方案。
1．奔騰及以上的PC電腦50臺；
2．并口下載線，50根；
3．5V高穩(wěn)定專用穩(wěn)壓電源50臺；
4．AVR單片機JTAG仿真器個；
5．自行開發(fā)的單片機嵌入式開放實驗平臺50臺；
6．C語言程序的編輯和編譯環(huán)境CodeVisionAVR
7．SLISP單片機程序下載軟件
8．PROTUES單片機仿真軟件
9．Multisim電子仿真軟件
四、課程的考核體系的建立
考核中結(jié)合實驗平臺和仿真平臺的項目應(yīng)用情況，采用過程化考核，注重平時考核，建立日�？己恕y驗和期末考核三級考核體系，均采用項目考核，以培養(yǎng)學(xué)生的實際應(yīng)用能力。將平時隨堂小項目的完成做為日�？己�，如流水燈、數(shù)碼管、LED點陣、LCD液晶顯示、按鍵控制、定時計數(shù)器等、將具有典型代表性的項目作為測驗如矩陣鍵盤、音樂播放器、串行通信等，將綜合項目做為期末考核如數(shù)字時鐘、溫度測量等。在三級考核體系中日常占30%，測驗占30%，期末占40%。
實驗平臺和仿真平臺的配合使用，通過項目的實施，很好地解決了單片機課程教什么和怎樣教的問題，課程建設(shè)面向?qū)嶋H應(yīng)用，靈活、高效、節(jié)約成本。配以完善的實驗室建設(shè)和課程考核體系的建立，形成了立體化的單片機的課程體系。
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