基于YL—236型單片機競賽裝置實訓(xùn)教學(xué)項目的開發(fā)

盛希寧

摘 要 闡述基于YL-236型單片機競賽裝置的五年制高職學(xué)校單片機實訓(xùn)教學(xué)項目的開發(fā)實例，將從近年來全國各級各地職業(yè)學(xué)校技能大賽的單片機控制裝置安裝與調(diào)試項目中及時捕捉到的競賽信息有效轉(zhuǎn)化為常態(tài)的單片機實訓(xùn)教學(xué)項目并予以推廣，形成學(xué)生人人都參加技能競賽的新格局。

關(guān)鍵詞 技能大賽；五年制高職；單片機；實訓(xùn)教學(xué)

中圖分類號：G712 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）06-0140-03

Abstract Based on YL-236 microcomputer competition devices， the article expatiated the practical training teaching items development of microcomputer application technology in five-year higher vocational education which advocated the goal of cultivating persons with high technical abilities. By extending information collected in vocational schools installation and debugging of microcomputer control devices competition item to practical training teaching items， we will have a future which every student participate in skill competitions.

Key words skills contest； five-year higher vocational education； micro-

computer； practical training

1 前言

職業(yè)學(xué)校的技能大賽是引領(lǐng)整個職業(yè)學(xué)校把握市場脈搏和教學(xué)改革的重要風(fēng)向標，亦是使學(xué)生更貼近行業(yè)、企業(yè)技術(shù)前沿，推進校企深度合作的紐帶?；仡櫧陙砣珖骷壐鞯芈殬I(yè)學(xué)校技能大賽的單片機控制裝置安裝與調(diào)試項目，通過細致解讀此類競賽的規(guī)程，不難發(fā)現(xiàn)，由競賽活動促進相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的教學(xué)改革這一辦學(xué)指導(dǎo)思想在此類單片機專業(yè)技能大賽中均有不同程度的體現(xiàn)。

2 單片機競賽項目的專業(yè)導(dǎo)向性作用

在精心剖析每年度各級別的職業(yè)學(xué)校技能大賽單片機項目競賽試題的基礎(chǔ)之上，全面地分析具體的知識、技能考核內(nèi)容與相應(yīng)的評分要點，從本質(zhì)上探索技能大賽中單片機項目的專業(yè)導(dǎo)向性作用。首要表現(xiàn)為它對于職業(yè)學(xué)校單片機應(yīng)用技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容的選擇是以必需、夠用和實用為目的這一基本要求相當明確，然而這在單片機實訓(xùn)教學(xué)過程中的操作尺度卻并非易于把握。其次，現(xiàn)有的全國職業(yè)學(xué)校技能大賽中，單片機項目兼顧了理論考核與實踐考核兩個方面，二者有機融合，各有側(cè)重。顯然，避免對基礎(chǔ)理論知識的忽視、理論教學(xué)與實踐教學(xué)的脫節(jié)確實是職業(yè)學(xué)校單片機實訓(xùn)教學(xué)中亟待解決的重要問題。

3 以競賽設(shè)備為載體，構(gòu)建單片機實訓(xùn)教學(xué)新平臺

自2009年起，常州劉國鈞高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校一直是常州市職業(yè)學(xué)校技能大賽單片機控制裝置安裝與調(diào)試項目競賽的考點，為了保證市級競賽的高效率與高品質(zhì)，學(xué)校引進競賽指定使用的設(shè)備——亞龍YL-236型單片機控制功能實訓(xùn)考核裝置?；谇笆鰡栴}，在職業(yè)技能大賽中為廣大學(xué)生提供了一個新的實訓(xùn)平臺機，及時調(diào)整了單片機應(yīng)用技術(shù)實訓(xùn)課程的結(jié)構(gòu)，積極開發(fā)基于YL-236型單片機競賽裝置的實訓(xùn)教學(xué)項目，進一步將職業(yè)學(xué)校技能大賽的常規(guī)化理念滲透于日常的專業(yè)教學(xué)中。如此將更有利于提高學(xué)校實訓(xùn)基地的利用率，優(yōu)化校企之間的聯(lián)合，進而增強校外實訓(xùn)基地的建設(shè)。

4 基于YL-236型單片機競賽裝置實訓(xùn)教學(xué)項目開發(fā)的實例

YL-236型單片機控制功能實訓(xùn)考核裝置作為職業(yè)學(xué)校技能競賽和教學(xué)設(shè)備，配備了顯示模塊、繼電器模塊、ADC/DAC模塊、步進電機控制模塊、傳感器配接模塊、擴展模塊、溫度傳感器模塊、智能物料搬運裝置等能夠根據(jù)規(guī)劃的實訓(xùn)教學(xué)項目進行基礎(chǔ)訓(xùn)練或綜合設(shè)計的多種類型的功能模塊，可以滿足具有靈活性、開放式特點的實訓(xùn)教學(xué)要求?；赮L-236型單片機競賽設(shè)備的以上特點，首先針對每個獨立模塊設(shè)計單體的訓(xùn)練項目，適時融入某一部分單片機應(yīng)用知識的鏈接、相關(guān)硬件接口電路原理圖的分析、C51語言的軟件設(shè)計流程圖與編程技巧的解讀等專項訓(xùn)練。各個單片機實訓(xùn)項目設(shè)計的難度由淺入深、逐層遞進，反復(fù)對基本技能進行強化訓(xùn)練，并且在每個項目調(diào)試與演示結(jié)果的環(huán)節(jié)之后增設(shè)高度模擬職業(yè)技能大賽中需要達到的技術(shù)要求與指標，分別從職業(yè)與安全意識、工藝性、功能性三個方面考量，逼真地還原了典型單片機控制系統(tǒng)的工作過程。

下面以基于YL-236型單片機競賽裝置規(guī)劃的實訓(xùn)教學(xué)項目七“LED點陣顯示廣告牌”為開發(fā)實例，闡述單片機控制項目的設(shè)計理念與指導(dǎo)學(xué)生訓(xùn)練的注意事項。

項目描述：在16×32的LED點陣顯示屏上顯示“實訓(xùn)”兩個漢字。項目分析：1）LED點陣的顯示原理；2）字模提取軟件進行漢字的編碼。硬件選擇：主機模塊MCU01、電源模塊MCU02、顯示模塊MCU04。知識鏈接：1）LED顯示屏的數(shù)據(jù)刷新率要求為50幀/秒；2）74AC573數(shù)據(jù)鎖存器的真值表。軟件設(shè)計：1）初始化點陣清屏；2）將4字節(jié)數(shù)據(jù)送入4列，掃描第一行；將4字節(jié)再次送入鎖存器，掃描第二行，依次類推……顯示一個漢字。電路接線表如表1所示。調(diào)試結(jié)果演示技術(shù)要求與指標如表2所示。項目總結(jié)：點亮LED，一般要求的電平持續(xù)時間是1 ms；時間過短，LED將不能充分點亮；時間過長，顯示的字可能不停閃爍。

作為一個單體的實訓(xùn)項目，學(xué)生的學(xué)習(xí)重點和難點是LED點陣顯示的原理和利用字模提取軟件進行任意漢字的編碼。根據(jù)項目的要求與配置，可以首先安排學(xué)生畫出LED點陣顯示廣告牌的電路原理圖；然后根據(jù)其電路原理圖，繪制在YL-236型單片機競賽裝置上實現(xiàn)LED點陣顯示廣告牌項目要求的硬件模塊接線圖。這一重要的環(huán)節(jié)緊緊契合了全國職業(yè)學(xué)校技能大賽單片機控制項目對于模塊圖制圖方面的要求和規(guī)范。根據(jù)硬件模塊接線圖，接下來應(yīng)確定本項目硬件模塊的具體選擇和使用：主機模塊MCU01、電源模塊MCU02、顯示模塊MCU04三大模塊。同時增加設(shè)計了項目電路接線的表格。學(xué)生通過該表格的填寫，與前面的硬件模塊接線圖同步展現(xiàn)并再次印證了各個模塊之間關(guān)鍵連線的關(guān)系。學(xué)生在實際接線的操作中，由于LED點陣顯示屏模塊引腳的接線較多，此處建議使用合適長度的電子排線來完成接線，使模塊間的連接關(guān)系顯得更為清晰，所有模塊的+5 V電源與地彼此之間相連接，并且可以將控制信號連接線、電源連接線使用尼龍扎帶捆扎固定、整理整齊。

值得注意的是，在選擇了所需的模塊之后，限于YL-236型單片機競賽裝置的空間，必須考慮如何進行合理、方便的模塊布局，使得走線符合電路的電氣特性并且整體的格局美觀。

確保硬件連接準確無誤后，進入該項目總體的軟件設(shè)計階段，在此之前，學(xué)生需要掌握的知識點：1）了解LED點陣顯示屏的原理；2）能分析LED點陣顯示屏的數(shù)據(jù)刷新率的含義；3）能利用字模提取軟件進行任意漢字的編碼；4）能編寫基本的動態(tài)掃描驅(qū)動程序；5）能讀懂74AC573數(shù)據(jù)鎖存器的真值表。儲備知識完畢后，啟動軟件的整體設(shè)計流程。對于本項目的程序需求分析，可以采用頂層分解的方式來降低學(xué)生學(xué)習(xí)的理論重心，其實質(zhì)即為LED顯示屏的控制與顯示，程序設(shè)計步驟：初始化16×32的LED點陣顯示屏，清屏；將4個字節(jié)的數(shù)據(jù)分別送至4個列，并掃描第一行；將4個字節(jié)再次送入鎖存器，并掃描第二行，依次類推……直至顯示出一個漢字。

在具體驅(qū)動程序的編寫過程中尤為值得一提的是，與一切顯示圖像的設(shè)備一樣，LED點陣顯示屏也需要一定的數(shù)據(jù)刷新率。實踐證明，只有數(shù)據(jù)刷新率在不低于50幀/秒時，人眼才感覺不到閃爍。因此，人的視覺暫留效應(yīng)正是設(shè)計要求每秒鐘最低掃描LED點陣顯示屏50次的原因所在，學(xué)生也可以自己通過使用模塊做相應(yīng)的測試來證實這一實用技巧。另外，LED具有一定的響應(yīng)時間和余輝效應(yīng)，點亮LED一般要求的電平持續(xù)時間是1 ms，若時間過短，LED將不能充分點亮；若時間過長，顯示的字可能不停閃爍。當LED點亮后撤走電平，它不會立即熄滅，這樣從左向右掃描完一幀，看起來卻是同時點亮的。

如此由淺入深、以不同知識和技能的重組形式，讓學(xué)生能夠從每一個項目實施過程中的技能需求自然過渡至向理論方向?qū)で蠼缍ㄏ嚓P(guān)知識的外延和內(nèi)涵。在成功進行系統(tǒng)軟硬件聯(lián)合調(diào)試的基礎(chǔ)上，學(xué)生還將完成配套設(shè)計的項目任務(wù)書、工作單、工藝表或調(diào)試結(jié)果演示技術(shù)要求與指標等項目開發(fā)資料，著重培養(yǎng)應(yīng)用能力和解決問題的實際工作能力。

每個項目的質(zhì)量考核評價表的設(shè)計借鑒了全國技能大賽單片機控制裝置安裝與調(diào)試項目的評分項目和評分標準，一般考量學(xué)生在職業(yè)與安全意識、模塊元件連接工藝、制圖準確性與規(guī)范性、實現(xiàn)的功能性等方面的完成度，使普通的學(xué)生在常態(tài)的單片機裝調(diào)項目技能訓(xùn)練中也能夠體驗到國賽賽程中的嚴格和規(guī)范性。

由上述項目實例LED點陣顯示廣告牌可見，在應(yīng)用YL-236型單片機競賽裝置開發(fā)實訓(xùn)教學(xué)項目或設(shè)計工作任務(wù)時的基本思路可以總結(jié)為：圍繞該競賽裝置的正常工作，首先考慮需要應(yīng)用它提供的哪些模塊的元件去采集外部信息，處理這些輸入信號將使用到單片機的哪些控制指令，如何編寫控制程序；其次，需要應(yīng)用該競賽裝置提供的哪些模塊的元件處理輸出信號，執(zhí)行對裝置的控制；最后，對于綜合性單片機實訓(xùn)項目的規(guī)劃更可以變化多樣，根據(jù)控制系統(tǒng)不同的動作要求、意外情況處理方式等，使用不同的模塊、應(yīng)用不同的控制電路和編寫不同的單片機控制程序?？傊词窃谝研纬傻幕镜暮唵雾椖康膯纹瑱C競賽裝置安裝與調(diào)試能力的基礎(chǔ)上，提升學(xué)生設(shè)計綜合應(yīng)用方案的能力。

5 結(jié)語

基于YL-236型單片機競賽裝置實訓(xùn)教學(xué)項目的開發(fā)，注重在學(xué)生單片機軟件與硬件聯(lián)合調(diào)試技術(shù)方面能力的培養(yǎng)，強調(diào)了呈現(xiàn)項目的結(jié)果，充分展現(xiàn)了當代職業(yè)教育的特色。常州劉國鈞高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校在全國職業(yè)學(xué)校技能大賽單片機控制裝置安裝與調(diào)試項目中獲得的優(yōu)異成績亦得益于在爭創(chuàng)國家示范性高等職業(yè)院校建設(shè)中的課程改革、師資隊伍、實訓(xùn)基地等方面取得的長足發(fā)展。

新的職業(yè)教育理念已經(jīng)深深印入教師的心中，此時正是將全國技能大賽的成果有效地轉(zhuǎn)化為常態(tài)教學(xué)成果的大好時機。在全國職業(yè)學(xué)校單片機控制項目技能大賽總體指導(dǎo)思想的指引下，在借鑒汲取以往比賽項目經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，基于YL-236型單片機競賽裝置實訓(xùn)教學(xué)項目的開發(fā)，將競賽設(shè)備作為廣大學(xué)生在常規(guī)課程中時刻接觸的實訓(xùn)載體，使人人均有機會通過此設(shè)備參與技能大賽，真正形成人人參賽的新格局。

參考文獻

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