电子密码锁毕业设计
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电子密码锁毕业设计范文第1篇
关键词：单片机；实践教学改革；创新人才培养
Exploration and application on the reform of practical teaching for MCU
Zhang Ying1， Yang Puqiong2， Wu Wei1， Hu Yurong1
1.School of mechanical engineering， university of south China， Hengyang， 421001， China
2.School of electrical engineering， university of South China， Hengyang， 421001， China
Abstract： Practical teaching is a very important part in MCU course. According to the problems of present MCU practical teaching， it discusses the practical teaching innovation of MCU in order to train innovative talents. By using project-driven mode and the virtual technology， it combined theory teaching， experiment course design， extra curricular scientific activities organically， and gains a good effect.
Key words： MCU； practical teaching reform； innovative talents training
单片机原理及应用课程是高校计算机、自动化、测控技术及机械等专业的一门必修课程。该课程具有很强的理论性与实践性，在实际教学过程中，必须将理论教学与实践教学紧密结合，才能使学生真正掌握单片机的基础知识并灵活运用于生产实践。
1 单片机实践教学的现状
目前，高等学校单片机实验室存在的主要问题是教学内容不足和教学手段落后[1]。验证性实验成了单片机的主要实验类型，实验过程中所用的编程语言为汇编语言。验证性实验的定位是学生根据实验指导书来操作。实验指导书上有实验内容、实验原理、程序流程图和硬件接线。由于实验课时有限，教师只能简单地讲授一下实验的基本思路和操作方法，导致学生在整个实验过程中具有一定的盲目性。学生也没有循序渐进地去思考实验的意义，只是跟着做了一遍，严重影响了实验教学效果。这样对学生有三方面不利的影响。（1）学生缺乏对硬件的认识，因为实验箱的构造是模块化，学生看不到内部真正的结构。（2）学生的动手能力以及综合应用能力没有得到提高。（3）学生在校期间学习的单片机知识和社会需求有一定差距。因为现在社会上使用的单片机编程都是C语言，而学生仍然使用汇编语言。
2 单片机实践教学内容与方法的改革
2.1 项目导向代替知识体系导向
对单片机应用系统进行基本的开发是单片机课程教学的目的。大部分高校单片机课程教学大纲都要求几十个学时的理论学习和若干学时的实验，但是教学效果不理想。教师使用传统的教学方法，在教学中以知识体系为导向。而单片机课程的特殊性在于它与实践联系非常紧密，并且包含多门课程的知识，教师和学生都觉得比较难掌握。经过探索与研究，我们对这门课开展项目导向教学法。学生在教师指导下亲自操控项目的全过程，在这一过程中学习掌握教学大纲的内容。学生全部或部分独立组织、安排学习行为，解决项目实施中遇到的困难。提高了学生的兴趣，自然能调动学习的积极性。因此，项目导向教学法是一种典型以学生为中心的教学方法，不再把将教师所掌握的知识技能传递给学生作为追求的目标，或者说不是简单地让学生按照教师的安排和讲授去得到一个结果，而是在教师的指导下，学生去寻找得到这个结果的途径，最终得到结果，并进行展示和自我评价，学习的重点在于学习过程而非学习结果，他们在这个过程中锻炼了各种能力。教师已经不在教学中占主导地位，而是成为学生学习过程中的引导者、指导者和监督者，学生具有很高的积极性。
在单片机的实践教学中，以项目需求导入相关知识点，以电子产品设计作为任务，在任务实施过程中掌握课程所需的应用技能和知识点。学生在项目实践过程中，理解和把握课程所要求的知识和技能，体验创新的艰辛与乐趣，培养分析问题和解决问题的思维和方法。
2.1.1 项目的选取
将项目导向教学法引入到单片机课程中，关键之处是项目的设计。项目设计是否合理将直接影响到教学效果[2]。教师在设计项目时，应紧扣教学大纲并且结合实际应用，以提高学生的能力为目标。教师应从实用性、可行性、综合性3个方面来考虑。项目应注意理论与实际紧密联系，选择学生感兴趣的题目，难度也不宜过高。
交通灯、密码锁、双机通讯实验、抢答器、万年历、频率计、电机控制、电子屏显示、温度压力计等设计都是单片机实验室必做的项目。这些项目将单片机的理论知识和实际应用联系起来，难度适中。项目从简单到复杂、难度从小到大，引起学生的兴趣。学生经过对项目的认真学习，能独立设计小型的测控系统，而且建立了基本的系统综合概念。
2.1.2 项目的实施
在实施单片机项目时，4名学生1个组，根据教师下达的任务书来完成项目。每人的分工不同。1名学生负责设计机械本体、2名负责系统硬件设计、1名负责软件设计，最后大家一起进行系统的搭建与调试。在项目实施的整个过程中，小组成员能够齐心协力，互相配合，完成整个项目，最后还要写出完整的项目设计报告。图1为项目流程。
2.1.3 项目的评估总结
在项目导向教学法中，项目评估总结是非常重要的环节[3]。项目的评估总结实质是对学生完成的项目进行评价，以完成项目的质量为主，但是在打分时也考虑实施过程和项目的设计报告，并且对有创新点的学生进行加分。首先学生进行自我评估，然后再是教师对整个项目进行评估。教师在评估中要指出学生的问题，先让学生自己针对问题进行改进。如果学生没办法改进，教师再提出解决的办法。最后，教师和参与项目的各组学生一起进行总结和讨论，比较其他组方案和自己组方案的不同之处。学生和教师的能力均会在评估总结中得到提高。
2.2 虚拟实践与实际硬件实践相结合
Proteus软件是英国Labcenter electronics公司研发的EDA软件。Proteus软件不仅是模拟电路、数字电路、模/数混合电路的设计与仿真平台，更是目前世界上最先进、最完整的单片机系统设计与仿真平台。它真正实现了在计算机上完成从原理图设计、电路分析与仿真、单片机代码级调试与仿真、系统测试与功能验证到形成PCB完整的电子设计、研发过程。Proteus软件支持数电/模电与处理器的协同仿真，真正实现了虚拟物理原型功能，在目标板还没有投产前，就可以对设计的硬件系统功能、合理性和性能指标进行充分调整，并可以在没有物理目标板的情况下，进行相应软件的开发和调试，进行完全的虚拟开发，明显提高开发效率，降低开发风险。教师在实验室采用Proteus仿真软件进行虚拟单片机实验，优点立即显现出来，教师不必根据实验箱来制订实验内容。这就大大扩展了项目的范围，而且利用Proteus软件，必须自己进行硬件接线。学生必须对硬件非常熟悉，需要自己上网或者去书本中搜索芯片资料，锻炼了学生查找文献的能力，同时知识也得到了更新，不局限于书本中所讲的有限芯片数。只要有电脑，用Proteus软件随时随地都可以进行仿真。在调试好系统之后，再来进行实际的制版操作，则浪费的芯片数也降到了最低，使实验室硬件投入得到减小[4]。Proteus软件在仿真时，可以显现出单片机引脚的高低，扩展了芯片，则显现出芯片的地址等，这些优势是实验箱无法做到的。图2是基于Proteus软件做的密码锁设计。
3 结束语
实践教学在单片机教学中占有十分重要的地位，不断改革和探索实践教学的目的是为了提高单片机教学质量。实践表明：以项目开发过程为切入点，把虚拟与仿真技术引入单片机实践教学，这种创新实践教学模式使学生在项目实践过程中，理解和把握了知识与技能，体验了创新的艰辛与乐趣，培养了分析问题和解决问题的能力及团队合作精神。
参考文献
[1] 杨艳，董秀洁，程东旭.关于单片机实验室教学改革的几点思考[J].中国教育技术装备，2010，36（12）：134-135.
[2] 唐纬.基于“项目驱动”的单片机类课程实践教学改革[J].实验室研究与探索，2010，29（5）：130-132.
电子密码锁毕业设计范文第2篇
关键词：单片机；教学；Proteus；仿真
作者简介：张兰红（1968-），女，江苏盐城人，盐城工学院电气工程学院，教授；陆广平（1974-），女，江苏盐城人，盐城工学院电气工程学院，副教授。（江苏 盐城 224051）
基金项目：本文系盐城工学院2013年度教改研究项目“基于实践能力和创新能力培养的《单片机原理与接口技术》课程改革”的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）05-0076-02
单片机广泛应用于工业控制、汽车电子、机器人、通信、能源与军事等众多领域，成为电子技术智能化最普遍的手段，因而单片机课程已成为高校电气信息类专业重要的专业基础课程。[1，2]但在多年的教学实践中笔者发现学生的学习效果并不理想，有些同学在经过一个学期的学习后甚至连基本概念都建立不起来，根本谈不上进行单片机应用系统设计了。究其原因，最重要的一点是：单片机是一门涉及计算机硬件与软件的多学科综合性课程，实践性极强，[3]但在教学过程中枯燥繁杂的理论知识缺乏一种有效的方式进行及时演示与验证，使得学生理解与记忆困难。尽管该课程都有实验，但传统的实验教学只有十几学时，而且受实验时间与场地等条件限制，一般不能及时进行，因此该课程教学的理论和实践常常是脱节的，这导致学生学习困难、兴趣低、效率低。如何让学生通过单片机课程的学习尽快熟练掌握单片机原理及应用系统设计，英国Labcenter Electronics公司开发的用于电子电路和单片机系统仿真的软件Proteus解决了这一问题。为提高本门课程的教学效果和质量，笔者将Proteus仿真技术用于单片机教学的全过程，做到理论与实践随时相结合。具体做法介绍如下：
一、Proteus仿真在理论教学中的应用
1.建设基于Proteus仿真实例的教材
为了有一本起良好引导作用、实现理论与实践相结合的教材，笔者编写了机械工业出版社普通高等教育电气工程与自动化（应用型）“十二五”规划教材《单片机原理及应用》，[4]该教材特点为：以51系列单片机为主讲对象，加强Proteus仿真实例教学，每学完一个功能结构单元，均给出便于学生实践的Proteus仿真实例，大部分实例都是独立完整的单片机控制系统。通过对多个应用实例的仿真操作，使学生及时有效地掌握相关知识点，同时可模仿性地做出自己的系统，使学习过程是一个充满趣味的过程。当知识点全部学完，学生就具备了初步的开发单片机产品的能力。
2.设计基于知识点的仿真模型
针对51单片机的所有知识点，笔者都精心设计了Proteus仿真模型。[4]模型设计的原则一是帮助学生明确概念，解决重点与难点问题；二是尽量多与日常生活中的应用实例结合，加强趣味性与实用性；三是尽量多使用Proteus的调试功能，让学生明白单片机工作的详细过程。下面列举两个典型的例子。
（1）中断及其嵌套一直是较难理解的概念，设计了图1所示的仿真电路。图中要求单片机在主程序中控制P1口流水灯循环点亮，当外部中断INT0引脚出现负跳变时，P1口全部发光二极管亮5秒，当外部中断INT1引脚出现负跳变时，P2口所接的共阴极数码管显示数字“1”，保持时间为5秒。其中INT1为高优先级，INT0为低优先级。通过对中断寄存器的不同设置，该模型既可让学生观察在主程序执行过程中INT0与INT1分别出现负跳变，即发生单级中断时的效果，也可让学生观察INT0先出现负跳变、INT1后出现负跳变时的中断嵌套效果。通过对此仿真实例的编程、调试与运行，学生就很容易掌握中断与中断优先级嵌套等抽象概念的含义了。
（2）定时器/计数器T0、T1的工作原理较复杂，其原理涉及工作模式控制（选择定时器模式还是计数器模式）、运行控制（选择运行还是停止）、工作方式选择（选择不同计数范围的四种工作方式中的一种）和中断控制（计数溢出后如何处理）四部分。为了讲解定时器/计数器的工作原理，设计了图2所示的电子秒表仿真电路，使它从0～59s不停地计数。
但在晶振为12MHz的情况下，定时器四种工作方式中定时时间最长的一种也只有65.536ms，达不到1s，要达到1s的延时，只能采用多次中断的方式。因此实现秒表功能，笔者选择了定时器/计数器T0，让它工作在定时器模式；选择工作方式1，定时时间为50ms；每隔50ms中断1次，在中断程序中修改计数初值，并使中断计数器加1；中断20次时达到1s，此时在中断服务程序中除修改计数初值，使中断计数器清零外，还使输出到数码管的数值加1。
该仿真实例编程时需要对定时器T0的计数寄存器TH0与TL0、方式控制寄存器TMOD、控制寄存器TCON以及中断寄存器IE进行设置，用到了定时器的所有相关寄存器及全部控制，可使学生全面掌握定时器的原理与使用方法。
图2中秒表处于仿真运行状态，管脚上的红、蓝、灰块分别表示管脚电平为高、低和不定状态，色块可以帮助学生分析与调试电路。
3.进行基于Proteus仿真的现场教学
教师事先根据教学内容准备好Proteus仿真模型，课堂上讲解完相关知识点后，就运行Proteus仿真模型，使学生看到实实在在的运行现象或结果，增强教学的直观性、生动性和趣味性。
因目前绝大部分学生均有笔记本电脑，所以要求学生将电脑带进课堂。对于验证性实例要求学生用电脑与教师同步观察程序运行时寄存器、存储器和变量内容的变化，观察电路的工作状况及控制效果。在课堂上教师还现场指导学生对实例进行编程，设置单片机的特殊功能寄存器，调试并下载运行程序，观察运行结果。现场教学方式使学生及时理解相关知识点，掌握单片机内部功能部件与器件工作原理，领会抽象与复杂概念的含义。
4.开发用Proteus仿真的小实验型课后作业
对C51语言、单片机内部的定时/计数器、中断系统、并口、串口及可编程外设的课后练习，笔者都开发了大量的小实验型作业，[4]学生须利用Proteus仿真软件在自己的电脑上完成硬件电路的连接与软件程序的调试。鼓励学生写出不一样的答案，以调试结果通过为准。通过大量的课后练习，既促使学生掌握了知识点，也为真正进行设计性与综合性实验做好准备。
二、Proteus仿真在实验教学中的应用
1.进行全设计型虚拟实验
目前单片机实验教学中大部分实验器件以及电路都是预先固定在实验箱上的，学生缺乏自主搭建电路的机会；同时实验箱系统大，集成度高，验证性实验多，这些均导致实验过程不清晰。因此笔者要求学生用Proteus软件进行全设计型虚拟实验。方法为：每一次实验前将实验原理、所需元器件及实验要求提供给学生，学生首先要在理解原理的基础上，用Proteus软件搭接电路、编写控制程序、编译并下载到单片机、仿真运行，出现问题后再对电路和程序进行反复修改与调试，直到出现所需结果。如此完成一次完整的虚拟实验的过程接近于实际系统的开发过程，有利于学生理解和掌握单片机系统设计的原理和方法。
2.利用虚拟实验来指导实际实验
进行完Proteus全设计型虚拟实验后，大部分学生已经理解了电路的工作原理，并使用了充足的时间来进行程序的调试，这样可以有效地指导实际实验，保证实际实验的成功。
进行实际实验时，学生根据proteus虚拟实验结果，连接实际电路，下载程序并调试运行，在此过程中让学生初步体会仿真电路与实际电路的区别，将更多的精力用来解决实验中出现的各种实际问题上。有了Proteus虚拟实验的指导，实际实验一般会很快完成，剩余时间让学生进行各种设计性、综合性实验，或将课本中的实例拿到实验仪器上进行验证等。
三、Proteus仿真在课程设计中的应用
1.选择Proteus仿真与实际制作均可的题目
因课程设计时间较短，学生的独立工作能力较弱，为使学生充分体验单片机系统设计过程，首先由教师在选题上做精心准备，选取一些软件与硬件兼顾结合，工作量不是太大，用Proteus仿真模拟和实际制作均可行的题目，如：八路抢答器、滚动显示的点阵显示屏、电梯数字显示器、电子密码锁控制系统、电子琴、交通灯控制系统、波形发生器、数字电压表、温度显示器、电子钟等，以达到先仿真再用仿真指导实物制作的目的。
2.利用Proteus仿真指导实物制作
课程设计要求所有同学都完成印刷电路板作品。为了保证成功率，减少反复修改电路，重新制板等工作量，课程设计组织如下：第一步首先完成相关课题的proteus仿真设计，完成电路原理验证与控制程序的调试；第二步根据Proteus仿真结果，准备元器件，在多孔电路板上焊接电路，下载程序，调试实物作品；第三步根据多孔板实物调试结果完成硬件的PCB设计，加工PCB电路板，完成程序的下载与调试。
3.总结Proteus仿真与实际电路的差别
通过课程设计，大部分同学均深刻体会到单片机应用设计中Proteus仿真所起的非常有效的辅助作用，但也认识到仿真与实际电路之间还存在差别，部分同学反映课题用Proteus仿真能够实现，在实际电路中实现不了，还必须解决实际电路中出现的各种新问题。在课程设计结束后，笔者会组织学生讨论并总结Proteus仿真与实际电路的差别，促使学生用好Proteus仿真这个辅助工具。
四、结束语
笔者将Proteus仿真应用于单片机课程的理论教学，使学生及时有效地掌握了知识点；将Proteus仿真应用于实验与课程设计，使学生深刻体会了单片机应用系统设计的全过程，同时也认识到仿真不能完全代替实物，在实际应用中会遇到很多新的问题，只有将Proteus仿真和实际单片机应用系统的设计有效结合起来，才能真正锻炼自己的单片机软硬件综合开发能力。通过近两年将Proteus仿真引进单片机教学全过程的实践，学生普遍反映，该课程教学趣味性高，理解容易，有利于自己实践和创新能力的培养。有许多同学通过单片机课程的学习，学习热情被大大激发，自行购买了元器件或学习板，借助于proteus仿真的前期开发，很快做出了新产品，在各种电子大赛、创新课题与毕业设计中取得了优异的成绩。
参考文献：
[1]楼然苗，王世来.单片机实践教学改革与应用型人才培养[J].中国大学教学，2009，（3）：80-81.
[2]徐武雄.proteus软件在单片机课程教学中的应用[J].中国电力教育，2010，（10）：54-56.
