利用單片機(jī)進(jìn)行科技創(chuàng)新教育

1、利用單片機(jī)進(jìn)行科技創(chuàng)新教育摘要：（1）單片機(jī)的重要性（ 2）學(xué)習(xí)單片機(jī)的意義（3）初中生學(xué)習(xí)單片機(jī)的可行性（實(shí)施方案）（4）例談單片機(jī)對(duì)學(xué)生科技素質(zhì)的培養(yǎng)關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)、智能控制、科技素養(yǎng)、科技創(chuàng)新作者名：閆長(zhǎng)青作者單位：北師大三附中作者簡(jiǎn)介：閆長(zhǎng)青，畢業(yè)于首都師范大學(xué)物理系，從事單片機(jī)小組教學(xué)三年。利用單片機(jī)進(jìn)行科技創(chuàng)新教育在微型計(jì)算機(jī)的大家族中，單片微型計(jì)算機(jī)（單片機(jī)）更是引人注目，一塊單片機(jī)就是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)做在一塊大規(guī)模的集成電路芯片上?？芍^ 麻雀雖小 , 五臟俱全 ，是實(shí)現(xiàn)“信息采集與處理”的核心。單片機(jī)的出現(xiàn)為工業(yè)自動(dòng)化控制、智能儀器儀表、 家用電器以及高級(jí)玩具等方面開(kāi)辟了廣闊的

2、研究道路， 那些標(biāo)有“電腦控制”“智能控制”的產(chǎn)品，都是單片機(jī)在“唱主角” 。單片機(jī)的應(yīng)用大到衛(wèi)星、導(dǎo)彈，小到洗衣機(jī)、微波爐，都有它們的蹤影。在自動(dòng)控制領(lǐng)域很難找到?jīng)]有使用單片機(jī)的。單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)、技能的學(xué)習(xí)內(nèi)容，蘊(yùn)含著數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、數(shù)字信息技術(shù)、 電子技術(shù)等學(xué)科知識(shí)的聯(lián)系， 有利于多方面教育內(nèi)容的整合和學(xué)生綜合視野的形成。這些內(nèi)容具有廣泛的生長(zhǎng)點(diǎn)， 有利于內(nèi)容的橫向和縱向聯(lián)系。但當(dāng)前市場(chǎng)上多數(shù)單片機(jī)價(jià)格高且模塊集成度高， 往往掩蓋了智能控制的基礎(chǔ)原理，給學(xué)生帶來(lái)新奇、神秘的背后是不明所以的茫然。 DP801 系列單片機(jī)，是專(zhuān)為中小學(xué)生設(shè)計(jì)的科學(xué)普及教育器材。它的操作指令系統(tǒng)只

3、有 17 條宏指令，編程、操作、應(yīng)用比較貼近學(xué)生的生活實(shí)際，可以開(kāi)闊學(xué)生視野，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)技術(shù)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)文化知識(shí)和技能解決實(shí)際問(wèn)題的能力，是提高學(xué)生科技素養(yǎng)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力一個(gè)很好的途徑。下面以智能車(chē)的制作與控制為例。 我們先從天意小商品批發(fā)市場(chǎng)買(mǎi)了一輛雙電機(jī)的坦克車(chē)， 我和學(xué)生拆開(kāi)發(fā)現(xiàn)它的雙電機(jī)是用一對(duì)線控制， 無(wú)法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。 我們只好從通用公司又買(mǎi)了 6 輛遙控車(chē)，雙電機(jī)分別由一對(duì)線控制， 連接單片機(jī)后輸入程序果然能獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)。如何調(diào)整兩對(duì)連接線，使得輸入0000；0002；10 00 時(shí)兩側(cè)車(chē)輪均正轉(zhuǎn)，使學(xué)生懂得了電機(jī)轉(zhuǎn)向與電流方向有關(guān)系。單片機(jī)、電池盒

4、、繼電器要和車(chē)子組裝在一起，怎么辦？同學(xué)們自己動(dòng)手用三合板給小車(chē)做了一個(gè)漂亮的車(chē)殼。 設(shè)計(jì)、繪圖、鋸割、鉆孔、打磨、膠粘、安裝、修改，這車(chē)組裝好了， 學(xué)生們也成了小木匠了。 欣賞自己的小車(chē)就像大人欣賞自己的愛(ài)車(chē)一樣陶醉和自豪。要想讓小車(chē)扎氣球，怎樣才能讓小車(chē)走預(yù)定的長(zhǎng)度再拐90 度的直角彎呢？這就要尋找路程與時(shí)間的關(guān)系， 轉(zhuǎn)角與時(shí)間的關(guān)系。 同學(xué)們學(xué)會(huì)了研究方法： 首先做實(shí)驗(yàn)，讓時(shí)間以 0.1 秒遞增，分別記錄時(shí)間與路程的對(duì)應(yīng)關(guān)系， 然后尋找規(guī)律。數(shù)據(jù)記錄了滿(mǎn)滿(mǎn)一篇紙， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)前十幾次還能找到規(guī)律， 后來(lái)就亂了。 排查原因發(fā)現(xiàn)是電池電量變化造成的， 只好第二天充滿(mǎn)電再找規(guī)律。 第二天轉(zhuǎn)移到操

5、場(chǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果數(shù)據(jù)與昨天在樓道里有較大出入， 分析結(jié)果是摩擦力的影響。 經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次實(shí)驗(yàn)， 終于可以做到想讓它走多遠(yuǎn)就走多遠(yuǎn)、 想轉(zhuǎn)多少角度就轉(zhuǎn)多少角度?？稍鷼馇?qū)崙?zhàn)結(jié)果并不理想，因?yàn)檐?chē)會(huì)跑偏。比賽歸來(lái)，同學(xué)們就開(kāi)始解決這個(gè)問(wèn)題，用膠布加大車(chē)輪直徑、用透明膠帶減小輪子摩擦、調(diào)緊齒輪 ，用盡了能想到的辦法，雖然沒(méi)有成功，但我們畢竟找到了幾種不能用的方法。智能車(chē)接力就是給小車(chē)裝上眼睛（傳感器） ，眼睛看到黑道沒(méi)反應(yīng)，看到白道時(shí)就作出反應(yīng)（產(chǎn)生電勢(shì)差），把這個(gè)信號(hào)傳給大腦 （單片機(jī)），大腦作出判斷（設(shè)定的程序），控制（通過(guò)繼電器開(kāi)關(guān)）腳下動(dòng)作（前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎） 。這樣淺顯的解釋使得學(xué)生對(duì)智能化控制

6、有了初步的認(rèn)識(shí)， 并產(chǎn)生濃厚的興趣。眼睛裝好了，怎樣讓它發(fā)揮作用？這就需要編寫(xiě)兩個(gè)包含智能判斷的單片機(jī)程序。 這對(duì)初一的孩子來(lái)說(shuō)是個(gè)挑戰(zhàn)。 為此我先讓學(xué)生搞清楚智能車(chē)的動(dòng)作過(guò)程， 再轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)流程，最后再編出程序。（1）小車(chē)前進(jìn)，左輪出線右轉(zhuǎn)，右輪出線左轉(zhuǎn)，都沒(méi)出線直行。（2）流程如下：開(kāi)始小車(chē)前進(jìn)沒(méi)看見(jiàn)沒(méi)看見(jiàn)左眼看見(jiàn)白道？右眼看見(jiàn)白道？看見(jiàn)看見(jiàn)停右輪停左輪看見(jiàn)看見(jiàn)左眼看見(jiàn)白道？K 2 是否斷開(kāi)？沒(méi)看見(jiàn)沒(méi)看見(jiàn)開(kāi)始小車(chē)前進(jìn)沒(méi)通沒(méi)通0 號(hào)觸點(diǎn)是否通？1 號(hào)觸點(diǎn)是否通？通通停右輪停左輪通通0 號(hào)觸點(diǎn)是否通？1 號(hào)觸點(diǎn)是否通？斷斷（ 3）在流程圖的基礎(chǔ)上，我們最終編寫(xiě)出了如下程序（以1 號(hào)車(chē)為例， 0

7、0 為左輪， 01 為右輪，作傳感器接0 號(hào)觸點(diǎn)，右傳感器接 1 號(hào)觸點(diǎn)）：地址指令機(jī)器碼注釋0.0.0000左輪前進(jìn)正常情況0.2.0002右輪前進(jìn)0.4.080015左邊不出軌測(cè)右輪檢測(cè)左側(cè)0.7.0102左邊出停右輪左側(cè)出軌停右輪0.9.090007左邊沒(méi)進(jìn)入軌道繼續(xù)停右輪1.2.080000左邊進(jìn)入軌道轉(zhuǎn)正常1.5.080104右邊不出軌測(cè)左輪檢測(cè)右側(cè)1.8.0100右邊出軌停左輪右側(cè)出軌停左輪2.0.090118右邊沒(méi)進(jìn)入軌道繼續(xù)停左輪2.3.080100右邊進(jìn)入軌道轉(zhuǎn)正常這個(gè)程序一開(kāi)始設(shè)計(jì)為小車(chē)每前進(jìn)一小段距離就停車(chē)判斷， 所以小車(chē)速度很慢，大約一圈 17 秒。學(xué)生們想到能不能不停下來(lái)呢？于是我們反復(fù)探討、 試驗(yàn)、修改，終于編出了這個(gè)程序。 小車(chē)又快又穩(wěn)，測(cè)試的最好成績(jī)?yōu)橐蝗?7 秒多一點(diǎn)。這個(gè)程序編寫(xiě)過(guò)程中學(xué)生的邏輯思維能力得到了極大的鍛煉， 學(xué)生自我感覺(jué)好像豁然開(kāi)朗，一下子聰明了許多似的。單片機(jī)小組同學(xué)們通過(guò)一個(gè)學(xué)期