《LED流水燈的制作》課例設計

1、項目名稱：LED流水燈的制作一、學習項目確定項目名稱：LED流水燈的的制作二、課例背景介紹課程目標分析:單片機應用技術是電子技術應用專業(yè)的一門專業(yè)主干課程，旨在通過該課程的學習，使學生舉辦本專業(yè)的高素質勞動者和中級技術應用性人才所必需的單片機系統(tǒng)的設計、裝配與調試所必備的知識與技能，其課程目標主要為： 了解單片機的組成和工作原理。 能編寫常見的單片機應用軟件代碼。 能使用單片機仿真軟件進行輔助設計或仿真分析。 能依據(jù)原理圖完成應用系統(tǒng)的實物裝配。 了解單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)流程。 能借助網(wǎng)絡查找電子技術資料。 其它方面的綜合職業(yè)能力如：合作、計劃、溝通等能力。項目分析：該項目是電子技術應用專業(yè)單

2、片機應用技術課程的一個項目，本課例以制作LED流水燈為載體，選擇AT89C51為主要元件，著重從應用角度制作一個具有一定功能的樣品，涉及單片機及其外圍電路設計、二極管單向導通、延時程序、數(shù)據(jù)傳送指令、移位指令、轉移控制指令等多個知識，要求學生會使用PROTEUS軟件進行仿真調試，這些對學生職業(yè)能力的培養(yǎng)都會有較強的作用。同時由于該項目綜合有多個知識點及較全面的能力要求，故該項目可以作為本課程一個階段性的綜合項目。學生能力基礎分析：該項目是學生在學習單片機應用技術的第二個入門項目。學生已經(jīng)學習過電子技術基礎，對半導體器件的性質、集成電路的應用有了一定的認識與了解，同時通過電子裝配的實訓，在動手方

3、面也已經(jīng)有一定的基礎，學生自身具備完成本項目的基礎條件。在第一個項目“初識單片機”的基礎上但學生首次利用單片機制作一個實物電路，一定要想方設法培養(yǎng)他們求知的欲望和鉆研的興趣。前期知識與技能要求：計算機基本技能l 軟件的安裝與操作技能 l 上網(wǎng)查找資料的技能電子技術基礎知識l 模擬電路二極管、三極管等分立元件相關知識l 數(shù)字電路數(shù)碼管、譯碼、編碼、計數(shù)器等相關知識l 集成電路芯片相關知識電子電路制作與調試 l 萬用表、示波器、穩(wěn)壓電源等常用電子儀器儀表的使用l LED、電阻、電容等常用電子元件的識別與使用l 電子電路的焊接表1三、學習目標設定依據(jù)本項目的內容特點、課程標準的要求，設定如下學習目標

4、：類別目標描述職業(yè)素養(yǎng)與能力知識與技能（知道什么）（會做什么）n 單片機如何控制燈的亮滅及閃爍時間n 如何使亮點移動n 如何設計和調用延時程序u 具備識別單片機的引腳與合理使用其功能的能力。u 能利用網(wǎng)絡資源解決問題。u 能高質量安裝與調試簡單電路，具有排除簡單電路故障的能力。u 具備一定的文字說明能力。u 養(yǎng)成嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。u 有與人合作的團隊意識。過程與方法（要做什么）（達到什么）n 通過團隊合作，學會制定工作計劃與協(xié)作工作。n 通過仿真軟件，學會在虛擬環(huán)境下進行電路模擬仿真實驗n .通過對工作過程中有關參數(shù)的記錄與反思，能正確撰寫項目工作報告。情感態(tài)度與價值觀（形成什么）（成為什么）n

5、 組織合作學習過程，培養(yǎng)良好的合作意識與團隊精神。n 通過電路的安裝，形成嚴謹、規(guī)范的工作作風和工作態(tài)度。表2四、學習任務描述（主體是“人”）學習過程（學習者）學習任務描述（強調過程）學生活動教師活動項目準備階段獲取資訊針對現(xiàn)在市場上很流行的五顏六色“跑馬燈”“霓虹燈”，我們決定讓我們的發(fā)光二極管（LED）也亮起來。1制作一個流水燈電路。2描述任務：用單片機控制八個LED從左到右依次點亮，循環(huán)不斷。談一談LED的應用了解項目任務書的內容描述工作任務制定計劃1討論電路方案：2確定各階段的工作任務3確定人員的分工與協(xié)作。查一查1、單片機基本連接2、LED連接引導學生上網(wǎng)查找相關資料討論決策1、確定

6、本項目實施中被采用的電路方案。2、講解基本指令功能及程序調用方法3、在Proteus 軟件中搭建模擬電路4、用Proteus 軟件編寫ASM 格式程序并編譯得到 HEX格式文件議一議聽一聽主持討論確定方案演示仿真項目實施階段合作實施1根據(jù)原理圖搭建實物電路。2編寫匯編程序源代碼并編譯通過。做一做指導調試檢查1通過編程器將HEX文件下載到AT89C51芯片中，通電觀察實際運行效果2編制有關項目說明文本。做一做指導答疑解惑項目完善階段交流評估1評價項目作品完成質量。2評價學習過程，評價形式：自我評價、小組互評、老師評價。說一說1制定學習成果評估標準。2產(chǎn)品的質量檢驗技能。表3五、學習內容組織（主體

7、是“項目”）能力訓練項目名稱對應單項任務名稱擬實現(xiàn)的技能目標需要掌握的知識點訓練手段項目二LED流水燈任務一：單燈亮滅能夠進行單片機基本連接能夠用單片機控制單燈亮滅位操作指令SETB bitCLRB bitI/O口的使用二極管單向導通性將項目分解為幾個較小的、循序漸進的任務，輔之以Proteus軟件進行仿真教學，最后通過實物電路的裝配和調試實現(xiàn)做中學，學中做的目標任務二：延時程序會編寫延時程序能夠使燈的狀態(tài)延時一段時間控制轉移指令DJNZ Rn,rel掌握寄存器A,Rn的使用方法標號及子程序調用任務三：亮點循環(huán)移動能夠設計LED顯示電路能夠編寫基于軟件延時的彩燈循環(huán)控制器的程序移位指令RL A

8、RR A累加器A的使用表4六、教學情境創(chuàng)設1創(chuàng)設項目的問題情景：如今，發(fā)光二極管（LED）廣泛應用于社會生活，今天，我們的學習任務是要制作一個LED顯示電路，我們需要一個什么樣的信號才控制這個燈呢？2創(chuàng)設自主的學習情景：在課前的教學準備階段，要求各學習小組通過上網(wǎng)查閱電路的技術資料，了解AT89C51的外形、封裝、內部電路原理、各引腳作用、二極管及其驅動電路的設計。學生學會上網(wǎng)查閱資料對于學生的后續(xù)自主學習能力的提高有重要作用。3創(chuàng)設交流的學習情景：在電路方案的確定教學環(huán)節(jié)中，老師可以根據(jù)學生課前自主學習的情況，組織學生展示各自的學習成果，交流各小組對產(chǎn)品工作狀態(tài)的分析及確定的電路，通過仿真軟

9、件對設計電路進行仿真測試，從而確定一個較完善與成熟的電路作為裝配電路，這一設計可以提高學生的探究能力。在方案的實施環(huán)節(jié)，每個項目學生分組實施，硬件電路的設計和軟件程序的編寫必須由專人實施。4創(chuàng)設協(xié)作的仿真情景：在企業(yè)的裝配線上，各崗位工種的工作任務不相同，但共同的目標是完成產(chǎn)品的生產(chǎn)。在本項目的學習過程中可以創(chuàng)設這樣一個仿真企業(yè)工作的情景，每一個小組中的學生分別完成裝配過程中的一道或二道工序，合作完成產(chǎn)品的裝配，這樣既培養(yǎng)了學生的合作意識又提高了學生的責任意識，因為每一道工序都會對最后的產(chǎn)品產(chǎn)生影響，每一個同學都要對這個產(chǎn)品負責。5創(chuàng)設評價的教學情景：小組評價：把各小組的產(chǎn)品貼上標簽，各小組對

10、其它各小組產(chǎn)品的裝配工藝及運行結果進行打分，最后進行匯總與平均，評定質量最好的作品，并有學校收藏；小組學生自評與互評：學生自己評價學習過程與學習成果、小組成員（長）對其它成員的工作進行評價、老師的評價按一定權重折合得各同學本次工作的學習成績七、教學資源準備時間資源，4課時材料資源，元件名稱型號數(shù)量Proteus中的名稱單片機芯片AT89C511AT89C51晶振12MHz1CRYSTAL電容22pF2CAP電解電容22uF1CAP-ELEC發(fā)光二極管8LED-RED電阻2208RES電阻1K1RES設備資源，電烙鐵、萬能電路板、示波器、萬用表等信息資源，網(wǎng)絡上網(wǎng)功能、仿真軟件Proteus環(huán)境

11、資源，計算機仿真室、電子裝配與調試室綜合實驗室資源使用策略分組合理使用表5八、教學過程實施教學步驟1：新項目的引入（教師講授）發(fā)光二極管（LED）廣泛應用于社會生活。制作一個流水燈電路。要求基于軟件延時，用單片機控制八個LED從左到右依次點亮，循環(huán)不斷。教學步驟2：展示學習目標（放幻燈片）LED顯示電路匯編指令硬件電路Proteus仿真軟件數(shù)據(jù)傳送指令位操作指令二極管及其驅動電路總線的使用繪制仿真電路編譯程序仿真調試控制轉移指令MOVSETBCLRDJNZ實物電路制作程序下載和燒錄圖1學習目標展現(xiàn)教學步驟3：指出本項目的學習過程（放幻燈片）LED流水燈項目分析項目控制要求設計單片機仿真電路學習

12、相關指令用匯編語言編程并編譯仿真電路模擬調試搭建實物電路下載程序并燒錄實物電路調試監(jiān)控拓展與延伸圖2 項目學習過程教學步驟4：分析項目控制要求（教師引領，學生分析）1、任務要求介紹：設計制作基于軟件延時的循環(huán)彩燈控制器2任務要求分析：用單片機控制八個LED從左到右依次點亮，循環(huán)不斷。教學步驟5：根據(jù)項目控制任務，設計仿真電路（圖3）1、 元件清單元件名稱型號數(shù)量Proteus中的名稱單片機芯片AT89C511AT89C51晶振12MHz1CRYSTAL電容22pF2CAP電解電容22uF1CAP-ELEC發(fā)光二極管1LED-RED電阻2208RES電阻1K1RES表6圖3 仿真電路單片機共有四

13、組輸入輸出口共計32個引腳，每組8個，可以用來接常見的輸入設備如按鈕、鍵盤和輸出設備如發(fā)光二極管、數(shù)碼管等。P1口在我們這個試驗中扮演著重要的角色，從圖上可知，發(fā)光二極管是由P1口驅動的，l同時大家要注意，p1口的輸出級是漏級開路的的形式，所以它應該外接上拉電阻以限制電流。教學步驟6：根據(jù)項目控制任務，學習相關指令和知識點。（教師講授，學生分析、回答、解決問題）單片機的應用系統(tǒng)由硬件和軟件組成，上述硬件原理圖搭建完成上電之后，我們還不能看到流水燈循環(huán)點亮的現(xiàn)象，我們還需要告訴單片機怎么來進行工作，即編寫程序控制單片機管腳電平的高低變化，來實現(xiàn)發(fā)光二極管的一亮一滅。軟件編程是單片機應用系統(tǒng)中的一

14、個重要的組成部分，是單片機學習的重點和難點。下面我們以最簡單的LED燈控制功能來介紹幾種軟件編程方法。任務一 單燈亮滅如何實現(xiàn)燈的亮滅？位操作指令SETB P1.0 CLR P1.0 如果要讓接在P1.0口的LED1亮起來，根據(jù)發(fā)光二極管的單向導電性可知，只要把P1.0口的電平變?yōu)榈碗娖骄涂梢粤耍幌喾?，如果要接在P1.0口的LED1熄滅，就要把P1.0口的電平變?yōu)楦唠娖剑?同理，接在P1.1P1.7口的其他7個LED的點亮和熄滅的方法同LED1。如果要使同時接在P1口的八盞燈亮，可以逐條使用上述語句，但這樣太麻煩了，有沒有好一點的方法呢？可以采用如下指令MOV P0,#FFH 結合Proteu

15、s單片機仿真軟件觀察現(xiàn)象，重點觀察輸出端電平狀態(tài)的變化對燈狀態(tài)的影響（紅點為高電平，藍點為低電平）任務二 單燈閃爍在單片機的實時系統(tǒng)中，常常用到延時操作。實現(xiàn)延時方法有兩種：硬件延時和軟件延時。硬件延時是利用單片機的定時計數(shù)器功能來實現(xiàn)，不影響CPU效率，延時精確。本任務主要介紹軟件延時，其基本原理是讓計算機重復執(zhí)行一些無實際意義的指令，從而達到延時目的。延時功能可以通過編寫延時子程序實現(xiàn)。該子程序模塊相對固定，適合于精確程度和效率要求不高的一些場合，可以在一個程序中被反復調用，只需稍稍修改一些參數(shù)值也可實現(xiàn)不同時間的延時。上面剛才講的程序雖然在理論上可以讓燈閃爍一次，但在實際操作中你是看不到

16、的，因為計算機的運算速度實在是太快了（作為單片機的指令的執(zhí)行的時間是很短，數(shù)量一般為微秒級），你的肉眼是看不出來這個燈眨了一下眼睛，所以我們還必須想辦法插入延時程序,讓亮滅的狀態(tài)再持續(xù)一段時間。延時程序是如何設計呢？下面具體介紹其原理：機器周期，就是機器訪問一次存儲器所用的時間；晶振周期，就是機器周期的來源，振蕩源的周期，一個機器周期包括12個晶振周期； 若按一個12M的晶振，T=1/f，晶振周期T1/12s，所以一個機器周期是1s 指令周期：單片機執(zhí)行一條指令需要的時間。一個指令周期通常含有14個機器周期。各指令的機器周期數(shù)請參閱附錄A，例如MOV為單周期指令， DJNZ為雙周期指令。如果要

17、求的閃爍時間間隔為0.2秒,流程圖如下模塊一：一秒延時子程序DELAY1S:MOV R5,#20D1:MOV R6,#20D2:MOV R7,#248DJNZ R7,$DJNZ R6,D2DJNZ R5,D1RET 圖4DJNZ 為減1不為零指令。此程序采用三重循環(huán)結構，先運行第5行代碼操作，每次減1，直到R7 減到0為止。再運行第六行代碼對 進行減1操作，若不為0則轉移到標號 D1 處運行，此時將 R6 賦值再次進行減法內循環(huán)。當R6 減為0時，程序運行到第7行轉到標號 D1 處開始外循環(huán)。執(zhí)行的次數(shù)為R7,R6,R5的乘積，如R7=50,R6=100,R5=100總延時時間為2s R7R6

18、R5= 2s 50100100=1S說明：1. 模塊中R7,R6,R5為通用寄存器，取值范圍為12552. 可以改變循環(huán)嵌套的層數(shù)來實現(xiàn)更長或更短時間的延時3. 可以通過在調用前單獨對外層循環(huán)計數(shù)器賦值來實現(xiàn)多種延時時間。任務三 亮點循環(huán)移動RL A 這條指令的功能是：把累加器a中的內容向左移動一位，最高位的內容A7被移動到最低位A0，圖示如下：l順便說一下累加器a，它是單片機中的最常用的寄存器，大部分單操作數(shù)的指令都以a作為操作對象（例如rl a）；也有很多雙操作數(shù)指令的一個操作數(shù)取自a（例如mov a,#00h）；還有加、減、乘、除等算數(shù)指令的運算結果也經(jīng)常保留在a中，或者ab寄存器對中。

19、l所以我們的程序就可以這樣來實現(xiàn)啦：首先給a賦值，再輸出到p0；實現(xiàn)流水燈效果然后延時；接下來把a中的數(shù)進行左移。然后重復上面的過程就可以實現(xiàn)流水燈效果啦。教學步驟7：用匯編語言編程并編譯可以利用KEIL軟件實現(xiàn)（具體看項目一中的任務三）也可用Proteus自帶編譯功能實現(xiàn)。LED亮點循環(huán)左移的源程序代碼如下：ORG 0000H MOV A,#0FEH LOOP: MOV P0,A LCALL DELAY RL A AJMP LOOP DELAY: MOV R6,#02H DEL1: MOV R5,#0FFH DEL2: DJNZ R5,DEL2 DJNZ R6,DEL1 RET END 首先

20、在源文件菜單下選擇添加刪除源代碼，出現(xiàn)如圖所示對話框，選擇目標處理器和代碼生成工具如圖所示。并新建或選擇源文件并編輯（注意：加后綴名為ASM）。然后在同一菜單下選擇“全部編譯”。若編譯通過會自動生成后綴名為HEX格式的文件。圖5l教學步驟8：仿真電路模擬調試Proteus 軟件中繪制仿真電路，然后雙擊單片機芯片，將生成的HEX格式的文件加載，最后按左下方的開始按鈕即可運行仿真，查看實驗效果。圖5教學步驟9：搭建實物電路仿真驗證通過后，我們就可以搭建實物電路教學步驟10：下載程序并燒錄到AT89C51芯片中可以用USB單片機編程器下載程序Easy 51Pro.exe軟件使用 程序啟動后，會自動檢

21、測硬件及連接，狀態(tài)框中顯示“就緒”字樣，表示編程器連接和設置均正常。否則請檢查硬件連接和端口設置。 把單片機芯片正確地放到編程器的相應插座上，注意，芯片的缺口要朝向插座的把手方向。 芯片放好后，就可以對芯片進行讀寫操作了，讀寫操作按下面的步驟進行： 1、程序運行，請先選擇器件（點下選框） 2、用“打開文件”選擇打開要編寫的.HEX和BIN文件 3、用“保存文件”可以保存讀出來的文件 4、用“擦除器件”擦除芯片 5、用“寫器件”編程 6、用“讀器件”讀取芯片中的程序，加密的讀不出來 7、用“校驗數(shù)據(jù)”檢查編程的正確與否 8、用“自動完成”自動執(zhí)行以上各步驟 9、用“加密”選擇加密的級數(shù) 10、如果只需要燒寫程序到單片機上，在第一步打開文件以后可以直接按下“自動完成”，程序會自動執(zhí)行插除、寫器件、檢驗數(shù)據(jù)等操作，同時還可以自定義熱鍵，實現(xiàn)熱鍵操作，方便快捷。 教學步驟11：對學生所完成的項目進行質量評價，具體評價方式如下表。（學生操作，教師評分）考核項目考核要求配分評分標準扣分得分系統(tǒng)安裝1會正確識別元器件2按圖完整、正確及規(guī)范接線3焊點光滑，無虛焊301元件松動一處扣2分，損壞一處扣4分2錯、漏線每處扣2分3反圈、壓皮、松動，每處扣2分4錯、漏，每處扣1分編程操作1會