单片机应用技能实训教案--项目4.doc

1、单片机应用技能实训教案项目 4项目 4 电动机正反转控制电路制作任务 1 项目相关知识学习一、案头任务 项目相关知识学习授课时间 年 月 日 授课班级教学形式 讲授、讨论 授课时数 2 课时教学用具 多媒体 教学资源 项目 3 制作成品、课件课前准备教学目标 1、了解光耦的工作原理。2、掌握光耦与单片机的连接方法。3、理解直流电动机正反转控制原理。4、掌握项目相关指令的使用。教学重点 1、单片机与光耦的连接方法。2、直流电动机正反转控制原理。3、指令的使用。教学难点 1、电动机正反转控制原理接线。2、相关指令的灵活使用。教学过程 1、通过对单片机控制系统的分析，引出项目任务。2、光耦的工作原理

2、。3、光耦与单片机的连接方法。4、直流电动机正反转控制原理。5、相关指令。教学后记二、教学实施过程实施环节 教学内容 导学方法组织教学 1、检查学生出勤情况并做好记录。2、调整学生的注意力，为上课作准备。互动交流复习提问 1、如何实现单片机控制电路的人机对话？2、他激直流电动机如可完成正反转？本项目就要用单片机对直流电动机进行正反转控制。提问导思导入 单片机控制系统一般由三大部分构成，即输入部分（外部信息的采集、向单片机发布控制信息等） 、运算处理部分（由单片机系统构成，主要进行运算处理）和输出控制部分（将运算处启发学习积极性理结果输出控制相应机构） 。单片机系统的电源为+5V 电压，而输入输

3、出部分的电源电压经常是不等于 5V 的，如果直接通过电阻耦合在一起会导致相互干扰，从而使单片机控制系统的正常工作受到影响，所以常需要进行隔离，目前常用隔离方法是光电隔离和继电器隔离。 。讲授新课 一、光耦的工作原理光电耦合器也称光电隔离器，简称光耦，如图 4-2 所示。光耦的种类很多，单片机控制系统常用光耦有两种，其电路符号如图 4-3 所示，光耦一般由三部分组成：光的发射、光的接收和信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED） ，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过放大后输出。图 4-3图 4-4 是光耦电气原理接线示意图，当输入端发光二极管未接通电源（或反接）时，输出

4、端光电三极管截止，输出端所接负载 D1 熄灭，如图 4-4（a ）所示；当输入端接正向电压时，输出端光电三极管导通，输出端所接负载 D2 点亮，如图 4-4(b)所示。光电耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。二、光耦与单片机的连接光耦与单片机的连接方法如图 4-5 所示，为了方便仿真，我们采用了 5 个控制引脚的光耦（4 个引脚的光耦与单片机的连接与图 4-5 相似） 。图 4-5 中 U1 是光耦作为输入隔离器的接线方法，R3 为输入限流电阻，R1 为负载电阻；U2 是光耦作为输出

5、隔离器的接线方法，R2 为限流电阻，R4、D1 为输出端模拟负载。三、直流电动机正反转控制原理图 4-6 是永磁式直流电动机的正反转控制电路示意图，当两个开关都断开时，电动机两端通过两个继电器常闭接点接地，电动机停止。当闭合开关 SW1 时，继电器 RL1 线圈得电，其常开接点闭合，电动机左端通过 RL1 常开接点与电源正相接，电动机右端仍然接地，电动机正转，当断开 SW1 时，电路恢复原态，电动机停止。当闭合开关 SW2 时，继电器 RL2 线圈得电，其常开接点闭合，电动机右端通过 RL2 常开接点与电源正相接，用多媒体展示图 4-2要黑板上画出图 4-3用多媒体展示课件图 4-4.将图 4

6、-5画要黑板上或用多媒体展示，并作详细讲解。用多媒体展示电动机正反转控制课件。或将图 4-6画在黑板。电动机左端接地，电动机反转，当断开 SW2 时，电路恢复原态，电动机停止。四、项目相关指令1、指令复习MOV Rn，A ； Rn（A ）MOV A，Rn ； A（Rn）JB bit；rel ； 若（bit）=1，PC（PC）+relJNB bit，rel ；若（bit）=0，PC（PC）+relCPL bit ； bit（ ）bitMOV direct，A； direct（A ）MOV direct，#data ；directdata请将上面每条指令举两个应用例子。2、相关指令(1)数据传送类

7、指令 MOV A,direct ；A（direct）该指令的功能是将某一直接地址的数据传送到累加器 A 中，例如指令 MOV A，P1 的功能是将 P1 口地址的数据传送到 A 中。（2）位操作类指令 SETB bit ；(bit)1该指令的功能是将某一可位寻址位置 1，例如：SETB P1.0 ；将 P1.0 置 1SETB 20H.0 ；将 20H.0 置 1 CLR bit ；(bit)0该指令的功能是将某一可位寻址位清 0，例如：CLR P0.2 ；将 P0.2 清 0CLR 21H.1 ；将 21H.1 清 0（3）逻辑运算类指令 ANL A，#data ；A（A）data 该指令的

8、功能是将 A 中数据与立即数 data 按位逻辑与，结果存于 A 中。设（A）=36H，执行指令 ANL A，#52H 后， （A）=12H ANL direct,#data ；direct(direct)data该指令的功能是将某一直接地址中数据与立即数 data 按位逻辑或，结果存于该单元。设（30H）=56H，执行指令 ANL 30H，#0FH 后， （30H）=06H。 ORL A，#data ；A(A)data该指令的功能是将 A 中数据与立即数 data 按位逻辑或，结果存于 A 中。设（A）=36H，执行指令 ORL A，#52H 后， （A）=76H。由老师写出指令，请同学解释

9、作用并举出应用例子。相关指令介绍其作用及用法后，要再举几个应用例子，以使学生能灵活运用。 ORL direct,A ；direct(direct)(A)该指令的功能是将某一直接地址中数据与 A 中数据按位逻辑或，结果存于该地址中。该指令具体应用如下：ORL 30H，A ；30H（30H）（A）ORL P1，A ；P1（P1）（A）(4)伪指令 EQU ；等值命令，将某一个数或特定的汇编符号赋于一个字符名称。格式：字符名称 EQU 数或汇编符号例如：ORG 0200HAA EQU R7MOV A,AAEND等价于：ORG 0200HMOV A,R7END课堂小结 1、光耦的工作原理。2、光耦与单

10、片机的连接。3、永磁式直流电动机正反转控制电路工作原理。4、项目相关指令的使用。课后作业 自我测评 1 题、2 题、4 题。任务 2 电动机正反转控制电路硬件、软件设计一、案头任务 电动机正反转控制电路硬件、软件设计授课时间 年 月 日 授课班级教学形式 讲授、讨论 授课时数 2 课时教学用具 教学资源 课件、单片机应用制作成品课前准备教学目标 1、掌握光耦在单片机控制系统的应用方法。2、掌握电动机正反转控制电路的整体构成。3、掌握相关指令的使用。4、理解应用程序的编程思路。教学重点 1、光电隔离输出控制电路的整体构成。2、应用程序的的编程思路及相关指令使用。教学难点 1、控制电路的软硬件整体

11、考虑。2、输出驱动电路的理解设计。教学过程 1、复习光耦与单片机的连接方法及电动机正反转控制原理。2、根据项目任务由同学讨论设计硬件电路原理图。3、项目相关指令。4、应用程序流程图绘制。5、应用程序设计。教学后记二、教学实施过程实施环节 教学内容 导学方法组织教学 1、 检查学生出勤情况并做好记录。2、 调整学生的注意力，为上课作准备。互动交流复习提问 1、光耦的工作原理？2、如何实现永磁式直流电动机的正反转？提问导思导入 我们已经成功的完成了项目 3 的设计制作，本项目的任务要求是：P1 口作为输入口，接 4 个按键发布控制命令。P0 口作为输出口，P0 口低 4 位直接驱动 4 发光二极管

12、，P0 口高位通过隔离输出控制直流电动机正反转。要求：1、当点按按键 S1时，由 4 个发光二极管指示 4 个按键的状态（由 P0 口输出，低 4 位输出 4 个按键状态信息以指示 4 个按键是否正常，高 4位保持不变） ；2、点按 S2 或 S3 时，电动机正转或反转；3、点按 S4 时，电动机停止。启发学习积极性讲授新课 一、电动机正反转控制电路设计1、电动机正反转控制电路原理图设计根据项目要求和前面所学相关知识，可分别将电路部分进行设计。比如按键部分、发光管部分、隔离输出部分、电动机正反转控制部分等。比较难的是隔离输出驱动部分的设计及理解。2、元件选择 （1）复习晶振电路元件及复位电路元

13、件的选择。（2）发光二极管电路元件选择。（3）光电隔离电路及电动机正反转控制电路元件的选择。其中：保护二极管 ：1N4001光耦： TLP521-1继电器：三极管： 9013老师和同学共同讨论在黑板上绘制电路原理图。由同学选择，老师指导。电动机： 12 工作电压二、应用程序编写1、指令复习MOV Rn，A ； Rn（A ）MOV A，Rn ； A（Rn）RR A ； 循环右移CPL A ； A( )JB bit；rel ； 若（bit）=1，PC（PC）+relJNB bit，rel ；若（bit）=0，PC（PC）+rel2、应用程序流程图绘制根据项目要求，本项目的主程序流程图与项目 3 的

14、流程图相似，如图 4-8 所示。开始调用键扫描子程序有键按下吗 ？是 S 1 按下吗 ？是 S 2 按下吗 ？是 S 3 按下吗 ？调用电机正转子程序调用键状态输出子程序调用电机反转子程序YNYNYNYN是 S 4 按下吗 ？调用电机停止子程序YN4、程序设计参考程序如下：S1 EQU P1.0 ;S1 与 P1.0 等值S2 EQU P1.1 ;S2 与 P1.1 等值S3 EQU P1.2 ;S4 EQU P1.3通过提问或讨论方式由同学进行使用练习。在老师引导下由同学老师共同完成流程图绘制。ORG 0000HAJMP MAIN ;转移到主程序 MAINORG 0030HMAIN: LCA

15、LL JSM ;调用键扫描子程序 JSMJZ MAIN ;无键按下则再键扫描JB S1,MA1 ;不是 S1 按下则转移到 MA1LCALL JZTSC ;是 S1 按下则调用键状态输出子程序MA1: JB S2,MA2 ;不是 S2 按下则转移到 MA2LCALL DJZZ ;是 S2 按下则调用电机正转子程序MA2: JB S3,MA3 ;不是 S3 按下则转移到 MA3LCALL DJFZ ;是 S3 按下则调用电机反转子程序MA3: JB S4,MAIN ;不是 S4 按下则转移到 MIANLCALL DJTZ ;是 S4 按下则调用停止子程序LJMP MAIN ;转移到 MAINJZ

16、TSC: ；键状态输出子程序MOV P1,#0FFH ; 键状态输出初始化MOV A,P1 ;输入键状态ANL A,#0FH ；屏蔽累加器高 4 位ANL P0,#0F0H ;屏蔽 P0 低 4 位ORL P0,A ;输出键状态LCALL DELAY ;调用延时子程序 DELAYLJMP JZTSC ;转移到 JZTSCDJZZ: ；电机正转子程序SETB P0.6 ;先使电机停止LCALL DELAY ;延时等待，减少冲击CLR P0.7 ;使电机正转RETDJFZ: ；电机反转子程序SETB P0.7 ;先使电机停止LCALL DELAY ;延时等待，减少冲击CLR P0.6 ;使电机反转

17、LJMP MAIN ;转移到主程序DJTZ:SETB P0.7 ;使电机停止SETB P0.6 ;RETJSM: ；键扫描子程序MOV P1,#0FFH ; 键扫描准备MOV A,P1 ;输入键状态CPL A ;取反 A在老师引导下与同学一起完成应用程序设计。RET ;返回DELAY:MOV R7,#100 ;延时子程序LP0:MOV R6,#250 ;LP1:DJNZ R6,LP1 ;DJNZ R7,LP0 ;RET ;END ; 结束5、讨论应用程序可否进行修改是否需要去抖动处理？时间允许时，可由同学对应用程序进行优化设计。课堂小结 1、电动机正反转控制电路构成。2、相关指令的使用复习。3

18、、电动机正反转控制电路应用程序设计。课后作业 自我测评 3 题、6 题。任务 3 电动机正反转控制电路的计算机仿真一、案头任务 电动机正反转控制电路的计算机仿真授课时间 年 月 日 授课班级教学形式 老师演示、学生练习 授课时数 2 课时教学用具 教学资源 机房、多媒体、相关课件课前准备教学目标 1、电动机正反转控制电路设计的计算机仿真验证。2、提高仿真软件 proteus 的使用熟练程度。3、提高汇编软件 keil 的使用熟练程度。4、熟练相关指令的使用及电路应用程序设计。教学重点 1、电动机正反转控制电路设计的计算机仿真验证。2、工具软件的使用熟练使用。3、相关指令的使用及程序编写修改。教

19、学难点 1、对仿真验证步骤的深入理解。2、仿真电路运行出错时的修改调试。教学过程 1、proteus 仿真电路绘制步骤复习。2、用 keil 进行程序汇编步骤复习。3、课件演示电动机正反转控制电路运行效果。4、布置练习作业，学生进行练习并验证电路效果，老师进行指导。教学后记二、教学实施过程实施环节 教学内容 导学方法组织教学 1、检查学生出勤情况并做好记录。2、调整学生的注意力，为上课作准备。互动交流复习提问 1、proteus 基本操作有哪几步？2、用 keil 进行程序汇编有哪几步？提问导思导入 上次课我们完成了用单片机控制电动机正反转的电路设计及程序编写。接下来我们就要用计算机仿真验证本

20、次项目设计的正确性和运行效果。启发学习积极性讲授新课 一、使用 proteus 绘制仿真电路图的步骤1、将所需元器件加入到对象选择器窗口AT89S51 用 AT89C51 代替，红色发光二极管、黄色发光二极管、绿色发光二极管的英文符号分别是“LED-RED” 、“LED-YELLOW”、 “LED-GREEN”；电阻、电容、电解电容、按键、晶振的英文符号分别是“RES” 、 “CAP”“CAP-ELEC”、“BUTTON”、 “CRYSTAL”；光耦、三极管、继电器、二极管、直流电动机的英文符号分别是“OPTOCOUPLER” 、 “2N222A”、“G2R-1E”、 “1N4001”、 “M

21、OTOR”。2、放置元器件至图形编辑窗口3、移动、删除对象和调整对象朝向4、放置电源及接地符号5、元器件之间的连线6、编辑对象的属性设置元件参数二、使用 keil 进行程序汇编的步骤1、源文件的建立点击菜单“File-New”或者点击工具栏的新建文件按钮 ，即可在项目窗口的右侧打开一个新的文本编辑窗口，在该窗口中输入汇编语言源程序。输入完源程序后，保存该文件，注意必须加上扩展名 asm2、建立工程文件点击“Project-New Project”菜单，出现一个对话框，要求给将要建立的工程起一个名字，-。3、工程的设置（针对我们的单片机制作项目进行简单设置）工程建立好以后，首先右击左边 Proj

22、ect 窗口的 Target 1，弹出下拉菜单,点击 Option for targettarget1即出现对工程设置的对话框。设置对话框中的 OutPut 页面，这里面也有多个选择项，其利用多媒体或机房相关软件进行操作演示。讲解个步骤的含义。中 Creat Hex file 用于生成可执行代码文件（可以用编程器写入单片机芯片的 HEX 格式文件，文件的扩展名为.HEX），默认情况下该项未被选中，如果要写片做硬件实验，就必须选中该项，这一点是初学者易疏忽的，在此特别提醒注意。4、编译、连接在设置好工程后，即可进行编译、连接。点击 Build target 按钮 ，对当前工程进行连接，如果当前文

23、件已修改，软件会先对该文件进行编译，然后再连接以产生目标代码。 编译过程中的信息将出现在输出窗口中的 Build 页中，如果源程序中有语法错误，会有错误报告出现。三、布置作业学生练习，老师指导。1、光耦电路原理的仿真验证。2、电动机正反转控制原理仿真验证。3、单片机控制电动机正反转控制电路的仿真验证？4、修改应用程序验证运行效果。课堂小结 1、proteus 的基本操作步骤。2、keil 的操作步骤。3、单片机电动机正反转控制电路的仿真验证。课后作业 技能反复训练与思考题 3 题、5 题。任务 4 电动机正反转控制电路的制作与调试一、案头任务 单片机控制广告灯电路的制作与调试授课时间 年 月

24、日 授课班级教学形式 学生动手操作、老师指导 授课时数 4 课时教学用具 万用表、电烙铁等 教学资源 实训设备、广告灯电路制作成品课前准备 电动机正反转控制电路相关电子元件采购、准备。教学目标 1、项目相关元件的测试方法。2、熟练电路接线图绘制方法。3、掌握使用相关工具进行电路制作的操作方法。4、掌握使用仪表进行电路测试方法，提高仪表使用的熟练程度。5、掌握电动机正反转电路构成及硬件、软件调试。教学重点 1、掌握相关软件测试方法。2、掌握单片机电动机正反转控制电路构成及硬件、软件调试。教学难点 1、项目硬件的电路接线图绘制。2、电路调试中的故障查找。教学过程 1、强调实训室操作规程，注意操作安

25、全。2、电动机正反转控制电路各元件及使用工具简介。3、学生进行元件测试及元件布局设计并绘制电路接线图。4、分组进行硬件电路制作。5、分组进行硬件电路调试。6、根据硬件电路实际对应用程序进行修改并进行运行调试。教学后记二、教学实施过程实施环节 教学内容 导学方法组织教学 1、检查学生出勤情况并做好记录。2、调整学生的注意力，为上课作准备。互动交流复习提问 1、除了单片机最小应用系统所用元件外，本项目都增加了那些元件？提问导思导入 强调操作纪律及操作安全注意事项。经过前面几个项目的制作，同学们已经有了制作经验，但本项目比较复杂，希望同学们在 4 学时内完成项目制作调试并有满意的效果。由学生分组展开

26、实际操作。建议每组 2 人，最好每组不超过 3 人。启发学习积极性项目制作 一、认识项目相关元件及元件测试1、复习发光二极管、电阻、按键等测试方法并进行操作练习。2、讨论继电器测试方法并进行测试。3、讨论三极管测试方法并进行测试。4、讨论光耦测试方法并进行测试。二、元件布局设计及电路接线图1、布局设计由学生依据电路原理图，并根据电路元件实际进行电路布局设计。元件布局设计时应考虑方便接线，并兼顾美观大方。2、绘制电路接线图各小组根据所设计的布局图并依据电路原理图进行电路接线图绘制，接线图必须按元件的实际位置绘制，接线图绘制完成后，要妥善保存。三、按元件高低层次依次进行插装与焊接1、40 脚 IC

27、 插座插装与焊接。2、晶振、电容、电阻、二极管插装与焊接。3、按键、电解电容、数据线插座插装与焊接。4、光耦、三极管的插装与焊接。5、继电器的插装与焊接。6、直流电动机的固定与连接。四、电路连接学生分组进行动手制作，老师巡回指导或示范操作。由学生动手操作，老师进行巡回指导，必要时进行示范操作。1、根据电路接线图进行各元件之间的连接。2、完成各元件的连接后，将电源线引出或将 USB 座焊接在电路板上，使用电脑上的 5V 电源。五、硬件电路调试1、通电之前，先用万用表检查各电源线与地线之间是否有短路现象，测试 40 脚 IC 插座各脚对地电阻值并记录，分析各电阻值是否合理。若发现有不合理值，则要进

28、行分析查找及处理。点按控制按键，测量相应引脚电阻是否为 0。2、不插单片机芯片，接通电源，检查所有插座或器件的电源端是否有符合要求的电压值，如发现电压值偏离较多，应立即中断供电并检查处理。接地端电压是否为 0V，测试 40 脚 IC 插座各脚对地电压并记录，分析各电压值是否合理。3、在不插上单片机芯片时，接通电源，模拟单片机输出低电平（将对应引脚接地） ，检查相应的外部电路是否正常（观察发光二极管是否点亮） 。4、在不插上单片机芯片时，接通电源，测试三极管各极电位，分析是否正常；模拟单片机输出低电平，检查相应外部电路是否正常（继电器是否动作，电动机是否转动） 。六、写入应用程序试运行学生动手实际操作，根据硬件电路实际对应用程序进行修改后，汇编生成目标文件写入单片机芯片进行运行调试。运行正常后，再对应用程序进行修改以期能有更好的广告灯效果实现。若正常写入程序，接通电源后，系统不能正常工作，可以通过测试 18、19、30 脚的直流电位初步判定单片机最小系统是否已经正常工作。将所测试数据列表记录并妥善保存。项目制作小结1、元件测试方法。2、电路接线图绘制很重要。3、元件插装与焊接及电路连接。4、硬件电路调试。5、程序写入与运行调试。课后作业 1、将项目制作调试时测试数据列表并分析。2、总结本项目制作中出现问题及解决方法。3、自我测评 5 题。注：通过自学相关知识来完成此题。