微控制器论文第 1 部分
概括：
本文针对工科院校单片机课程存在的问题,提出了以项目式教学为主导,以学生为中心,充分调动学生的主观能动性和学习兴趣的改革方案。
关键词：
项目；单片机教学；改革与探索
单片机课程融合了编程、通信技术、微机接口等多个专业知识，是一门工程性、实践性、技术性较强的课程，是电子信息、自动化等专业的一门核心课程。
1.单片机课程教学现状
1.1 教师教学方式比较单一
单片机是大规模集成电路发展的产物，其内部结构比较复杂。在各大工科院校，单片机的教学仍然采用教师在课上讲解相关理论知识和单片机的内部结构，然后再讲解单片机的编程和汇编语言的方式。这种教学方式比较单一，使得学生无法掌握学习的重点，失去学习单片机的积极性和兴趣，导致教学质量下降[1]。
1.2 学生没有明确的学习目标
单片机课程实践性强、应用性强，学习时应以应用为主要目标。但很多老师在教学过程中忽视了这一点，导致学生没有明确的学习目标，只是单纯的按照老师的思路学习，缺乏学习自主性和探索意识，学习目标不明确，影响了教学效率。
1.3 学生缺乏实践机会
学生在做实验时，使用的主要设备是实验指南和综合实验箱，学生只是机械地按照指南中的步骤进行实验，盲目地观察实验结果，对实验中用到的一些原理并不清楚，导致学生在实验结束后对所学的知识仍心存疑虑，无法掌握相关设备的基本使用方法，更谈不上将其应用于实际项目的能力。
1.4 评估方法存在一定局限性
各工科院校对学生的单片机课程考试仍然采用笔试的形式，这种考试形式有一定的局限性，不能真实客观的反映学生的学习水平，不能考查学生的实践能力和动手能力，这种考试方式没有很好的与实际相结合，导致考核结果缺乏客观性。
2.项目教学法的应用
项目式教学法非常适合技术教育，它可以将学科体系的内容转化为若干个教学项目，然后围绕这些项目进行教学。教师应引导学生直接参与项目式教学的全过程[2]。设计教学项目强调让学生在模拟的生产场景中参与完成规定的项目，是理论与实践的完美结合。
在整个项目教学过程中，学生可以自由讨论，在规定的时间内安排整个过程的进度，有利于激发学生的创新能力和积极性，培养学生分析问题、解决问题和团队协作的能力。
3.项目教学法实施步骤
如今很多单片机教材中的知识结构都是从简单的数制到比较复杂的单机硬件，最后到复杂的系统接口技术。而项目教学法改变了传统的教学模式，教师可以灵活掌握课程的教学顺序，合理安排教学任务，结合自己多年的教学经验，总结出几个步骤来帮助学生有效地学习单片机。首先对单片机要有一定的感悟，自己找一些相关资料，进一步了解学习单片机的必要性和适用性；其次，教师要给学生布置一些具体的任务，比如制作秒表、电子日历等，给每个学生布置具体的任务，让学生由浅入深地了解单片机课程；第三，教师要对一些小模块进行具体的讲解和分析；最后，以学期末的实训内容为引领，贯穿整个理论教学过程，模拟一些生产场景，增强学生的实际动手能力，完成最终的项目教学目标。
4. 项目选择
项目式教学主要是以项目为主要载体，以任务为驱动力，将实践与理论紧密结合，使学生在完成任务的过程中充分掌握相关的技能和知识，从而不断提高学生的实践能力和学习效果。在设计教学时，要选取合适的项目，以保证教学改革的效果。选取的项目可以包含与单片机相关的知识，但又不会过多增加学生的学习负担，给学生造成一定的心理压力。
5. 基于项目的 MCU 改革策略
5.1 项目导向
传统的教学方式以教师传授知识为主，重在教师、教材和课堂教学。这种传统的教学模式主要强调理论知识的连续性和基础知识的应用，而忽视了学生兴趣和创造力的培养。现阶段，在课堂教学中，应该改变这种教学模式，改变传统的教学结构，打破原有的教学框架，把课本上原有的知识序列分散成许多小的知识点，利用一些经典的项目案例，把这些小的知识点融入到整个课堂教学中，实现项目导向的教学模式。
5.2 项目设置方法
教师应选取项目实例，认真撰写项目内容。选取的基础项目要符合学生自身的兴趣，并给学生布置一些功能简单、易于实施的项目任务。选取技能项目，鼓励学生以多种形式实现项目的具体要求。对学生独立思考能力要求较高，在教学过程中，教师可引导学生进行小组讨论，形式以学生相互讨论、师生互动为主。综合项目注重提高学生的知识面，对于一些能力较强的学生，应充分发挥学生的钻研精神，能够在钻研过程中提高专业技能。例如，教师给学生布置一些制作秒表的项目任务，让学生自己动手，在制作过程中将所学知识运用到操作中，使学生的理论知识与实践能力得到有效结合。
5.3 评估
在项目导向教学过程中，考核方式也不同于继承性的考试，主要通过学生的学习效果综合评价来实现，主要包括自评、教师评、学生互评和项目负责人评等。
从项目框架设计、需求分析、详细计划等各个方面对学生进行评价、打分。在评价过程中，教师主要给予学生支持和鼓励，可以增加学生的自信心；在小组评价过程中，应注重了解学生在整个项目中所扮演的角色，观察学生是否是主要设计者，在设计过程中是否配合等；在自我评价过程中，应反思自己在学习过程中遇到的困难，面对困难时是否能及时找到解决问题的方法，自我评价有助于提高学生在今后的学习中的学习效率。学生应虚心接受他人的评价，这样才能在评价中更快更好地改进自己的不足，不断完善自我。
六，结论
项目教学法可以充分调动学生的学习积极性，在整个教学过程中，不仅能提高学生的实践能力，还能促进师生之间的情感交流。本文针对工科院校单片机课程教学现状，如教师授课方式相对单一，学生学习目标不明确，学生缺乏实践机会，考核方式存在一定局限性等进行探讨。
本文还研究了项目教学方法的应用、项目教学方法的实施步骤、基于项目的改革策略等，主要以项目为导向，设置了项目方法优化与评估环节，这样才能大大提高学生的实践能力、创新能力和思维能力。
参考：
[1]李兵.基于项目的单片机课程教学改革与实践[J].实验室科学.2014(1).
[2]郭逸飞,王华.项目教学法在单片机教学改革中的应用[J].湖南农机.2013(1).
MCU 技术论文（第 2 部分）
时光飞逝，转眼又一个学期就要结束了。这学期的单片机实习项目也在一周内完成了。俗话说“好的开始是成功的一半”。说起这次实习，我觉得最重要的是做好程序调试，认真学习老师给的课题。其次，老师对实验的讲解要认真听讲，认真思考，因为只有听懂了，做产品的时候才会事半功倍。如果听不懂，就茫然地做，最后一无所获。最后，要注意程序的模块化和修改的方便性，也要注意程序的调试，掌握其方法。
这次实习虽然只在实验室实习了几天，但是我们有自己的实验板，所以我们在宿舍里做了三天多的实验，硬件设计和焊接都要自己做，软件编程也要不断调试，最后终于一个可以完成课程设计的劳动成果出来了，而且能够按照设计思路和要求运行，心里很开心。
当然，问题也不少，第一，不够细心，比如因为粗心大意焊错了线，因为不熟悉课本理论而出现编程错误等。第二，在学习态度方面，这次课程设计是对我学习态度的一次考验。对于这次单片机集成课程实习，我的第一个体会就是，作为一名工程技术人员，要求的第一素质应该是严谨，我们在这次实习中遇到的大多数问题，都是因为我们的严谨性不够。第三，在做人方面，我体会到，不管做什么事情，只要你足够坚强，有足够的毅力和决心，有足够的勇气去挑战困难，就没有做不成的事。
通过这次单片机实习，我不仅加深了对单片机理论的理解，并将理论运用到实践中，还学会了如何培养自己的创新精神，从而不断战胜自己，超越自己。创新才能在原有的基础上不断改进，使其功能不断完善，成为真正属于自己的东西。在这次设计过程中，我们对原有的计数器系统进行了改进，增加了暂停、计数、清零三个控制功能，使之成为我们自己的一个适用性更强、功能更齐全的系统。设计结果能够满足题目的要求，圆满完成了本次实习的要求。我们不仅关心这个结果，更关心这个过程，在这个过程中，我们花费了大量的时间和精力，更重要的是，在学会创新的基础上，我们还懂得了合作的重要性，学会了与人合作。作为一名大三自动化专业的学生，我觉得做一次单片机实习是非常有必要的，在我们度过的大学时光里，我们大部分人接触的都是专业课，在课堂上所掌握的只是专业课的理论知识。 怎样锻炼我们的实践能力？怎样把学到的专业基础课的理论知识运用到实践中去？我觉得做类似的实习会给我们提供一个很好的实践平台。
首先，在这次实习中，给我印象最深的就是阅读了大量的设计资料。为了让自己的设计更加完美，阅读这种设计资料是非常必要和不可缺少的。我们是做单片机实习的，但我们不是可以无视现实，在幻想的世界里飞翔的艺术家。凡事都要有依据，有道理。不切实际的想法只能是想法，永远不能上升为设计。
其次，在本次课程设计中，我们运用了以前学习过的专业知识，例如：C语言，模拟与数字电路知识等，虽然以前从来没有独立应用过，但是我发现在学习的过程中带着问题去学习是非常高效的，这也是我课程设计的另外一个收获。
最后，实习前我们需要对所用到的单片机的内部结构有一个系统的了解，知道单片机内部有哪些资源；需要有清晰的思路和完整的软件流程图；在设计程序时，不能想象一下子就能设计出整个程序，反复修改、不断完善才是程序设计的必由之路；需要养成给程序做注释的好习惯。程序的完善不只是功能实现了，而是让人一看就能明白你的思路，这也为信息的保存和交流提供了方便；实习过程中遇到问题是很正常的，但我们应该把遇到的每一个问题都记录下来，分析清楚，避免下次再遇到同样的问题。但从中学到的知识会让我受益终生。发现问题、提出问题、分析问题、解决问题，提高实践技能，这些都会让我在以后的学习、工作和生活中受益匪浅。
MCU 技术论文第 3 部分
一、生产实习的目的和意义：
生产实习是培养本科生理论联系实际、提高实际动手能力的重要教学环节。本专业的生产实习旨在使学生在实习过程中对实际电子产品生产的全过程有广泛的了解，熟悉电子产品的主要技术管理模式，学习和掌握电子产品的焊接、安装、调试等实际操作技能，巩固和深化对所学理论的理解，开阔视野，提高能力，为培养高素质的大学本科人才奠定必要的基础。通过学习，是理论与实践相结合，可以使学生加深对所学知识的理解，为后续专业课程的学习提供必要的感性认识，同时使学生直观地了解本行业的生产流程和内容，为将来的工作岗位提供必要的实际生产知识。
2、实习基本内容：
集中教学，学习相关知识。
学习并掌握独立设计、安装和调试电子产品的能力；进一步掌握电子测量仪器的正确使用和电工元器件的测量、筛选技术。
初步了解电子整机产品的工艺流程。
为了使学生得到充分的训练，大大提高学生的实践技能，本次生产实习安排每个学生独立完成整个系统的设计与安装。
在实习期间，学生必须独立使用烙铁及各类电子测试设备进行电路的安装、调试，严格遵守电器设备的安全使用规定，遵守实验室的各项规章制度。
3.基本要求：
在老师的指导下，在测试电路核心板上练习焊接元器件，掌握焊接的要领。
熟悉元器件的性能及引脚排列。
在给定的 PCB 板上焊接跳线、IC 插座、电阻器、电容器、LED 设备等。
检查焊接是否正确。
插入组件，运行系统，观察系统是否正常工作。
4.总体设计电路思路及原则：
本次生产实习用到的开发板及模块一共有7块，分别是：单片机核心板、电子时钟模块、MP3模块、RFID模块、无线传输模块、脉搏传感器模块、GPS模块。
各模块相互组合，实现以下基本功能：
单片机核心板+电子时钟模块：实现时间显示、温度测量，并可以通过遥控器调整时间、设置闹钟。
MCU核心板+无线传输模块：实现数据的短距离无线传输。
MCU核心板+MP3模块（含SD卡）：实现MP3播放功能。
MCU核心板+RFID模块：实现地铁检票系统的模拟。
MCU核心板+脉搏传感器模块：实现人体脉搏传感器的测量。
MCU核心板+GPS模块：实现GPS卫星定位功能。
（一）核心板电路设计
单片机核心板电路主要包括STC12C5A60S2单片机、电子钟模块接口电路、MP3接口电路、无线传输模块接口电路、脉搏传感器模块接口电路、GPS模块接口电路、串口扩展电路、电源电路等。本系统单片机采用的是宏晶科技生产的单时钟机器周期（IT）单片机，是新一代高速、低功耗、超强抗干扰的8051单片机。利用STC-ISP软件，单片机可以实现串口在线编程，不需要编程器或仿真器。
核心板电路的设计思想主要是根据单片机芯片的工作原理和特点，对其外围电路进行合理的设计：包括电源电路、显示电路部分、复位电路部分、串口通讯电路、按键电路等。
（二）电子时钟模块电路设计
本模块使用到的主要芯片有：时钟保持芯片ds1302、单总线数字温度传感器ds18b20、红外遥控解码器tl1838a。
本模块电路设计的思路是了解这三个芯片的工作电压，ds1302的工作时钟频率以及这三个芯片与单片机的硬件连接。
（三）MP3模块电路设计
本模块使用到的主要芯片有MP3音频解码芯片vs1003、3.3V电压转换芯片LM1117-3.3、2.5V电压转换芯片LM1117-2.5。
本电路的设计思路主要是了解芯片的功能和特点，找到芯片之间的联系。vs1003芯片是本模块的主体，单片机单独带有解码mp3文件的功能，单片机接上vs1003的接口电路即可解码mp3，实现音频输出。根据芯片各个引脚的功能和特点，合理设计相应的外围电路。
（四）RFID模块电路设计
本模块电路采用的主芯片为13.56MHz非接触式通信读卡器芯片FM1702，该芯片是基于ISO/4443标准的非接触式读卡器的专用芯片，采用0.6微米CMOS和EEPROM技术，支持13.56MHz频率的A型非接触式通信协议。
支持多种窗口算法，并兼容飞利浦的mfrc530（spi接口）读卡器芯片。
本模块的电路设计思想是根据fm1702各个引脚的功能和特点，合理设计了芯片的外围电路，由电容和电感组成的天线是芯片与s50卡通讯的工具。
5.单元电路设计：
MCU核心板电路分析
单片机核心板是本次实习最重要的部分，是实现各个模块功能的基础部分，单片机核心板的核心是STC12C5A60S2单片机芯片，围绕该芯片设计了各个模块相应的电源电路、蜂鸣器驱动电路、按键电路、串口通信电路、复位电路、液晶驱动电路、接口电路等，以上电路部分构成核心板电路系统。
电子时钟模块电路分析
电子钟模块与单片机核心板配合，在LCD1602屏幕上显示当前日期（年、月、日）、时间（时、分、秒）、环境温度、红外遥控解码值。用户可以通过遥控器或者单片机核心板上的按键设置日期和时间。
遥控器上的“eq”键可以用来控制LED显示界面在时间、温度、红外解码之间的切换。若要调整时间，需要先用遥控器上的“eq”键调制LCD显示时间界面；然后按“播放停止键”停止计时；再按“左快捷键”向右切换；最后按“加减键”进行数值的加减。调整完成后，再次按“播放停止键”，时间开始运行。另外，也可以通过单片机核心板上的k1-k4键来调整时间：k1键对应遥控器的“右快捷键”，即向右切换年月日时分；k3键对应遥控器的“加号键”，即给年月日时分加1； k4键对应遥控器的“减号键”，即年月日时分各减1。
MP3电路模块分析
它是一款单芯片MP3/WMA/MIDI音频解码及ADPCM编码芯片，具有高性能低功耗DSP处理器核心VS-DSP，具有5K指令RAM、0.5K数据RAM、串行控制和数据输入接口、4个通用IO口、1个UART口，还具有可变采样率DAC、立体声DAC、音频耳机放大器等功能。VS1003通过串行接口接收输入的比特流，可作为系统从机使用。
与单片机相连的引脚有7个，分别是so、si、sclk、xdcs、xreset、dreq、mosi，只有保证它们正确、可靠的与单片机相连，才能使vs1003有效的工作和控制。另外，vs1003各部分的供电电压和输出电压值都是不一样的。
芯片各部分电源电压如下：
电源最小电压推荐电压最大电压
模拟）
数字）
该卡是一种容量大、性价比高、体积小、访问接口简单的存储卡。SDIMMC卡广泛应用于数码相机、MP3、手机等大容量存储设备，作为这些便携设备的存储介质，具有功耗低、非易失性、保存数据不消耗能源等特点。
该卡只使用了触点1-7。对于引脚1（cd/dat3），上电后扩展的dat线（dat1-dat3）处于输入状态。执行set-bus-width命令后，它们作为dat线运行。当dat1-dat3线不使用时，主机应该将自己的dat1-dat3线置于输入模式。这样的定义是为了保持与mmc卡的兼容性。上电后，cd/dat3作为带有50k上拉电阻的输入线（可用于检测卡是否存在或选择spi模式）。用户可以在正常数据传输过程中使用set-clr-card-detect（acmd a port）命令断开上拉电阻。mmc卡的这个引脚在sd模式下是保留引脚，在sd模式下没有任何功能。对于引脚2 cmd，mmc卡在sd模式下是io/pp/oo，在spi模式下是i/pp。
关于电压匹配问题，SD卡的逻辑电平相当于3.3V TTL电平标准，而单片机的逻辑电平为5V，因此两者不能直接连接，否则可能会烧毁SD卡。解决逻辑器件接口的电平兼容问题主要有两个原则：一是输出高电平的输出电平器件的最小电压值应大于接收电压器件识别为高电平的最低电压值；二是输出低电平的输出电平器件的最大电压值应小于接收器件识别为低电平的最高电压值。考虑到SD卡处于SPI协议工作模式，通信是单向的，所以单片机向SD卡传输数据时，采用晶体管加上拉电阻的方法。SD卡向单片机传输数据时，可以直接连接，由于它们之间的电平刚好满足上述电平兼容原则，所以既经济又实用。 该方案可采用双电源供电（一个5V电源和一个3.3V电源），使用ASL1117稳压器可从5V电源获得3.3V电源。
RFID模块电路分析
基于FM1702SL的非接触式IC卡读写器只需稍加改造即可开发成不同的RFID应用系统，如考勤系统、门禁系统、公交收费系统等。S50非接触式卡符合MIFARE国际标准，容量为8K位，数据保存期限为10年，可擦写10万次，读取次数不限。S50卡无电源，自带天线，内含加密控制逻辑电路和通用逻辑电路。卡与读写器之间的通讯采用国际通用的DES、RES保密交叉算法，保密性能高。
单片机与fmitdisl在通用spi总线上通讯，采用中断工作方式。fmitdisl复位后，必须执行一段初始化程序，初始化spi接口方式，同步实现单片机与fmitdisl的启动。mifarse卡中存储着信息，读写器与卡通过各自的天线建立二者之间的非接触式信息传输通道。当卡片进入系统工作区域时，读写器向卡片发射一组固定频率的电磁波。卡片内有一个lc串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同。在电磁波的激励下，lc谐振电路发生谐振，使得电容中有电荷。在这个电容的另一端接有一个单向导电的电子微粒，将内容中的电荷送到另一个电容中储存起来。 当所有积累的电荷达到2v时，这个电容就可以为其它电路提供有工作电压的电源，传输卡内的数据或者读取读写器的数据。
根据互感原理，读写器的天线半径越大，匝数越多，读写器上的天线与卡上的天线之间的互感就越大。根据国际标准，卡与读写器的通信距离为10cm，通过调整天线驱动电压可以改变最大通信距离。天线的传输带宽与品质因数成反比，品质因数过高会降低带宽，从而削弱读写器的调制边带，导致读写器无法与卡通信。
无线传输模块分析
这是一种无线通信，使用FSK调制来实现点对点或1至6个无线通信。
它具有四个工作模式：收发器模式，备用模式和功率向上模式，由CE，内部寄存器PWR，VP和PRIM，RX的所有配置。 01通过SPI接口，并通过微控制器的SPI接口发送和接收数据，以传输或接收模式发送。
The control instructions of the microcontroller are input from the mosi pin of nrf24l01, and the status information and data of nrf24l01 are output from its miso pin and sent to the microcontroller. When using spi to transmit data, the low-order byte is transmitted first, and then the high-order byte is transmitted, and each byte is transmitted from the high-order byte.
6. MCU软件系统工作流程
通过使用STC-ISP软件，STC12C5A60S2 MicroController可以实现串行端口在线编程，因为大型数据计算机现在不提供单独的串行端口，因此需要USB到RS232串行端口电缆。
将USB安装到RS232串行端口设备驱动程序
STC-ISP V483串行端口下载软件
7.实习期间的经验：
在新学期的开始，我们在单芯片微型计算机中进行了四个星期的实习。为了解决这些问题，我们搜索了信息，并咨询了我们周围的所有资源，使我们更加深入地了解了我们的工作能力，从而在熟练的能力上进行了良好的进步。 。
简而言之，我从这个制作实习中受益匪浅，我在各个方面的能力都得到了改善，我要感谢每个在练习期间给我仔细指导的老师！
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